INFORME TECNICO DEFINITIVO - COES

INFORME TECNICO

DEFINITIVO

Estudio de Armónicos en Muy AltaTensión del Sistema deTransmisión del SEIN

AGOSTO 2014

ESTUDIO REALIZADO POR: ING. ANGELO G. BELLON

ESTUDIO REALIZADO PARA:

COMITÉ DE OPERACIÓN ECONÓMICA DEL SISTEMA INTERCONECTADO

NACIONAL – COES-SINAC

Angelo G. BELLON – Consultor - MONTEVIDEO – URUGUAY email: [email protected] DE ARMÓNICOS DE MUY ALTA TENSION DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN DEL SEIN

IndiceIndice de Tablas...............................................................................................................3Indice de Figuras..............................................................................................................3

1 INTRODUCCIÓN – OBJETIVO DEL ESTUDIO..............................................................62 RESUMEN EJECUTIVO: ACTIVIDADES DESARROLLADAS Y RESULTADOS PRINCIPALES........................................................................................................................73 ARMONICOS COMO ENFERMEDAD. LA METAFORA MEDICA DEL PROBLEMA DE ARMÓNICOS EN LAS REDES ELÉCTRICAS DE TRANSPORTE......................................94 ARMONICOS: COMO Y PORQUE SE EXCEDEN LOS LIMITES DE DISTURBIO – MECANISMOS DE SUMACIÓN DE ARMÓNICOS.............................................................105 DESCRIPCIÓN DEL METODO DE ASIGNACIÓN DE LA CUOTA DE INYECCIÓN DE CADA USUARIO..................................................................................................................156 ASPECTOS DE MODELO.............................................................................................18

6.1 MODELIZACIÓN DE LA CARGA..............................................................................186.2 AJUSTE DEL MODELO PowerFactory: FILTROS Y CONDENSADORES..............206.3 AJUSTE DEL MODELO PowerFactory: PARAMETROS DE TRANSFORMADORES.........................................................................................................................................226.4 ESCENARIOS ESTUDIADOS...................................................................................24

7 ANÁLISIS DE AMPLIFICACIONES DEL DISTURBIO EN EL SISTEMA......................258 RESULTADO DE LA COMPOSICIÓN DE LOS EFECTOS DE LAS INYECCIONES DE LAS DIFERENTES FUENTES.............................................................................................27

8.1 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE INYECCIONES UNITARIAS..............................278.2 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE INYECCIONES PONDERADAS.......................328.3 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE INYECCIONES PONDERADAS UNICAMENTE DESDE SECCIONES NO FILTRADAS...........................................................................42

9 ANALISIS DE LA SITUACIÓN EN LOS NUDOS DE INYECCIÓN Y COMPARACIÓN CON LOS LIMITES DE LA IEEE 519..................................................................................4510 ANALISIS DE RESONANCIAS PARA LA RED DEL 2016............................................5011 MONITOREO DE LA CALIDAD DEL SERVICIO...........................................................53

11.1 LAS LIMITANTES DE LAS MEDICIONES DISPONIBLES.....................................5311.2 ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE MONITOREO...............................................5611.3 REQUERIMIENTOS PARA LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN......................5711.4 CANTIDADES A MEDIR..........................................................................................5811.5 CONEXIÓN DE MEDICIÓN PARA LOS IMs, PRECISION.....................................5911.6 FUENTE DE ALIMENTACIÓN y BATERIA..............................................................5911.7 FUNCIÓN DE AUTODIAGNOSTICO......................................................................6011.8 REQUERIMIENTOS PARA LA UNIDAD CENTRAL................................................6011.9 DESCRIPCIÓN DE LA PROVISIÓN y REQUISITOS PARA EL PROVEEDOR DEL SISTEMA.........................................................................................................................6111.10 LISTADO DE LAS SUBESTACIONES CANDIDATAS PARA MONITOREO DE LA CALIDAD DEL SERVICIO...............................................................................................62

12 REGLAS PARA FUTURAS CONEXIONES DE CARGAS EN AT.................................6613 PROPUESTA PARA LA REDUCCIÓN DEL NUMERO DE FUENTES CONTAMINANTES: PRIMERA ETAPA...............................................................................6814 ACCIONES SUGERIDAS PARA REVERTIR EL CRECIMIENTO DE LOS ARMONICOS EN EL SEIN..................................................................................................72

ANEXO 1 – LISTADO DE NUDOS CUYAS INYECCIONES TIENEN EFECTOS AMPLIFICADOS DE MÁS DEL DOBLE EN EL SISTEMA Y EXPLICACIÓN DEL FENÓMENO........................................................................................................................76

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mailto:[email protected]


ANEXO 2 – DISPOSITIVO PARA TRANSFORMAR UN CVT EN UN TRANSDUCTOR ADECUADO PARA MEDICIONES DE ARMONICOS EN AT..............................................81

ANEXO 3 - EVALUACIÓN DEL IMPACTO DE UNA CARGA DISTORSIONANTE EN LA BARRA DE CONEXIÓN AL SISTEMA...........................................................................87

ANEXO 4 – LINEAMIENTOS PARA MEDICIONES y ESTUDIOS DE ARMÓNICAS EN EL PR-20 de COES.............................................................................................................88

ANEXO 5 - METODO PARA DETERMINAR SI UNA INSTALACIÓN INYECTA ARMÓNICOS EN EL SISTEMA...........................................................................................90

ANEXO 6 - DIMENSIONAMIENTO DE UN FILTRO: LA CARGA ADICIONAL DEBIDA ALA PRESENCIA DE UN DISTURBIO ARMÓNICO EN LA RED.........................................92

Indice de TablasTabla 1: Exponentes para composición armónicas según el informe técnico IEC 61000-3-6.............................................................................................................................................13Tabla 2: Criterio de modelización de la carga......................................................................19Tabla 3: Criterio de composición de cada una de las clases de cargas definidas para el estudio..................................................................................................................................20Tabla 4: Listado de usuarios que no cuentan con filtros (o que no dieron información al respecto); Pdist representa el porcentaje declarado por el usuario de % de carga distorsionante instalada.......................................................................................................22Tabla 5: Barras en las que se detecta un disturbio descontrolado (1%) por inyectar tan solo 1 A desde ubicaciones criticas de fuentes armónicas.................................................31Tabla 6: Listado de las barras con las mayores distorsiones calculadas; con el código de color se indican las barras que pertenecen a la misma isla del 138 kV. La columna Percentil indica la probabilidad que el disturbio asociado a la barra en cuestión no sea superado en el sistema........................................................................................................36Tabla 7: Elenco de las secciones filtradas en el SEIN.........................................................43Tabla 8: Parámetros sensibles para las armónicas en las barras de 220 kV .....................46Tabla 9: Limites de inyección para instalaciones conectadas en la AT según la norma IEEE519 – 1992...........................................................................................................................47Tabla 10: Limites de emisión armónica en corriente para armónicas superiores a la 5a, a proponer en el SEIN.............................................................................................................49Tabla 11: Listado de las situaciones más complicadas en el SEIN por efecto de la inyección de una corriente unitaria......................................................................................51Tabla 12: Comparación de los efectos de las inyecciones desde Puno 138 kV en los años 2016 y 2013.........................................................................................................................51Tabla 13: Comparación de los efectos de las inyecciones desde Cutervo en los años 2016 y 2013...................................................................................................................................52Tabla 14: Definición del limite operativo o temporario para la 5a armónica de corriente de una instalación.....................................................................................................................71

Indice de Figuras

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Figura 1: Red con fuentes de armónicos.............................................................................10Figura 2: Composición vectorial de dos fasores..................................................................11Figura 3: Estructura del sistema y definición de las fronteras consideradas para el análisis de las inyecciones................................................................................................................15Figura 4: Descripción del método para evaluar la inyección a través de una frontera.......17Figura 5: Descripción del método para evaluar la inyección a través de fronteras múltiples.............................................................................................................................................17Figura 6: Criterio de modelización de la carga....................................................................19Figura 7: Característica referencial para la variación de los parámetros de cortocircuito de los transformadores en el modelo en función de la potencia nominal................................23Figura 8: Tensiones de 5a armónica a lo largo de la linea costera Zorritos-Marcona por inyecciones de corriente de 5a armónica desde las SS.EE. en Lima. La flecha indica a quealtura de la linea se inyectaron los armónicos....................................................................26Figura 9: Componentes de disturbio de la tensión armónica de Chavarria por inyecciones unitarias desde las fronteras identificadas...........................................................................28Figura 10: Componentes de disturbio de la tensión armónica de Moquegua por inyecciones unitarias desde las fronteras identificadas.......................................................29Figura 11: Componentes de disturbio de la tensión armónica de Alto Chicama por inyecciones unitarias desde las fronteras identificadas.......................................................30Figura 12: Componentes de 5a armónica en Chavarria por efecto de las inyecciones ponderadas..........................................................................................................................33Figura 13: Distribución de resultados de composición del disturbio armónico en Chavarria variando el rango angular dentro del cual se distribuyan casualmente las fases de los vectores de tensión de las fuentes......................................................................................34Figura 14: Componentes de disturbio de 5a armónica en Cutervo de fuentes agrupadas.38Figura 15: Componentes de disturbio de 5a armónica en Moyobamba 138 kV de fuentes agrupadas............................................................................................................................38Figura 16: Componentes de disturbio de 5a armónica en Pucallpa de fuentes agrupadas.............................................................................................................................................39Figura 17: Componentes de disturbio de 5a armónica en Juliaca 138 kV de fuentes agrupadas............................................................................................................................39Figura 18: Tensiones de 5a armónica a lo largo de la linea de 138kV Tingo María - Moyobamba.........................................................................................................................40Figura 19: Efecto en el 10% de barras más criticas del sistema limitando de 10 veces las inyecciones en Pucallpa, Marcona y PE Marcona..............................................................42Figura 20: Disturbio de 5a armónica en el 10% de las barras más complicadas del SEIN en el caso de inyección unicamente desde las secciones no filtradas...............................43Figura 21: Espectros de la tensión en Chavarria durante una semana de mediciones en setiembre de 2012...............................................................................................................48Figura 22: Espectro de la corriente en el primario de un transformador 220/60 kV en San Juan; tiempos de agregación de 1min.................................................................................49Figura 23: Esquema de un CVT..........................................................................................53Figura 24: Arquitectura del sistema de monitoreo, compuesto por unos IMs conectados a la UC con diferentes medios................................................................................................56Figura 25: Esquema lógico para la implementación de una primera acción de instalación de filtros en plantas que no los tengan................................................................................70Figura 26: Evolución del disturbio armónico en Europa......................................................73Figura 27: Evolucion estimada para el disturbio armonico en el SEIN, tras adoptar las medidas sugeridas...............................................................................................................74

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Figura 28: Circuito equivalente LC demostrando el mecanismo de amplificación de los disturbios .............................................................................................................................76Figura 29: Circuito equivalente para considerar la circulación de armónicos del sistema hacia filtros en las instalaciones..........................................................................................92

BIBLIOGRAFIA

[1] ELECTRA Nº32 – The calculation of switching surges, Catenacci et alii

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1 INTRODUCCIÓN – OBJETIVO DEL ESTUDIO

En las mediciones del 2011 y del 20121 en el SEIN (en 220 kV) se han detectado valoresde distorsión armónica por arriba de los límites de la NTCSE, y en barras del sistema endiferentes ubicaciones. En particular, el problema se ha detectado en la 5a armónica. Elhecho de que los límites estén excedidos en muchas barras -juntos con otros indicios-habla de un problema de armónicos difundido en todo el sistema, y no ligado a uncontexto local. En el estudio del 2012 se mostró como el disturbio depende de la cargaconectada, exhibiendo el disturbio de 5a armónica en la tensión un comportamiento hora-rio parecido al de la curva de carga en el sistema. Dado el índice de crecimiento de lacarga en el país, es razonable pensar que el disturbio siga aumentando (quizás no de unaforma lineal, sino algo menor2) y por lo tanto el hecho que ya esté excedido despiertainquietudes.

El objetivo de la presente actividad es presentar a COES el camino técnico/normativonecesario para revertir la tendencia de crecimiento del disturbio del sistema, identificandolas acciones a tomar para limitar, controlar y eventualmente fiscalizar las fuentes delproblema en el sistema.

1 Respectivamente en AASA y en diferentes subestaciones del área de Lima, en Trujillo Norte, en Socaba-ya y en La Oroya Nueva

2 Al aumentar de las fuentes de armónicos aumenta también la dispersión de los ángulos de las corrientesinyectadas. Los armónicos se suman vectorialmente, y el efecto final tiene que ver con el resultado de lacomposición: si todos los vectores fuesen alineados, tendríamos una suma aritmética, de lo contrario sedeterminan valores menores que pueden teóricamente hasta ser cero

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2 RESUMEN EJECUTIVO: ACTIVIDADES DESARROLLADAS YRESULTADOS PRINCIPALES

El presente estudio propone una metodología para determinar los límites de inyeccionesarmónicas a permitir en el SEIN. La distorsión de 5a armónica de la tensión es la únicaque despierta inquietudes, y por lo tanto se ha puesto atención particular en este orden dearmónico (todas las demás armónicas exhiben márgenes más que adecuados, por lomenos a nivel de sistema3). Compatiblemente con las filosofías normativas internaciona-les (IEEE e IEC), el método propuesto se basa sobre el principio de asignar a los usuarioscuotas de distorsión proporcionales a la potencia retirada. El sistema que nos interesa esel sistema de transmisión en AT del SEIN (500/220/138 kV, que en realidad, para los finesdel estudio, incluye también a las centrales de generación convencional conectadas aestos niveles de tensión) en el que se ha comprobado que unas cuantas barras excedenlos límites establecidos por la NTCSE. Las inyecciones estudiadas fueron por lo tantotodas aquellas de redes o instalaciones alimentadas por la AT, y los límites estarándefinidos para aquellas cargas -o agrupamientos de cargas como es el caso de las redesde 50-60 kV- que de allí se alimenten.Antes de proceder con el estudio, se han revisado los modelos de los componentesprincipales del sistema, como generadores, líneas eléctricas y transformadores, asegu-rando que su representación con la frecuencia fuesen correctos. El estudio utilizó eltrabajo generado por el estudio “anterior realizado por el consultor ESC en que se prepa-raron los modelos en frecuencia para estos componentes, perfeccionando sucesivamentela respuesta de unos transformadores que se encontraron con valores básicos incon-gruentes con las características típicas de estas máquinas4.

Los valores de límites para la 5a armónica de corriente que resultaron del estudio sobre laconfiguración del sistema 2013 son valores extremadamente bajos, por ejemplo muy pordebajo de los límites de la IEEE 519. La razón se encuentra en el hecho que se handetectado en el modelo situaciones de resonancias en el sistema que deberán compro-barse y luego solucionarse para permitir avanzar con la tarea de definición de los límites5.De todas maneras, lo que demuestra el estudio es que en el sistema hay márgenesbastante limitados en términos de cuotas admisibles de inyección para la 5a armónica, yes bastante probable que los límites definitivos que se determinen unas veces resueltaslas resonancias serán bastante menores de aquellos de la normativa internacional.Los resultados de las mediciones de setiembre 2012 en diferentes barras del sistemademostraron que el disturbio de 5a armónica excede en muchas barras los límites deinyección.

Las acciones que propone el estudio son:

3 Puede ser que haya algún caso local en que el margen sea más reducido, pero se considera difícil queen la AT pueda excederse localmente otra armónica que no sea la 5a.

4 Típicamente, se corrigieron los valores de pérdidas en cortocircuito para asegurar la correcta respuestaen frecuencia de la impedancia de cortocircuito de los transformadores.

5 La razón por la cuál se tiene que resolver las situaciones de resonancia antes de fijar los límites es lasiguiente: en caso de resonancia, pequeñas inyecciones de corriente hacen disparar el disturbio entensión, en algunas barras del sistema, a valores muy altos; si pretendemos que el sistema se encuentrecon niveles de disturbio por debajo de la NTCSE se necesita controlar estas situaciones o, de locontrario, admitir límites muy rígidos.

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• resolver los casos de resonancia en el sistema, empezando con mediciones encampo en las barras de interés para luego definir la solución mejor de intervención;dichas resonancias se encontraron en la isla del 138 kV conectada al 220 kV através de Carhuaquero, el sistema de Pucallpa, en la línea Tingo María-Moyobamba (138 kV), Puno 138 kV, Marcona y PE Marcona en 220 kV;

• instalar el sistema de monitoreo de la calidad del servicio especificado en elpresente estudio ya que dicho sistema va a ser la herramienta a través de la cualse controle la evolución de los disturbios que se pretende controlar en el sistema;es a través de esta herramienta que se podrá evaluar la eficacia en el medianoplazo de las acciones emprendidas para limitar los disturbios, así como monitorizarla característica del disturbio ya que el crecimiento de la carga avanza con tasasmuy importantes en un sistema que ya se encuentra sin márgenes parainyecciones adicionales;

• aplicar los límites transitorios propuestos al final del estudio, para forzar a losclientes libres que ya no los tengan a instalarlos; los límites transitorios de hechoson límites de inyección derivados de la norma IEEE 519 y adaptados al contextoperuano, es decir compatibilizados con los límites en tensión de la NTCSE. Si bienlos límites transitorios son inadecuados para el sistema peruano en el sentido deque no serían suficientes para controlar la distorsión, igual representarían unaexcelente etapa de implementación intermedia de una política de control de lasemisiones de las instalaciones, que permitiría resolver por lo menos los casos máscríticos en el sistema. Se pone en evidencia por ejemplo el caso de la isla en 50 kVque se desarrolla en la zona de La Oroya, en la cual no hay filtros conocidosinstalados; en general, para otras redes de 60 kV, caracterizadas por una cargamás mezcladas entre carga industrial y residencial, se considera que podría sermás difícil llegar a la instalación de filtros ya que los sujetos responsables son másdispersos, de diferentes categorías y que el candidato más adecuado para lainstalación (la empresa de distribución) podría exigir que los costos de estasinstalaciones se reflejen en la tarifa de distribución.

Otro aspecto aclarado por el estudio es el hecho que en muchos casos las tensionesarmónicas por efecto de una inyección de corriente resultan ser amplificadas en barraslejanas del sistema, y llegan a ser hasta casi 5 veces mayores que el disturbio causadosobre la barra de conexión. Este aspecto, que es típico en los sistemas de transmisión,tiene que tenerse cuidadosamente en cuenta ya que a las nuevas instalaciones se lesexige únicamente averiguar el nivel de disturbio en la misma barra de conexión. Para elcaso del SEIN se trata de un aspecto a considerar con la debida atención, y se proponepor lo tanto una revisión del PR-20 para considerar este aspecto.

Examinando los requerimientos de estudios y mediciones específicos para el aspecto delos armónicos presentes en el PR-20, se proponen unos lineamientos para la actualiza-ción del mismo. En particular, se recomienda dar unas indicaciones sobre como conducirel estudio que se tiene que entregar a nivel de EPO, y el cambio de enfoque definido porel hecho de que los límites a cumplir por las instalaciones tienen que ser límites deemisión y no de compatibilidad, es decir límites sobre las causas de la distorsión entensión, y no sobre el efecto que es la distorsión de tensión además de tener una visiónmás general sobre el sistema, y no limitarse a la barra de conexión.

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3 ARMÓNICOS COMO ENFERMEDAD. LA METAFORAMÉDICA DEL PROBLEMA DE ARMÓNICOS EN LAS REDESELÉCTRICAS DE TRANSPORTE.

Si quisiéramos utilizar una metáfora médica, el SEIN es el “enfermo”, la “enfermedad”padecida se diagnosticó y se llama problema de armónicos; el “síntoma” es un valor dedistorsión armónica de la tensión por arriba del “valor saludable” (el límite de compatibi-lidad); la fuente del problema (el “virus”) se ha identificado en un exceso de inyecciónarmónica por parte de unos agentes conectados al SEIN (“órganos” del SEIN mismo). La“terapia” es muy sencilla: se trata de reducir la inyección armónica hasta niveles que elorganismo SEIN tolere, es decir hasta cuando su “temperatura” vuelva por debajo dellímite de compatibilidad. Este proceso terapéutico, que normalmente no es rápido (seríarápido si la afectación fuera local, debida a un problema puntual, pero no es el caso delSEIN) pasa por controlar las inyecciones de disturbios y tiene que acompañarse conelementos de diagnóstico como la medición continua de los síntomas y de la causa de laenfermedad para monitorizar la evolución de la enfermedad y el efecto de la terapia.

La literatura científica y normativa conoce y describe muy bien esta “enfermedad” llamadaarmónicos, nos dice como se manifiesta y como se controla. La autoridad peruana de“Salud Pública” (en la presente metáfora viene a ser el OSINERGMIN) por el momentonos indica a través de la NTCSE cuales son los valores de los síntomas por arriba de loscuales hablamos de “enfermedad” (por ejemplo: V(h=5) > 2% en el 5% del tiempo). Sinembrago, no nos ofrece indicaciones útiles desde un punto de vista técnico para empren-der un camino “terapéutico”.Una indicación útil sería por ejemplo indicar cual es la cantidad de corriente armónica queun órgano interno puede inyectar en el organismo antes de que este último manifiestesíntomas fuera de los rangos saludables. La normativa internacional (IEC y IEEE) encambio nos ofrece indicaciones terapéuticas y prescripciones a las que se hará referencia.COES SINAC en nuestra metáfora juega el papel del médico encargado de garantizar queel paciente SEIN, compuesto por varios órganos, se encuentre en un estado saludable.Puede ser que no hubo prevención, pero también hay que reconocer que la enfermedadde que se trata es menos grave de otras, clasificándose quizás más como malestar quecomo enfermedad propiamente dicha (depende del punto de vista, pero sobre tododepende del nivel alcanzado por la “fiebre” asociada con el malestar).Como médico, COES diagnosticó la enfermedad, reconociendo que de las tres categoríasprincipales de órganos que conforman el SEIN -grandes usuarios, distribuidoras y genera-doras- las primeras dos contienen elementos que son las fuentes de la enfermedad inyec-tando en el organismo un nivel excesivo de corrientes armónicas6.La terapia es un proceso relativamente largo, con etapas y niveles diferentes de interven-ción: el control de su eficacia a través de la medición frecuente de la temperatura corporales crucial para ir ajustando la cura, y sobre todo mantener sucesivamente el estadosaludable que se ha logrado.

6 Dependiendo de la tecnología de generación, también la generación puede ser parte del problema:considérese por ejemplo la generación fotovoltaica, o la eólica, ambas basadas sobre dispositivos deelectrónica de potencia, que es elemento de interfaz con el sistema.

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4 ARMÓNICOS: CÓMO Y PORQUÉ SE EXCEDEN LOS LÍMI-TES DE DISTURBIO – MECANISMOS DE SUMACIÓN DEARMÓNICOS

Abandonando la metáfora médica, examinamos la mecánica del fenómeno armónicodesde un punto de vista eléctrico.La figura 1 a continuación muestra el ejemplo de una red de transmisión simplificada en laque hay unas inyecciones de armónicos representadas por dos cargas no lineales, unafiltrada (C1) y la otra no (C2).

Contaminación armónica del sistema: diferencia entre fuente contaminante y fuente nocontaminanteLa fuente de armónicos representada por la carga no lineal C1 se supone que tiene enparalelo un filtro perfectamente ajustado sobre su frecuencia de inyección, mientras que lacarga no lineal C2 no está filtrada. Las cargas no lineales se representan en muchoscasos como inyecciones de corrientes armónicas.Las corrientes armónicas de la fuente C1 no circulan por el sistema en AT7, mientras quelas de la fuente C2 si circulan en el sistema, causando distorsiones en la tensión. Lafuente C1 por lo tanto no contamina el sistema, la fuente C2 si contamina, a través de lainyección de corrientes armónicas en el sistema. Además, la corriente armónica asociadaa la fuente C2 muy posiblemente termina circulando por el filtro de la fuente C1, con elriesgo de sobrecargarlo (o reduciendo sus márgenes). Si midiéramos la corriente en lafrontera entre la instalación C1 (filtrada) y la red, detectaríamos un flujo de armónicos,pero no se trata de responsabilidad de C1 sino de C2: eso nos indica que se tiene quetener cuidado cuando estemos buscando responsabilidades de los usuarios y nos limitá -ramos a la sola medición de la corriente.

7 En realidad, depende de la eficiencia del filtro y de la impedancia de la red en la armónica considerada:digamos que en linea de principio -y hablando en correspondencia de la frecuencia de ajuste del filtro- nofluyen armónicos hacia el sistema. En términos prácticos, una parte mucho menor, normalmente despre-ciable- de los armónicos generados por la instalación se va para el sistema.

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Figura 1: Red con fuentes de armónicos



El valor de la distorsión de tensión en cada barra se debe a las caídas de tensión en lasimpedancias del sistema por la circulación de los armónicos de la fuente C2. Laimpedancia armónica del sistema está bastante condicionada por la presencia de filtros enel sistema, aun cuando estén conectados al secundario de transformadores como es elcaso en la figura anterior.

Composición de fuentes armónicas: composición en corriente y composición en tensiónSi sacáramos el filtro que está en paralelo a la fuente C1, tendríamos dos fuentes decorriente armónica inyectando en el sistema. La corriente armónica que circula en cadatramo del sistema es el resultado de la suma vectorial de la corriente asociada a(procedente de) cada fuente. La distorsión resultante en cada barra puede calcularse (enla hipótesis de sistema lineal) sumando por separado las tensiones que resulten aplicandoal sistema las fuentes de corrientes armónicas una a la vez8. En principio, tratándose deuna suma de vectores (fasores), sin información del ángulo de fase entre las corrientesinyectadas, tenemos una tensión resultante de amplitud cualquiera comprendida entreV(C2)-V(C1) y V(C2)+V(C1), dependiendo del ángulo φ. Por supuesto que el mismoconcepto aplica también para las corrientes, que se suman vectorialmente y por lo tantopuede perfectamente bien ser que la corriente (o tensión) resultante sea menor que lamás pequeña de las dos corrientes (o tensiones). En los sistemas de potencia esnormalmente muy conservativo adoptar una ley de inyección con todas las fuentes con elmismo ángulo (fuentes coherentes).

Las armónicas en un sistema se calculan utilizando un modelo en que está representadoel sistema eléctrico con su respuesta correcta a las diferentes frecuencias en el rangoconsiderado, y las fuentes de corriente armónica con las que representamos la cargadistorsionante. Los generadores, para frecuencias diferentes de la fundamental, terminansiendo representados sencillamente a través de una impedancia que corresponde a la

8 Por el principio de superposición lineal de los efectos, valido en sistemas lineales.

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Figura 2: Composición vectorial de dos fasores



inductancia subtransitoria de la máquina, a la que se le agrega una resistencia variablecon la frecuencia que garantice una correcta respuesta del parámetro τ = L/R.

La ecuación que permite determinar las tensiones armónicas en los diferentes puntos delsistema por inyección del vector de corrientes In que representa las fuentes de disturbioes

[Y⃗ ]∗[ V⃗ ]=[ I⃗ ]

siendo Y la matriz cuadrada de dimensiones nxn (siendo n el número de nudos de la red)cuyo nombre es matriz de admitancias de la red; resolviendo la ecuación anteriortenemos:

[V⃗ ]=[Y⃗ ]−1

∗[ I⃗ ] que se puede escribir también como [V⃗ ]=[ Z⃗ ]∗[ I⃗ ]

siendo Z la matriz inversa de la matriz de admitancias de red.

En el nudo número j la solución es

V⃗ j=∑i=1

n

z⃗ j , i× I⃗ i= z⃗ j ,1× I⃗ 1+ z⃗ j , 2× I⃗ 2+... z⃗ j , n× I⃗ n

La ecuación de arriba nos permite sacar las siguientes conclusiones: • que en principio, en cada nudo j de la red, el valor de la tensión armónica Vj depen-

de de todas las inyecciones que haya en el sistema, cada una con un peso repre-sentado por el coeficiente zji;

• que las componentes asociadas a cada una de las fuentes armónicas (los produ-ctos zxI) se suman entre si vectorialmente.

Si consideramos singularmente las componentes de la sumatoria de arriba (los términosvij)

v i , j=∣⃗v j , i∣=∣z⃗ j , i× I⃗ i∣ ,

y los sumáramos aritméticamente, tendríamos un valor

∑i=1

n

∣⃗v j ,i∣

normalmente bastante más alto que el valor de la distorsión total que resulta en el nudo j:eso se debe a que la suma vectorial es una suma que depende de los ángulos de losvectores, y que en el caso particular en que los ángulos fueran todos iguales tendríamosel valor máximo de la suma, que coincide con la suma aritmética de los módulos de losvectores individuales. En cambio, el valor mínimo de la amplitud del vector resultante desuma vectorial puede ser muy pequeño, hasta cero. Para cada nudo j del sistema, latensión armónica en el nudo, resultante de la composición de las fuentes de distorsión enla red, el rango de posible variación está por lo tanto definido como:

0⩽∣V⃗ j∣=∣∑i=1

n

z⃗ j ,i× I⃗ i∣≪∑i=1

n

∣⃗z j , i× I⃗ i∣

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El informe técnico IEC 61000-3-69, a partir de la base de la experiencia acumulada,propone una ley de adición de armónicos del siguiente tipo:

V⃗ j=a√∑i=1

n

∣Z⃗ i , j× I⃗ i∣a

siendo el exponente a de la ecuación de arriba un valor que depende de la armónicaconsiderada. Los valores que la mencionada guía propone para el exponente a dependende la armónica h considerada, y son:

h < 5 a = 1.0

5 ≤ h < 10 a = 1.4

h ≥ 10 a = 2.0

Tabla 1: Exponentes para composición armónicas según el informe técnico IEC 61000-3-6

Si estamos excediendo el valor que nos impone la norma para la tensión en el nudo j, laecuación de arriba nos dice que para bajar el valor de la tensión tenemos que operarsobre las impedancias, o sobre las corrientes (o sobre ambas). Operar sobre lasimpedancias puede significar casi exclusivamente (o principalmente) poner filtros, mien-tras que operar sobre las inyecciones teóricamente y en sentido estricto quiere decirlimitar la amplitud de la inyección, es decir reducir los amperios de las fuentes. Sobreeste segundo aspecto hay dos enfoques diferentes, el primero tecnológico, con su ámbitode aplicación, y el segundo de sistema. Examinamos el primer aspecto, que es por ejem-plo el enfoque adoptado en Europa con la marcatura CE para aparatos de baja tensión: lareducción de la inyección de armónicos pasa por un cambio de tecnología de los produc-tos domésticos impulsado por las normas de producto y el esquema obligatorio decertificación sin el cual no se habilita la comercialización en el territorio europeo.En cuanto a instalaciones industriales, a parte de la reducción de inyección asociada conel avance tecnológico en los dispositivos (muy notable el referido a los drives, que hoy endía exhiben características mejores en el sentido de la inyección armónica) la reducciónde la inyección armónica pasa esencialmente por filtrar los armónicos que se produzcan,evitando la inyección hacia el sistema. Hablando de medida de corto plazo, la reducciónde la inyección por cambio de tecnología no es una solución; como medida cuyo efectosea en el corto plazo la única que se puede adoptar es la instalación de filtros a nivel degeneración de armónicos10.

Hasta ahora hemos visto que una fuente filtrada no impacta en el sistema de AT (por lomenos no en la armónica de ajuste del filtro), mientras que una fuente no filtrada siimpacta. Como se sabe, hay un valor de compatibilidad para la tensión armónica en elsistema por debajo del cual el sistema opera en régimen de calidad, asegurando el inter-cambio -la compraventa- de un producto eléctrico de calidad. Si bien sería deseable queno tuviéramos inyecciones algunas de armónicas en el sistema, esto es prácticamenteimposible: siempre habrá, por la naturaleza de la carga, y en realidad el problema es queel conjunto de las inyecciones no haga que se supere el límite de compatibilidad en el

9 Vale la pena remarcar el hecho que el documento IEC 61000-3-6 no es una norma sino más bien uninforme técnico

10 Con "a nivel de generación de armónicos" se entiende que los filtros se tienen que colocar comocomponentes de la instalación del usuario que inyecte armónicos, lado secundario del transformadorAT/MT, más que en paralelo a cada una de las fuentes presentes en la instalación: el usuario colocará losfiltros en la ubicación que le resulte más adecuada.

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sistema. Para eso, la forma más práctica es asignar con buen criterio la cuota de inyec-ción que cada usuario está autorizado a inyectar en el sistema. Si todos usuarios nosuperaran la cuota asignada, y las cuotas se hubieran determinado con el criterio corre-cto, no se superaría el límite de compatibilidad y el problema de armónicas no existiría.En base a cuanto expuesto, el criterio no es tanto ver si una instalación inyecta o no armó-nicos, sino si está respetando o excediendo la cuota de inyección asignada.

Vale la pena agregar unas consideraciones adicionales sobre el informe técnico IEC61000-3-6, y en particular sobre los exponentes indicados en la tabla 1. El exponente quese indica por ejemplo para la armónica que nos interesa, la 5a, cuyo valor es de 1.4,representa una ley de suma de fuentes de las cuales se desconoce en principio el ángulode inyección, o es inmanejable considerarlo. La ley con exponente 1.4 ha sidodeterminada en base a la experiencia acumulada, comprobando que en diferentescontextos -principalmente europeos- esta ley era la que mejor simplificaba el problema yse acercaba a la situación real en la mayoría de los casos. Ahora, la validez de esta leyestá de alguna manera ligada a la naturaleza de la carga distorsionante presente en lasredes europeas en la época en que se realizaron los estudios que acompañaron ladefinición de la norma, y de alguna manera refleja aquella realidad (Europa, años 90). Elhecho de que haya sido comprobada en diferentes contextos no es garantía deuniversalidad de la misma ya que hay que considerar que los diferentes contextos eranbastante homogéneos entre sí. Todo eso únicamente para comentar que pueden haberdiferencias entre la ley que valía en Europa en los años 90 y la que puede valer para Perú20 años después. Hasta podemos decir que esta misma ley podría tener una validezdiferente en Europa hoy en día, si se volviera a comprobar; eso se debe a que lanaturaleza de la carga distorsionante ha variado bastante mientras tanto (por ejemplo, laobligatoriedad de la marca CE ha cambiado sensiblemente la carga no lineal, así como ladifusión de nuevas tecnologías de iluminación, con la aparición masiva de lamparasfluorescentes compactas. Resumiendo, una ley de suma exponencial es seguramentevalida, el exponente 1.4 es el que recomienda la única norma que se ocupa del asunto enprofundidad, pero su presunta universalidad tiene que considerarse relativa. De todasmaneras, no existen a nivel normativo leyes actualizadas, ni tampoco tenemos elementosconcretos para poner en discusión la ley en su aplicación para el presente estudio, asíque se adopta tal cual.

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5 DESCRIPCIÓN DEL METODO DE ASIGNACIÓN DE LACUOTA DE INYECCIÓN DE CADA USUARIO

Pasamos ahora a describir el método desarrollado para asignar la cuota de inyección alos diferentes usuarios del sistema. Como se mencionó anteriormente, nos basamossobre el informe técnico IEC 61000-3-6 para determinar la cuota de inyección a través decada frontera del sistema. Los conceptos de sistema y de frontera son fundamentales, yse definen a continuación:

SISTEMA: En este caso es el sistema de transmisión en AT (el SEIN). Este sistemaincluye el nivel de tensión de 500 kV, 220 kV y 138 kV, e incluye los genera-dores de tipo tradicional, quedando excluidos los generadores que cuentancon un interfaz basada en la electrónica de potencia (fotovoltaicos, eólicos,etc.);

FRONTERA: es el punto que marca la separación de ámbito/jurisdicción entre el SISTEMAy todas las instalaciones conectadas eléctricamente al mismo. Para los finesdel presente estudio, la FRONTERA se ubica normalmente en el punto deentrega/intercambio de energía en el lado primario del transformador.

La figura a continuación muestra la arquitectura del sistema y sus fronteras:

Las líneas violetas marcan la frontera entre el SEIN (red de 220-500 kV, y redes en

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Figura 3: Estructura del sistema y definición de las fronteras consideradas para el análisis de las inyecciones



138 kV). Para ser más precisos, el punto de frontera es un punto cuyo nivel de tensiónsiempre es 138 kV, 220 kV o 500 kV y se encuentra normalmente en el lado primario deun transformador que conecta una red de distribución de tensión menor o igual a 50-60 kV, o a una instalación industrial, o a una instalación no convencional de generación,fuente potencial de armónicos.

El SEIN, dentro de las fronteras identificadas, no incluye fuentes de armónicos11, y por lotanto el disturbio que se detecte en la tensión es el efecto de las corrientes inyectadas através de las fronteras. Si queremos mantener el nivel de distorsión armónica dentro delos límites establecidos, tenemos que limitar equitativamente la inyección a través de lasdiferentes fronteras hasta respetar los límites, eventualmente con márgenes.El concepto de limitar equitativamente las inyecciones pasa por la definición del conceptode cuota admisible de inyección por usuario. Es bastante natural pensar que la cuota deinyección admisible por usuario vaya a depender de alguna manera del tamaño del usua-rio mismo, o mejor dicho a algo relacionado con la potencia de la instalación que se estáconsiderando.El criterio más natural (y además presente en diferentes normativas) parecería ser relacio-nar la cuota admisible de inyección de un usuario a su potencia contratada.Lo que se hace en línea de principio es lo siguiente:

1. se inyecta la corriente de 1 A desde una frontera hacia el resto del sistema, sustitu-yendo la red desde la cual estamos inyectando hacia el sistema con el mencionadogenerador de corriente unitario,

2. se evalúa la tensión que esta inyección unitaria determina en todos los nudos de lared,

3. se repite la operación para cada frontera, obteniendo una matriz de tensiones,4. se asignan coeficientes K asociados a cada fuente considerada: este coeficiente es

el coeficiente relacionado con la potencia contratada asociada a la fuente, y lo queen realidad importa es la relación entre las diferentes fuentes12;

5. se calcula la tensión resultante en cada nudo por efecto de las inyecciones corregi-das por los coeficientes K; la tensión resultante es evaluada a través de lacomposición sugerida por el informe técnico IEC 61000-3-6,

6. comparando la tensión obtenida con los límites de la norma y los márgenes que sedesea mantener, se determina el coeficiente de multiplicación a aplicar a lascorrientes inyectadas hasta llegar al nivel de distorsión deseado.

La inyección de una corriente unitaria a través de cada una de las fronteras implicaría enprincipio trabajar sobre un modelo de red que difiere por cada una inyección, ya que latopología de la red cambia por la exclusión de la sección en consideración, reemplazadacon su inyección. En realidad, se considera una inyección equivalente que permite evitareste problema. En lugar de reemplazar la sección de red con un generador de corriente,se deja la sección conectada y se pone una inyección en la barra a la en que la secciónse conecta. Esta inyección tiene que ser tal que la corriente hacia el sistema sea unitaria;para hacer esto, la corriente inyectada tiene que considerar que una componente circularáhacia la sección. Se trata de aplicar el principio de superposición lineal de los efectos,

11 con la excepción de los TCR de los SVC (cuyos armónicos están normalmente filtrados, así que nodeberían causar distorsiones en el sistema) y de la saturación de la curva de magnetizacióntransformadores y generadores (en cuanto se mantengan las tensiones dentro de los valores nominalesestas no linealidades tendrían efectos totalmente despreciables)

12 Es decir, se asigna el coeficiente K = 1 a la fuente de mayor potencia, y luego todas las demás tendránun valor K < 1 proporcional a su relación de potencia con la fuente principal en el sistema.

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que se aclara mejor en la figura a continuación.

Existen situaciones un poco más complicadas, representadas por redes de 50 kV o 60 kVque están conectadas en más de un punto de la red de 220 kV: es el caso -entre otros- delas redes de distribución en Lima (el sistema en 60 kV alimentado desde Chavarria,Chillón, Barsi y Zapallal, el de Santa Rosa, Balneario, Callahuanca y finalmente San Juany Chilca). Estos casos están tratados como única sección, a la que corresponden múlti-ples inyecciones; en cada una de sus barras en alta tensión se inyecta una corrientearmónica, dividiendo la corriente unitaria de manera proporcional a la potencia de transfor-mación que resulta en cada barra; sucesivamente, se añade en cada inyección la compo-nente que compensa la corriente que fluye hacia la carga. La figura 5 a continuaciónilustra el método adoptado para estos casos.

Considerar estas situaciones como única sección de inyección significa asumir que desdelas barras en 220 kV se inyectan disturbios coherentes; eso sería correcto desde un puntode vista riguroso si tuviéramos impedancias despreciables entre las barras al secundariode los transformadores, lo que no es totalmente cierto. Lo que se hace en estos casos esconsiderar que las inyecciones en las barras de 220 kV se combinan entre sí de unamanera intermedia entre las fuentes coherentes (exponente 1) y las fuentes genéricas(exponente 1.4). Para ello se ha elegido un exponente 1.25 que en realidad se traduce enuna potencia equivalente de transformación menor. Para el caso de Chavarria, con unapotencia de transformación total de 1,300 MVA, se corrige este valor a 1,005 MVA13.

13 Resultado de componer con el exponente 1.25 las potencias de las máquinas en Chavarria, Barsi,

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Figura 4: Descripción del método para evaluar la inyección a través de una frontera

Figura 5: Descripción del método para evaluar la inyección a través de fronteras múltiples



6 ASPECTOS DE MODELO

6.1 MODELIZACIÓN DE LA CARGA

La carga en el modelo está representada con mayor o menor detalle, dependiendo de laimportancia de la instalación. Uno de los aspectos más relevantes para los fines delpresente estudio está representado por la manera con que se representa la compensa-ción reactiva y/o el filtraje instalado a nivel de la carga, debido a su incidencia en laimpedancia armónica.Cargas industriales importantes, o grandes instalaciones de condensadores/filtros14 en elsistema están en general detalladamente representadas, mientras que para la carga enlos sistemas de distribución o en instalaciones de menor relevancia se ha adoptado uncriterio diferente, de representación mediante equivalentes. En estos equivalentes igualse evalúa la eventual presencia de condensadores y este aspecto se refleja en la impe-dancia equivalente. Además de considerar filtros y condensadores, hay que considerarque para un modelado correcto de la carga hay que considerar que se tiene que corregirel dato que tenemos a disposición en 60 Hz -los valores de P y Q del load flow- ya quetransformar P y Q en una impedancia tipo R-L equivalente y adoptar estos valores paratodo el rango de frecuencia considerado en el estudio sería inadecuado15, aunconsiderando la variación de la impedancia con la frecuencia por efecto de la componentereactiva.

Es razonable pensar que la carga esté constituida por las siguientes componentes:

1. carga no lineal (accionamientos/electrónica de potencia): en primera aproximaciónsu impedancia armónica puede ser asumida de valor infinito, representando estacomponente de la carga como pura inyección de armónicos, despreciando losefectos de la impedancia;

2. carga motor: siempre se considera un modelo R-L, pero los parámetros del modeloequivalente en 60 Hz difieren bastante del modelo para armónicos ya que enprimera aproximación los motores responden a los armónicos con su modelo encortocircuito (bajo factor de potencia, con una inductancia que absorbe en el ordende 5 veces la corriente nominal en 60 Hz

3. carga genérica tipo RL: con este modelo se pretende representar las cargas que noestán basadas en electrónica de potencia o las cargas de tipo motor.

4. compensación reactiva: se supone que cuando encontremos valores de factor depotencia relativamente altos en 60 Hz, se debe a la presencia de condensadores,que se representan en paralelo a la carga.

Se considera que las cargas estén ubicadas en baja tensión, y por lo tanto en serie a lostipos de cargas descritos arriba se representa la impedancia de un transformador.

La figura 6 a continuación muestra la situación descrita:

Chillón y Zapallal.14 Por ejemplo los filtros de REP en la zona de Lima y en el Norte, o los filtros asociados a los SVC.15 Es inadecuado porque por ejemplo motores y cargas distorsionantes tienen un modelo que difiere

bastante entre lo que se usa para fines de load-flow, y el que representa el comportamiento encorrespondencia de las armónicas.

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Figura 6: Criterio de modelización de la carga

En la tabla 2 a continuación se resumen los criterios en base a los cuales se han conside-rado los modelos elementales de la carga.

Tipo de carga Modelo para Load-Flow (60 Hz)

Equivalente armónico

Carga basada sobre electrónica de potencia

Carga tipo P, Q Impedancia infinita

Carga motorCarga tipo P, Q con factor de potencia de 0.85

Modelo R, L serie, con L que se determina en base a los parámetros de cortocircuito del motoren 60 Hz. La R en la 5a armónica es 3 veces más grande que el valor en 60 Hz, calculado a partir de un factor de potencia de 0.2

Carga genérica (tipo R, L)

Carga tipo P, Q con un factor de potencia de 0.92

Modelo R, L serie, con parámetros determinadosen base a la fracción asignada de la P del Load-Flow, para la 5a armónica se considera que la R aumenta 3 veces con respecto al valor en 60 Hz

Compensación

Si el factor de potencia de la carga supera 0.93, se supone que se está corri-giendo un factor de potencia de 0.90. Se introduce la compensacióncorrespondiente16

Modelo de condensador puro

Tabla 2: Criterio de modelización de la carga

Entre los modelos que brinda PowerFactory, el que mejor permite representar estasituación es el modelo “Impedance, Model 2”, para el cual se tienen que ajustar losparámetros adecuadamente para tener la impedancia correcta a la armónica considerada(no hay manera de representar rigurosamente la carga con un único modelo deparámetros constantes que de lugar a una impedancia correcta para todas lasfrecuencias).

Para determinar los parámetros que identifican al modelo equivalente de la carga, para

16 Con la excepción de carga clasificada como residencial, para la cuál no se prevé ningún tipo de compen-sación reactiva; para la carga clasificada de tipo mixto se calcula la capacitancia necesaria para la compensación indicada, pero se considera solamente la tercera parte instalada.

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cada una de las cargas en el sistema hay que definir el peso de cada una de lascomponentes mencionadas arriba (carga con electrónica de potencia, carga motor, cargaRL, compensación). Se han identificado clases de cargas, y luego se ha asignado a cadacarga del sistema la pertenencia a una de estas clases.

Las clases identificadas difieren entre sí por como se divide la potencia del load flow entrelos diferentes tipos básicos de carga17.

carga no lineal carga motor carga convencional

TIPO 1 (INDUS.) 45% 35% 20%

TIPO 2 (INDUS.) 25% 50% 25%

TIPO 3 (RESID.) 10% 10% 80%

TIPO 4 (RESID.) 15% 15% 70%

TIPO 5 (MIXTO) 25% 25% 50%

TIPO 6 (INDUS.)18 60% 10% 30%

Tabla 3: Criterio de composición de cada una de las clases de cargas definidas para el estudio

6.2 AJUSTE DEL MODELO PowerFactory: FILTROS Y CONDENSADO-RES

El modelo del SEIN en PowerFactory carecía de información de detalle sobre los filtrosinstalados en el sistema, por lo menos para todo el sector de los usuarios industriales. Ala hora de realizar un estudio de armónicos en el sistema de AT, los filtros que esténconectados en el sistema, sobre todo a los secundarios de transformadores con primarioen AT representan un componente crucial para los resultados. Una de las primeras tareas del estudio, en colaboración con COES, fue recopilar lainformación sobre condensadores y filtros instalados. Para este fin se circuló a losagentes una planilla a llenar, con los datos principales de sus instalaciones. Entre los clientes libres hubo unos que no declararon nada sobre sus instalaciones, enparticular si contaban con filtros de armónicos o no; otros declararon tener prevista lainstalación, pero a la fecha no cuentan todavía. El listado de las instalaciones de clienteslibres que no cuentan con filtros de armónicos instalados se encuentra en la tabla 4 acontinuación, que muestra también lo declarado por los agentes en términos de cantidadde carga distorsionante instalada (valores que para algunos casos parecen ser demasiadobajos):

17 Es decir: no lineal, motor y carga convencional.18 La carga del tipo 5 en realidad se usa únicamente en plantas industriales en las que se han representado

los motores en forma explícita y por lo tanto en el equivalente de la "otra carga" los motores aparecencon un porcentaje muy bajo.

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Agente tensión Potencia19 Resultado Pdist

ADMIN. CERRO 45.26 MW No contesta

ALICORP 60 kV 3.00 MW Solamente C en BT

CEMENTO NORTE PACASMAYO

60 kV 24.00 MW Solamente C 21%

CREDITEX 60 kV 10.40 MW No contesta

DOE RUN PERU 50 kV 16.00 MW Se dispone de datos solamente parala instalación de La Oroya (con F)

30%

INDUSTRIAS CACHIMAYO

138 kV 25.00MW Solamente C 51%

MEPSA 60 kV 18.00 MW Solamente C

MINERA ARES 60 kV 20.00 MW Solamente C

MINERA ARGENTUM 50 kV 24.00 MW Solamente C 5%

MINERA BUENAVENTURA

138 kV 35.10 MW No contesta

MINERA CASAPALCA

50 kV 14.00 MW Solamente C 20%

MINERA EL BROCAL 50 kV 10.00 MW No contesta

MINERA LOS QUENUALES

50 kV 22.00 MW No contesta

MINERA MILPOEl Porvenir / Cerro Lindo

60 kV 27.00 MW Solamente C ? / 70%

MINERA MISKI MAYO 138 kV 13.10 MW Solamente C

MINERA VOLCAN 50 kV 40.96 MW No contesta

OPP FILM No contesta

PANASA 138 kV 12.00 MW No cuenta con C o F

QUIMPAC OQUENDO / PARAMONGA

60 kV / 138 kV

50.00 MW Solamente C 66% / ?

SIDER PERU 138 kV 120.00 MW C y F (pero no de 5a) < 10%

TASA 18.80 MW No contesta

TEXTIL PIURA 60 kV 10.00 MW No cuentan con F/condensadores

TRUPAL 138 kV 14.00 MW Solamente C 14%

UNACEMATOCONGO / CONDORCOCHA

60 kV / 138 kV

77.00 MW Solamente C 0% / ?

CEMENTOS YURA 138 kV 38.50 MW Solamente C 18%

CERVEC. BACKUS 60 kV 13.35 MW No contesta

CORPOR. LINDLEY 18.75 MW No contesta

19 El dato de potencia es relativo al año 2013, y sacado del reporte estadístico de OSINERGMIN "MercadoLibre de Electricidad"

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PESQ. DIAMANTE 12.30 MW No contesta

MOLY-Cop Adesur 60 kV 12.00 MW No contesta

Kimberley Clark 60 kV 16.00 MW Solamente C en BT

TOTAL 765.52 MW

Tabla 4: Listado de usuarios que no cuentan con filtros (o que no dieron información al respecto); Pdist

representa el porcentaje declarado por el usuario de % de carga distorsionante instalada.

La cantidad de carga industrial sin compensar armónicos es bastante relevante y suma766 MW (en 138 kV menos de 200 MW, y nada en 220 kV); a esta potencia habría quesumar aquella de las redes de distribución públicas que no cuentan con filtros 20. El hechode que haya en casi todos los casos bancos de condensadores instalados no ayudamucho en el control de la 5a armónica de corriente, y hasta se tiene el riesgo de que secreen condiciones cercanas a la resonancia paralelo.En la recopilación de datos se lograron informaciones sobre filtros de las instalacionesque cuentan con estos equipos, y se añadieron en el modelo del SEIN en PowerFactory.Además, en muchos casos los esquemas unifilares proporcionados por los agentespermitieron representar con mayor precisión sus instalaciones en el modeloPowerFactory, que a veces representaba una carga tipo PQ en AT, sin tener representadoni siquiera el transformador que alimenta la planta.

En general, la recopilación de datos muestra que todas las instalaciones industrialesconectadas al 220 kV cuentan todas con filtros de 5a armónica.

6.3 AJUSTE DEL MODELO PowerFactory: PARAMETROS DE TRANS-FORMADORES

En estudios de armónicos es importante representar correctamente la respuesta con lafrecuencia de los parámetros de cortocircuito de los transformadores y de las líneas. Enactividades anteriores COES hizo definir e implementar en el modelo las funciones através de las cuales representar la variación de las resistencias de transformadores ylíneas con la frecuencia (las inductancias que no sean de secuencia homopolar en prime-ra aproximación se pueden representar como constantes, y así se hizo). Si bien losmodelos de transformadores del SEIN cuentan con la función que representa su variacióncon la frecuencia, obviamente hay que explicitar el valor de las pérdidas series (o decortocircuito) para tener una resistencia en 60 Hz y consecuentemente en las armónicas.Cabe mencionar que muchas de las pérdidas son iguales a cero, o de un valor incorrectohaciendo referencia a valores típicos.Por lo tanto lo que se hizo fue chequear los valores presentes, corrigiendo los valoresfuera de rango, o indicando valores típicos cuando no se encontraron valores de pérdidas.Publicaciones como [1] proponen valores referenciales de tau21 para transformadores deAT en función de la potencia nominal; estos valores se han tomado como bases, modifi-

20 En principio, considerando que en el sistema están instalados los filtros de REP (Trujillo, Chimbote ysobre todo Lima), la potencia de distribución pública más relevante está filtrada. Todas las cargasindicadas en la tabla 4 que se conecten a un nivel menor de 138 kV en realidad están afectando lasredes de distribución.

21 tau es la relación entre L y R, y varía con la frecuencia principalmente por la variación de R (la variación de L es despreciable en primera aproximación)

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cándolos ligeramente sobre la base de los valores considerados aceptables encontradosen la base de datos de transformadores del SEIN.

La variación del parámetro tau(60 Hz) con la potencia de las máquinas es una característi-ca prácticamente lineal en ejes doble logarítmicos. La característica que se adoptó en elestudio se presenta en la figura 7 a continuación.

Todos valores de tau encontrados en la base de datos original que estuvierancomprendidos en un rango de ±30% alrededor del valor típico se consideraron aceptables;cuando los valores se encontraban fuera de este rango se ajustó la resistencia para quetau tenga el valor típico referido a la potencia de la máquina en cuestión.

Cabe mencionar que en muchas máquinas que se consideran relevantes para fines delestudio (por ejemplo, el conjunto de transformadores 220/60 kV de las distribuidoras delárea de Lima, que suma casi 2,800 MVA de potencia de transformación) se encontraronvalores de tau fuera de rango.

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Figura 7: Característica referencial para la variación de los parámetros de cortocircuito de los transformadores en el modelo en función de la potencia nominal



6.4 ESCENARIOS ESTUDIADOS

Los escenarios estudiados son los correspondientes a los años 2013 y de 2016 como seencontraban en la base de datos proporcionada por COES al Consultor ESC a fines delaño 2012 (en la cual este consultor incorporó características de dependencia con lafrecuencia para análisis de armónicos). Para ambos escenarios se ha elegido lacondición de máxima demanda en estiaje. La razón por la cual se ha elegido el escenario2013 de máxima demanda del estiaje del año 2013 es porque se contaba con medicionesde armónicos en AT realizadas en setiembre del 2013. Siendo una fecha bastantecercana, se supuso que los resultados de las mediciones podían representar bastantebien la situación del sistema en análisis, y han sido utilizados para comprobar que laselecciones adoptadas durante la preparación del modelo de la carga para el sistema nodieran lugar a soluciones alejadas de la realidad.Cabe mencionar que en el escenario se encuentran unos proyectos que en realidad en el2013 aún no habían entrado en operación: es el caso por ejemplo del Parque Eólico enMarcona. Dicha instalación demostró que iba a tener un fuerte impacto potencial en elsistema del 2013, y también la tensión en su barra iba a estar fuertemente afectada por elsistema, dada su ubicación en una punta. La evaluación del caso del Parque Eólico deMarcona, así como el de Pucallpa, permitió reconocer las condiciones que crean loscasos más critico en el SEIN, y sirvió para avisar sobre los riesgos asociados adesarrollos puramente radiales del sistema en términos de armónicos, que deberán serestudiados cuidadosamente para evitar el riesgo de crear situaciones descontroladas (esel caso por ejemplo de la posible futura conexión de Iquitos al SEIN, que se realizaría conuna linea especialmente larga).El caso del año 2016 ha sido elegido para ver como la expansión del sistema previstapara esa fecha (en particular, la expansión del sistema en 500 kV, que incluye a la líneaChilca-Montalvo) influye en los resultados logrados en el escenario del año 2013, y sobretodo como la expansión impactaba sobre las situaciones de resonancias identificadas enel sistema del 2013.

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7 ANÁLISIS DE AMPLIFICACIONES DEL DISTURBIO EN EL SISTEMA

El análisis de amplificaciones del disturbio de 5a armónica es algo conceptualmenteligado al estudio de Z(f), pero se trata de un enfoque más práctico para los fines delpresente estudio.De hecho, lo que se procura estudiar es en que forma cada una de las fuentes de armóni-cos impacta en el sistema, y en particular si su afectación en el sistema se amortigua amedida que nos alejamos del punto de inyección, o si se mantiene a valores parecidos alque se registra en el punto de inyección; como se verá, en algunos casos hasta se amplifi-ca en barras relativamente alejadas, y en otros niveles de tensión.Evidentemente cada fuente, por el punto de la red en que se conecta, tiene sus caracterí-sticas, pero en términos generales y con pocas excepciones el disturbio inyectado sepropaga hasta bastante lejos del punto de inyección, y en muchos casos tiene -por lasresonancias que aparecen- una amplificación en otras barras del sistema. El nivel másalto de amplificación que se ha registrado en el sistema es relativo al disturbio que seinyecte desde la barra de ACEROS AREQUIPA (denominada en el modelo del SEIN enPowerFactory como ACER220), que se amplifica hasta 5.94 veces en la barra del ParqueEólico de MARCONA (PE MARC220), y 5.56 veces en Marcona (MARC220). Otros casosnotables son la inyección en Talara 220 kV que se amplifica de 3.96 veces en NuevaJaén, o la del Parque Solar Panamericana (SOLAR PAN 138) que se amplifica de 4.08veces en Puno 138 kV (PUNO138). El listado completo de las amplificaciones (es decir:para cada fuente en el sistema, cuales son las barras que exhiben una tensión armónicaen % superior a la de la barra de inyección) se encuentra en el anexo 1.Conviene dejar en claro que la aparición de amplificaciones no está asociada a la fuenteen sí, sino más bien al punto en que la misma se conecta al sistema, y a la topología de lared, ya que las amplificaciones (por efectos de resonancias) dependen de la combinaciónde las impedancias de los diferentes componentes del sistema22.

En cuanto a la difusión de la distorsión en la red, la figura a continuación muestra como eldisturbio inyectado desde las fuentes ubicadas en Lima (las 3 islas de 60 kV de Chavarria,Santa Rosa y San Juan) se propaga en el sistema. Para ello se ha elegido como ejemplola directriz Zorritos-Marcona (líneas en 220 kV a lo largo de la costa), y lo que se muestrason las 3 distintas características, muy similares entre si, cada una actuandosingularmente. Se hace notar que en este caso se inyectaron 10 A, pero lo que importa es comparar elnivel que se registra en Lima (en la figura alrededor del km 1,200 desde Zorritos), con loque se encuentra en otras barras a lo largo de esta directriz.

22 Como ya se dijo, estudio de las amplificaciones o estudio de la impedancia armónica son aspectosconceptualmente idénticos

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Como es evidente de la figura, el nivel del disturbio registrado en el punto de inyección enLima se mantiene (o hasta se amplifica un poco) en Zorritos (km 0) y en Trujillo (km 650),mientras que se notan barras pocos afectadas en La Niña (km 350), en Paramonga (km1,000) y en Desierto (km 1,400). En cambio, considerando la situación en Marcona (km1,650) se nota una fuerte amplificación, que para el caso de la inyección desde Chavarriaresulta de 2.46 veces.El concepto que la amplificación se pueda manifestar a centenas de kilómetros del puntode inyección es fundamental para tener en cuenta estudiando la difusión de armónicos enun sistema de transporte. Por ejemplo, estos resultados ponen de manifiesto que unestudio del impacto en la red de una instalación potencialmente contaminante no puedelimitarse a determinar los efectos en la barra de inyección, sino que tendrían queevaluarse sus efectos en el sistema completo.Cabe mencionar también que hay barras de la red que son complicadas por las altasimpedancias (armónicas) asociadas, y que estas situaciones son típicas de las puntas delsistema (por lo tanto, hablando de 220 kV, se trata de las barras de Zorritos, Puno, LosHéroes y, en una medida bastante más evidente, Marcona y Aguaytía. En general, lasituación más complicada en el sistema la padece la barra de Pucallpa en 138 kV, debidoa la gran longitud de la línea. Cuando se realice la línea en 220 kV proyectada entreMoyobamba e Iquitos, sin estudiar adecuadamente el problema de los armónicos, y sin

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Figura 8: Tensiones de 5a armónica a lo largo de la linea costera Zorritos-Marcona por inyecciones de corriente de 5a armónica desde las SS.EE. en Lima. La flecha indica a que altura de lalinea se inyectaron los armónicos.



tomar los remedios correspondientes, es de esperar situaciones fuertemente descontrola-das de distorsión en Iquitos.

8 RESULTADO DE LA COMPOSICIÓN DE LOS EFECTOS DE LAS INYECCIONES DE LAS DIFERENTES FUENTES

Para el sistema estudiado (red 2013, estiaje, flujo máximo) se han identificado 113 fuentesde armónicos con el criterio expuesto en el párrafo 5.El sistema de 500/220/138 kV representado tiene un total de unas 184 barras, y por lotanto, inyectando singularmente corrientes unitarias desde las fuentes logramos unamatriz de 184 líneas (las barras del sistema) x 113 columnas (las inyecciones) que repre-senta los efectos de todas las inyecciones en todas las barras del sistema, tomadassingularmente.En la columna j de dicha matriz se tiene la tensión en cada barra del sistema resultante dela inyección desde la fuente j, y en la línea i se cuenta con las componentes de tensionesque las 113 fuentes determinan en la barra i.

8.1 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE INYECCIONES UNITARIAS

Empezamos el análisis por los resultados logrados con inyecciones unitarias. A través deeste tipo de análisis se ponen en evidencia los fenómenos de amplificación en el sistema. La gráfica a continuación muestra como ejemplo la situación en la barra de Chavarria porinyecciones unitarias en el sistema.

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Del análisis de la figura de arriba son evidentes las contribuciones de las diferentes fuen-tes: las primeras 35 fuentes son fuentes en 220 kV, mientras que las sucesivas 78 sonrelativas a inyecciones conectadas al sistema de 138 kV.Se han puesto en evidencia algunos “picos”, que vienen a ser los que más influyen sobrela tensión en Chavarria, y son Guadalupe, Aguaytía y el parque eólico de Marcona en220 kV, mientras Puno, Pucallpa y Moyobamba son las inyecciones que más influenciatienen sobre el disturbio en Chavarria. El grupo de tensiones alrededor de Moyobamba,más o menos de la misma amplitud, están asociadas a las inyecciones de la misma islaen 138 kV a la que pertenece Moyobamba23. Como se nota, la inyección de Chavarria ylas cercanas tienen influencia bastante menor. Cabe mencionar que este enfoque esfinalmente bastante parecido de un punto de vista conceptual al del análisis de las amplifi-caciones en el sistema, en el sentido esta vez de buscar barras potencialmente influyen-tes en el disturbio sobre una barra específica.

23 Moyobamba es la última barra de un eje radial en 138 kV de 480 km de largo, desde Tingo María: setrata de un eje muy complicado del punto de vista de los armónicos, por la alta impedancia armónica quese registra al fondo y a lo largo de la linea. En Moyobamba los efectos de las inyecciones de variasfuentes se encuentran amplificados: véase a tal propósito el anexo 1, en el que se muestra que eldisturbio inyectado por Santa Rosa (por ejemplo) recibe una amplificación de un factor 2.93

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Figura 9: Componentes de disturbio de la tensión armónica de Chavarria por inyecciones unita-rias desde las fronteras identificadas



Si repetimos el mismo análisis por ejemplo sobre la barra de Moquegua 220 kV logramosla característica, mostrada en la figura 10.Como es evidente de la comparación de las dos figuras anteriores (9 y 10), las barras deinfluencia son bastante diferentes y en el sur se nota como prácticamente el disturbio estotalmente “autóctono”, no habiendo barras del sistema centro-norte condicionando eldisturbio en el sur24 (eso se debe muy probablemente a los filtros del SVC en la S/E deSocabaya, y por supuesto a la línea Mantaro-Socabaya: la situación podría cambiar con laentrada en servicio de la nueva línea Chilca-Montalvo, que realiza una nueva vinculaciónentre el sistema del sur y centro-norte).Otro caso notable es el de Alto Chicama, cuya característica se muestra a continuación enla figura 11.

24 Esta característica se repite en forma bastante similar para todas barras del sur, donde el disturbio quese inyecte en Puno 138 kV va a tener mucha influencia sobre los disturbios medidos en la zona. En labarra de Cotaruse en cambio es todavía bastante marcada la influencia de Marcona, lo que hace queCotaruse pertenezca más a la zona centro que a la zona sur del punto de vista de las fuentes condicio -nantes el disturbio.

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Figura 10: Componentes de disturbio de la tensión armónica de Moquegua por inyecciones unitarias desde las fronteras identificadas



Alto Chicama 138 kV exhibe una característica especial en el sistema, compartida sola-mente por Bayovar 138 kV, y es que la barra más influyente – y prácticamente única- es lamisma de la inyección; todas las demás barras demuestran que el disturbio es el resulta-do del concurso de diferentes fuentes.

Concluimos el análisis con la tabla a continuación, en la que se muestran las tensionesindividuales en % en el sistema de valor superior a 1%, y las barras desde que se inyec -tan las corrientes unitarias responsables de estas tensiones. Se trata de 18 situaciones,evidentemente descontroladas.

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Figura 11: Componentes de disturbio de la tensión armónica de Alto Chicama por inyecciones unitarias desde las fronteras identificadas



Barra enque se

excede elvalor de 1%de tensión

Barra deinyección

1 A

Valor detensión [%]

Scc [MVA]de la barra

deinyección

Icc/Icontratada

en la barrade

inyección

Z5 [Ω]

PUCAL138 PUCAL138 3.171 % 183.1 3.33 2,562.5

NJAEN138 Cutervo138 1.863 % 224.1 28.00

AGUA138 PUCAL138 1.827 % 183.1 3.33

OXA138 OXA138 1.603 % 127.8 6.39

Cutervo138 Cutervo138 1.596 % 224.1 28.00 1,271.4

NJAEN138NJAEN138

1.592 %164.0 8.20

1,268.2

Cutervo138 1.581 %

ECOLOR138 Cutervo138 1.500 % 224.1 28.00

ECOLOR138 NJAEN138 1.487 % 164.0 8.20

PIZARR138 Cutervo138 1.482 % 224.1 28.00

YAUP138B OXA138 1.481 % 127.8 6.39

PIZARR138 NJAEN138 1.468 % 164.0 8.20

PE MARC220 PE MARC220 1.333 % 532.4 15.70 1,692.9

CARHQ138 Cutervo138 1.276 % 224.1 28.00

CARHQ138 NJAEN138 1.264 % 164.0 8.20

MARC220 PE MARC220 1.248 % 532.4 15.70

PUNO138

1.086 %490.3 16.30

865.3

HERO220 1.046 %

Tabla 5: Barras en las que se detecta un disturbio descontrolado (1%) por inyectar tan solo 1 A desdeubicaciones críticas de fuentes armónicas

Como se puede notar de la tabla 5, la situación potencialmente más crítica se da por lainyección de Pucallpa, y los efectos se perciben tanto en Pucallpa como en Aguaytía138 kV. Cutervo y Nueva Jaén son barras desde las cuales las inyecciones resultan muycríticas para toda las barras en la isla del 138 kV. Siempre de la misma tabla se entiendeporque la situación en Pucallpa es tan complicada: la relación entre la potencia decortocircuito en la barra y la potencia nominal del transformador de la sección es de solo3.33, es decir un valor extremadamente pequeño, y por lo tanto el valor de la impedanciaresulta muy alto comparado con el tamaño del transformador conectado. Otro aspectoque hay que poner en evidencia -y que es el mayor responsable de la situación- es elelevado valor de impedancia de 5a armónica que tiene el sistema en las barras dePucallpa, Cutervo, Nueva Jaén 138, PE Marcona, Puno 138 kV.Evidentemente hay que tomar medidas para resolver estas situaciones; las consideracio-nes de arriba indican que desde estas barras no se pueden permitir inyecciones descon-troladas ya que sus efectos en el sistema resultan muy marcados. Igualmente, el hechode limitar las inyecciones en estas barras no es suficiente para garantizar una distorsióncontrolada en las mismas ya que si bien limitaríamos el efecto de la inyección desde estasbarras hacia el sistema, no limitaríamos la amplificación del efecto de las inyecciones delsistema hacia las mismas (véase como ejemplo, para el caso de Marcona y PE Marcona,

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la figura 8 de página 26 en que resulta evidente que el efecto del disturbio inyectadodesde Lima recibe una amplificación de más de 3 veces en PE Marcona).

8.2 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE INYECCIONES PONDERADAS

Si estamos interesados en estudiar la distorsión en el sistema, precisamos pasar deinyecciones unitarias a inyecciones relacionadas con la potencia de la fuente. Como sedijo anteriormente, para definir los límites de inyección en el sistema precisamos definir larelación de amplitudes entre las diferentes fuentes del sistema. Como relación deamplitudes se entiende lo siguiente: si tenemos dos fuentes de potencia diferente entre sí,se supone que las dos vayan inyectando armónicos en forma proporcional a su potenciao, para ser más precisos, las dos van a tener una cuota de disturbio admitido que esproporcional a la potencia. Por lo tanto, pesamos las inyecciones unitarias por uncoeficiente proporcional a la potencia.Por el momento, y para las primeras consideraciones, hablamos de potencia de transfor-mación asociada a la sección en examen: el coeficiente asociado a cada sección es larelación entre su potencia de transformación y la potencia de transformación máximaencontrada en el sistema, que es la de Santa Rosa25.Mencionamos el hecho que los efectos de las fuentes unitarias de corriente en 138 kV semultiplican por la relación 220/138 y por el peso proporcional a la potencia de transforma-ción de su sección para tomar en cuenta de su peso total de la manera correcta.

La figura a continuación muestra en la barra de Chavarria las tensiones asociadas a lasdiferentes fuentes en el sistema cuando se les ponga un peso proporcional a la potenciade transformación de su sección.

25 Santa Rosa quiere decir Santa Rosa, Balnearios, Callahuanca. Teóricamente la sección de mayor poten-cia de transformación en el sistema sería la de Chavarria (Chavarria, Barsi, Chillón, Zapallal), pero ya secomentó que se corrige la potencia de las secciones múltiples con una ley de exponente 1.25, lo quehace que con los transformadores presentes Santa Rosa tenga una potencia equivalente superior, de1,080 MVA

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Dada la relevancia de la potencia instalada en las islas de Chavarria y Santa Rosa, estasson las dos fuentes que más caracterizan el disturbio en Chavarria. Igual, pese a sulimitada potencia (55 MVA contra más de 1,000 MVA tanto en Chavarria como en SantaRosa) Pucallpa 138 kV tiene un peso relativo considerable en el disturbio de Lima (eldisturbio calculado con y sin la componente de Pucallpa difiere de un 4.08%, valor supe-rior de lo que potencialmente impacta Antamina, que tiene una potencia de transformacióncasi 4 veces más grande que la de Pucallpa).

Como se ha expresado anteriormente en más de una oportunidad, la normativa nos indicacomo sumar todas las componentes, de las que consideramos únicamente la amplitud yaque manejar el tema de las fases -lo que sería el enfoque determinístico y preciso- esprácticamente inviable debido a que deberíamos conocer los desfasajes mutuos de 113fuentes equivalentes, que además en principio son continuamente variables, si bien conuna dinámica que podemos asumir relativamente lenta.Es interesante analizar por una vez el problema de la composición vectorial de lastensiones asociadas a las fuentes (secciones) identificadas en el sistema.En lugar de ocuparnos de la fase que puedan tener las corrientes en su origen, nosocuparemos de las fases que tengan las tensiones resultantes en una barra. Lo que sehace normalmente es suponer que estas fases estén distribuidas de una forma absoluta-mente casual dentro de un rango de ángulos variables entre 0º y 360º.A continuación, la figura 13 muestra el resultado de componer vectorialmente estastensiones haciendo variar el máximo valor φ de diferencia angular entre las tensiones, y

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Figura 12: Componentes de 5a armónica en Chavarria por efecto de las inyecciones ponderadas



tomando como resultado el valor medio de la distribución de resultados asociada a cadavalor de φ.Como está previsto en el método, se ha asignado un coeficiente K = 1 a la sección deSanta Rosa (que por lo tanto inyecta 1 A), y pesos iguales a la relación entre la potenciade transformación de la sección en consideración y la sección de Santa Rosa (por lotanto, inyecciones equivalentes menores de 1 A).

La figura de arriba muestra unos aspectos bastante importantes, que son:

1. que componiendo las fuentes cuyas componentes se muestran en la figura 12obtendríamos valores comprendidos entre 0 y 0.189 kV (características en celeste);promediando la distribución estadística que resulta para cada valor de φ, el resulta-do variaría entre 0.04 y 0.189 (véase la característica azul).

2. que la dispersión de valores aumenta al aumentar de φ,3. que el valor que obtendríamos usando la ley de composición sugerida por el

informe técnico IEC 61000-3-6 es de 0.0732, que coincide con el promedio de ladistribución estadística asociada a un ángulo de aproximadamente 270º.

Tomando el valor de 0.0684 kV en Chavarria tras la inyección de 1 A en Santa Rosa (y enlas demás secciones proporcionalmente con la relación de potencia de transformación), sihacemos referencia al valor 212 kV (tensión operativa en Chavarria), la corriente de 5a

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Figura 13: Distribución de resultados de composición del disturbio armónico en Chavarria variandoel rango angular dentro del cuál se distribuyan casualmente las fases de los vectores detensión de las fuentes



armónica que podemos permitir que se inyecte hacia el sistema desde las secciones paraasegurar una distorsión en tensión del 2% en Chavarria es la del 2.12% con respecto a lacorriente nominal referida a la potencia de transformación.Si aplicáramos los extremos de la curva azul de la figura anterior, es decir el valor máximode 0.189 kV (correspondiente a la suma aritmética de las tensiones) y el valor mínimo de0.04 kV (que corresponde a aplicar una suma con exponente igual a 2), tendríamosrespectivamente límites de 5a armónica de corriente de 0.82% y 3.88%.

El caso de arriba es solamente un ejemplo, relativo a la barra de Chavarria. Si en cambiocalculamos la distorsión resultante en las 184 barras del sistema, tenemos diferentesmaneras de determinar el límite admisible en corriente, según como consideramos eldisturbio admitido: a continuación se explica este concepto.Antes que nada, determinamos la distorsión % en las barras del sistema, y examinamoslas 20 barras en las que se registran los valores más altos de distorsión. Usamos por elmomento la inyección unitaria ponderada (es decir 1 A desde la fuente más relevante -isladel 60 kV de Santa Rosa, Balnearios, Callahuanca- y una corriente proporcional a larelación de la potencia de transformación para todas las demás), y consideramos que elproblema es lineal.

El resultado se nuestra a continuación en la tabla 6.

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BARRAdisturbio

resultante %

Amplitud % del disturbiorelativamente a la BARRA en la

peor situación Percentil

PUCAL138 0.317% 100.0% 100.0 %

PE MARC220 0.271% 85.4% 99.5 %

MARC220 0.254% 79.9% 98.9 %

AGUA138 0.215% 67.6% 98.4 %

MOYOB138 0.206% 65.0% 97.8 %

PUNO138 0.196% 61.7% 97.3 %

NJAEN138 0.195% 61.5% 96.7 %

HUANU 0.189% 59.4% 96.2 %

PTO_MDO138 0.187% 58.9% 95.7 %

TARAP138 0.179% 56.5% 95.1 %

JULIA138 0.178% 56.1% 94.6 %

TMAR138 0.175% 55.1% 94.0 %

Cutervo138 0.171% 53.8% 93.5 %

PUNO_220 0.162% 51.2% 92.9 %

HERO220 0.156% 49.1% 92.4 %

ECOLOR138 0.155% 48.8% 91.8 %

AUCA138 0.154% 48.6% 91.3 %

PIZARR138 0.153% 48.2% 90.8 %

UCHU138 0.146% 46.0% 90.2 %

TMAR220 0.142% 44.80% 89.7 %

Tabla 6: Listado de las barras con las mayores distorsiones calculadas; con el código de color seindican las barras que pertenecen a la misma isla del 138 kV. La columna Percentil indica laprobabilidad que el disturbio asociado a la barra en cuestión no sea superado en el sistema.

Si quisiéramos garantizar niveles de compatibilidad de 5a armónica en todas y cada unade las barras en 500 kV, 220 kV y 138 kV debemos encontrar el valor límite de corrientede 5a armónica que resulte en una tensión del 2% en la barra de Pucallpa, donde seencuentra el nivel de distorsión más alta de todo el sistema. Dicho valor de distorsión decorriente límite admitido sería de 0.223%, es decir un valor extremadamente bajo y hastatécnicamente inalcanzable. Aun si intentáramos asegurar la distorsión en el 95% de loscasos, es decir garantizar el valor 2% en la barra Tarapoto, tendríamos un valor admitídoen corriente de 0.394%, que sigue considerándose muy bajo y difícil de alcanzar.Es evidente que en el sistema existen situaciones de descontrol de armónicas: en particu-lar el problema en Pucallpa, PE Marcona y Marcona es el problema más crítico.

Para los casos de PE Marcona y Marcona, examinando las componentes individuales detensión asociadas a estas fuentes se nota como un aspecto del problema es lo que seinyectaría en Marcona, es decir que si esta inyección fuese eficazmente controlada, los

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límites admisibles en el sistema serían mayores de los establecidos arriba. La situaciónen Marcona se resuelve a la llegada del 500 kV, desapareciendo la resonancia: hacerreferencia al párrafo 10 para mayores detalles. El mismo concepto se aplica a Pucallpa,es decir que la componente de tensión que encontramos en muchas de las barras delSEIN debida a la inyección desde Pucallpa es muy notable, y por lo tanto el controlestricto de su inyección tendría beneficios para todo el sistema.

En cuanto a las otras barras en 220 kV presentes en la lista de las 20 barras más críticas,encontramos a Puno 220 kV, Los Héroes 220 kV y Tingo María 220 kV, con unos valoresde distorsión que son aproximadamente la mitad de lo que se registra en Marcona y PEMarcona. Además, para la influencia de Puno 138 kV para los primeros dos casos, y dePucallpa para el tercero es muy notable, y por lo tanto la solución que se recomendaráenseguida -de estudiar y resolver la situación en Puno y Pucallpa- será beneficiosa parael disturbio en estas barras.

Examinando las otras 15 barras, todas en el 138 kV, notamos que pertenecen a 4 islasdiferentes del 138 kV (en el sistema en total hay 10 islas del 138 kV), que son las que seconectan al 220 kV a través de las barras de:

ISLA 1: LA NIÑAISLA 2: CARHUAQUERO (exhibe distorsiones altas)ISLA 3: TRUJILLOISLA 4: CHIMBOTE-KIMAN AYLLUISLA 5: PARAMONGAISLA 6: YUNCANISLA 7: TINGO MARIA – PARAGSHA (exhibe distorsiones altas)ISLA 8: AGUAYTÍA (exhibe distorsiones altas)ISLA 9: SOCABAYA-PUNO (exhibe distorsiones altas)ISLA 10: MOQUEGUA

Es suficiente examinar la situación en una barra en cada una de estas 4 islas para enten-der la situación en cada una. Examinamos por lo tanto las componente de las tensionesponderadas pero, para mayor simplicidad, agrupando las fuentes en tensionesequivalentes; los 12 agrupamientos son los siguientes: inyecciones en 220 kV de la zonaCENTRO-NORTE (incluye Campo Armiño, inyecciones en 220 kV de la zona SUR (deCotaruse para el sur), y las 10 inyecciones asociadas a las islas del 138 kV definidasarriba.Para agrupar los disturbios se ha utilizado la ley de exponente 1.4, varias veces mencio-nada.Elegimos las siguientes 4 barras: Cutervo, Moyobamba 138 kV, Pucallpa, Juliaca 138 kV;en las 4 figuras a continuación se muestran los resultados.

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Figura 15: Componentes de disturbio de 5a armónica en Moyobamba 138 kV de fuentesagrupadas

Figura 14: Componentes de disturbio de 5a armónica en Cutervo de fuentes agrupadas



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Figura 16: Componentes de disturbio de 5a armónica en Pucallpa de fuentes agrupadas

Figura 17: Componentes de disturbio de 5a armónica en Juliaca 138 kV de fuentesagrupadas



Como se nota, el disturbio en Cutervo (figura 14) y el de Moyobamba 138 kV (figura 15)se debe principalmente a fuentes ubicadas en el sistema 220 kV CENTRO-NORTE delSEIN: el disturbio de fuentes “remotas” recibe amplificación por la impedancia (y por lotanto hablamos de una condición de resonancia). En cambio, los casos de Pucallpa(figura 16) y Juliaca 138 kV (figura 17) -ambas barras representativas de la situación ensus islas- muestran como el disturbio es principalmente originado en la misma isla o,como en el caso de Juliana 138 kV, hay una componente también de la isla de Moquegua(ISLA 10).

De las consideraciones de arriba sacamos las siguientes conclusiones:

• en la ISLA 2 prácticamente todas las barras (Espina Colorada, Pizarro, Cutervo,Nueva Jaén) exhiben distorsiones altas, lo que confirmaría la condición deresonancia en la zona, que debería manejarse como problema aislado y particular,a estudiar y resolver; la componente de disturbio generado en la isla es muy menorde la componente de disturbio que procede del sistema en 220 kV y que seamplifica; cabe mencionar que la ISLA 2 no afecta al sistema con su inyeccióncomo es el caso por ejemplo de las inyecciones de la ISLA 8 y de la ISLA 9, y esohabla de una condición de resonancia de origen interno (es decir: no se trataría deuna interacción entre la ISLA 2 y el sistema);

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Figura 18: Tensiones de 5a armónica a lo largo de la linea de 138kV Tingo María - Moyobamba



• en la ISLA 8 se detecta otra resonancia, lo que hace que Pucallpa sea una de lasbarras de mayor potencial de afectación al sistema, y necesita de un estudio similaral de la isla del 138 kV que sale de Carhuaquero; en cuanto a las 4 barrasParagsha (PARAG138 y PARAGII), Uchuchacua y Huánuco lo que se detecta esuna ligera amplificación de los disturbios de las barras 220 kV Paragsha 220 kV yTingo María 220 kV; estas situaciones pueden ser el reflejo de los problemas de laresonancia en Pucallpa, y una vez que esté resuelto el problema en Pucallpa, lascuatro barras en cuestión podrían exhibir una situación mucho más controlada;

• en la ISLA 7, el eje desde Tingo María 138 kV hacia Moyobamba 138 kVrepresenta una antena de 480 km de largo, en la que encontramos -entre otras- lasbarras de Tingo María 138 kV, Aucayacu, Tarapoto y Moyobamba 138 kVcaracterizadas por altos disturbios: esta situación merece atención particular, y unasolución dedicada al problema de los armónicos; examinando la figura 18 de arriba,que muestra la distribución de la tensión a lo largo de la línea, se ve la necesidadde controlar la tensión tanto en las barras de inicio de este eje (Tingo María 138 kVy Aucayacu), como al final (Bellavista y Moyobamba 138 kV); es probable que elcontrol de la situación en Pucallpa reduzca bastante el disturbio al comienzo de lalínea, faltando averiguar si a lo largo de la línea se requiere de algún dispositivo(filtro) que controle la situación en el fondo de la misma;

• En la ISLA 9, Puno 138 kV y Juliaca 138 kV son las únicas barras de la isla queestán comprendidas entre las primeras 20 más críticas del sistema.Definitivamente, la barra de Puno 220 kV es una barra relativamente débil alencontrarse al final de una radial del sistema de 220 kV, y examinando laafectación de las barras, Puno 138 kV siempre aparece con contribucionessignificativas, llegando a ser la barra donde se ubica la inyección máscondicionantes para el disturbio en la región sur del SEIN.

Tenemos que considerar el hecho que resolviendo las situaciones mencionadas arribas,tendríamos un beneficio en el sistema ya que el impacto por ejemplo de la inyección dePucallpa se reduciría y mejoraría la situación global, al igual que el caso de Marcona (queen realidad se resuelve con la llegada del 500 kV) y de Puno.

Finalmente, evaluamos el efecto de limitar las inyecciones en las barras más críticasevidenciadas (Pucallpa, Marcona y PE Marcona), examinando como varía el disturbio enel 10% de las barras de mayor distorsión del sistema reduciendo la inyección de 10 vecesen estas 3 barras. A continuación la figura 19 muestra los resultados de este análisis.

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Como se puede apreciar de la figura, el valor de disturbio en tensión que no se supera enel 95% de las barras del sistema disminuye de 0.179 a 0.158, es decir de aproximada-mente un 12%. Si consideráramos el caso de Chavarria, tras limitar de un factor 10 lasinyecciones en Pucallpa, Marcona y PE Marcona el disturbio se reduciría de un 7%.

8.3 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE INYECCIONES PONDERADASÚNICAMENTE DESDE SECCIONES NO FILTRADAS

Considerando el hecho que muchas fuentes cuentan con filtros de 5a armónica (sobretodo instalaciones en 220 kV), es interesante examinar como cambian los disturbioslimitando el número de fuentes.Consideramos que la inyección desde las fuentes filtradas sea una inyección mínima (sele asigna un peso adicional de 0.15 para tomar en cuenta la presencia de los filtros), yestudiamos como se modifican los límites de inyección.De las 35 fuentes en 220 kV, que suman una potencia total de transformación equivalente

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Figura 19: Efecto en el 10% de barras más críticas del sistema limitando de 10 veces las inyec-ciones en Pucallpa, Marcona y PE Marcona



de 5,671 MVA, 12 cuentan con filtros de 5a armónica y la potencia de transformaciónequivalente de secciones en 220 kV a las que no se les conoce filtros de 5a armónicasuma a 1,741 MVA (el 69.3% de la potencia total en 220 kV está filtrada). En 138 kV encambio las fuentes filtrada son solamente 4 sobre un total de 78, con 182 MVA filtradossobre un total de 2,933 MVA (es decir, solamente el 6.2%).La tabla a continuación muestra las secciones filtradas en los dos niveles de tensión220 kV y 138 kV

SECCIONES FILTRADAS

220 kV Yanacocha (LA QUINUA), isla de CHAVARRIA, CAJAMARQUILLA, isla de SANTA ROSA, isla de SAN JUAN, ANTAMINA, TOROMOCHO, ACEROS AREQUIPA, Shougan (MARCONA), Mina Justa (MARCONA), CERRO VERDE, ANTAPAQUAY

138 kV ALTO CHICAMA, MINSUR (SAN RAFAEL), HIDROMETALURGICA (CVER138), ILO1

Tabla 7: Elenco de las secciones filtradas en el SEIN

La figura a continuación muestra el disturbio resultante en el 10% de las barras máscomplicadas del sistema cuando reduzcamos las inyecciones de las fuentes filtradas.

El resultado de la figura 20 muestra que si tomáramos en cuenta el hecho que unas

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Figura 20: Disturbio de 5a armónica en el 10% de las barras más complicadas del SEIN en el caso de inyección únicamente desde las secciones no filtradas



cuantas fuentes están filtradas, los límites a aplicar únicamente para las fuentes nofiltradas serían de un 20% superiores al caso de considerar todas las fuentes sin filtrar 26.Hacemos notar el relativo escaso efecto que tendría el hecho de no considerar lasinyecciones filtradas en la determinación de los límites: considerando que el 47% de lapotencia total está filtrada, el límite admisible del disturbio inyectado mejoraría de tan soloel 20% con respecto al caso de considerar inyecciones por parte de todas las fuentes.Este resultado se explica principalmente considerando que en realidad, como se ha vistoanteriormente, las barras más complicadas del sistemas pertenecen casi todas al nivel detensión 138 kV; estas barras en general están más sensibles al disturbio autogenerado,que está poco filtrado (solamente el 6.2% de la potencia está filtrada) y por lo tanto elimpacto es menor de lo esperado. La conclusión principal es que la acción de filtraje másnecesaria es la que se requiere en los sistemas de 138 kV, que han demostrado serprácticamente no filtradas. En las mediciones de setiembre 2012 no se ha investigado elestado de este nivel de tensión, y sus eventuales criticidades, pero todo indica que el138 kV podría estar en condiciones más críticas que el 220 kV.

26 Estamos comparando los 2 casos a través del valor de disturbio que tiene el 95% de probabilidad de noser superado

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9 ANALISIS DE LA SITUACIÓN EN LOS NUDOS DE INYEC-CIÓN Y COMPARACIÓN CON LOS LÍMITES DE LA IEEE 519

En el sistema se han identificado 113 inyecciones, algunas de las cuáles inyectado desdeuna misma barra (es el caso por ejemplo de la barra de Cerro Corona y de Marcona, enlas que se encuentran 2 inyecciones) , y en otros casos inyecciones múltiples desdediferentes barras (es el caso por ejemplo de la isla de 60 kV de EDELNOR, que inyecta enlas barras 220 kV de Chavarria, Barsi, Zapallal y Chillón).Los efectos de la inyección de armónicos desde estas fronteras hacia el sistema van adepender indicativamente del valor de la impedancia armónica asociado a cada una delas fronteras en cuestión. A nivel normativo -es el caso por ejemplo de la IEEE 519-, a lahora de definir los límites de inyecciones, se hace referencia a la relación existente entrela corriente de cortocircuito trifásica en la barra de inyección ICC y la máxima corriente dela demanda del usuario asociado a la inyección IMAX); en la normativa IEEE a la hora deponer los límites de inyección individual de las fuentes se averigua el valor de esta rela-ción ICC/IMAX: cuando este valor está por debajo de 50 se consideran límites más severos(2/3 para el caso de la 5a armónica) con respecto al caso de valores por arriba de 50.Este valor de 50 discrimina entre condiciones de red caracterizadas por condicionesespecialmente favorables, y otras que precisan de mayor cuidado. En la tabla a continua-ción se muestran los valores de la relación entre la potencia de cortocircuito y la potenciade transformación en la barra de inyección para todas fronteras identificadas en 220 kV.

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BARRA DE INYECCIONPotencia de

cortocircuito [MVA]Z(h=5)

[Ω]Relación Scc/Sn

ZORRITOS_220 536.6 410.4 10.73

TALARA_220 1,278.6110.1 39.96

98.7 17.05

Piura_220A 1,265.6 69.9 6.33

CHICLAYO_OESTE_220 1,421.0 137.3 7.10

GUADALUPE_220 1,494.4 282.6 13.59

CAJAMARCA_220 987.5 74.3 7.90

CCorona220 751.0151.4 50.07

129.3 12.52

GoldMil220 896.8 90.7 11.21

PARAMONGA_NUEVA_220 2,255.8 179.2 20.51

Chav 220_A 9,690.0 18.2 18.2827

REFZN220 6,141.6 35.5 25.48

ROSA220A 9,617.7 14.9 16.0327

SANJUAN_220A 9,389.0 17.2 26.8327

ONU220 3,206.9 39.8 32.0127

HUALL_N220 1,952.3 63.9 97.62

ANTA220 1,621.8 130.7 6.49

AGUA220 1,369.2 803.1 68.46

HUAYU220 1,500.3 296.8 18.75

TOROMOCHO220 4,149.0 63.7 18.44

Desierto220 1,679.4 68.7 55.98

CANTE220 1,803.3 100.5 90.16

IND220 2,017.2 125.1 20.17

ACER220 1,378.8 65.0 7.03

ICA220 1,389.3 303.5 13.89

MARC220 628.7741.7 4.19

807.7 102.14

PE MARC220 532.4 1,692.9 15.66

HVELI220 1,583.3 179.2 52.78

CARMI220 6,896.9 50.6 137.94

CVER220 2,7367 49.6 18.25

HERO220 663.7 326.9 13.27

Cupisnique220 1,077.7 171.6 11.97

ANTAPACAY220 1,152.2 410.4 7.68

Tabla 8: Parámetros sensibles para las armónicas en las barras de 220 kV

27 Para estas secciones múltiples (alimentadas desde más de una barra del sistema) se ha tomado la barraque exhibe la relación más desfavorable

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Como se puede apreciar, hay situaciones particularmente críticas y están casi todasubicadas en las puntas del sistemas como es el caso de Marcona (definitivamente lasituación más grave), mientras que resultan muy pocas las barras que exhiben una rela-ción de potencias por arriba de 50. La Norma IEEE 519 para usuarios conectados en altatensión considera que el límite de inyección de 5a armónica en corriente para garantizaren el sistema distorsiones en tensión no superiores a 1% sea:

Scc/Sn I (h<11) I (11≤h<17) I (17≤h<23) I (23≤h<35) I (35≤h) THD

< 50 2.00% 1.00% 0.75% 0.30% 0.15% 2.50%

≥ 50 3.00% 1.50% 1.15% 0.45% 0.22% 3.75%

Tabla 9: Límites de inyección para instalaciones conectadas en la AT según la norma IEEE 519 – 1992.

Como se ha visto en los parágrafos anteriores, para asegurar el 2% de distorsión entensión por ejemplo en Chavarria (que está lejos de ser entre las barras de mayor distor -sión en el sistema), habría que admitir casi un 2% de distorsión armónica en las corrientesinyectadas en el sistema, lo cuál sería equivalente en admitir un 4% de distorsión armóni-ca de corriente si consideráramos que la NTCSE admite el límite de 2% en la tensión de5a armónica (es decir, doble del de la IEEE 519 pero igual al de la IEC 61000-3-6).Tratamos a continuación de estimar en que medida resultaría inadecuada la adopción delos límites de inyección previstos en la IEEE 519 al SEIN.Antes que nada, en el presente estudio se han considerado por simplicidad las potenciasde transformación en lugar de la potencias contratadas (se trataba de un dato inmediata-mente accesible). En primera aproximación, podemos considerar que en promedio entrelas dos cantidades haya una relación igual a 0.7. La relación entre potencia de cortocir -cuito y potencia contratada difiere por lo tanto de un factor 1/0.7=1.43, y además supon-gamos que se aplique a todos los nudos del sistema peruano el límite más severo, esdecir del 2% para la corriente de 5a armónica. Eso quiere decir que, en base a los resul-tados del estudio, si queremos garantizar el 2% de distorsión de la tensión de 5a armónicaen Chavarria, podemos permitir un límite de inyección de 2.8-2.9%; si aplicáramos loslímites establecidos por la IEEE 519, tendríamos que permitir más del 4%. ya que seadmite una tensión del doble de distorsión, pero la aplicación de este límite en realidadcausaría una distorsión bastante mayor, sobre todo considerando que Chavarria está lejosde ser una de las barras más complicadas del sistema.La conclusión a la que se llega a partir de estas consideraciones es que el sistemaperuano para la 5a armónica exhibe una sensibilidad bastante mayor con respecto a lasredes que se tomaron como referencia a la hora de diseñar los límites de inyección armó-nica en la normativa internacional. Dicha sensibilidad se debe a la manera en que estáestructurado el sistema, la cuál a su vez depende de las características propias del país(largas distancias geográficas, generación alejada de los centros de consumo, grandesconcentraciones de carga como por ejemplo el caso de Lima y de grandes instalaciónprincipalmente mineras contra un promedio de densidad eléctrica muy bajo, etc.). Esoquiere decir que la 5a armónica en el sistema peruano necesita de bastante atención yaque las normas internacionales demuestran ser inadecuadas al respecto, y esrelativamente más fácil exceder los límites comparando con otros contextos.En cuanto a otras armónicas la situación parece ser bastante mejor. Tomamos porejemplo el caso de la 7a armónica, que juntos con la 5a es la armónica normalmente máscríticas. Mientras la 5a armónica en tensión se ha encontrado exceder los límites enmuchas barras, para la 7a no se registran situaciones descontroladas, y si las hubiera setrataría casi seguramente de fenómenos locales relacionados a alguna resonancia a

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resolver. La figura 21 a continuación muestra el espectro de la tensión como se midió ensetiembre de 2012 en la barra de Chavarria (la única en la que se contaba con un VTinductivo).

El espectro de arriba es un espectro bastante típico, y no está afectado por la respuestade un CVT. Como se puede apreciar, el valor de la 7a armónica está siempre por debajode 0.5%, mientras que 11a y 13a están en 0.2% y la 23a en 0.1% (todas las demás noalcanzan valores significativos). Arriba de la armónica 13a el disturbio en tensión esdespreciable, y arriba de la armónica 25 el disturbo es prácticamente nulo.Comparando estos resultados con la NTCSE notamos como hay un margen muy alto,representado por el hecho que el margen menor lo tiene la 7a armónica, con un límite quees 4 veces más alto del disturbio registrado.Considerando esta situación, para todas armónicas que no sean la 5a se pueden adoptarlos límites de emisión establecidos por la IEEE 519, corregidos en función de los diferen-tes límites en tensión que encontramos en la NTCSE28. Los límites que se proponeaplicar resultan por lo tanto de la tabla 10 a continuación:

28 Eso quiere decir que si la NTCSE establece para un armónico un valor de límite en tensión superior al dela IEEE 519, el límite en corriente que encontremos en la IEEE 519 estará multiplicado por la relaciónentre los diferentes límites (en particular, límite de la NTCSE dividido por el límite de la IEEE 519).

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Figura 21: Espectros de la tensión en Chavarria durante una semana de mediciones en setiembre de 2012



Scc/Sn I (h=7) I (11≤h<17) I (17≤h<23) I (23≤h<29) I (29≤h<35) I (35≤h)

< 50 4.00% 1.50% 0.75% 0.21% 0.06% 0.03%

≥ 50 6.00% 2.25% 1.15% 0.31% 0.08% 0.04%

Armónicas pares están limitadas a 1/4 del valor indicado para las impares.

Tabla 10:Límites de emisión armónica en corriente para armónicas superiores a la 5a, a proponer en elSEIN

Los límites a partir de la 29a armónica son difíciles de lograr, y disturbios de tipo nopermanente, con algunos picos esporádicos (típicos de armónicos de orden elevado),pueden hacer exceder el límite; se sugiere por lo tanto tomar con prudencia los límites apartir de la armónica 29a.Se hace notar que, además del límite para la 5a armónica, tampoco se indica un límitepara el THD en cuanto rigurosamente hay que esperar la definición del límite para la 5aarmónica. En cuanto a las inyecciones medidas en el SEIN en setiembre de 2012, senota como las inyecciones de armónicas de corriente están bastante por debajo de estosvalores. Como ejemplo se muestra la medición de los espectros de corrientes por uno delos transformadores de San Juan.

La figura de arriba muestra que si tomáramos como valor de corriente de referencia 500 A(se trataría de casi el 25% más del valor más alto medido para la componentefundamental de la corriente), tendríamos una 7a armónica en el orden del 0.6%, y una 11aen el orden de 0.8%, lo cuál demuestra que la inyección es bastante más baja de los lími-tes de la IEEE 519 corregidos compatiblemente con los límites previstos por la NTCSE.

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Figura 22: Espectro de la corriente en el primario de un transformador 220/60 kV en San Juan; tiempos de agregación de 1min



10 ANALISIS DE RESONANCIAS PARA LA RED DEL 2016

Hasta este punto, el análisis del problema de las armónicas se enfocó sobre la red del2013. La razón por la que se utilizó esa red fue principalmente debido al hecho que estándisponibles unas mediciones que permitieron de alguna manera hacer unos ajustes en losmodelos y comprobar la respuesta del modelo general. El aspecto más crítico que saliódel estudio de los armónicos en el sistema 2013 fue que aparecieron unas resonanciasbastante marcadas que de hecho impidieron la actividad de definición de los límites deinyección: véase a tal propósito el párrafo 8.2 de la página 32. En estos años el sistemaestá conociendo un desarrollo muy marcado con la expansión del nivel 500 kV, en partetambién del 220 kV, y el aumento del mallado del sistema: este desarrollo, juntoevidentemente con el de las cargas conlleva unos cambios bastante importantes en laimpedancia armónica del SEIN. Por lo tanto se ha estudiado si aparecían nuevasresonancias, y como evolucionan las que habían aparecido en el sistema del 2013.Según lo que se resumió en la tabla 5 de página 31, los casos más críticos eran los de lasislas en 138 kV conectadas al 220 kV por Aguaytía 220 kV, Carhuaquero 220 kV, la barraOxapampa 138 kV, el sistema en el entorno de Puno 138 kV, Marcona y PE Marcona. Eldesarrollo del sistema en 500 kV con la aparición de la barra Marcona 500 kV hace quelas barras de Marcona y PE Marcona ya no sean barras complicadas, y las inyeccionesdesde estas barras no afectan en manera notable ni a si mismas, ni al sistema. Pucallpaen cambio sigue siendo la barra en las condiciones más graves. La situación en el la isladel 138 kV conectada al sistema a través de Carhuaquero 138 kV mejora ligeramente,mientras que se malogra bastante la situación en la zona sur sobre todo por efecto de lainyección desde Puno 138 kV, con un nivel de afectación sobre algunas barras del 500 kVque despierta inquietudes.Relativamente al 500 kV vale la pena notar que en el 2013 no se detectaron afectacionessignificativas por inyecciones unitarias; en cambio, como se mostrará en este párrafo, enel 2016 han aparecido afectaciones que habrá que considerar cuidadosamente.

La tabla a continuación muestra las 8 situaciones más complicadas en el sistema porinyecciones unitarias desde las fuentes existentes.

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Barra afectada Barra de inyección unitariaDistorsiona % de la

tensión de 5a armónica

PUCAL138 PUCAL138 2.34%

PTO_MDO138 PUNO138 2.08%

PTO_MDO138 MAZUCO138 2.03%

PTO_MDO138 PTO_MDO138 1.87%

OXA138 OXA138 1.60%

NJAEN138 Cutervo138 1.51%

MAZUCO138 PTO_MDO138 1.36%

Cutervo138 NJAEN138 1.33%

Tabla 11: Listado de las situaciones más complicadas en el SEIN por efecto de la inyección de una corriente unitaria.

El 500 kv exhibe una influencia demasiado marcada por la inyección unitaria desde Puno138 kv: las barras de Ocoña 500 kV y Socabaya 500 kV muestran una distorsión % derespectivamente 0.44% y 0.30%, lo que hace que la barra de puno 138 kv tenga queexaminarse con más atención aún.

Las tablas a continuación comparan las situaciones del 2013 con las del 2016; se tomanlas inyecciones de Puno 138 kV (que evoluciona hacia una situación más complicada enel 2016) y Cutervo (que mejora ligeramente con respecto al 2013).

BARRAS AFECTADASPOR INYECCIÓN DESDE Puno 138 kV

VALORES DE DISTORSION % EN LA 5a ARMÓNICA DE TENSIÓN TRAS INYECTAR 1 A desde Puno 138 kV

2016 2013

OCOÑA500 0.44%

NUEVASOCA500 0.30%

AZANG220 1.24%

JULIA220 1.26%

PUNO_220 1.19% 0.68%

AZANG138 1.02% 0.59%

JULIA138 1.17% 0.94%

MAZUCO138 1.18% 0.48%

PTO_MDO138 2.09% 0.81%

PUNO138 1.20% 1.09%

Tabla 12: Comparación de los efectos de las inyecciones desde Puno 138 kV en los años 2016 y 2013

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BARRAS AFECTADASPOR INYECCIÓN DESDE Cutervo

VALORES DE DISTORSION % EN LA 5a ARMÓNICA DE TENSION TRAS INYECTAR 1 A desde Cutervo

2016 2013

CARHQ138 1.03% 1.28%

Cutervo138 1.29% 1.60%

ECOLOR138 1.23% 1.50%

NJAEN138 1.51% 1.86%

PIZARR138 1.24% 1.48%

Tabla 13: Comparación de los efectos de las inyecciones desde Cutervo en los años 2016 y 2013

Para concluir con las comparaciones, el caso de Pucallpa mejora pasando de 3.17% a2.34%, aun manteniéndose en valores muy altos y siendo la barra más complicada,Oxapampa 138 kV se mantiene con valores idénticos en el 2016 a los del 2013, y ya semencionó que desaparece el problema en la zona de Marcona.

A la luz de estos resultados, hay que mirar con mucha atención la situación de Puno138 kV y Pucallpa, sobre todo considerando el potencial de afectación que tendrían lainyecciones desde Puno 138 kV. Con menor urgencia hay que resolver también lasituación en la isla del 138 kV que se desarrolla a partir de Carhuaquero, considerandoque la afectación principal es más bien local.Recordamos que el hecho de demostrar que inyecciones unitarias tienen estos efectos noquiere decir que en la realidad estas secciones sean altamente contaminantes, perotienen potencial de serlo; en otra palabras, si se comprobara la existencia de una inyec-ción de 5a armónica importante desde estas secciones, el sistema estaría bastante másafectado que por inyecciones de otras secciones, así que de existir generación dearmónicos en estas secciones, es fundamental que estén muy controladas.

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11 MONITOREO DE LA CALIDAD DEL SERVICIO

11.1 LAS LIMITANTES DE LAS MEDICIONES DISPONIBLES

Con relación a los sistemas de monitoreo de la Calidad del Servicio en las redes de altatensión, antes que nada hay que considerar el hecho que en el sistema en AT del Perú,así como en cualquier país, la gran mayoría de los transformadores de medición (VTs) sonde tipo capacitivo (CVTs).

El CVT está conformado por un divisor capacitivo y un transformador inductivo en lasección de MT, según el esquema que se indica a continuación:

El hecho de que haya un circuito en que encontremos una combinación entre condensa-dores y elementos inductivos hace que la función de transferencia de las tensiones entreel punto AT y el punto BT (es decir: la relación de transformación del dispositivo) exhibauna dependencia de la frecuencia que puede llegar a ser muy marcada, y en particular enel rango de los armónicos de interés. En muchos de los casos, los CVTs exhiben unaresonancia en el rango de frecuencias alrededor de 600 Hz que puede ser bastantemarcada29, causando errores no despreciables para las armónicas. Esta dependencia dela frecuencia de la relación de transformación varía a según del tipo de CVT y porsupuesto de fabricante; durante mediciones de actividades anteriores se han registradodiferentes situaciones, en las que se detectaron errores importantes en correspondenciade la 5a armónica, que es la más nos preocupa.En la barra 220 kV de AASA se midió una componente de 5a armónica de la tensión al

29 Ese fue por ejemplo el caso que se encontró durante las mediciones del 2012 en la barra 220 kV de la SE Socabaya, en que era bastante evidente que las componentes alrededor de la 10 armónica medidas a través del CVT estaban amplificada por la respuesta del mismo, que supuestamente tenia una notable resonancia en este rango de frecuencias

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Figura 23: Esquema de un CVT



secundario del CVT que se estimó en primera aproximación30 de un 27% mayor de larealidad. En otro par de casos, en una subestación del norte y una del centro, se pudohacer una comparación entre dos diferentes CVTs, que median la misma tensión ladoprimario, midiéndose simultáneamente señales en los dos secundarios. El resultado fueque en un caso la diferencia de las mediciones de la 5a armónica entre los CVTs fue del14%, y en el otro del 24%.

Estos resultados nos llevan a la conclusión que el monitoreo de los armónicos de tensiónen la red de AT de Perú tenga que considerar muy cuidadosamente el aspecto de lasmediciones con las limitantes asociadas, ya que terminaran siendo pocos los VTs cuyamediciones sean confiables31 (se trata de los VTs inductivos, que son pocos). Dada lasituación, cualquier tipo de fiscalización directa32 a partir de una medición de un CVT tieneque considerarse como inviable.

El caso de los CTs en alta tensión es comparable al de los VTs inductivos, es decir quedentro del rango desde la frecuencia nominal hasta 1,000 Hz, máximo 1,500 Hz, el erroren el modulo de la amplitud de la relación del transformador es razonablemente acepta-ble.

Con respecto al error angular introducido por el transformador (VT o CT) no hay muchainformación al respecto, salvo la clase de precisión para potencia que se indica para lafrecuencia fundamental. Eso hace que todos los métodos de evaluación dedireccionalidad de armónicos basados sobre ángulos armónicos o potencias armónicas(que de hecho es la misma cosa) no exhiban la precisión requerida por estos métodos.

El concepto es que limitar la inyección de corriente por parte de los agentes limíta ladistorsión en la tensión, que es el objetivo final del COES. La distorsión en tensión tieneque disminuir, y disminuir por debajo del valor de compatibilidad establecido por laNTCSE. Si nos basamos sobre un sistema de medición de tensión armónica en la AT enel que tenemos unos pocos VTs inductivos y muchos CVTs, posiblemente sea difícilverificar si el valor medido corresponde a un valor real efectivamente por debajo del valorlímite de compatibilidad, pero lo cierto es que podemos controlar si el disturbio estábajando, y en que relación33.

Existen dispositivos que permiten transformar el CVT en un transformador apto para

30 La estimación aproximada del error del CVT se dio a través de la comparación entre su medición, y la deuna cadena compuesta por un transformador de potencia en vacío, midiendo la tensión al secundario (enMT) a través de un VT inductivo: como se nota, se trata de una manera muy aproximativa, que sirveúnicamente para darnos el orden de magnitud del error cometido por el CVT en AT.

31 De todas manera, cuando hablamos de confiabilidad de la medición de armónicos a través de un VThablamos del rango hasta 1 kHz aproximadamente, es decir que cubrimos hasta la el armónico 17(seguramente hasta el armónico 13, hablando de armónicos característicos); si bien rigurosamenteconsideramos el rango de armónicos entre la fundamental y el armónico 50 (es decir entre 60 Hz y3 kHz), podemos considerar satisfactorio el rango de un VT en cuanto en AT los armónicos arriba del deorden 13 son un fenómeno bastante raro, o asociado a componentes muy particulares como HVDC conpuentes de 12 o 24 impulsos.

32 Con fiscalización directa se entiende el uso de la tensión de medición como parámetro único de fiscali -zación

33 Se tiene que considerar que el error de un CVT es un error que varía con la frecuencia, pero para cadafrecuencia no varía con la amplitud. Eso quiere decir que si hoy estoy midiendo una tensión de 5aarmónica igual al 2%, y mañana mido el 1%, ninguno de los 2 valores es correcto, pero es cierto que eldisturbio real de 5a armónica ha disminuido exactamente de un factor 2.

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medición de armónicos, y según informa el fabricante es posible reacondicionar un CVTexistente de una forma relativamente sencilla, y poniendo a disposición un secundarioadicional con una relación de transformación adecuada en el rango de frecuencias deinterés (aparentemente, hasta más extendido del rango necesario). El precio EXW de losaparatos necesarios para reacondicionar un CVT trifásico está en el orden de los 9,000-10,000 USD. En el anexo 2 se adjunta un brochure del dispositivo.

El sistema de medición en alta tensión estará por lo tanto conformado por VTs inductivos,CVTs sin acondicionamiento (y por lo tanto con las limitaciones notas), CVTsacondicionados y para la corriente los CTs instalados. Para VTs inductivos, CVTsreacondicionados y CTs alcanza con la precisión de aquellos dedicados a mediciones; enlo posible, se recomienda evitar transformadores de tensión y sobre todo de corrienteusados para circuitos de protecciones.

Considerando las exigencias de COES de mantener monitorizadas unas seccionesespecificas del sistema, los instrumentos de medición tendrán que medir 3 tensiones (ensistemas con neutro a tierra tensiones fase-tierra) y 3 corrientes, y medirán según lasindicaciones de la norma IEC 61000-4-30, siendo un instrumento de clase A según ladefinición contenida en la misma norma34.

Si la finalidad del sistema es de monitoreo y de uso exclusivo de COES, los instrumentosde medición que se usen pueden no necesariamente estar aprobado por OSINERGMIN,por lo menos en primera instancia. El hecho de no estar aprobados por OSINERGMIN nolos hace viables para acciones de fiscalización, por lo menos bajo la batuta deOSINERGMIN.De hecho, si restringiéramos los instrumentos a utilizar únicamente a aquellos aprobadospor OSINERGMIN y en clase A se estaría limitando mucho la competencia y contaríamoscon verdaderamente muy pocos modelos disponibles. Si se optara por un único instru-mento a utilizar en el sistema -lo que simplificaría bastante la arquitectura del sistemacentral de concentración de datos- podría permitirse al adjudicatario comprometerse bajofianza en sacar la homologación de OSINERGMIN en el plazo de entre seis meses y unaño.

Antes de describir la arquitectura del sistema tratamos de describir las tareas encomenda-das al sistema de monitoreo, y las razones por las que se piensa implementarlo. Comose dijo anteriormente, en el SEIN existen barras en las que se excede el límite establecidopor la NTCSE por la 5a armónica (todas las demás armónicas parecerían no representarun problema, por lo menos sobre la base de las mediciones realizadas o conocidas,exhibiendo amplios márgenes antes de topar con los límites). Las funciones del sistemason las de:

• monitorear la evolución del valor de las armónicas críticas para la tensión, ypermitir verificar los efectos de las acciones tomadas (adopción de límites deemisión, recomendación de filtrar redes/plantas, resolución de situaciones localesparticulares como resonancias);

• monitorear la inyección de corriente armónica a través de secciones particulares;

34 El hecho de que el instrumento sea de clase A según la IEC 61000-4-30 se considera imprescindible en cuanto hay en comercio unos instrumentos, hasta aprobados por OSINERGMIN, que brindan medicionesbastante imprecisas y que no son recomendables para la mediciones de las que aquí se trata.

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• armar bases de datos que permitan construir estadísticas sobre el desempeño delSEIN en cuanto a parámetros de calidad (estarían incluidos los huecos de tensión ylas micro-interrupciones);

• emitir anualmente un informe de calidad comparando los objetivos establecidos conlos resultados logrados, lo que concurre en aumentar la transparencia de laoperación del COES hacia los usuarios del sistema;

• cumplir con unos de los roles del operador del sistema, responsable de laoperación técnica y económica del sistema, y a la vez dando visibilidad al manejodel tema de la calidad del servicio.

11.2 ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE MONITOREO

El sistema de monitoreo está compuesto por sensores (o instrumentos de medición), yuna unidad central de almacenamiento y elaboración. La figura a continuación muestracomo está compuesto el sistema.

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Figura 24: Arquitectura del sistema de monitoreo, compuesto por unos IMs conectadosa la UC con diferentes medios



Los instrumentos de medición (IMs) están ubicados en las subestaciones elegidas delSEIN (ver el listado de las mismas en el párrafo 11.10), y se comunican con la unidadcentral (UC) a través de la infraestructura de comunicación disponible entre las 3 opcionesprevistas:

• LAN,• módem telefónico PSTN,• módem GSM/GPRS-UMTS, multiband 850/900/(1800)/1900 MHz

La comunicación cumple con las siguientes funciones fundamentales:

• configuración de los parámetros de los IMs desde la UC;• interrogación de los IMs desde la UC (UC → IMs) para:

• transferencia de los datos almacenados en los IMs hacia la base de datoscentral manejada por la UC;

• comprobar el estado de los IMs;• sincronización horaria (en caso de módem)

• comunicación automática de los IMs a la UC (IMs → UC) para señalizar unaanomalía (opcional).

Otro nivel de comunicación previsto es el acceso a la base de datos almacenada y mane-jada por la UC desde usuarios que tengan acceso al sistema vía internet. Se puedenprever diferentes niveles de acceso, tales como el nivel operador, con visibilidad y operati -vidad completa sobre el sistema, y diferentes niveles usuarios35.

11.3 REQUERIMIENTOS PARA LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Los IMs estarán fabricados de manera de garantizar por lo menos un grado de protecciónIP30 (instalación para interior).en lo referente a requerimientos de seguridad, el diseño y la construcción cumplirán con lanorma IEC 61010-1 (CAT III, 1000 V como mínimo).El reloj interno de los IMs tiene que tener en cuenta el año (4 dígitos), mes, día, hora,minuto, segundo y centésimo de segundo.Tiene que tener la opción de albergar un módem GSM/GPRS-UMTS de tipo multibandcompatible con los estándares V32 y V110. El módem debe permitir filtrar las llamadas enbase al CLI (Caller Line Identification) con el fin de poder rechazar llamadas de númerosno reconocidos; el módem tiene que tener la opción de una antena externa, conprolongación a través de un cable coaxial, y sofware para su configuración (incluyendo el

35 Por ejemplo, se puede pensar en 3 tipos de usuarios; un primer nivel que tenga acceso con visibilidadcompleta sobre los datos almacenados (típicamente puede ser un usuario COES al que únicamente nose le permite interactuar con los IMs, pero que tiene acceso total a la base de datos ), un segundo nivelque tiene acceso solamente a una parte de los datos almacenados (por ejemplo, un agente que estáhabilitado únicamente a una porción de la base de datos, que podría ser uno o más IMs específicos), yun tercer nivel -a lo mejor de acceso libre- que puede consultar una información limitada, como podríaser los valores promediados en todo el sistema del THD de la tensión durante un periodo de agregaciónde elección. En Italia por ejemplo los usuarios del servicio eléctrico en baja tensión pueden consultar enlinea el valor promedio de algunas cantidades que caracterizan la calidad del servicio en regiones espe-cíficas, y durante un periodo específico; para el caso específico de COES habría que ver si se tieneinterés y si el servicio de operación del SEIN se considera servicio público (en este caso, podría tenersentido permitir un acceso libre a la consultación de la base de datos.

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reconocimiento del CLI); no incluye la tarjeta GSM.Los IMs tendrán por lo menos 3 canales de tensiones, y tres de corriente, y contaran conconvertidores analógico-digitales de por lo menos 16 bits, y estarán clasificados (y certifi -cados) como clase A según la norma IEC 61000-4-30. Tendrán que tener un medio de sincronización que permita mantener el error en ladeterminación de los tiempos por debajo de 250 ms: eso quiere decir que para todosaquellos IMs conectados a través de una LAN una sincronización NTP es más quesuficiente. Los IMs serán configurables e interrogables tanto en modo remoto como local; paraambos casos habrá una clave para acceder a estas funciones. Para permitir laconfiguración en modo local, los IMs deberán contar con un puerto local USB, RS232 oRJ45 de fácil acceso (posiblemente frontal). El sofware de acceso se pondrá adisposición para cada uno de los IM que conforman el sistema.Cada IMs debe permitir el almacenamiento de por lo menos un mes de mediciones (verlas cantidades a medir en el párrafo 11.4 sucesivo), con tiempo de agregación de 10 min(o 15 min para las cantidades que se basan sobre este intervalo).

11.4 CANTIDADES A MEDIR

El sistema de monitoreo está pensado para cubrir todos las fenómenos que definen lacalidad del servicio, y por lo tanto:

• frecuencia (TA: 15 min, [1 min, 12 periodos])36,• nivel de tensión (TA: 15 min, 1 min),• armónicos (TA: 10 min, 1 min, 3 s, [12 periodos]),• secuencias37,• flicker (TA: 10 min, [1 min]),• huecos de tensión/interrupciones y sobretensiones (swell),• formas de onda en caso de detectar transitorios (opcional).

Se tiene que considerar que los instrumentos disponibles hoy en día cubren todos estosfenómenos al mismo precio de un instrumento que mida individualmente las cantidadesde arriba, y por lo tanto el sistema que aquí se específica aprovechará estas caracterí -sticas y permitirá cubrir más fenómenos. Todas las cantidades se tienen que medir segúncuanto establecido en la serie IEC 61000-4, con la excepción de los armónicos, en virtudde la discrepancia que hay entre la definición de armónicos de tensión en la normativainternacional y la definición que se da en la NTCSE peruana38. Para cada intervalo de agregación, además del valor promedio el sistema guardará

36 TA es Tiempo de Agregación; los valores entre paréntesis cuadradas son opcionales).37 La NTCSE no considera las componentes de secuencia de la tensión como parámetro de evaluación de

la calidad; aprovechando la potencialidad de los IMs, es interesante realizar mediciones en el sistema;los fabricantes indicaran con que tiempos de agregación se puede medir este parámetro.

38 La normativa internacional, tanto IEC como IEEE define el armónico de orden i de tensión el valor en %entre la componente i del espectro y el valor de la fundamental, mientras que la NTCSE define el armó-nico de orden i de tensión el valor en % entre la componente i del espectro y el valor de la tensión nomi -nal; si bien la diferencia es mínima de un punto de vista numérico, no se puede dejar de lado esta discre-pancia: para resolverla, el sistema puede proporcionar los valores en V de los armónicos de tensión enlugar de los valores de los armónicos en %, y realizar la conversión a valor % en la UC.

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también valores máximo y mínimo39.

En cuanto a huecos de tensión, interrupciones, sobretensiones (swell), valdrá lo siguiente:Los umbrales de detección de los huecos de tensión y sobretensiones deben serajustables, teniendo como default los umbrales establecidos por la norma EN50160. Parainterrupciones se memorizará como mínimo el tiempo al instante de ocurrencia (resolucióntemporal no mayor a 1 ms) y su duración, mientras que para huecos de tensión ysobretensiones se guardaran también los valores de pico alcanzados.

En cuanto a transitorios, esta medición es opcional; en caso de ofrecerse, el fabricanteespecificará cuantos transitorios de este tipo se podrán almacenar en la memoria sinperjudicar la capacidad de mantener un mes de mediciones con el tiempo de agregaciónTA nominal para cada cantidad (6 en total):

30 ms de pre-trigger, 270 ms de post-trigger, con una frecuencia de muestreo no menorde 3 kHz.

Además, el fabricante declarará cuáles son los criterios por medio de los cuáles el instru-mento detecta los transitorios.

11.5 CONEXIÓN DE MEDICIÓN PARA LOS IMs, PRECISIÓN

Los IMs estarán conectados en el secundario de un transformador de tensión midiendo 3tensiones fase-tierra, cuya amplitud nominal es normalmente 100/3^0.5 V = 57.73 V(pueden darse también casos de 110/3^0.5 V = 63.51 V; de todas maneras, el IM guarda-rá la relación correcta de transformación de los transformadores de medición al que estáconectado (de tensión y de corriente). Los transformadores de corriente en el campotienen secundarios en 1 A y 5 A. Los circuitos de medición de tensión no absorberán másde 20 VA, la impedancia de entrada no será menor de 100 kΩ. En cuanto a las corrientes,la medición de la corriente secundaria de los CTs tiene que ser directa, y por lo tanto nopor medio de pinzas40.

11.6 FUENTE DE ALIMENTACIÓN y BATERIA

La tensión de alimentación de la fuente de alimentación auxiliaría de los IMs será de 110-220 V (60 Hz) en corriente alterna, y contará con una batería que le dé una autonomía depor lo menos 20 min. Las variaciones en el nivel de la tensión de entrada no causaranpérdidas de datos grabados, datos de configuración o interrupción de la medición. Encaso de interrupción de la alimentación por un tiempo mayor al de su autonomía, el instru -mento interrumpirá la medición que retomará con los parámetros de configuración anterio-res, manteniendo información del horario. Como las mediciones son simultaneas en todoel sistema, y por lo tanto con tiempos de agregación que inician a un mismo instante, losIMs retomaran a almacenar mediciones a partir del primer instante de inicio del nuevo

39 Valores máximo y mínimo normalmente se refieren al intervalo de medición base de 12 periodos.40 Este requisito se debe únicamente al hecho que las pinzas encarecen el costo del IM y son de fácil

desconexión, también involuntaria

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intervalo de agregación. Los IMs señalaran a la UC el rearranque de la medición, y eltiempo de duración de la interrupción.

11.7 FUNCIÓN DE AUTODIAGNOSTICO

Los IMs tienen que tener una función de autodiagnostico que detecte malfuncionamientosde la unidad. El estado de malfuncionamiento tiene que hacerse disponible en local ytambién ser enviado a la UC.

11.8 REQUERIMIENTOS PARA LA UNIDAD CENTRAL

La UC tiene que estar prevista para manejar una red de hasta 100 IMs, pensando enposibles crecimientos futuros41. A tal efecto, tiene que exhibir la modularidad del caso. LaUC tiene que brindar las siguientes funciones:

• telegestión de los IMs, incluyendo la configuración y la detección de eventualesanomalías; el acceso a los IMs sera a través de una contraseña

• telelectura de las mediciones con razonable periodicidad (no menos de dos vecespor semana, y de acuerdo a las recomendaciones del proveedor);

• almacenamiento de los resultados de las mediciones en la base de datos centraldel sistema, su validación y verificación;

• asegurar un manejo de los datos tal que en caso de error de comunicación entrelos IMs y la UC no se pierdan los datos almacenados en las IMs hasta por lomenos haberlos grabado en la base de datos

• permitir acceso e interrogación de la base de datos a través de un portal, condiferentes niveles de acceso

• backup semanal de la base de datos en DVD.

El sistema estará constituido por (por lo menos) tres módulos funcionales:

• la base de datos;• el interfaz usuario;• el sistema para la gestión de la comunicación (transmisión y recepción).

La UC deberá archivar los datos en la base de datos, y permitir acceder a los mismos através de eventuales cambios de formato que habiliten el uso de herramientas de usocomún en el COES (EXCEL y ACCESS). La base de datos debe poder interrogarse através de aplicaciones externas, permitiendo a los usuarios acceder a la información quesu nivel de acceso les permite.El software residente en la UC deberá estar en castellano o en inglés, según el criterioque elija COES42. El sistema deberá admitir la posibilidad de generar reportes automáti-

41 En una primera instancia podríamos pensar que entre 25 y 30 IMs cubrirían muy bien el sistema, así quepodríamos pensar en una red que maneje hasta 50 IMs: a menos que no haya una diferencia de costopasando de 50 a 100 (lo que llamaría la atención), preferimos indicar que el sistema pueda admitir hasta100 IMs.

42 Hay que considerar en favor del inglés que muy probablemente el pedido de un software en castellanotiene un sobreprecio y podría resultar en una traducción aproximativa.

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cos, incluyendo resultados de cantidades elegibles43 por el usuario, así como periodos deagregación de los datos y conjunto de sitios de medición (si todos, o una parte solamen-te).

La UC deberá disponer de una gestión de la comunicación con los modems de los IMs44

que asegure una adecuada redundancia en el proceso de adquisición de los datos delcampo, así como garantizar que la operación de adquisición de datos de todas las unida-des IMs se realice en el menor tiempo posible. Se prevé que la comunicación con los IMspueda realizarse en paralelo, y por lo tanto el proveedor sobre la base de su experienciatendrá que sugerir el número adecuado de módem a instalar en función de la frecuenciacon la cuál se bajaran los datos de las unidades IMs en el campo, la cantidad de IMsconectados vía módem etc.Cualquier intento fallido de comunicación tiene que repetirse por un número de vecesestablecido, reintentando a intervalos definidos, manteniendo el Log de las comunicacio-nes fallidas temporalmente y definitivamente, especificando también si la informaciónadquirida era completa o parcial.La UC tendrá que estar equipada con un terminal de acceso completo (monitor 17”, tecla-do y mouse) para permitir al administrador del sistema las operaciones necesarias debackup y de mantenimiento del sistema, dejando también una modalidad de accesoremoto para mantenimiento, para que el mismo proveedor pueda remotamente acceder yactuar cuando se requiera.La UC estará obviamente equipada con una tarjeta de conexión a una red LAN, y tambiéncontar con una unidad para realizar el backup periódico sobre soporte DVD.El software residente en la UC, en los IMs y en las PC remotas tiene que estar disponiblecon licencia gratuita y sin limitaciones en copiarse para usos internos al COES. La provi-sión deberá por lo tanto comprender el software de gestión y visualización, incluyendoeventuales llaves HW y/o SW relativas a todos los objetos de a provisión. Esto con elpropósito de poder realizar, en principio, la telegestión de todos y cada uno de los IMs enforma independiente de la gestión centralizada.

Para el almacenamiento de los datos se deberá especificar el tipo de disco a manejarjunto con el tamaño requerido para la cantidad de puntos solicitados, debe contar con lasespecificaciones respecto al tipo de espejado recomendado (RAID 1, 5, etc).

11.9 DESCRIPCIÓN DE LA PROVISIÓN y REQUISITOS PARA ELPROVEEDOR DEL SISTEMA

El proveedor del sistema fornecerá:

• los IMs;• las eventuales licencias software para el uso en local y en remoto de los IMs;• los manuales;

43 Las cantidades elegibles en principio son todas las que el IM ponga a disposición: hacer referencia alpárrafo 11.4 para el listado de las cantidades mínimas a disposición (ms las eventuales que el IM midaadicionalmente).

44 El módem es una de las modalidades con la cuál se podrían adquirir los datos de los IMs; en caso deconexión del IM a través de una LAN, el módem quedaría únicamente como unidad opcional paracomunicación de respaldo

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• las instrucciones para la instalación en el campo de los IMs;• el software residente en la UC que opera es sistema (comunicación en remoto

con los IMs instalados para configuración y bajada de los datos, manejo de labase de datos de las mediciones);

• instalación en la UC del software que opera el sistema• (UC y sus periféricas de comunicación y almacenamiento de datos: en

alternativas, las especificaciones de la plataforma hardware requerida para launidad central, incluyendo el sistema operativo45

• la instalación del sistema• un curso de uso del sistema, incluyendo las unidades remotas.

Los requisitos fundamentales para el proveedor es que tenga experiencia y antecedentesde venta en redes de control de la calidad, y que el paquete propuesto (IMs + UC) hayasido objeto de provisiones anteriores, en particular para aplicaciones en alta tensión.

11.10 LISTADO DE LAS SUBESTACIONES CANDIDATAS PARA MONITOREO DE LA CALIDAD DEL SERVICIO

El sistema de monitoreo es un sistema pensado tanto como para el monitoreo de latensión como el monitoreo de la inyección a través de unas secciones del sistema. Enrealidad, hay que comentar que el monitoreo de la tensión es un asunto más importante,más fácil a realizar en cuanto no necesita de tantos IMs una vez que se hayan identificadobarras razonablemente representativas de porciones de la red, mientras que el monitoreocompleto de las inyecciones desde las fronteras requeriría de un número de IMs igual alnúmero de fronteras, es decir unos 113 para la red examinada. En primera instancia seconsidera que el sistema de monitoreo se precisa más para controlar el efecto de lasacciones tomadas a nivel general sobre el sistema (criterios de conexión y límites deinyección) que ir vigilando singularmente las inyecciones: con esto, se podría limitar elsistema inicial de monitoreo a un número de IMs comprendido entre 10 y 15, y que permi-tiría vigilar sobre el sistema, estudiando los trends de variación de los fenómenos armó-nicos a medida que se implementen límites, aumenten las cargas.

Como se ha mostrado anteriormente, el sistema se compone de una red principal de220-500 kV y 10 islas en 138 kV; estas islas de 138 kV son de diferente extensión y/oimpacto en el sistema de AT y en principio no se estarían monitorizando todas.El conjunto de criterios con el cuál elegimos a las subestaciones candidatas es elsiguiente:

• de alguna manera, la SS/EE candidatas tienen que ser importantes, o representa-tivas del disturbio en una región del sistema;

• las SS/EE en 138 kV a elegir tienen que pertenecer a un “sistema relevante” (queen este caso quiere decir con alta potencia de transformación hacia el 220 kV) y/oque exhiban un problema de armónicos como una resonancia y/o alta distorsión;

• las SS/EE no tienen necesariamente que ser subestaciones de frontera, en las quese conecten redes de distribución pública, plantas industriales o centrales de

45 En realidad, depende de como estila COES

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generación no convencional, que no pertenecen al sistema de transmisión500/220/138 kV, si bien sería recomendable ya que se estaría monitorizandotensión y, a través de la corriente, la inyección desde la frontera identificada.

Sobre la base de los criterios de arriba, a continuación se indica el listado de las SS/EEcandidatas, y las mediciones de corriente que se sugiere realizar.

1. S/E del 500 kV, posiblemente alejada de Chilca, en la que los disturbios se suponeque estén siempre bastante controlados; se sugiere una barra entre MARCONA ySAN CAMILO 500 kV;

2. CHAVARRIA 220 kV o SANTA ROSA 220 kV46;3. MARCONA 220 kV;4. GUADALUPE 220 kV o ZORRITOS 220 kV;5. OROYA NUEVA 220 kV;6. HUAYUCACHI 220 kV;7. MOQUEGUA 220 kV;8. PUCALLPA 138 kV;9. PUNO 138 kV;10. ESPINA COLORADA o CUTERVO (si no fuera posible en ningunas de estas dos,

Nueva Jaén), a menos que no se resuelva definitivamente el aspecto de laresonancia que se detectó;

11. PORVENIR138;12. TARAPOTO.

Clientes libre con una potencia de transformación total arriba de 100 MVA y que tengan ensu instalación dispositivos basados sobre electrónica de potencia en principio podrían (odeberían) estar interesados (u obligados) en monitorizar la calidad del servicio en la barrade alta tensión en la que están conectados instalando un IM, y poniendo a disposición lasmediciones. Para conexiones futuras, se sugiere considerar poner como requisito deconexión la instalación de un IM que integre la red de monitoreo de la calidad del servicio,mientras que para instalaciones ya en operación habría que ver como arreglar el asunto.

Los IMs miden tanto tensión como corriente. Mientras es univoca la identificación de lasseñales de tensión a medir47, para las corrientes tenemos que considerar que en principioestamos monitorizando una frontera pero hay excepciones y consideraciones particularesa considerar. A continuación revisamos cada uno de los casos asociados a las 12 ubica-ciones propuestas en cuanto a mediciones de corriente que normalmente serán sobre 3canales independientes y en principio podrían ser:

• de una terna de corrientes trifásica• tres corrientes de la misma fase de alimentadores/transformadores conectados a la

barra que estamos monitorizando48.

46 Si se considerara que es preferible instalar un punto de monitoreo tanto en una entrega a EDELNORcomo en una a Luz del Sur, se sugiere elegir las SS/EE de CHAVARRIA y de SAN JUAN; por la mismarazón, podría incluirse en la lista también SEAL, y añadir la S/E de SOCABAYA 138 kV.

47 Eventualmente con la excepción de los casos en que haya doble barra que puede operarse con conyun-tor abierto, para los cuáles no hay un criterio a proponer y por lo tanto se puede elegir cualquiera de lasdos.

48 Es el caso que se recomienda cuando en la frontera que se esté considerando hay -por ejemplo- variostransformadores conectados, que podrían tener barras secundarias separadas y por lo tanto no están enparalelo. Consideramos el ejemplo de la barra de Chavarria, donde hay 4 transformadores 220/60 kVconectados; la medición ideal sería de contar con por lo menos 4 corrientes de la misma fase en el

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La segunda de las hipótesis en muchos casos es de difícil realización práctica debido aque las 3 señales pueden encontrarse en borneras demasiado alejadas entre sí parapermitir la conexión. Se entiende que las corrientes siempre están del lado de la tensiónmedida49.

1. Monitorizar la corriente en el/los transformador/es 500/220 kV o en la/s línea/s de500 kV; la situación ideal sería medir las corrientes de una única fase de todos losalimentadores que converjan a la barra de 500 kV;

2. ver nota 48 de página 63: muchas de las consideraciones son independientes de lasubestación;

3. Marcona es una barra crucial en el sistema (por lo menos antes de la llegada del500 kV era entre las barras más complicadas del sistema del punto de vista de losarmónicos); en lo posible sería interesante medir la mayor cantidad dealimentadores posibles, con el siguiente orden: transformadores 220/60 kV (paramáquinas en paralelo, alcanza con la corriente de una), líneas en 220 kV,transformador de 500/220 kV;

4. Si fuera la S/E de Guadalupe, preferiblemente medir la corriente de una única fasede 1 o 2 transformadores 220/60 kV y la corriente del reactor; de no ser posible porno tener las borneras cercanas, medir la corriente de uno cualquiera de lostransformadores; si fuera ZORRITOS la corriente trifásica del transformador o de lalínea (son idénticas);

5. en Oroya Nueva 220 kV no es posible medir tanto la corriente de las líneas como ladel transformador; se prefiere monitorizar la sección de frontera, representada por eltransformador 220/50 kV;

6. en Huayucachi 220 kV sería recomendable medir las corrientes de la misma fase deltransformador de mayor potencia (tras confirmar que las dos unidades presentesestan en paralelo), y de las dos líneas L-2220 y L-2221;

7. medición de las L-2029 y L-2030; si fuera posible, también del transformador500/220 kV

8. Si fuera posible, una fase del transformador 138/60 kV, una fase de la línea L-1125 yuna fase del reactor lado 138 kV (las mediciones están indicadas en el orden deimportancia);

9. si fuera posible medición de una fase del conjunto de los transformadores138/60 kV, una fase de la L-1012 y una fase del transformador 220/138 kV (lasmediciones están indicadas en el orden de importancia); si no fuera posible medirlos dos transformadores 138/60 kV a la vez y no están rigurosamente en paralelo(en cuanto las barras de 22.9 kV están separadas, medir la corriente en máquina demayor potencia;

10. al igual que en muchos casos anteriores, preferir las mediciones de 3 corrientesmonofásicas (no es el caso de Nueva Jaén, donde hay una línea y un transforma-

primario de las 4 máquinas, o de alguna manera con una corriente física que sea la suma de las 4corrientes como es el caso de cuando hay una única linea en AT saliendo de la S/E. Justamente el casode Chavarria es un caso en el cuál los cubículos de medición están alejados entre sí, y a menos de noinstalar 4 instrumentos diferentes resulta imposible, muy complicado o invasivo medir las corrientes de lasección. De hecho, en Chavarria también ocurre otro aspecto, que es que tan solo uno de los 4 transfor -madores de medición de tensión asociados a los transformadores 220/60 kV es inductivo, y eso práctica-mente obliga en medir la tensión en el cubículo relativo, vinculando también la medición de corriente.

49 Es decir: si estamos midiendo la tensión de una barra y las corrientes de -por ejemplo- un transformador,la corriente del transformador se tiene que medir del devanado del lado de la barra de la que se mide latensión.

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dor, entonces allí se mediría cualquiera de las dos ya que son idénticas);11. posiblemente medir L-1117, L-1128 y transformador 138/10 kV;12. en Tarapoto posiblemente medir corrientes monofásicas de L-1018, L-1017 y del

transformador 138/22.9/10 kV.

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12 REGLAS PARA FUTURAS CONEXIONES DE CARGAS ENAT

El presente estudio y los resultados de diferentes mediciones han demostrado que elsistema en AT no admite inyecciones adicionales de 5a armónica porque en muchos delos casos el límite establecido por la NTCSE está excedido y por lo tanto no hay márge-nes para permitir inyecciones adicionales que aumentarían la distorsión actual. Otro aspecto que el estudio ha demostrado es que independientemente del disturbio pre-existente en la barra en la que se considera la conexión de una nueva instalación, cadainyección contribuye a aumentar el disturbio en todas las barras del sistema, obviamentecon diferentes coeficientes de influencia; este hecho, que se debe a que estamos conside-rando un sistema de transmisión en el que por lo tanto las armónicas pueden exhibir susefectos a largas distancias, hace que no podemos limitar nuestras consideraciones sobresi hay márgenes o no en el disturbio medido en la barra de conexión, sino que tenemosque considerar todo el SEIN, y en el SEIN hay barras con disturbios de 5a armónica muypróximos al límite, o que exceden el límite.Hasta que en el sistema se tengan disturbios de 5a armónica de la tensión de la magnitudactual no habrá manera de permitir ninguna inyección adicional; las maneras para que elsistema vuelva a tener distorsiones más controladas son fundamentalmente 2:

• se imponga el filtrado de todas fuentes que no cuenten todavía con un niveladecuado de filtraje en la 5a armónica, incluyendo también a las redes de distri-bución pública una vez que se compruebe su nivel de inyección hacia el sistema;

• aumente el nivel de mallado del sistema.

Cuando el sistema exhiba márgenes suficientes en términos de disturbio de 5a armónica ylas situaciones de resonancia detectadas en el SEIN estén bajo control, podrán aplicarselímites de inyección también para la 5a armónica y por lo tanto permitir inyeccionescontroladas. El valor de estos límites dependerá de los márgenes logrados.

Otras armónicas que no sean la 5a han exhibido márgenes suficientes como para adoptarlos límites de inyección que se encuentran en la normativa internacional (por ejemplo sesugiere la adopción de los límites establecidos en la IEEE 519 (véase la tabla 10 depágina 49) en cuanto de fácil aplicación.

El hecho de decir que el sistema no admite inyecciones adicionales de 5a armónica signi-fica que la nuevas instalaciones que hagan uso de electrónica de potencia o contengancargas que sean por naturaleza no lineales (o generadoras de armónicos) tienen quecontar con la instalación de filtros adecuadamente diseñados que atrapen a la 5a armóni-ca de corriente si es que esta armónica es una de las armónicas características (normal-mente se dan pocas excepciones a esta condición).El principio que está a la base del diseño de los filtros es entonces el hecho que la inyec-ción de 5a armónica hacia el sistema tiene que ser mínima, mientras que las de lasdemás armónicas tiene que cumplir con los límites establecidos en la IEEE 519 que severán sucesivamente. Otra forma más práctica y directa para decir lo mismo es que elsistema de filtros tiene que tener un banco ajustado en una frecuencia muy próxima a300 Hz (normalmente a una frecuencia un poco menor que este valor), y de alta eficien-

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cia50, y los demás eventuales bancos ajustados en función de los límites existentes.Se hace mención al hecho que la imposición de un filtro no es obligar a instalar un compo-nente adicional ya que en una planta siempre hay la exigencia de corregir el factor depotencia y el mismo dispositivo puede también filtrar los armónicos51.Comentamos también que la exigencia de contar con un filtro es más una exigencia de lainstalación de controlar las distorsiones autoproducidas que de limitar la inyección hacia elsistema, así que imponer por normativa un filtro para una instalación industrial en realidades imponer un dispositivo normalmente previsto en fase de diseño de la misma instala-ción.

Se menciona también un método que permite evaluar el impacto armónico que tendríauna instalación en la barra del SEIN a la que se conectaría, a partir de las mediciones deldisturbio pre-existente. Este método, indicado en el anexo 3, aun exhibiendo unos límitesque allí se discuten, permite evaluar el disturbio esperado en la barra de conexión, asícomo su efecto de disminución del margen en el nudo en términos de disturbios inyecta-bles.

50 Alta eficiencia quiere decir que el filtro tiene que atrapar por lo menos el 90-95% de la corriente de 5aarmónica producida en la instalación: eso implica normalmente que esté bien ajustado sobre la 5aarmónica.

51 Como es sabido, se trata de añadir una inductancia adecuada al banco de condensadores para transfor -mar una unidad de corrección de factor de potencia en una unidad que también filtre armónicos;

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13 PROPUESTA PARA LA REDUCCIÓN DEL NÚMERO DEFUENTES CONTAMINANTES: PRIMERA ETAPA

Para controlar y fiscalizar la emisión de armónicos de las instalaciones haría falta disponerde límites de emisión a cumplir, pero como se demostró en el presente estudio, no estodavía posible establecer unos límites de emisión definitivos para la 5a armónica, amenos que se pongan límites irrealisticos.De todas maneras, lo que las mediciones de armónicos en el SEIN demuestran es quehay que controlar y limitar la emisión de la 5a armónica en el SEIN para hacer que ladistorsión en tensión regrese a valores compatibles con los límites de la NTCSE;evidentemente, se requiere de unos límites provisorios o operativos para corregir lasituación actual, distinguiendo entre instalaciones existentes y futuras.

En cuanto a INSTALACIONES FUTURAS (o INSTALACIONES EXISTENTES que solici-ten un aumento de la potencia retirada), no es admisible que en el sistema puedan conec -tarse fuentes descontroladas que inyecten 5a armónica de corriente, y por lo tanto lainstalación de dispositivos (filtros) que limíten la inyección de 5a armónica tiene que serrequisito de conexión. Los requisitos indicados en el Procedimiento Técnico de COESPR-20 (INGRESO, MODIFICACIÓN Y RETIRO DE INSTALACIONES EN EL SEIN) seconsideran correctos en todos los aspectos relacionados con armónicos, pero se sugiereañadir unos lineamientos sobre como conducir las mediciones y los estudios de armóni-cos mencionados en el procedimiento. En el anexo 4 se proponen unos lineamientos atomar en cuenta sobre estos aspectos específicos.

En cuanto a INSTALACIONES EXISTENTES 52 no todas cuentan con un control adecuadode los armónicos, y aquellas que inyecten sin control tienen que considerarse responsa-bles de la situación de disturbio existente en el sistema. A medida que estas instalacionesestén controladas, el disturbio en el sistema se reducirá.Lo que se propone a continuacion es un esquema para implementar una campaña dereduccion del número de fuentes contaminantes a partir de unos límites preliminares.Antes que nada tenemos que considerar como identificar a las instalaciones contaminan-tes, ya que el solo hecho de medir armónicos de corriente en el punto de entrega no es uncriterio valido. En el anexo 5 se propone el método para reconocer a las instalacionescontaminantes a partir de mediciones en campo, pero el principio general a considerar esel siguiente: independientemente de lo que conste de las mediciones, una instalaciónconectada al SEIN alimentando carga distorsionante de una potencia superior al 25% dela potencia contratada o superior a 5 MVA (la condición que se verifique primero)53 nopuede no contar con filtros54 que controlen la 5a armónica, haciendo que la inyección

52 Se consideran tanto instalaciones industriales como redes de distribución pública y centrales de genera-ción por medio de recursos renovables y con interfaz hacia el sistema basada en la electrónica depotencia.

53 La condición de requerir compensación de armónicos de 5a arriba del 25% de carga instalada de tipodistorsionante se debe a que con una carga de este tipo se alcanzaría una corriente de 5a armónicainyectada por la instalación de hasta el 5% con respecto a la corriente nominal, lo cuál se considera unvalor demasiado alto como para no ser controlado (considerar los límites de la tabla 14 de la página 71).En cuanto a la potencia de 5 MVA, se ha elegido este valor en cuanto se considera que a partir de estevalor de potencia instalada distorsionante se tienen que controlar los amperios de 5a armónica inyecta-dos.

54 Evidentemente, bancos de condensadores puros no sirven para este fin de control de inyecciones.

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hacia el sistema esté bajo control, o mejor dicho mínima. Si bien -como dichoanteriormente- no hay todavia manera de establecer unos límites de inyección definitivos,se pueden formular unos límites operativos o temporarios hasta llegar a controlar mejor elsistema, entre otros aspectos resolviendo las situaciones de resonancia detectadas en elpresente estudio.Aclaramos el concepto de límite operativo o temporario, y la función que desempeña.Se trata de definir un valor límite que sirva para establecer si una instalación existentecumple o no con un requisito inicial mínimo de inyección. Si no cumple, se le deberíarequerir el estudio y la instalación de un sistema de filtraje; si cumple, no está en la carterade los agentes que tiene que cumplir de entrada con la instalación de filtros, quedando susituación a comprobarse en el futuro, cuando se apliquen los límites definitivos.El límite operativo o temporario es un concepto usado únicamente para discriminar si unainstalación requiere urgente de la instalación de filtros de 5a armónica, pero no representanecesariamente el valor máximo de inyección admitido55.

El esquema lógico propuesto es el siguiente:

1. identificar las instalaciones candidatas: se trata de instalaciones conectadas alsistema de AT, en las que se tenga más del 25% de su potencia instalada (o másde 5 MVA, según cuál condición se verifique primero) de potencia distorsionante, yque no cuenten con filtros de 5a armónica; esta identificación puede realizarse através de una declaración del usuario sobre potencia instalada distorsionante yexistencia de filtros;

2. las instalaciones candidatas que no quieren instalar filtros de 5a armónica tienenque demostrar a través de mediciones en campo que tienen una inyección hacia elSEIN por debajo del límite operativo, o sustentar que la corriente armónica medidaestá excediendo el valor límite por un disturbio ajeno, que procede del sistema (veranexo 5 sobre como reconocer estos casos);

3. a las instalaciones que cumplan con el límite operativo56, o que no sean candidatasno se les exigirá instalar filtros en esta fase, y se esperará a la definición de loslímites definitivos y/o ver si cumplida esta fase el disturbio en tensión estará dentrode límites aceptables.

La figura 25 muestra el proceso lógico de esta propuesta. Los criterios C1 y C2 mencionados en la figura 25 son los siguientes:C1: (Sdist ≥ 25%▪Sn OR Sdist ≥ 5 MVA) AND no existen filtros de 5a;C2: Iinyección > límite temporario

55 Todo indica que el límite operativo o temporario tiene un valor superior al que será el límite de emisióndefinitivo, pero hay que considerar que una vez que una instalación esté filtrada correctamente es casiimposible que no cumpla con el límite de emisión definitivo. De hecho, para los sistemas eléctricos de ATen realidad los límites de emisión representan más que nada el umbral de inyección por arriba del cuál elusuario debe instalar filtros. Dicho esto, el mecanismo que aquí se describe obligaría a un primer con-junto de usuarios en instalar filtros, dejando los demás para cuando se puedan definir límites definitivos.No es de descartar la hipotesis que aplicar este criterio permitiría llegar a un disturbio en tensióncontrolado, es decir por debajo de los límites de la NTCSE.

56 Es decir, que tengan una inyección por debajo del umbral definido por el límite operativo

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Figura 25: Esquema lógico para la implementación de una primera acción de instalación de filtros en plantas que no los tengan

Este proceso es de inmediata aplicación para plantas industriales, pero resulta difícil, talcomo está concebido, de aplicar a redes de distribución pública, ya que al ser muydispersa en principio no conocen a la cantidad de carga distorsionante contenida en susredes, y el agente de distribución puede no tener los medios para forzar a los usuariosconectados en sus redes en instalar filtros. Los usuarios conectados en redes de tensiónmenor o igual a 60 kV que pertenezcan a la categoría de clientes libres podrían estarsometidos a la regla de arriba.Haciendo referencia a la tabla 4 de la página 22, se nota como la gran mayoría de lapotencia asociada a clientes libres que no cuentan con filtraje está conectada a nivel de60 kV o menor. Considérese por ejemplo el caso de la isla de 50 kV alimentada por la S/ELa Oroya Nueva: en esta isla no hay filtros conocidos, y hay una importante concentraciónde instalaciones mineras. Es bastante probable que la inyección de esta isla hacia elsistema esté caracterizada por una distorsión de la 5a armónica bastante alta, y normal-mente superior a la de las otras islas de 60 kV. Lamentablemente, cuando en el 2012 sehicieron mediciones de armónicos en la S/E de La Oroya Nueva no había a disposiciónuna señal de corriente del transformador que alimenta el 50 kV, y por lo tanto no se cono-ce directamente la distorsión de la corriente de este conjunto de cargas. Se mencionaeste caso específico porque quizás pueda tener más sentido colocar un filtro único alsecundario de la transformación 220/50 kV que exigir la compensación de las cargassingularmente.

Para no dar lugar a discusiones sobre el origen de los límites operativos o temporarios, sepropone adoptar los límites propuestos en la IEEE 519 ya que deberían atrapar a buenaparte de las instalaciones no filtradas y sobre todo proceder de una normativa de largaaplicación en el país y a nivel internacional. El límite propuesto en realidad no esexactamente el de la IEEE 519, sino el mismo compatibilizado con la NTCSE que admite

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un límite en tensión doble (y por lo tanto, coherentemente, ponemos un límite de inyeccióndoble, es decir tomamos el límite para la 5a armónica como indicado en la tabla 9 depágina 47, decir:

Scc/Sn I (h=5)

< 50 4.00%

≥ 50 6.00%

Tabla 14: Definición del límite operativo o temporario para la 5a armónica de corriente de una instala-ción.

Volvemos a considerar el alto nivel de distorsión de 5a armónica existente en la tensióndel sistema, y retomamos el examen de la tabla 4 de la página 22; en cuanto a instalaciónde filtros, la situación en el sistema es la siguiente:

a nivel 500 kV: no existe carga contaminante conectada;a nivel 220 kV: toda la carga industrial potencialmente contaminante cuenta con filtros;

la distribución pública que se alimenta desde el 220 kV tiene filtrosúnicamente en la zona de Lima;

a nivel 138 kV: una parte de la carga industrial está sin filtrar (se habla por lo menos dela categoría de clientes libres);

a nivel 50-60 kV: aparentemente la práctica de instalar filtros es poco común a nivelindustrial, y probablemente inexistente para la distribución.

La situación de arriba nos indicaría que con la excepción de algunos casos industrialespuntuales en 138 kV, habría que considerar cuidadosamente el aporte de la distribución(de 50-60 kV por abajo) al disturbio en la AT, tratando de caracterizar situaciones típicas através de mediciones, para permitir sacar conclusiones sobre la exigencia de requerir uncontrol de la inyección por parte de la distribución pública también. En estas redes, en lasque están conectados usuarios tanto industriales como domésticos, no hay filtros57 ypodrían representar aportes importantes al disturbio.

57 Con la excepción de los filtros y SVC que se encuentran en Lima a nivel 60 kV.

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14 ACCIONES SUGERIDAS PARA REVERTIR EL CRECIMIEN-TO DE LOS ARMÓNICOS EN EL SEIN

El presente párrafo resume, según la visión y la experiencia de este consultor, la situaciónde los armónicos en el SEIN y el camino técnico y normativo que habría que tomar paracumplir con las dos etapas necesarias para poder controlar la 5ª armónica en la altatensión del SEIN; dichas etapas, en su orden cronológico natural de actuación son:

1. Parar (o limitar) el crecimiento de la 5ª armónica en el sistema;2. Volver a valores compatibles con los límites establecidos en la NTCSE, haciendo bajar

el valor de disturbio en el sistema.

En el mundo hubo una experiencia similar importante en el control de las armónicas, la deEuropa, y que dio lugar a la normativa IEC 61000, que empezó a comienzo de los años'80 y que consistió en reconocer el problema de los armónicos en términos de posiblesefectos en los sistemas y sobre todo determinando las tasas de crecimientos delfenómeno. Las mediciones -y las extrapolaciones de las mismas- indicaron que si bien eldisturbio todavía no había alcanzado los valores límites, la tasa de crecimiento mostrabala urgencia de limitar las inyecciones por parte de las fuentes, tanto a nivel de carga endistribución pública como a nivel de usuarios industriales. Lo que se hizo, a través de laemisión de unas normativas de componentes (para usuarios en baja tensión) y de unasreglas de conexión (para usuarios industriales) fue principalmente limitar las inyeccioneshacia el sistema a través de un cambio tecnológico en los aparato de uso final y a travésde la imposición de límites de emisión para conjuntos industriales.

Las medidas permitieron lograr el objetivo y su aplicación fue relativamente suave (en elsentido que las medidas se actuaron con plazos de implementación relativamente largos).El costo de las implicancias de dichas normativas lo asumió el consumidor final, queencontraba en el mercado únicamente aparatos marcados CE (que indica la conformidadcon la norma de emisión) que costaban más caros por tener una fuente de alimentacióndiferente.58

Análogamente, el usuario industrial tuvo que tomar a su costo medidas (típicamente lainstalación de filtros) para que las corrientes inyectadas en el sistema no superaran loslímites asignados de inyección.

La situación se resume en la figura a continuación, en la que se muestra el aumento queera razonable asumir a futuro, extrapolando los datos de crecimiento del disturbio, y eldisturbio que resultó gracias a las medidas adoptadas. Resumiendo, podemos clasificarel tipo de acción como preventiva, que se tomó con antelación y permitió corregir lasituación.

58 El caso típico, común a todos dispositivos electrónicos que precisan de una fuente de alimentación encorriente continua, el el caso de los aparatos de televisión: la carga que ve el sistema es la fuente, cuyafunción es de proveer a la electrónica del aparato la tensión adecuada, continua y de pocos voltios.Dicha fuente puede realizarse con diferentes tecnologías, y lo que varía es la corriente absorbida.Fuentes compatibles con los límites establecidos en la IEC 61000-3-2 son normalmente más caras.

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Analizando el caso de Perú nos encontramos con un contexto bastante diferente.

Antes que nada, como nos damos cuenta de la existencia de un problema de armónicospor haber excedido el límite establecido, las acciones a tomar tienen un carácter másurgente, de tipo correctivo y no preventivo. Otros elementos fundamentales a tomar encuenta sobre el contexto son los siguientes:

1. Desconocemos la rapidez con que evoluciona el disturbio, pero si sabemos que elsistema exhibe una tasa de crecimiento de la carga muy marcada, lo que hacesuponer que sin tomar acciones la situación a futuro evolucionara para peor;

2. Falta todavía una normativa de emisión ya que la NTCSE habla únicamente decompatibilidad;

3. Se considera que una política de restricción comercial sobre los aparatos de uso finalcon marca CE sea de muy difícil implementación para el Perú, por lo menos si estapolítica se actuara fuera de una coordinación regional, creando un espacio de reglascomunes.

La figura a continuación pretende resumir la situación actual y el camino a recorrer paracontrol la 5ª armónica en el SEIN.

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Figura 26: Evolución del disturbio armónico en Europa



Como se ha expresado al comienzo de este párrafo, y como se muestra en la figura 27,hay dos acciones diferentes para que (1) el disturbio deje de subir, y (2) empiece a bajar.Para hacer que el disturbio deje de aumentar se precisa que toda la carga que se va ainstalar de aquí en adelante este’ controlada en su emisión armónica. Si bien es ciertoque solamente parte de la carga futura puede controlarse por parte del COES (por unproblema de jurisdicción), es cierto también que el impacto de la carga industrialdirectamente conectada al SEIN es más notable que la carga que se conecta en bajatensión, y además juega en favor del control del disturbio el hecho que el sistema detransporte vaya expandiéndose, aumentando su mallado y las potencias de cortocircuito. Se considera por lo tanto que a través de unos pocos cambio, el PR-20 podría resultaruna herramienta eficaz para reducir o hasta mantener al nivel actual el disturbio existente. La ventaja es que los cambios al PR-20 pueden ser prácticamente inmediatas, ydirectamente bajo la batuta de COES, y dentro de sus prerrogativas. Se recomienda a lavez de empezar con una política de monitoreo del disturbio, para vigilar y documentar laevolución de la situación frente a otras instituciones como podrían ser el Ministerio deEnergía y Minas, y OSINERGMIN. Si bien es bastante obvio, cabe mencionar que sinrestringir las inyecciones de armónicos por parte de usuarios existentes es muy difícilhacer que el disturbio vuelva a niveles compatibles con cuanto establecido en la NTCSE.

En cuanto a las medidas necesarias para bajar el disturbio, no hay otra receta que limitarlas inyecciones actuales. Como se ha mostrado en otro párrafo (8.3), un porcentajerelativamente alto (poco menos del 70%) de carga conectada al 220 kV cuenta con filtrosde 5ª armónica, mientras que a nivel 138 kV la carga filtrada es muy poca (en el orden del

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Figura 27: Evolución estimada para el disturbio armónico en el SEIN, tras adoptar las medidassugeridas



6%): eso evidentemente habla de prioridades de acción a nivel 138 kV. La limitación delas inyecciones pasa por una norma de emisión, de cumplimiento obligatorio, y estanorma se considera fuera del alcance de COES, correspondiendo su emisión al Ministeriode Energía y Minas. El presente estudio ya demostró que no es posible adoptar la normaIEEE 519 en lo que se refiere a emisiones, salvo en forma temporaria como primera etapay adaptando algunos aspectos, ya que los límites serían insuficientes59. (nota sobreporque serían insuficientes). Definitivamente, volviendo al aporte técnico quecorresponde a COES, el sistema tiene que estudiar y eventualmente resolver lasresonancias encontradas, para que los valores que se establezcan para los límites deinyección no estén condicionados por situaciones descontroladas como sería ahora. Valela pena mencionar que las distribuidoras representan fuentes de inyección de disturbioshacia el sistema que son potencialmente importantes. Evidentemente el caso es diferentedel de una planta industrial o una mina que no cuente con filtros ya que en principio ladistribuidora en si no es la responsable del disturbio, sino sus clientes frente a los cuálespuede ser que no tenga herramientas legales para limitar las inyecciones. Como ya se hamencionado, en Europa y en los países que hacen cumplir las normas de emisión IEC(típicamente la IEC 61000-3-2, de emisión de aparatos en baja tensión, masivamenteconectados en las redes de distribución pública) la inyección de los aparatos domésticosestá bien controlada, y para subscribir contratos de entrega de energía que superen lacentena de kW se requiere cumplir con reglas de conexión que entre otros fenómenosconsideran también las armónicas. Como se considera difícil que Perú puedaimplementar un esquema de cumplimiento obligatorio de la IEC 61000-3-2, para limitar lasinyecciones de las distribuidoras aparentemente no queda otro camino que la instalaciónde filtros centralizados cuyo costo de alguna manera debería reflejarse en la tarifa dedistribución: de hecho, siempre ocurre que el usuario final termine pagando para lasolución del problema de los armónicos de los cuáles es responsable, y lo que cambiapuede ser únicamente la forma de pagar (si en la tarifa, o por obligación de compraraparatos más caros con inyección controlada.

59 Como se ha visto anteriormente, la aplicación de los limites de emisión de la IEEE 519 no permitiríancontrolar el disturbio en tensión.

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ANEXO 1 – LISTADO DE NUDOS CUYAS INYECCIONES TIENEN EFEC-TOS AMPLIFICADOS DE MÁS DEL DOBLE EN EL SISTEMA Y EXPLICA-CIÓN DEL FENÓMENO

En la tabla de las páginas a continuación se muestra el listado de barra desde las cuáleslas inyecciones provocan un disturbio amplificado de más de dos veces en otras barrasdel sistema. Eso demuestra que la inyección desde la barra en examen puede tenerefectos notablemente más altos en otras barras del sistema con respecto al impacto quetiene en la misma barra de inyección. Tener efectos más altos en otras barras que nosean la de inyección es bastante común; por esta razón, un estudio de impacto armónicode una fuente sobre el sistema no puede limitarse al examen del disturbio en la barra deconexión. La razón de este fenómeno es una razón puramente circuital, y el fenómenoinvolucrado es aquel que se estudia en la facultad con en nombre de "Efecto Ferranti".El Efecto Ferranti es el efecto en base al cuál encontramos una tensión bastante más altaal final de una línea en vació (o con alta impedancia) con respecto a la tensión aplicada alextremo alimentado.Un caso bastante extremo -pero de inmediata comprensión- que demuestra como puedeser que el punto de inyección no sea el punto de más alta distorsión se da en la figura acontinuación. Supongamos que la inyección a través de generador de corriente indicadosea a una frecuencia próxima a la de resonancia paralelo de la impedancia LC indicada.Si coincidiera exactamente con la frecuencia de resonancia, la impedancia del circuitoexterno sería cero y en el punto de inyección A la tensión sería exactamente cero, pero enel punto B tendríamos una tensión de valor diferente de cero.

En realidad, no hace falta que estemos próximos a la frecuencia de resonancia, sino quepara que tengamos una tensión VB > VA es suficiente que |XL - XC| < |XC|, es decirXL < 2·XC. En la red se pueden presentar varias condiciones parecidas, típicamente enlos casos de barras al final de líneas de transmisión en antena, con una cargacaracterizada por una impedancia armónica equivalente de valor relativamente elevado(línea casi en vacío).En la tabla de la página a continuación se indican las situaciones de amplificación másrelevantes encontradas analizando la red 2013; se indican las que exhiben un factor deamplificación superior a 2.

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Figura 28: Circuito equivalente LC demostrando el mecanismo de amplificación de los disturbios



NUDO INYECTOR

TALARA_220

NUDO AFECTADO K

Cutervo138 3.40

NJAEN138 3.96

CARHQ138 2.32

ECOLOR138 3.05

PIZARR138 3.01

Piura_220A

ZORRITOS_220 3.05

TALARA_220 2.08

Cutervo138 2.30

NJAEN138 2.68

ECOLOR138 2.06

PIZARR138 2.04

CHICLAYO_OESTE_220

Cutervo138 2.37

NJAEN138 2.76

ECOLOR138 2.12

PIZARR138 2.10

CAJAMARCA_220MOYOB138 2.19

HUANU 2.13

GoldMil220 MOYOB138 2.03

Chav220_A

MARC220 2.46

PEMARC220 2.63

TMAR138 2.23

TARAP138 2.26

MOYOB138 2.59

HUANU 2.59

UCHU138 2.09

PARAG138 2.01

ROSA220A

MARC220 2.95

PEMARC220 3.15

NJAEN138 2.05

PUCAL138 2.05

TMAR138 2.52

AUCA138 2.17

TARAP138 2.55

MOYOB138 2.93

HUANU 2.87

UCHU138 2.27

PARAG138 2.19

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PARAGII 2.14

SANJUAN_220A

MARC220 2.38

PEMARC220 2.54

MOYOB138 2.21

HUANU 2.18

ONU220

TMAR138 2.02

TARAP138 2.05

MOYOB138 2.36

HUANU 2.24

HUALL_N220

TARAP138 2.02

MOYOB138 2.32

HUANU 2.33

TOROMOCHO220 MOYOB138 2.09

Desierto220

ICA220 2.25

MARC220 5.09

PEMARC220 5.43

CANTE220MARC220 2.86

PEMARC220 3.05

IND220MARC220 3.84

PEMARC220 4.11

ACER220

ICA220 2.45

MARC220 5.56

PEMARC220 5.94

ICA220MARC220 2.27

PEMARC220 2.42

CARMI220 (COBRIZA) MARC220 2.58

PEMARC220 2.75

CVER220

PUNO138 2.39

JULIA138 2.09

PUNO_220 2.27

SRAF138MAZUCO138 2.27

PTO_MDO138 3.88

MACH138

QUEN138 2.71

DOLOR138 2.97

INCA138 2.94

ABAN138 3.76

CAELP138 2.09

MON138 HERO220 2.01

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PUNO138 3.92

JULIA138 3.49

AZANG138 2.39

MAZUCO138 1.92

PTO_MDO138 3.28

PUNO_220 3.67

SGAB138B 2.03

BOTI138

PUNO138 3.46

JULIA138 3.08

AZANG138 2.11

PTO_MDO138 2.90

PUNO_220 3.24

PUSHB138

PUNO138 3.22

JULIA138 2.86

PTO_MDO138 2.69

PUNO_220 3.01

MILLS138

PUNO138 3.40

JULIA138 3.02

AZANG138 2.07

PTO_MDO138 2.84

PUNO_220 3.18

LIXI138

PUNO138 3.24

JULIA138 2.88

PTO_MDO138 2.71

PUNO_220 3.03

QHON138

PUNO138 2.57

JULIA138 2.29

PTO_MDO138 2.15

PUNO_220 2.40

SOLAR PAN 138

HERO220 2.11

PUNO138 4.08

JULIA138 3.63

AZANG138 2.49

PTO_MDO138 3.41

PUNO_220 3.82

SGAB138B 2.11

ILOES 138 PUNO138 2.00

ILO1 138 PUNO138 2.04

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TOCA138

BELL138 2.42

TARAP138 3.49

MOYOB138 4.01

JUANJ138 MOYOB138 2.17

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ANEXO 2 – DISPOSITIVO PARA TRANSFORMAR UN CVT EN UNTRANSDUCTOR ADECUADO PARA MEDICIONES DE ARMÓNICOS ENAT

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ANEXO 3 - EVALUACIÓN DEL IMPACTO DE UNA CARGA DISTORSIO-NANTE EN LA BARRA DE CONEXIÓN AL SISTEMA

El impacto local de una carga que se conecte en una barra en AT en principio tiene queevaluarse de la siguiente manera:

• se mide el disturbio armónico en la tensión de la barra de conexión durante unasemana, y con un tiempo de agregación de 10 minutos; armónico por armónico secalculan los valores Vh(95%), es decir aquellos que tienen la probabilidad del 95%de no ser excedidos;

• se inyecta en el modelo puesto a disposición por COES una corriente unitaria en labarra de conexión; el modelo es un modelo en que la única fuente a considerar esla que se está examinando, determinando los valores Vh(I=1A), es decir armónicopor armónico la tensión en la barra considerada;

• para cada armónico de orden genérico h se determina el valor Kh como se indicaen la formula a continuación:

K h=α√V h , Plan

α−V h(95)

α

(V h( I=1A))α

siendo Vh,Plan el valor de planificación del disturbio en el armónico de orden h; esevalor se fija suficientemente menor al límite de compatibilidad, y representa elmargen que queremos mantener. El valor Kh así determinado representa el valorde la inyección en ampere que agotaría completamente el margen en la barra enconsideración60.

Este método es útil para definir el impacto de una fuente en la barra en que se conecta,pero exhibe unos límites que son:

1. El método se basa sobre las mediciones de armónicos de la tensión, que por lotanto deben ser confiables (es decir proceder de la medición a través de un VTinductivo, o de un CVT adaptado para mediciones de armónicas.

2. El método tiene visión únicamente sobre la barra de conexión; en realidad sabemosque en un sistema de transmisión habría que tener una visión general ya que losarmónicos causan efectos también a larga distancia; lo que se puede considerar esque si la tensión armónica de la inyección es mayor en la barra de inyección, ellímite establecido es aceptable (es decir que por efecto de la inyección de 1 A en labarra de conexión, no hay en la red tensiones superiores a la de la barra en exa-men).

60 En el sentido que haría llegar el valor de disturbio en la barra al valor de disturbio de planificación; poreste motivo, si en lugar del concepto de valor de disturbio de planificación ponemos el objetivo de distur -bio a no superar, determinamos el límite para la instalación.

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ANEXO 4 – LINEAMIENTOS PARA MEDICIONES y ESTUDIOS DE ARMÓ-NICAS EN EL PR-20 de COES

El PR-20 del COES prevé que se hagan mediciones en la barra de conexión antes deentregar el EPO (M1) y al final, con la planta ya en operación (M2).

Antes que nada, con respecto a las mediciones se tiene que considerar que si hay untransformador de medición tipo CVT la medición de la tensión armónica no es confiable entérminos de valores absolutos a comparar con los límites, pero igualmente resultainteresante para comparar la situación en la barra antes y después de la conexión. Lamedición denominada M1 es una medición de pura tensión, mientras que la medición M2debe medir tanto la tensión como la corriente absorbida por la instalación. Lasmediciones tienen que realizarse con instrumentos de medición preferiblemente en claseA según la IEC 61000-4-30, usar un tiempo de agregación de 10 min y una duración deuna semana en que no haya feriados no laborables en el medio (o sea, que reproduzcauna semana tipo).

En cuanto al estudio, el objetivo es demostrar que la instalación haya sido diseñadaconsiderando los dispositivos necesarios para que sus disturbios armónicos hacia elsistema sean aceptables. El estudio se tiene que conducir representando a la red detransmisión sin otras inyecciones armónicas que aquellas de la instalación en cuestión61

(modelo proporcionado por COES). En cuanto a la modelación de la instalación, serequiere que la misma esté representada por:

1. La inyección de corriente armónica equivalente, fundamentando el criterio de comoha sido calculada la inyección armónica equivalente a partir de las fuentespresentes;

2. Los filtros, con su modelo de detalle;3. La representación de la carga pasiva presente en la planta (motores y otras cargas

lineales a nivel de secundario del/de los transformador/es conectados a la red deAT);

4. Si a nivel de secundario del/de los transformador/es hubiera un importantedesarrollo de red (en términos de cables y lineas aéreas), conviene representarlo ocomo mínimo en lugar del sistema de distribución poner como equivalente uncondensador cuya capacitancia sea igual al total de la capacitancia del sistema dedistribución.

Lo que se pretende evitar es representar el disturbio de red determinado por las otrasfuentes distorsionantes presentes en el SEIN ya que podrían producirse resultados finalesengañosos debidos a la manera de componer el disturbio de red con aquel de lainstalación.

Los resultados a producir son:

1. El espectro de la inyección de corriente armónica62 hacia el sistema, que tiene que

61 Asegurarse que los SVC presentes en el sistema no estén representados como ideales, inyectandoarmónicos en el sistema: el modelo de SVC tiene que representarse con la opción que permite asignar lainyección pero poniendo todos valores nulos.

62 Valores en Ampere

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ser mínimo para la 5a armónica (lo cuál significa ajustar un filtro de alta eficienciaen correspondencia de esta armónica para -como mínimo- cumplir con los límitesde inyección de la tabla 14 de página 71), y cumplir con los límites de la tabla 10 depágina 49 para las otras armónicas;

2. El valor de tensión de 5a armónica (en %) resultante en la barra de conexión tras lainyección desde la instalación,

3. El listado de las barras del sistema en que el valor de tensión de 5a armónica (en%) supere el 130% del valor de la tensión registrado en la barra de conexión, y losvalores alcanzados en dichas barras, para verificar que el sistema no exhibaresonancias en la 5a armónica por la inyección desde la barra en cuestión.

Se hace presente que para evitar sobrecargas en los filtros, el dimensionamiento de losmismos -principalmente el de 5a- tiene que considerar cuidadosamente la presencia de undisturbio en el SEIN de valor elevado. El anexo 6 trata el tema.El modelo tiene que contener el modelado de la carga correcto para que surepresentación en frecuencia resulte correcta. Asimismo, la respuesta de generadores,líneas y transformadores tiene que ser correcta.

Comentamos a continuación los cambios que según nuestro punto de vista habría queaportar al PR-20.

Comentamos que lo que se pide en el párrafo 2.2.2 de página 96, es decir demostrar quese cumple con no superar los límites establecidos por la NTCSE no es correcto por dosmotivos:

1. Porque si la instalación inyectara armónicos cambiando el nivel de disturbio desdeun valor anterior al valor límite admitido, dicha instalación cumpliría con los requisi-tos, pero coparía toda la cuota de inyección admisible en la barra, haciendo máscomplicada la conexión de otros que vengan después;

2. Porque la visión que hay que tener es una visión en la que los límites que aplicanson límites de inyección y no sobre los resultados locales, sobre todo considerandoque los armónicos de corriente pueden causar efectos (es decir tensiones) acepta-bles en la barra en que se inyectan, y disturbios muy amplificados en otras barras.

Se sugiere indicar que la instalación tendrá que cumplir con los límites de inyección que elCOES establezca (inicialmente temporarios, derivados de los límites de la IEEE 519, yluego los definitivos).

Se recomienda exigir el estudio de impacto armónico a todas instalaciones de generacióncon recursos energéticos renovables (RER) que cuenten con un interfaz basada en laelectrónica de potencia (es por ejemplo el caso de las centrales fotovoltaicas, que tienencomo interfaz unos puentes rectificadores) que evalúen a través de estudios sus nivelesde inyección de armónicos hacia el sistema, y cumplir con los mismos límites que seaplican a los usuarios industriales y mineros.

Los proyectos de compensación reactiva en el sistema (bancos de condensadores filtros oSVC) también tienen que considerar el aspecto armónico ya que su potencial de impactoen la impedancia armónica del sistema es muy alto, y hay que garantizar que no se origi-nen condiciones de resonancia desfavorables en el sistema. En el párrafo 7.3.3.3 de lapágina 126 se dice que se solicitaran otros estudios -por ejemplo el de armónicos- según

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el tipo de equipo de compensación, evidentemente pensando en equipos activos comopodría ser un SVC; según nuestra visión, un estudio con visión sobre aspectos de armóni-cos (impedancia más que otra cosa) es fundamental para esta clase de instalaciones.

Sobre los estudios de armónicos mencionados en el párrafo 2.3.5 de la página 131 sereitera el concepto que el enfoque no es tanto averiguar que después de la instalación serespete el valor límite impuesto sobre la tensión por la NTCSE, sino que las instalacionestienen que estar sometidas a restricciones en las inyecciones independientemente de loque ocurra en la barra de conexión.

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ANEXO 5 - METODO PARA DETERMINAR SI UNA INSTALACIÓNINYECTA ARMÓNICOS EN EL SISTEMA

Para hacer que el disturbio de 5a armónica en el SEIN vuelva dentro de valores acepta-bles por debajo de los límites establecidos en la NTCSE habrá que imponer el filtrado delas armónicas de corriente a todas aquellas instalaciones que no cuenten con filtros y quesean potencialmente contaminantes.Para que una instalación sea potencialmente contaminante es suficiente que alimentecargas no lineales generadoras de armónicas; en principio, cuanto más alta es la potenciade la carga contaminante conectada en la instalación, y cuanto más relevante es la poten-cia total de la instalación, más alto es el potencial de disturbio hacia el sistema.Pueden resultar de unas mediciones que las instalaciones que se estén considerandoinyecten armónicos en el sistema “en contrafase”, es decir que cuanto más amperios decorriente inyectan hacia el sistema, más se reduce el disturbio medido en la barra deconexión. Este fenómeno se debe al hecho que las armónicas se combinan vectorialmen-te, y que los ángulos son mayores de 90º. Este fenómeno puede ser momentáneo, y lacomposición con el disturbio de la red puede variar en las horas del día, y en los días dela semana: esto nos hace concluir que también en estos casos no es posible tratar estasfuentes como fuentes especiales, y tendrán que limitar sus inyecciones de todas formas,aun cuando se demuestre que en algunas circunstancias desempeñan un rol (involuntarioy casual) de filtro activo.La medición de la sola corriente no es un medio para discriminar entre fuentes contami-nantes y no contaminantes: considérese por ejemplo el caso de una red contaminada, enla que se conecta una planta que alimenta únicamente cargas lineares y que tengacondensadores para compensación del factor de potencia. Las armónicas del sistemapodrían circular hacia el banco de condensadores ya que es una rama de bajaimpedancia armónica y mediríamos corrientes armónicas aun cuando la instalación seaperfectamente lineal. También podemos considerar erróneamente que una instalacióncon carga contaminante pero con filtros adecuados esté inyectando armónicos hacia elsistema cuando la tensión en la barra de conexión tiene un disturbio de fondo: las corrien-tes que circulan son causadas por el disturbio en el sistema y se meten en los filtros de lainstalación, cargándolos adicionalmente. En estos casos es fácil reconocer si la instala-ción es contaminante o contaminada por el disturbio de la red porque la corriente armóni -ca medida es prácticamente proporcional a la tensión armónica. Otro caso en que podríadarse la proporcionalidad entre tensión y corriente armónica es cuando la instalación escontaminante y el disturbio armónico en la barra es causado únicamente por la fuente enexamen (lo que prácticamente corresponde en decir que se trata de la única fuenteexistente en el sistema).El criterio a usar para verificar si una instalación es contaminante pasa por lo tanto por lamedición simultánea de tensión y corriente, y la búsqueda de la linealidad entre las armó-nicas de las dos señales. La ventaja de este método es que puede prescindir de unamedición rigurosa de armónicos de tensión, y puede hacerse también cuando el transfor-mador de tensión instalado es de tipo capacitivo ya que se está buscando linealidad entretensión y corriente, y no importa el error introducido por el transformador de medición.La linealidad se detecta poniendo los resultados de la medición de armónicos de tensión yde corriente del mismo orden en un gráfico Ih-Vh; se pueden realizar mediciones en tiem-pos relativamente cortos, y con tiempos de agregación diferentes de los 10 minutoshabituales (pueden elegirse típicamente tiempos de agregación de 3 s o 1 min). Si la

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característica encontrada es del tipo:

V h=K h⋅I h

entonces la conclusión es que se trata de una instalación que no es contaminante, y lacorriente medida es la corriente que el sistema contaminado hace circular en la instalación(típicamente, en cuanto en la instalación hay filtros o condensadores).

Cabe mencionar que hay métodos, a veces desarrollados en los instrumentos de medi-ción, que proponen evaluar si la fuente que se está considerando es contaminante o no,determinando la direccionalidad del disturbio. Como se ha comentado en otros capítulos,el problema es que estos métodos pasan a través de la determinación de la potenciaactiva armónica, y por lo tanto en el ángulo entre tensión y corriente armónica: dichacantidad es muy difícil de determinar con precisión, ya que no se conocen exactamente asrespuestas angulares en la diferentes armónicas de los transformadores de tensión ycorriente.

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ANEXO 6 - DIMENSIONAMIENTO DE UN FILTRO: LA CARGA ADICIONALDEBIDA A LA PRESENCIA DE UN DISTURBIO ARMÓNICO EN LA RED

Las consideraciones a continuación pretenden únicamente ser una recomendación paralos Titular de Proyectos que se conectaran al SEIN y que tendrán que diseñar filtros de 5aarmónica, para que no dejen de considerar un aspecto importante como el disturbio de 5aarmónica presente en el sistema y que afecta el dimensionamiento en potencia de estebanco específico63.

Examinamos el caso de un filtro de 5a armónica que esté presente en la MT de unainstalación conectada a la AT por medio de un transformador AT/MT; en la ATnormalmente encontramos altos valores de distorsión de 5a armónica (en el orden de 2%,y en algunos casos superiores), y eso causa la circulación en el filtro de una corriente de5a armónica adicional que procede del sistema, usando parte de la capacidad del mismo.Consideramos el caso de la figura a continuación, que es un caso bastante típico queocurre en el sistema.

Se representa el circuito a la 5a armónica; el sistema de AT está contaminado, y serepresenta a través de su equivalente de Norton, siendo la amplitud de la tensión igual ala que se mide en el sistema sin la presencia de la instalación, y siendo la impedanciarepresentada la impedancia del sistema vista desde la barra de conexión de la instalaciónque estamos considerando. Al ser el componente circuital de menor impedancia a estafrecuencia, la corrientes de las dos fuentes existentes se cierran por el filtro.La corriente que circula por el filtro entonces es (en primera aproximación) el resultado dela suma vectorial de la corriente inyectada por la instalación y la que fluye desde el siste-ma hacia el filtro. En una medida que depende de los ángulos de estas dos corrientes, elfiltro puede encontrarse con una carga adicional con respecto a la que se genera en lainstalación, y es un aspecto a considerar cuidadosamente a la hora de dimensionar unfiltro, para evitar sobrecargas.Tal como hemos visto anteriormente, como no se cuenta con la información sobre ángu-los, aplicamos las reglas sugeridas por el informe técnico IEC 61000-3-6, es decir que lascorrientes de 5a armónica en el filtro se suman con la regla del exponente 1.4.Este aspecto, que vale en general para todas armónicas, es más crítico para la 5a ya que

63 En caso de que no existiera el filtro de 5a, sino otros filtros o un banco de condensadores, el problemaobviamente se encontraría en ellos ya que de todas maneras representaran a la 5a armónica unaimpedancia menor de las impedancias de las otras cargas conectadas.

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Figura 29: Circuito equivalente para considerar la circulación de armónicos del sistema hacia filtros en las instalaciones



es la armónica de mayor amplitud en el sistema y se suma con un exponente 1.4, relativa-mente bajo si comparado con el exponente 2 que vale para armónicas desde la 11a(menor es el exponente, mayor resulta el resultado de la suma con ley exponencial).Se hace mención al hecho que los condensadores de un filtro diseñados bajo la normaIEC 60831 están dimensionados para una corriente eficaz total del 130% de la corriente ala frecuencia nominal. Esta consideración es crucial a la hora de averiguar si eldimensionamiento en potencia del filtro es conforme con la carga armónica a la que estarásujeto. Siempre se tiene que considerar que la medición de los armónicos de la tensión através de CVTs está afectada por la no linealidad de la respuesta de estos dispositivos,que podrían hasta estar midiendo en defecto. Si la S/E en que se conectará el Proyectotuviera solamente CVTs instalados, habrá que tomar adecuados márgenes de seguridad(es decir multiplicar la tensión armónica por un coeficiente 1.5).

En principio, el Titular del Proyecto tendría que:

1. Realizar las mediciones de tensión previas, previstas en el PR-20;2. Determinar el valor de la tensión de 5a armónica con probabilidad 95% de no ser

superado;3. En caso de medición a través de un CVT, corregir dicho valor multiplicando por el

factor de seguridad 1.5;4. Modelizar el sistema de AT como equivalente de Thévenin (al igual que se indica en

la figura 29), en el que la fuerza electromotriz del generador de tensión sea el valorobtenido en el punto 3; la impedancia de cortocircuito a considerar es el valor de laimpedancia del sistema en la barra considerada y a la 5a armónica;

5. Calcular la corriente IS(h=5) que circula en el filtro por efecto de la presencia deldisturbio de red (otras fuentes de armónicos sin inyectar);

6. Calcular la corriente IINST(h=5) en el filtro por efecto de la presencia de fuentescontaminantes en la instalación (sin considerar disturbio en la red)

7. Calcular la corriente IF(h=5) resultante de la composición con ley exponencial de lascorrientes IS e IINST, considerando el exponente 1.4;

8. Calcular las componentes fundamental y armónicas de la corriente en el filtro (enausencia de componentes de amplitud importantes en la tensión de red de otrasarmónicas que no sea la 5a, las componentes de corriente que circulan en el filtrose producen exclusivamente en la instalación, y su cálculo es entonces inmediato)

9. Determinar el valor total rms equivalente de la corriente en el filtro, sumandocuadráticamente todas las componentes armónicas;

10.Comparar el valor de la corriente total determinado en el punto anterior con el valorde la corriente nominal del filtro a la frecuencia fundamental: en base a la IEC60831, para el correcto dimensionamiento la corriente total tiene que ser:ITOT ≤ 1.30 IFUNDAMENTAL

Por último, como el correcto dimensionamiento de un filtro es requisito fundamental parasu correcto funcionamiento, se sugiere que COES, a la hora de revisar un EPO paraotorgar su aprobación, averigüe que en el mismo se haya tomado en debida cuenta esteaspecto.

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INFORME TECNICO DEFINITIVO - COES

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