cfe calidad de energia electrica
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1er. Seminario de Ahorro de Energía Eléctrica
Campeche, Campeche
20 y 21 de Abril de 2009
CALIDAD DEENERGIA ELECTRICA
Ponente: Ing. Cecilia Hernández Hdez
DivisiDivisióón Peninsularn PeninsularZona CampecheZona Campeche
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
INTRODUCCION
Las cargas cada día son más sensibles a las variaciones de ciertos parámetros, ya que hacen un uso intensivo de controles basados en microprocesadores y electrónica de potencia.Implementación de ““mayor eficienciamayor eficiencia”” a través de variadores de velocidad, lámparas eficientes, capacitores, etc., que incrementan la distorsión armónica.Estos equipos que generan distorsión armónica y bajo ciertas condiciones pueden deteriorar la magnitud y la forma de onda del voltaje suministrado a tal grado, que sea inadecuado de utilizar por la mayoría de los usuarios que comparten la misma fuente de suministro.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
INTRODUCCION
Mayor atención de los usuarios finales a la calidad del suministro de energía (interrupciones, transitorios, etc.) ya que pueden significar cuantiosas perdidas.
El principal factor que se encuentra detrás de los conceptos de la calidad de energía eléctrica es el incremento en la productividad para los usuarios.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Calidad de la Energía.
El estándar IEEE-1159-1995 define un alto nivel de calidad de la energía cuando tenemos un bajo nivel de disturbios, entendiéndose por disturbio como cualquier anormalidad en la forma de onda de voltaje o de corriente.
Cualquier problema que se presente en el suministro manifestada por desviaciones en la magnitud y forma de onda en el voltaje, corriente o frecuencia que puede ocasionar falla u operación inadecuada en el equipo del usuario.
CALIDAD DE VOLTAJEMagnitud, Forma de Onda y Frecuencia
CALIDAD DE LA CORRIENTEMagnitud, Forma de Onda y Frecuencia
CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICACombinación de calidad de voltaje y de corriente
CALIDAD DEL SUMINISTROConfiabilidad + Calidad de Voltaje
CALIDAD DEL SERVICIOCalidad de Suministro + Relación con consumidores
CALIDAD DEL CONSUMOConfiabilidad Suministro + Calidad de Energía + Relación con Consumidores
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
CALIDAD DEL SERVICIO(Georgia Power)
PROBLEMAS DE CALIDAD DE ENERGIAVISTA DESDE EL USUARIO
USUARIO12%
VECINOS8%
OTROS3%
FENOMENOS NATURALES
60%SUMINISTRADOR17%
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
CALIDAD DEL SERVICIO(Georgia Power)
PROBLEMAS DE CALIDAD DE ENERGIAVISTA DESDE EL SUMINISTRADOR
FENOMENOS NATURALES
66%
USUARIOS25%
VECINOS8%
SUMINISTRADOR1%
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
CUBO DE CALIDAD DE LA ENERGÍA
El acondicionamiento de las redes eléctricas es extenso y complicado, en cuanto a la eliminación y prevención de disturbios de la forma de onda senoidal de C.A., los problemas pueden presentarse, desde la generación hasta las cargas.
Sin embargo a pesar de su variedad y complejidad, los problemas de calidad de la energía pueden ser agrupados en varias categorías distintas.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
CUBO DE CALIDAD DE LA ENERGÍA
El cubo de calidad de la energía es una analogía que enfatiza el acondicionamiento de cada área las cuales requieren métodos y soluciones tecnológicas independientes.
Las áreas de regulación, aislamiento y supresión, las otras caras del cubo representan el aterrizamiento de la red eléctrica, las armónicas y el ruido.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Fuente: Seminario de Power Quality, Eaton Electrical.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
CUAL ES EL ORIGEN CUAL ES EL ORIGEN DEL PROBLEMA?DEL PROBLEMA?
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Naturales.
Descargas atmosféricas
Lluvia
Viento
Polvo
Nieve
Granizada
Terremoto
Huracán
Humedad
Salinidad.
Cargas No lineales.
Corto circuito.
Perdida de fase.
Sobrecarga.
Bajo Factor de Potencia.
Corrección del F.P.
Apertura de interruptores.
Falla de transformadores.
Suspensión del servicio.
Conexión y desconexión de cargas.
Eléctricos.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Principales Disturbios.
Interrupciones (Interruption ).
Completa perdida de voltaje por un periodo de tiempo.
Depreciaciones de voltaje (sags/dips).
Reducción en el voltaje nominal rms a la frecuencia de trabajo, con una duración de medio ciclo a 2.5 seg. (150 ciclos ).
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Principales Disturbios.
Elevaciones de voltaje (swell ).
Incremento en el voltaje nominal rms, a la frecuencia de trabajo, con una duración de medio ciclo a 2.5 seg. (150 ciclos).
Transiente-Oscilatorio (Transient).
Son bidireccionales, con duración desde 0.3 a 5 milisegundos, de valor hasta 8 veces el voltaje p.u.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Principales Disturbios.
Transiente-Impulso (Transient).Pulso unidireccional con duración a dos milisegundos.
Ranuras ( Notch).
Ranuras de las formas de onda de voltaje , producidas por la conmutación en la conducción de la corriente de diodos y tiristores.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Principales Disturbios.
Bajo voltaje (Undervoltage).Reducción en el voltaje nominal rmsa la frecuencia de trabajo, con una duración mayor a 2.5 seg.
Alto voltaje (overvoltage).Aumento en el voltaje rms, a la frecuencia de trabajo por un periodo de tiempo mayor a 2.5 seg.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Principales Disturbios.
Distorsión Armónica (harmonic distortion).Representación matemática de la distorsión de una forma de onda pura senoidal.
Flicker (Subarmónicas).Parpadeos luminosos perceptibles que son molestos para el ojo humano.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Resumiendo.
1.-Los problemas más frecuentes que representan un 68% de las fallas, lo representan los sags. Los sags tienen origen principalmente en condiciones de falla como corto circuito, descargas atmosféricas y en algunos casos arranque de motores.2.-Los impulsos representan un significativo 21% de los problemas de calidad de la energía. Estos tienen su origen en la conexión y desconexión de cargas y en ciertas ocasiones por descargas atmosféricas, descargas estáticas y arqueo entre contactos.3.-Las interrupciones representan un 11% de los problemas de calidad de la energía y sus fuentes son múltiples como pueden ser fallas de corto circuito, descargas atmosféricas, fallas en los equipos, accidentes automovilísticos.
Las normas más importantes que tratan sobre medida y caracterización de eventos en la tensión de suministro de energía eléctrica (y en general de la calidad de la energía eléctrica) son:
Norma Europea EN-50160 (Características de la Tensión Suministrada por las Redes Generales de Distribución)
Estándar IEC 61000-4-30
IEEE Standard 1159-1995.
NORMATIVIDAD
NORMATIVIDAD
3% Continuo en AT
NEMA MG-1, Sec. 12.45
NO6%, 5 min en BT
Desbalanceo de Voltaje
NEC 1990NO3-5 VDiferencia de Potencial entre Neutro y Tierra
IEEE Std-519CFE L000045(Depende del Nivel de Tensión y IL/Icc)
Contenido de Armónicas Corriente
IEEE Std-519CFE L000045
Menor a 5% THDContenido de Armónicas
Tensión
ANSI C84.1+/- 5% Vn
CFE / LUZ Y FUERZA
+/- 10% VnVariación del Voltaje
(regulación)
SICFE / LUZ Y
FUERZA59.9 a 60.1 ciclos/segFrecuencia de Suministro
INTERNACIONALNACIONAL
NORMATIVIDADLIMITES ESTABLECIDOSPARAMETRO
NORMATIVIDAD
máximo 5%Desequilibrio de Corriente
máximo 2%Desequilibrio de Tensión
SICFE / LUZ Y FUERZA
minimo 90%Factor de Potencia Mínimo
SI
NO (*84 min en 2007, sin afectaciones al
usuario CFE)
150 min cliente/añoConfiabilidad del Suministro
<85%, 2 veces al mes
ANSI/IEEE 446NO
80-90% Vsim, 20 veces/mes
Depreciaciones de Voltaje
ANSI/IEEE C60.45NO2 x VsumSobretensiones transitorias por maniobra
INTERNACIONALNACIONAL
NORMATIVIDADLIMITES ESTABLECIDOSPARAMETRO
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Curva de Aceptabilidad (CBEMA-ITIC)
El nivel de susceptibilidad a los disturbios en el voltaje de alimentación en los equipos de cómputo es difícil de medir. La experiencia dio como resultado la publicación de la Curva de la Asociación de Fabricantes de Equipos Informáticos y Empresariales (CBEMA).
Desde entonces esta curva se ha modificado y actualmente se conoce como curva del Consejo Tecnológico de Industrias de Informática (ITIC), una versión que ha sido estandarizada por la ANSI como el Std-IEEE-446.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
aceptabilidad
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Frecuencia de variaciones de voltaje.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
HERRAMIENTAS PARA HERRAMIENTAS PARA LOS ESTUDIOS DE LOS ESTUDIOS DE CALIDAD DE ENERGIACALIDAD DE ENERGIA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Analizadores de Redes Eléctricas
PP4300
Algodue.
3100 PQNode®EPRI PQPager®
ION 7550, 7650
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Forma de Onda
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Captura de disturbios.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Captura de disturbios.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Captura de disturbios.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Captura de disturbios.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Espectro de armónicas.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Dirección de las armónicas.
SOURCELOAD
SOURCE
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Monitoreo en tiempo real.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Software.Software.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
B
I
B
L
I
O
G
R
A
F
I
A
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
¿Cuales son los Problemas ?EQUIPOS PARA MEJORAR LA
CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICA
¿¿Cuales son los Problemas ?Cuales son los Problemas ?EQUIPOS PARA MEJORAR LA EQUIPOS PARA MEJORAR LA
CALIDAD DE ENERGIA CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICAELECTRICA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
POWER QUALITY:Equipo de Cómputo
Daño probableVariación de voltaje (sag)
Impulso 2x Nominal
Impulso 4x Nominal Interrupción
Voltaje del Neutro a Tierra
Disturbio Repetitivo Sobrevoltaje
Falla de tarjetas electrónicas Si Si Si
Errores misceláneaos de
software Si Si Si Si Si Si
Caída del disco duro Si Si
Congelamiento del sistema Si Si Si
Errores de paridad Si Si Si Si
Falla de las fuentes de poder Si Si Si Si
Reiniciar / Resetear Si Si Si
Pérdida de voltaje de AC Si Si Si
Tabla de disturbios y daños causados por Calidad de Energía Deficiente
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Supresores de Transitorios.
Las sobretensiones transitorias que entran a las instalaciones comerciales, a través del sistema de distribución son atenuadas por los apartarrayos instalados en las acometidas y los TVSS (Transient Voltage Surge Suppressor) o Supresores de Transitorios que protegen a los equipos sensibles de los usuarios ya que son dispositivos diseñados para manejar altos niveles de energía asociados con la actividad transiente en línea.
Cabe agregar que algunos de los mejores dispositivos pueden también proporcionar una atenuación de ruido significativa.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
8.4.2.5 Recomendaciones para la protección de transitorios.
La protección de transitorios se debe aplicar desde la entrada del servicio eléctrico, tableros de protecciones y tableros de distribución y en los tableros de distribución secundarios o derivados que alimenten a equipo telefónico, de telecomunicaciones, televisión u otros equipos electrónicos, estas protecciones pueden ser instaladas externamente internamente en el tablero de protecciones o de distribución.
Los tableros de distribución deben contener la protección montado íntegramente para minimizar los efectos de los transitorios en los conductores optimizando de esta manera su efectividad.
STD-1100-1999 (Emerald Book).
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
T R A N S I T O R I O S
¡EL PROBLEMA EN LA ERA DE LA ELECTRONICA!
Los Transitorios son algo nuevo…?
NO,
Los transitorios siempre han existido,
Son el resultado natural de la ActividadEléctrica.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
T R A N S I T O R I O S
¡EL PROBLEMA EN LA ERA DE LA ELECTRONICA!
Existe una amplia difusión en el uso de equiposelectrónicos, tales como:
Computadoras personales
Sistemas de telefonía
Líneas de producción automatizadas
Equipos de diagnóstico médico
Maquinas y herramientas industriales
Bombas electrónicas de gases
Controles automáticos de riego
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
¿Que es un Transitorio?Transitorio: Es un cambio en la forma de onda, de por lo
menos dos veces el valor RMS de la Tensión.
Ruido: Es un cambio en la forma de onda, de menos de dos veces el valor RMS de la tensión.
El ruido de Alta Frecuencia en sistemas de Baja Tensión, esindependiente de la frecuencia fundamental.
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T r a n s i t o r i o
Pico de Voltaje
Duración de
Microsegundos (μ s)
Nanosegundos (n s)
20 kV
20 kA
Bipolar
Aparición Aleatoria
60 Hz
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Transitorios Externos
Aparecen un 20 % de la veces,
Causan DESTRUCCIONAparecen un Aparecen un 20 %20 % de la veces, de la veces,
Causan Causan DESTRUCCIONDESTRUCCION
Ejemplo:Operación de redes
DescargasAccidentes
RayosTormentas
Viento
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
MAPA DE ISODENSIDAD DE RAYOS A TIERRA
1983-1993
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Transitorios Internos
Switcheo de Motores
Aire Acondicionado
Dispositivos de Switcheo
Ventilación
Calefacción
Compresores
Aparecen un 80 % de la veces, Causan DEGRADACIONAparecen un 80 % de la veces, Causan DEGRADACIONAparecen un 80 % de la veces, Causan DEGRADACION
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Qué tan Rápido es un Transitorio?
¿Cual es la Frecuencia del Sistema?
¿Cuanto tiempo dura un Ciclo?
¿En cuantos ciclos abre un interruptor ante un cortocircuito?
¿Cuanto representa la duración de un transitorio con respecto a la duración de un ciclo?
¿Que velocidad de respuesta se espera de un equipo que protejecontra transitorios?
R = 60 Hz
R = 16 ms
R = 1 Ciclo
R = 1 milésima parte
R = nanosegundos
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Efectos de un Transitorio
Destrucción de elementos
Disipación de energía
Interrupción de Procesos
Daño de circuitos impresos
Perdida de memoria y datos
Bloqueo de sistemas
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Síntomas de un Transitorio
Alto nivel de Equipo Dañado
Tarjetas Electrónicas y Monitores Quemados
Caídas de Enlaces de Comunicación
Discos Duros Aterrizados o Corrompido
Equipo Digital Operando Erróneamente Sin Razón Aparente (atribuido a fallas de software)
Reemplazo Constante de Fusibles
Falla de Sobretensión enVariadores de Velocidad
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
¿ Quién los ocasiona ?
Cargas con continuos arranques y paros.
Soldadoras, Punteadoras, Hornos.
Descargas Atmosféricas en la Red.
Procesos industriales de gran potencia dentro de la empresa o con vecinos.
Switcheo en las Líneas de CFE ó LFC
Equipos de Comunicación con antenas o hilos aéreos. Routers, enlaces satelital, etc.
Elevadores, Balastras, Bombas, etc.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Comportamiento de la Cerámica MOV
LíneaCondición
Normal
Vn
ZI fuga
Condición
Transitoria
VtZ
It
ZnO = 97%
Pb
Mg
Mn = 3%
Bi
...
mA kA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Varistores de Oxidos Metálicos MOV
Son conectados en paralelo a la red y activados por el pico de tensión
Al exponerlos a la alta energía de un Transitorio modifica su impedancia, de un valor muy alto a un valor muy bajoen tiempo de 1 nanosegundo
Al presentarse un rayo, aparta de la red la energía en exceso y la disipafuera del sistema
Se conectan en paralelo entre sí.
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OPERACIONModo: Linea - TierraLL TT
Filtros dejan pasar la Frecuencia Nominal y Atenuan altas frec,
El fusible se activa al final de la vida útil, 200kA,
99 % Plata,
El fusible se El fusible se activaactiva al final al final de la de la vidavida úútiltil, 200kA, , 200kA,
99 % Plata,99 % Plata,
Clamping VoltageClamping Voltage
NN
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Modos de Protección
10 modos de protección, Simplemente:EL TRANSITORIO NO PASA
Fase A
Fase B
Neutro
L-TL-T
L-T
L-N L-N
L-N
Fase CN-T
Tierra
L-L
L-L
L-L
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IEEE C62.41 1991
Nivel CSubestaciones
Nivel BDistribución
Nivel AAlumbrado
*Mayor exposición*Acometida*Equipos Robustos*Autosoportados*Poco Cableado
*Red de Distribución*Transformadores*Tableros Panel*UPS*Hay Cableado
*Circuitos Derivados*Equipos sensibles*Tomas eléctricas* Mucho Cableado* Filtrado
EMA,
I-Line
EBA,
I-Line
HWA, LC
SDSA, QO
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Guia de Rápida de Aplicación
Nivel de Capacidad de Ambiente EquiposExposición Supresión SURGELOGIC
Alto 480kA y 320kA Acometidas de gran potencia EMA
Zonas de alto nivel isoceráunico QD Logic
Vecino de zonas industriales I-Line
Industria en ambientes rurales
Alto a 240kA y 160kA Zonas de bajo nivel isoceráunico EMA, EBA, I-Line
Medio Acometida a tableros panel y autosoportados NQOD / NF / CCM
Compañias de tamaño mediano QDLogic, Electroducto
Medio 160kA Tableros subgenerales EMA, EBA, I-Line
Alimentadores sin protección en la acometida NQOD / NF / CCM
Cargas de potencia en la red QDLogic, Electroducto
Medio 160kA y 120kA Cuartos de cómputo y procesamiento EBA, HWA, I-Line
a Bajo Circuitos derivados sin protección anerior NQOD / NF / CCM
Equipos robotizados y de control numérico Electroducto
Bajo 120kA a 40kA Circuitos derivados para cargas finales EBA, HWA, LC
Cargas finales muy sensibles SDSA, QO
Uso Residencial, Casa Habitación. SDSB1175C
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Supresores de Transitorios
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Transformadores de Aislamiento
Los transformadores conectados en delta -estrella (comúnmente de distribución) que suministran cargas no lineales monofásicas como pueden ser fuentes reguladas por conmutación, las armónicas “triplen”(múltiplos de 3) circularán por las fases y el neutro del lado de la estrella, pero no aparecerán en el lado de la delta (caso balanceado), ya que se quedan atrapadas en ésta produciendo sobrecalentamiento de los devanados.
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Transformadores Tipo K
Los transformadores tipo K son aprobados por UL (Underwriter’s Laboratory) para su operación bajo condiciones de carga no senoidal, puesto que operan con menores pérdidas a las frecuencias armónicas. Entre las modificaciones con respecto a los transformadores normales están:a. El tamaño del conductor primario se incrementa para soportar las corrientes armónicas “triplen” circulantes. Por la misma razón se dobla el conductor neutro.b. Se diseña el núcleo magnético con una menor densidad de flujo normal, utilizando acero de mayor grado, yc. Utilizando conductores secundarios aislados de menor calibre, devanados en paralelo y transpuestos para reducir el calentamiento por el efecto piel.
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STD-1100-1999 (Emerald Book).
CAPITULO 8. Recomendaciones prácticas para diseño e instalación.
Los sistemas eléctricos de distribución que operan a 480 Y/277 V (o 600 Y/347 V) tienen los siguientes beneficios sobre los sistemas que operan a 208Y/120 V:
a) Las impedancias de las fuentes 480 Y/277 V son típicamente menores que los sistemas de 208 Y/120 V. Esta característica provee mas estabilidad a la fuente con mejor regulación de voltaje y minimiza la THD cuando se tienen corrientes de cargas no lineales.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
STD-1100-1999 (Emerald Book).
CAPITULO 8. Recomendaciones prácticas para diseño e instalación.
b) Los transformadores reductores para 208 Y/120 V ayudan a atenuar los disturbios generados en el sistema de 480 V.
c) Los sistemas 480 Y/277 V manejan menos corriente, resultando en menores perdidas en los alimentadores.
d) Los sistemas 480 Y/277 V normalmente tienen menor costo por instalación y material resultando mas económicos.
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8.4.1.4 Consideraciones de Impedancia para Transformadores tipo Seco
Una práctica recomendada para transformadores de aislamiento de baja tensión tipo seco es tener una impedancia (%Z) en un rango de 3–5%, calculado a la frecuencia nominal. Esta impedancia no debe exceder 6% en ningun caso. La instalación de transformadores con baja impedancia ayuda a minimizar la distorsión en la forma de onda del voltaje que generan los equipos electrónicos (cargas no lineales).
STD-1100-1999 (Emerald Book).
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8.4.1.7 Transformadores con factor K-factor
UL y los fabricantes de transformadores han establecido el “Factor K” para transformadores de potencia tipo seco, para indicar su capacidad para soportar corrientes de carga no sinoidales.
Típicamente estos transformadores son diseñados especialmente para soportar el incremento de temperatura y las corrientes en el neutro que producen las cargas no lineales.
Algunas consideraciones en su diseño son:
STD-1100-1999 (Emerald Book).
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8.4.1.7 Transformadores con factor K-factor
a) El rango del neutro es del 200% en el lado secundario a plenacarga, para soportar las corrientes en el neutro principalmente como resultados de las “triplen” armonicas y desbalanceo de fases.
b) Los conductores del devanado son especialmente configurados yhechos para minimizar el calentamiento debido a las corrientes armónicas. Existen múltiples configuraciones, conductores paralelos pueden reducir el efecto piel en las altas frecuencias de las corrientes armónicas y balancear las triples armónicas que circulan en el devanado primario (delta)
c) Los núcleos (acero de mayor grado) son especialmente diseñados para mantener una densidad de flujo menor bajo condiciones de saturación debido a la distorsión en voltaje o por alto voltaje en la línea.
Los valores comerciales de transformadores con factor K: K- 9 K- 13 K- 20 K- 30 K- 40
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SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Transformadores de Aislamiento
El factor K se puede encontrar mediante un análisis armónico de la corriente de la carga o del contenido armónico estimado de la misma. La ecuación que lo define es:
( ) Ih pu = corriente armónica en p.u. tomando como base la corriente Irms.
Con el valor del factor K de la corriente de la carga, se puede escoger el transformador adecuado.Los valores comerciales de transformadores con factor K: K- 9 K- 13 K- 20 K- 30 K- 40
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Transformadores Tipo K
Otros factores K superiores, están generalmente reservados para piezas especificas de equipos donde el espectro de las armónicas de las carga es conocido.
Donde el 100% de la carga sea equipo electrónico, use un transformador de factor K-20.
Donde el equipo electrónico represente mas del 75% de la carga, use un transformador de factor K-13.
Donde el equipo electrónico represente mas del 35% de la carga, use un transformador de factor K-4.
Donde la corriente de armónicas producida por cierto equipo sea menor al 15%, utilice un transformador estándar de uso general.
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Reguladores de voltaje.
Proporcionan el voltaje nominal requerido en la carga, a pesar de amplias fluctuaciones en la tensión de suministro.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Acondicionadores de línea.
Definimos a un equipo acondicionador de línea al equipo o dispositivo que contribuya a resolver alguno de los problemas de calidad de la energía que hemos clasificado anteriormente.
A) Supresión.
B) Regulación.
C) Aislamiento.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
UNIDAD ININTERRUMPIBLE DE ENERGIA(Uninterruptible Power Supply, UPS)
Definición
Incorrectamente generalizado como No break, es un dispositivoque gracias a sus baterías, puede proporcionar energía eléctricatras un apagón a todos los dispositivos que tenga conectados. Otra de las funciones de las UPS es la de mejorar la calidad de la energía eléctrica que llega a los aparatos, filtrando subidas y bajadas de tensión y eliminando armónicos de la red en el caso de Corriente Alterna. Las UPS dan energía eléctrica a equipos llamados cargas críticas, que pueden ser aparatos médicos, industriales o informáticos, que como se ha dicho antes, requieren tener siempre alimentación y que ésta sea de calidad debido a la necesidad de estar en todo momento operativos y sin fallos (picos o caídas de tensión).
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Esquemas de UPSOFF-LINE: la carga esta siempre conectada a la línea principal y el UPS solo funciona cuando hay falla en esta. El inversor esta calculado para alimentar a la carga durante un periodo de tiempo relativamente corto y la duración de las baterías es usualmente de unos pocos minutos.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Esquemas de UPS
ON-LINE: la carga siempre esta conectada al UPS y este se alimenta a partir de la línea principal. En caso de fallo en las líneas las baterías suministran energía al inverso. De manera que no se presenta una interrupción en las alimentación de la carga. Cuando la alimentación se restablece. El inversor se alimenta nuevamente de la línea principal y las baterías son recargadas.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Ocupación de mayor potencia en el transformador.
Circulación de corrientes innecesarias en alimentadores
Perdidas en alimentadores
Caídas de tensión.
Multa por bajo FP
BANCOS DE CAPACITORES
ϕϕ11
ϕϕ22
KWKW
KVAKVA11
KVAKVA22
KVARKVAR11
KVARxKVARx
KVARKVAR22
KVARxKVARx= KVAR= KVAR11--KVARKVAR22
Tg Tg ϕϕ= KVAR/KW= KVAR/KWKVARKVAR11 = KW * Tg j= KW * Tg j11KVARKVAR22 = KW * Tg j= KW * Tg j22KVARxKVARx = KW * Tg j= KW * Tg j11 -- KW * Tg jKW * Tg j22KVARxKVARx = KW *(Tg j= KW *(Tg j11 -- Tg jTg j22))
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Reactores de línea.
+ Aumentan la vida de los semiconductores.+ Reducen la distorsión por armónicas.+ Reducen las corrientes de descarga.+ Reducen la temperatura de operación de los equipos.+ Reducen el ruido emitido por los motores.+ Limitan la corriente de corto-circuito.Los reactores con impedancia del 3% son aplicables para absorber los picos en la línea de potencia y la corriente de descarga de motores. Los de impedancia del 5% son aplicables para reducir las corrientes y frecuencias armónicas.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Reactores de línea.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
TABLERO PRENSAS AUTOMATICASITM PRINCIPAL, ANTES DE COLOCAR LOS REACTORES
PERFIL DE LA THD EN CORRIENTE POR FASE
0
10
20
30
40
50
60
70
10:3
410
:39
10:4
410
:49
10:5
410
:59
11:0
411
:09
11:1
411
:19
11:2
411
:29
11:3
411
:39
11:4
411
:49
11:5
411
:59
12:0
412
:09
12:1
412
:19
12:2
412
:29
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412
:39
12:4
412
:49
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412
:59
13:0
413
:09
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413
:19
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413
:29
13:3
413
:39
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413
:49
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413
:59
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415
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415
:59
16:0
416
:09
DEL MARTES 5 DE ABRIL DE 2005
% F
UN
DA
MEN
TAL
FASE 1 FASE 2 FASE 3
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
TABLERO PRENSAS AUTOMATICASITM PRINCIPAL, DESPUES DE COLOCAR 3 REACTORES DE LINEA
PERFIL DE LA THD EN CORRIENTE POR FASE
0
10
20
30
40
50
60
70
17:1
017
:15
17:2
017
:25
17:3
017
:35
17:4
017
:45
17:5
017
:55
18:0
018
:05
18:1
018
:15
18:2
018
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18:3
018
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018
:45
18:5
018
:55
19:0
019
:05
19:1
019
:15
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19:5
019
:55
20:0
020
:05
20:1
020
:15
20:2
020
:25
20:3
020
:35
20:4
020
:45
20:5
020
:55
21:0
021
:05
21:1
021
:15
21:2
014
:36
14:4
114
:46
14:5
114
:56
15:0
115
:06
15:1
115
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15:2
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116
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116
:16
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116
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116
:36
16:4
1
DEL LUNES 26 Y MARTES 27 DE SEPTIEMBRE DE 2005
% F
UN
DA
MEN
TAL
FASE 1 FASE 2 FASE 3
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
FILTROS DE ARMONICAS
Remueven señales de alta frecuencia, armónicas y otros contaminantes de energía y datos. Estos equipos normalmente incluyen una combinación de reactores y capacitores.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Filtros de Armónicas
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
SQUARESQUARE’’DD
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
La Conexión a Tierra
Muchas de las variaciones que ocurren en la calidad de energía del suministro de energía eléctrica ocurren dentro de las instalaciones de los propios usuarios y están relacionadas con problemas de alambrado y conexiones a tierra, por lo que es necesario hacer una revisión de los mismos.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Sistemas de Tierras Físicas
El objetivo principal de los sistemas de Tierras Físicas en un sistema eléctrico es proveer un medio SEGURO para proteger a los usuarios durante la operación normal y/o en caso de falla:
Los sistemas se conectan a tierra para limitar las sobretensiones eléctricas debidas a descargas atmosféricas, transitorios en la red o contacto accidental con líneas de alta tensión y para estabilizar la tensión eléctrica a tierra durante su funcionamiento normal.Los equipos se conectan a tierra de modo que ofrezcan un camino de baja impedancia para las corrientes eléctricas de falla y que faciliten el funcionamiento de los dispositivos de protección contra sobrecorriente en caso de falla a tierra.
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
El Puente de Union Principal
Neutro
TierraTierra
NeutroNeutro
Fase Carga
P.U.P. P.U.P.
Tablero 3Tablero 2Tablero 1
TierraTierra TierraTierra
NOM-SEDE-001 Art. 250-23, 26P.U.P. = Puente de Union Principal
Red de Tierras
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Cuando circula corriente por tierra
NeutroTierra
TierraTierra
Fase DATA WIRE
SIGNAL GROUND
V1 V2RI
Cuando circula corriente por el cable de tierra, se produce una caida de tensión por la resistencia del cable,
originando así una diferencia de potencial entre tierras, y con ello la perdida del sistema equipotencial.
TierraTierra
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
PC = 0 VPC = 500 kV
10 Ω500 kV
10 Ω
0 V 0 V
10 Ω
0 V
500 kV0 V 0 V
0 V500 kV
NOM-SEDE-001 Art. 250-81, 86
50 kAInterconexión de sistemas
0 V500 kV
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Conclusiones.
Es importante que la industria sea cada día más eficiente, la modernización contribuye a convertir más eficientes los procesos productivos y continuar siendo competitivos en un mercado de libre comercio.La aplicación de estas nuevas tecnologías implica la utilización de la electrónica de potencia (cargas no lineales). La utilización de estas cargas implica:1.- El suministro de energía eléctrica de calidad.2.- Mitigar cualquier disturbio que generan estas cargas.El no resolver los problemas de calidad de la energía a tiempo, traerán como consecuencia perdida de oportunidades de negocios, bajas en productividad, perdida de producción, baja en la calidad del producto y costos altos de producción.
ING. CECILIA HERNANDEZ HERNANDEZ.ID Nextel: 72*683496*2Oficina: (55) 5115-8945Móvil: (044 55) 2899-4627saycener@prodigy.net.mx
“LA TECNOLOGIA ES INVERSION Y SIGNIFICA SOLUCIONES”
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
Apuntes del Curso Tutorial “Estudio de Armónicas en Sistemas Eléctricos”, Sección México IEEE, 2002
“The Dranetz-BMI Field Handbook for Power Quality Analysis ”Dranetz-BMI, 2003
Apuntes del curso “Supresores de Transitorios”Schneider Electric México, 2005
Apuntes del curso “UPS y Acondicionadores de Línea”Schneider Electric México, 2005
Apuntes del curso “Mr. Capacitor”.Inelap, S.A. de C.V., 2000
BIBLIOGRAFIA
SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA
NOM-001-SEDE-2005 “Instalaciones Eléctricas.- Utilización”, Arts. 250, 280 y 285.
IEEE-STD-1159-1995 “Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality”
IEEE-STD-519-1992 “Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems”
IEEE STD-142-1991 ”Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems” (Libro Verde).
IEEE STD-1100-1992. “Recommended Practice for Powering and Grounding of Sensitive Electronic Equipment”. (Libro Esmeralda)
BIBLIOGRAFIA
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