estudio de calidad de energia ejemplo
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Estudio de Calidad de Energa SECOVI
Arnecom Planta Tuxtla Gutirrez, Chiapas.Agosto del 2006
Estudio de Calidad de Energa SECOVIPAG.
I. II. III. IV. V. VI.
Introduccin
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1 2 26 48 70 95
TR-1 (Transformador de 500 KVA) . Tablero TF-3 (Tablero de Corte). Mquina Komax # 6. . Mquina Komax # 10 . Mquina Komax # 13 . . . . . . . . . . . . . . . . .
VII. Mquina Yak # 7-06 . VIII. Estudio de Tierras .
. 116 . 124 . 142 . 147 . 149 . 169
IX. Conclusiones y Recomendaciones . X. Propuesta Tcnica . . . . . . . . . .
XI. Referencias Tcnicas XII. Propuesta Comercial
Introduccincomportamiento actual del Sistema Elctrico y recomendar soluciones a los problemas de calidad de energa.
1
Se realiza el presente Estudio de Calidad de Energa en ARNECOM (Planta Tuxtla Gutirrez) con la finalidad de conocer el
Se realizan y analizan monitoreos de parmetros de estado estable (perfil de voltaje, corriente, potencia, factor de potencia, distorsin armnica en voltaje y distorsin armnica en corriente), encontrndose comportamientos diferentes para las mediciones consideradas, debido principalmente al tipo de carga instalada. El reporte muestra las conclusiones sobre violaciones a la norma, instalacin elctrica, y sobre cada uno de los disturbios de calidad de energa registrados, recomendando el sistema de proteccin ms adecuado para la solucin de los problemas.
Los puntos considerados para el monitoreo, los cuales forman una parte del total de la carga instalada en la planta, son:
Transformador de TR-01500 KVA, 13.8 KV/220 V Tablero TF-3, Tablero de Corte Maquina Komax # 6 Maquina Komax # 10 Maquina Komax # 13 Maquina Yak Y7-06
Estudio de Calidad de Energa SECOVI
ARNECOM Planta TUXTLA (Tuxtla Gutirrez, Chiapas). TRA-1Agosto del 2006
TRA - 1Metodologa para Monitoreo
2
Para la realizacin del presente estudio, se hizo uso de un equipo trifsico marca POWER MEASUREMENT MODELO 7700 con sensores de corriente de una capacidad de 3,000 amperes.
El equipo fue conectado en las terminales de entrada del interruptor principal del transformador, tomando as el total de la carga conectada durante el perodo de medicin.
El perodo de medicin fue de 72 horas continuas en cada transformador, tomado muestras cada 10 segundos. Esto representa un muestreo total de 25,920 muestras para cada parmetro elctrico registrado.
Las 25,920 muestras registradas se almacenan en memoria y se procesan para obtener los perfiles de operacin de cada parmetro elctrico.
De estos parmetros elctricos se obtienen los valores mximos, mnimos y promedios para establecer los lmites de operacin del sistema elctrico y son comparados con lo que recomiendan los estndares internacionales.
Adems se program el equipo para detectar eventos de tipo transitorio en voltaje con variaciones por encima del 20% de voltaje pico, esto con la finalidad de evaluar si los arranques de cargas internas impactan en el voltaje de suministro, o en su defecto registrar los eventos que son generados externamente y son reflejados hacia este nodo.
TRA - 1Diagrama Esquemtico ActualDriescher 13,200VSIMBOLOGIAConductor de fase Conductor de neutro Conductor de tierra Barra de Neutros Barra de tierras
3
TRA-I 13,200//220/127 VOLTS
Electrodo
3X1600 A
TABLERO DE DISTRIBUCION " TD - 1"
LISTA DE CARGAS1.- TF-7 CONVEYORS 2.- SIN CARGA 3.- TF-11 EXTRACTORES 4.- TF-9 COMPRESORES 5.- TF-2 CORTE 6.- TF-12 BONDER 7.- TF-5 ELECTRODUCTO 8.- TF-6 TABLERO DE FUERZA 9.- SIN CARGA 10.- TF-10 SISTEMA C/1 11.- TF-4 ELECTRODUCTO 12.- TF-1 CORTE 13.- TF-3 CORTE 14.- SIN CARGA3X150 A
3X150 A
3X125 A
3X225 A
3X400 A
3X225 A
3X225 A
3X150 A
3X100 A
3X400 A
3X150 A
3X225 A
3X225 A
3X125 A
3X20 A
Capacitor 40 KVAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14
TRA - 1Perfil de Voltaje Mximo de Lnea a LneaVll ab high232 230 228 226
4
Vll bc high
Vll ca high
229.91 Volts, mximo
VLL(Volts)
221.62 Volts, promedio224 222 220 218 216 214 212 08/23/06 19:12
214.70 Volts, mnimo08/24/06 00:00 08/24/06 04:48 08/24/06 09:36 08/24/06 14:24 08/24/06 19:12 08/25/06 00:00 08/25/06 04:48 08/25/06 09:36
Time
En la grfica se muestra el perfil del voltaje mximo en un perodo de 72 hrs. El comportamiento del voltaje promedio es de 221.62 Volts, valor que se encuentra 0.74 % arriba del valor nominal de 220 Volts del Transformador TRA- 1 de 500 kVA, La ventana de variacin presenta un mximo de 229.91 Volts (4.50% arriba del valor nominal). Los valores mximos se presentaron de manera instantnea, sin embargo estos valores se encuentra DENTRO del rango recomendado por el estndar IEEE 1100-1999 tabla 4-3 (variacin no mayor al 5% del valor nominal), el cual esta enfocado a la operacin de equipo electrnico crtico.
TRA-1Perfil de Voltaje Mnimo de Lnea a LneaVll ab low232 230 228 226
5
Vll bc low
Vll ca low
230.00 Volts, mximo instantneo
VLL(Volts)
221.62 Volts, promedio224 222 220 218 216 214
214.16 Volts, sag registrado
212 08/23/06 09:36 08/23/06 14:24 08/23/06 19:12 08/24/06 00:00 08/24/06 04:48 08/24/06 09:36 08/24/06 14:24 08/24/06 19:12 08/25/06 00:00 08/25/06 04:48
Time
En la grfica se muestra el perfil del voltaje mnimo en un perodo de 72 hrs. El comportamiento del voltaje promedio es de 221.62 Volts, valor que se encuentra 0.74 % arriba del valor nominal de 220 Volts del Transformador TRA 1 de 500 kVA, La ventana de variacin presenta un mnimo de 214.16 Volts (-2.65% abajo del valor nominal). Los valores mnimos se presentaron de manera instantnea, sin embargo estos valores se encuentra DENTRO del rango recomendado por el estndar IEEE 1100-1999 tabla 4-3 (variacin no mayor al 5% del valor nominal), el cual esta enfocado a la operacin de equipo electrnico crtico.
TRA - 1Formas de Onda Voltaje y Corriente200 1 50 1 00 50 0 -50 -1 00 -1 50 -200 500,00 0,00
6
V1 I1
1 .500,00 1 .000,00
-500,00 -1 .000,00 -1 .500,00
200 1 50 1 00 50 0 -50 -1 00 -1 50 -200 -250
Formas de onda de voltaje y corriente. Se observa BAJA distorsin armnica en corriente, y el registro de V2 I2 un evento transitorio en las 3 fases con su efecto en la seal de corriente.
1 500 1 000 500 0 -500 -1 000 -1 500 -2000 -2500 -3000
V3 I3200 1 50 1 00 50 0 -50 -1 00 -1 50 -200 0 -500 -1 000 -1 500 2000 1 500 1 000 500
En los grficos se muestran las formas de onda individuales (por fase), donde se observa BAJA distorsin armnica y un evento transitorio de voltaje registrado en las 3 fases. Este tipo de evento es el ms destructivo para cargas electrnicas. En la siguiente pgina se muestran los eventos ms dainos registrados. En las 72 horas se registraron 36 eventos.
TRA - 1Eventos Transitorios de Voltaje250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200
7
V1 V2 V3
250 200 1 50
V1 V2 V3
182.9 VL-N (26 mseg) 316.8 VL-L (26 mseg)
1 00 50 0 -50 -1 00 -1 50 -200 -250 -300
213.3 VL-N (26 mseg) 369.6 VL-L (26 mseg)
300 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200
V1 V2 V3
Formas de onda de voltaje y corriente registradas por el Transformador TRA-1, donde se registraron varios eventos transitorios durante el monitoreo. 250200 150 100
V1 V2 V3
217.1 VL-N (39 mseg) 376.2 VL-L (39 mseg)
50 0 -50 -100 -150 -200 -250
181.6 VL-N (26 mseg) 314.6 VL-L (26 mseg)
En los grficos se muestran los eventos transitorios ms altos registrados. La mxima magnitud fue de 376.2 Volts, con una duracin de 39 mseg., lo cual representa un 71% arriba del valor nominal de 220 Volts. Este tipo de evento se clasifica como IMPULSO y es generado de manera externa, o interna por cargas instaladas en la planta.
TRA - 1Espectro Armnico en la Seal de Voltaje (THDv)THD V15
8
THD V2
THD V3
4
% THDv
3
1.77%, 5 Armnica y 0.68%, 7 Armnica2
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Componentes Armnicas Individuales
En la grfica se muestra el espectro armnico de la seal en voltaje (THDv) del Transformador TRA-1 de 500 kVA. Se presenta el porcentaje por componente individual armnica con la finalidad de observar las ms significativas del sistema, y validar que sus porcentajes individuales se encuentren dentro de los niveles recomendados por el STD. 519-1992. El valor total de THDv es de 1.87%, con una contribucin individual principalmente de 5 y 7 armnicas. (Ver en el resumen el anlisis armnico).
TRA - 1Espectro Armnico en la Seal de Corriente (THDi)THD I110 9 8 7
9
THD I2
THD I3
5.56% de 3 armnica y 4.95% de 5 armnica
% THDi
6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Componentes Armnicas Individuales
En la grfica se muestra el espectro armnico de la seal en corriente (THDi) del Transformador TRA-1 de 500 kVA. Se presenta el porcentaje por componente individual armnica con la finalidad de observar las ms significativas del sistema, y validar que sus porcentajes individuales se encuentren dentro de los niveles recomendados por el STD. 519-1992. El valor total de THDi es de 5.67%, con una contribucin individual principalmente de 3 y 5 Armnicas. (Ver en el resumen el anlisis armnico).
TRA - 1Perfil de Distorsin Armnica en Voltaje (THDv) V1 THD high V2 THD high2 1,8 1,6 1,4
10
V3 THD high
1.87%, mximo
% THDv
1,2 1
1.26%, promedio0,8 0,6 0,4 0,2 0 06/08/23 09:36 06/08/23 14:24 06/08/23 19:12 06/08/24 00:00 06/08/24 04:48 06/08/24 09:36 06/08/24 14:24 06/08/24 19:12 06/08/25 00:00 06/08/25 04:48 06/08/25 09:36 06/08/25 14:24
0.49%, mnimo
TimeEn la grfica se muestra el perfil de distorsin armnica en voltaje (THDv) en un perodo de 72 hrs. Se registr un porcentaje promedio de 1.26% y un valor mximo de 1.87%, lo cual se encuentra DENTRO del porcentaje recomendado por el STD IEEE 519-1992.
TRA - 1Perfil de Distorsin Armnica en Corriente (THDi) I1 THD high I2 THD high9 8 7 6
11
I3 THD high
8.49%, pico mximo instantneo en condiciones de baja carga
% THDi
5 4 3 2 1 0 06/08/23 09:36
5.67%, mximo, en condiciones normales de operacin
3.96%, promedio, en condiciones normales de operacin
06/08/23 14:24
06/08/23 19:12
06/08/24 00:00
06/08/24 04:48
06/08/24 09:36
06/08/24 14:24
06/08/24 19:12
06/08/25 00:00
06/08/25 04:48
06/08/25 09:36
06/08/25 14:24
TimeEn la grfica se muestra el perfil de distorsin armnica en corriente (THDi) en un perodo de 72 hrs. Se registr un porcentaje mximo de 5.67% y un valor promedio de 3.96%, lo cual se encuentra DENTRO del porcentaje recomendado por el STD. IEEE 519-1992.
TRA - 1Perfil de Distorsin Armnica en Voltaje (Componente Individual) (THDv)V1 HD 1 V1 HD 72
12
V1 HD 2 V1 HD 8
V1 HD 3 V1 HD 9
V1 HD 4 V1 HD 10
V1 HD 5 V1 HD 11
V1 HD 6 V1 HD 12
5- 1.77%1 ,5
THDv(Volts)
1
7- 0.68%0,5
0 06/08/24 1 2:00 06/08/24 1 4:24 06/08/24 1 6:48 06/08/24 1 2 9:1 06/08/24 21 :36 06/08/25 00:00 06/08/25 02:24 06/08/25 04:48 06/08/25 07:1 2 06/08/25 09:36 06/08/25 1 2:00
Time
En la grfica se muestra el perfil de distorsin armnica individual en voltaje en un perodo de 72 hrs. Se registr un porcentaje mximo de 1.77% de 5 armnica y un valor mximo de 0.68% de 7 armnica, los cuales se encuentran DENTRO del porcentaje recomendado por el STD IEEE 519-1992.
TRA - 1Perfil de Distorsin Armnica en Corriente (Componente Individual) (THDi)I1 HD 1 I1 HD 710
13
I1 HD 2 I1 HD 8
I1 HD 3 I1 HD 9
I1 HD 4 I1 HD 10
I1 HD 5 I1 HD 11
I1 HD 6 I1 HD 12
8
THDi(%)
6
3- 5.56% 5- 4.95%4
2
0 06/08/24 1 2:00 06/08/24 14:24 06/08/24 1 6:48 06/08/24 1 2 9:1 06/08/24 21 :36 06/08/25 00:00 06/08/25 02:24 06/08/25 04:48 06/08/25 07:1 2 06/08/25 09:36 06/08/25 1 2:00
Time
En la grfica se muestra el perfil de distorsin armnica individual en corriente en un perodo de 72 hrs. Se registr un porcentaje mximo de 5.56% de 3 armnica y un valor mximo de 4.95% de 7 armnica, las cuales se encuentran DENTRO del porcentaje recomendado por el STD IEEE 519-1992.
TRA - 1Perfil de Corriente Mxima de LneaI a high1000 900
14
I b high
I c high
948.12 Amp., mximo800 700
I (Amp)
600
590.10 Amp., promedio en condiciones normales500 400 300 200 100 0 08/23/06 09:36 08/23/06 14:24 08/23/06 19:12 08/24/06 00:00 08/24/06 04:48 08/24/06 09:36 08/24/06 14:24 08/24/06 19:12 08/25/06 00:00 08/25/06 04:48
206.90 Amp., mnimo
Time
En la grfica se muestra el perfil de corriente en un perodo de 72 hrs. El valor de corriente promedio durante el perodo normal de operacin fue de 590.10 Amp., registrando un valor mximo en corriente de 948.12 Amp. En el perodo completo de monitoreo se registr una corriente mnima de 206.90 Amp.
TRA - 1Perfil de Potencia Real (kW)kW tot high300
15
250
249.26 kW, mximo
Potencia Real (KW)
200
170.25 kW, promedio150
100
90.20 kW, mnimo50
0 08/23/06 09:36 08/23/06 14:24 08/23/06 19:12 08/24/06 00:00 08/24/06 04:48 08/24/06 09:36 08/24/06 14:24 08/24/06 19:12 08/25/06 00:00 08/25/06 04:48
En la grfica se puede observar la demanda de potencia real en kW durante el perodo de monitoreo de 72 hrs. El valor de potencia real promedio durante el perodo de operacin normal fue de 170.25 kW, registrando un valor mximo de 249.26 kW. En el ciclo completo de operacin se registr una potencia real mnima de 90.20 kW.
TRA - 1Perfil de Potencia Reactiva (kVAR)kVAR tot high300
16
250Potencia Reactiva (KVAR)
233.03 kVAR, pico mximo instantneo
200
150
124.04 kVAR, promedio100
50
28.51 kVAR, mnimo0 06/08/23 09:36 06/08/23 14:24 06/08/23 19:12 06/08/24 00:00 06/08/24 04:48 06/08/24 09:36 06/08/24 14:24 06/08/24 19:12 06/08/25 00:00 06/08/25 04:48
Time
En la grfica se puede observar la demanda de potencia reactiva en kVAR durante el perodo de monitoreo de 72 hrs. El valor de potencia reactiva promedio durante el perodo de operacin normal fue de 124.04 kVAR, registrando un valor mximo de 233.03 kVAR. En el ciclo completo de operacin se registr una potencia reactiva mnima de 28.51 kVAR.
TRA - 1Perfil de Potencia Aparente (kVA)kVA tot high400 350
17
334.08 kVA, mximo
Potencia Aparente (KVA)
300 250
211.67 kVA, promedio200 150 100
94.80 kVA, mnimo50 0 06/08/23 09:36 06/08/23 14:24 06/08/23 19:12 06/08/24 00:00 06/08/24 04:48 06/08/24 09:36 06/08/24 14:24 06/08/24 19:12 06/08/25 00:00 06/08/25 04:48
Time
En la grfica se puede observar la demanda de potencia aparente en kVA durante el perodo de monitoreo de 72 hrs. El valor de potencia aparente promedio durante el perodo de operacin normal fue de 211.67 kVA, registrando un valor mximo de 334.08 kVA. En el ciclo completo de operacin se registr una potencia aparente mnima de 94.80 kVA.
TRA - 1Perfil de Factor de Potencia (%)100
18
PF lag high
PF lead high
96.21%, mximo95
Factor de Potencia (%)
90 85 80 75 70 65 60 06/08/23 09:36 06/08/23 14:24 06/08/23 19:12
81.85%, promedio en condiciones normales de operacin
68.07%, mnimo
06/08/24 00:00 06/08/24 04:48 06/08/24 09:36 06/08/24 14:24 06/08/24 19:12 06/08/25 00:00 06/08/25 04:48
Time
En la grfica se muestra el comportamiento del factor de potencia durante el perodo de monitoreo de 72 hrs. El valor del factor de potencia promedio durante el perodo de operacin normal fue de 81.85% (inductivo), registrando un valor mximo instantneo de 96.2% (inductivo). En el ciclo completo de operacin se registr una factor de potencia mnimo de 68.07%.
TRA - 1Parmetros de Calidad de la Energa
19
Se realiz el monitoreo en el Transformador TRA- 1 de 500 kVA durante un perodo de 72 hrs., con el objetivo de analizar los parmetros de calidad de energa provenientes de la compaa suministradora: Voltaje nominal: 220/127 Volts (Valores Mximos) Voltaje V A-B V B-C V C-A Mximo Promedio Mnimo 227.25 229.91 228.12 219.60 222.13 220.49 214.70 215.80 215.10 % de variacin Mximo Mnimo 3.30 -2.41 4.50 -1.91 3.69 -2.23 Std. IEEE 1100-1999 Si cumple Si cumple Si cumple
Voltaje nominal: 220/127 Volts (Valores Mnimos) Voltaje V A-B V B-C V C-A Mximo Promedio 227.25 230.00 228.18 219.60 222.13 220.49 Mnimo 214.16 214.53 215.08 % de variacin Mximo Mnimo 3.30 -2.65 4.55 -2.49 3.72 -2.24 Std. IEEE 1100-1999 Si cumple Si cumple Si cumple
Se puede observar que el voltaje promedio es de un valor de 221.42 Volts, el cual se encuentra 0.74 % arriba del valor nominal de 220 Volts de la subestacin. La ventana de variacin presenta un mximo de 229.91 Volts (4.50% arriba del valor nominal) y un mnimo de 214.16 Volts (- 2.65% abajo del valor nominal), quedando DENTRO del rango recomendado por el estndar IEEE 1100-1999 tabla 4-3 (variacin no mayor al 5% del valor nominal). Este estndar est enfocado a la operacin de equipo electrnico crtico.
TRA - 1Parmetros de Calidad de la Energa
20
El transformador se encuentra conectado al TAP 3 con una relacin de transformacin de 60.0 correspondiente a 13,200 Volts 220 Volts, por lo tanto se observa un voltaje promedio de media tensin de 13,229.4 Volts y un voltaje mximo registrado de 13,749.6 Volts.
La demanda en corriente promedio fue de 590.10 Amp. durante el perodo del monitoreo realizado, registrando un valor en demanda mxima de corriente de 948.12 Amp. (Fase B), de forma instantnea. Este comportamiento se present en el monitoreo, registrndose una diferencia mxima entre fases de 69.81 Amp. (Fase A). La demanda en Potencia Real promedio fue de 170.25 kW durante el perodo del monitoreo realizado, registrando un valor en demanda mxima de 249.26 kW, de forma instantnea.
La demanda en Potencia Reactiva promedio fue de 124.04 kVAR durante el perodo del monitoreo realizado, registrando un valor en demanda mxima de 233.03 kVAR, de forma instantnea.
La demanda en Potencia Aparente promedio fue de 211.67 kVA en condiciones normales de operacin, registrando un valor en demanda mxima promedio de 334.08 kVA. Este comportamiento se present en varias ocasiones durante el monitoreo y se observaron picos mximos de demanda instantnea. Por lo tanto, el porcentaje mximo de utilizacin fue de 66.81% y el promedio de 42.33%.
TRA - 1Parmetros de Calidad de la Energa
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A continuacin se muestran los valores obtenidos de Distorsin Armnica (THD) de las seales de voltaje y corriente en sus porcentajes en forma individual y total, reflejo del tipo de carga instalada en el Transformador TRA-1. Se comparan estos valores con los valores de operacin recomendados por el Std. IEEE 519-1992 sobre Prcticas y Requerimientos Establecidos para el Control de Armnicos en Sistemas Elctricos de Distribucin. Las formas de onda y espectro armnico caracterstico de voltaje corresponden a: THD Voltaje Armnicas 3 th 5 th 7 th0.46% 1.77% 0.68%
% THD VOLTAJE TOTAL Mximo Promedio 1.87% 1.26%
Std. IEEE 519-1992 Si cumple
La armnica de voltaje de mayor importancia es la QUINTA con un valor del 1.77%, la cual se encuentra DENTRO de lo recomendado por el estndar como lmite mximo de distorsin por componente armnica individual de voltaje (3% para este nivel de voltaje sobre la base de la tabla 11.1 Std IEEE 519-1992), y registra un THDV total de 1.87%, lo cual tambin se encuentra DENTRO del porcentaje recomendado como lmite mximo de distorsin total de voltaje (5% para este nivel de voltaje).
La Relacin de Corto Circuito SCR (Short Circuit Ratio) se define como la relacin de la mxima corriente de cortocircuito con la corriente mxima promedio consumida por el transformador. Basndose en esta relacin, se toman los criterios de lmites permitidos en armnicas individuales, como tambin en su porcentaje lmite total. Para este transformador la corriente de cortocircuito (IS) es igual a 42,377.90 Amp. Y la corriente mxima promedio consumida por el transformador (IL) es de 948.12 Amp. Lo que nos da una Relacin de Cortocircuito de 44.69.
TRA - 1Anlisis ArmnicoLas formas de onda y espectro armnico caracterstico de corriente corresponden a: THDI SCR=IS/IL h