CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA Cargas críticas Cargas

CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA
AGENDA
uCargas críticas
uCargas Sensibles
uFenómenos que afectan la calidad de la energía eléctrica
uEquipo para mejorar la calidad de la energía
uLaboratorio de Calidad de la Energía Eléctrica(I.T.E.S.M.)
Introducción a la Ingeniería
Octubre 1998
Cargas críticas y sensibles
Carga crítica. Aquella que al dejar de funcionar o al funcionar
inapropiadamente pone en peligro la seguridad del personal y/o
ocasiona grandes perjuicios económicos
Por ejemplo, un paro no programado en un molino de laminación
es muy costoso, mientras que la pérdida de un centro de información
en un banco o el mal funcionamiento de los sistemas de diagnóstico en
un hospital pueden ser catastróficos.
Carga sensible. Aquella que requiere de un suministro de alta calidad,
esto es, libre de disturbios
El equipo electrónico es mas susceptible a los disturbios que el
equipo electromecánico tradicional.
Tabla 2 IEEE 1159. Categorías y características de fenómenos
electromagnéticos en sistemas de potencia
Categoría
Magnitud
Contenido Típico
Duración Típica Típica del
Espectral
Voltaje
1.0 Transitorios
1.1Impulsos
1.1.1 Nanosegundos
5 ns de elevación
<50 ns
1.1.2 Microsegundos
1 µs de elevación
50 ns - 1 ms
1.1.3 Milisegundos
0.1 ms de elevación
> 1 ms
1.2 Oscilatorios
1.2.1 Baja Frecuencia
< 5kHz
0.3 - 50 ms
1.2.2 Frecuencia Media
5 - 500 kHz
20 µs
5 µs
1.2.3 Alta Frecuencia
0.5 - 5MHz
2.0 Variaciones de Corta duración
2.1 Instantáneas
2.1.1 Sag
0.5 - 30 ciclos
2.1.2 Swell
0.5 - 30 ciclos
2.2 Momentáneas
2.2.1 Interrupción
0.5 ciclos - 3 seg
2.2.2 Sag
30 ciclos - 3 seg
2.2.3 Swell
30 ciclos - 3 seg
2.3 Temporal
2.3.1 Interrupción
3 seg - 1 min
2.3.2 Sag
3 seg - 1 min
2.3.3 Swell
3 seg - 1 min
3.0 Variaciones de larga duración
3.1 Interrupción sostenida
> 1 min
3.2 Bajo voltaje
> 1 min
3.3 Sobrevoltaje
> 1 min
4.0 Desbalance en voltaje
Estado Estable
5.0 Distorsión de Forma de Onda
5.1 Componente de directa
Estado Estable
5.2 Contenido armónico
0 -100th H
Estado Estable
5.3 Interarmónicas
0 - 6 kHz
Estado Estable
5.4 Muescas en el voltaje
Estado Estable
5.5 Ruido
Banda amplia
Estado Estable
6.0 Fluctuaciones de Voltaje
< 25 Hz
Intermitente
7.0 Variaciones en la Frecuencia
<10 seg
0 - 4 pu
0 - 8 pu
0 - 4 pu
0.1 -0.9 pu
1.1 - 1.8 pu
< 0.1 pu
0.1 -0.9 pu
1.1 - 1.4 pu
< 0.1 pu
0.1 -0.9 pu
1.1 - 1.2 pu
0.0 pu
0.8 -0.9 pu
1.1 - 1.2 pu
0.5 - 2%
0 - 0.1%
0 - 20%
0 - 2%
0 - 1%
0.1 - 7%
voltaje (V)
Impulsos y Disminuciones momentáneas de voltaje
250
0
-250
-0.05
-0.025
0
0.025
tiempo (s)
0.05
1/2 ciclo a 3600 ciclos
voltaje (V)
180
90
0
-90
-180
0
0.04
0.08
0.12
Perfil de duración permisible a variaciones de voltaje (CBEMA)
(a)
% de voltaje nominal
350
300
(0.006,300)
250
(0.06,200)
200
(c)
(b)
150
(0.5,130)
(120,106)
100
(6,58)
50
0
0.001 0.01
(1,30)
(0.5,0)
(30,70)
(120,87)
(d)
0.1
1
10
100
tiempo en ciclos de 60 Hz
1000
Hendiduras (“Notches”) en el voltaje
Captura: THM565, CETEC ITESM Mty
180
voltaje (V)
"Notches"
90
0
-90
-180
0
0.008
tiem p o (s )
0.016
100
200
50
100
0
0
-50
-100
-100
-200
0
90
180
270
Grados Eléctricos
Voltaje (Volts)
Corriente (Amp)
Distorsión armónica
Equipo para mejorar la calidad de Energía Eléctrica
Filtros de Armónicas (pasivos y activos)
u
Transformadores de Aislamiento
u
Transformadores Ferroresonantes
u
Fuentes ininterrumpibles(UPS)
u
Compensadores estáticos
u
Interruptor automático de estado sólido
u
EQUIPO UTILIZADO PARA MEJORAR LA CALIDAD
DE LA ENERGIA ELECTRICA
LABORATORIO DE CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICA
(I.T.E.S.M.)
DESARROLLOS
SISTEMA DE MONITOREO DE ENERGIA EN TIEMPO REAL (INTERNET)
MODELO A ESCALA DE UNA PLANTA INDUSTRIAL (RESONANCIA)
GENERADOR DE DISMINUCIONES MOMENTANEAS DE VOLTAJE
DISEÑO DE FILTROS DE ARMONICAS
BANCO AUTOMATICO DE CAPACITORES
SISTEMA DE CONTROL DE DEMANDA
DESARROLLO DE SOFTWARE PARA ANALISIS DE ARMONICAS
Impulsos
voltaje (V)
250
0
-250
-0.05
-0.025
0
tiempo (s)
0.025
0.05
Voltaje con ruido
Captura: TekScope THS710.
Distorsión de Voltaje Provocada por cargas no lineales
Corriente de la carga
i (t)
+
Vs(t)
-
Voltaje de la Fuente
+
∆V
-
+
Carga No
Lineal
VL(t)
-
VL = Vs - ∆V
Voltaje de la Carga
(distorsionado)
∆V= ∆V1 sen (ω
ωt+α
α1) + ∆V3 sen(3ω
ωt + α 3)+...+ ∆Vn sen(nω
ωt + α n)
Condición Original (480V)
Zeq vs. ω
Z vs. w (caso base)
0.30
Circuito equivalente
0.25
Lsc
0.20
0.15
Z(Ohms)
Zeq= j ω Lsc
0.10
0.05
Ih
AC
0.00
0
6
12
18
24
Frequencia (H pu)
V(t)
Voltaje en el bus de 480V (caso base)
600
Zeq = ω Lsc
400
200
0
Voltaje (V)
Lsc: Inductancia correspondiente
al nivel de corto circuito calculado
en el nodo donde se conectan los
capacitores
-200
-400
-600
0
10
20
Tiempo (mS)
30
40
Conectando banco de capacitores (480V)
RESONANCIA
Zeq vs. ω
Z vs. w (Banco de
capacitores)
0.6
0.5
Circuito equivalente
Z
Lsc
0.4
Zeq
0.3
0.2
0.1
C
Ih
0.0
0
6
12
18
24
Frequencia (H pu)
hr
Abs:
RMS:
CF :
FF :
Voltaje en el bus de 480V con banco de capacitores
600
Lsc / C
Zeq =
ωLsc − 1 / ωC
V(t)
400
200
0
Voltaje (V)
MVAsc
hr =
MVAR
-200
-400
-600
0
10
20
Tiempo (mS)
30
40
Zeq vs ω
Instalando filtros (480V)
Instalando filtros
0.35
0.30
0.25
0.20
Z
Lsc
0.15
0.10
Lf
0.05
Zeq
0.00
0
6
12
18
24
Frequencia (H pu)
Ih
Voltaje en el bus de 480V (Instalando Filtros)
C
600
V(t)
400
200
Circuito equivalente
0
Voltaje (V)
-200
-400
-600
0
10
20
Tiempo (mS)
30
40
Z vs ω
Sin correción
v(t)
Z vs. w (caso base)
13.8 kV
Voltaje en el bus de 480V (caso base)
0.30
600
0.25
400
0.20
200
0.15
0
480V
Voltaje (V)
Z(Ohms)
0.10
0.05
-200
-400
-600
CARGA NO LINEAL
0.00
0
0
6
12
18
10
20
30
40
24
Tiempo (mS)
Frequencia (H pu)
Capacitores
Voltaje en el bus de 480V con banco de capacitoresAbs:
Z vs. w (Banco de
13.8 kV
capacitores)
RMS:
CF :
FF :
600
0.6
400
0.5
200
0.4
480V
0
Z
0.3
Voltaje (V)
0.2
0.1
-200
-400
CARGA NO LINEAL
0.0
0
6
Banco de
capacitores
12
18
-600
24
0
10
Frequencia (H pu)
20
30
40
Tiempo (mS)
Voltaje en el bus de 480V (Instalando Filtros)
13.8 kV
Filtros
600
Instalando filtros
0.35
400
0.30
480V
200
0.25
0.20
0
Z
Voltaje (V)
0.15
0.10
CARGA NO LINEAL
0.05
-200
-400
Filtro
0.00
0
6
12
18
24
-600
0
10
20
Frequencia (H pu)
Tiempo (mS)
30
40
LABORATORIO DE CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICA
(I.T.E.S.M.)
EQUIPO PARA MEDICION DE ENERGIA
POWER LOGIC (SQUARE-D)
MEDIDORES ALPHA (ABB)
OMNIPOTENCIHORIMETRO
EQUIPO PARA MEDICION DE FENOMENOS QUE AFECTAN
LA CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA
OSCILOSCOPIOS DIGITALES
POWER LOGIC
REGISTRADORES DE EVENTOS
SOFTWARE PARA ANALISIS DE SISTEMAS ELECTRICOS
SYSTEM MANAGER
POWER TOOLS
ETAP
SUPERHARM
ATP
100
200
50
100
voltaje (V)
180
90
0
0
0
-50
-100
-100
-200
-90
-180
0
0.04
0.08
0.12
0
90
180
270
Grados Eléctricos
voltaje (V)
250
0
-250
-0.05 -0.025 0
0.025 0.05
tiempo (s)
Voltaje
Corriente
Fundamental
Quinta
Voltaje (Volts)
Corriente (Amp)
1/2 ciclo a 3600 ciclos
Incrementos momentáneos de voltaje (“swells”)
1/2 ciclo a 3600 ciclos
200
voltaje (V)
100
0
-100
-200
.000
.040
.080
tiempo (s)
.120
har
100
200
50
100
0.08
0.04
0
0
-50
-100
-100
-200
Voltaje (Volts)
Corriente (Amp)
impedancia (ohms)
0.12
0
0
2
4
hf
6
8
armónica
0
0
Voltaje (V)
voltaje (V)
250
90
180
270
Grados Eléctricos
180
90
0
-90
-250
-0.05 -0.025 0
0.025 0.05
tiempo (s)
-180
0
0.04
0.08
tiempo (s)
0.12
Límites de bajo voltaje para diferentes equipos
% de voltaje nominal
100
ASD
75
CBEMA
50
Contactor
25
0
0
5
10
15
20
25
tiempo en ciclos de 60 Hz
30
Ruido de modo común y de modo diferencial
fase a
fase a
+
ITESM
neutro
vag
neutro
+
van
-
ITESM
+
tierra
-
vng
-
tierra
voltaje (V)
voltaje (V)
200
van
180
vag
100
90
0
0
-100
-90
-180
0.0000
vng
-200
0
0.0083
tiempo (s)
0.004167
0.008333
tiempo (s)
0.0125