Índices de Calidad de la Potencia Eléctrica para Colombia

Transcripción

1 Índices de Calidad de la Potencia Eléctrica para Colombia Horacio Torres-Sánchez Profesor Titular UN Programa de Investigación n sobre Adquisición n y Análisis de Señales PAAS-UN, Universidad Nacional de Colombia. PRIMERA JORNADA TÉCNICA T IEEE DEL ORIENTE COLOMBIANO- UIS Bucaramanga, Septiembre 2005

2 Normalización OMC Acuerdo Obstáculos TécnicosT al Comercio( TBT) Normalización

3 Normalización 134 países firmantes: Código C de Buena Conducta para elaboración, adopción n y aplicación n de Normas Técnicas: T Herramienta voluntaria que debe facilitar la comprensión n y el intercambio tecnológico de las partes involucradas

4 Normalización La Norma Técnica T voluntaria se puede convertir en obligatoria (Reglamento Técnico) por decisión n gubernamental. El Código C de Buena Conducta es aplicable tanto a la Norma Técnica T como al Reglamento TécnicoT

5 Categorías as de Normas TécnicasT Internacional (ISO, IEC, UIT) Regional (COPANT, CENELEC) Nacional Asociación Empresa

6 Organizaciones relacionadas con CEL

7 International Electrotechnical Commission IEC Fundada en países participantes (95% de la generación n y consumo eléctrico en el mundo)

8 International Council on Large Electric Systems - CIGRE Respaldada por la IEC en 1921 Proveer requisitos por medio de la clarificación n de problemas técnicos t especiales relacionados con redes de muy altas tensiones No produce normas, pero sus investigaciones son consideradas y facilitan el trabajo de normalización que se realiza en la IEC

9 Comisión n Panamericana de Normas Técnicas COPANT Promover el desarrollo de la normalización n técnica t y actividades conexas en los países miembros que la integran, con el fin de impulsar su desarrollo industrial, científico y tecnológico, en beneficio del intercambio de bienes y prestación n de servicios, facilitando, a la vez, la cooperación n en las esferas intelectual, científica, económica y social.

10 Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación ICONTEC Entidad privada sin ánimo de lucro fundada en 1963 Constituido por mas de 1400 empresas afiliadas voluntariamente quienes apoyan el trabajo de mas de 200 comités s técnicos t activos en los diferentes campos Ha elaborado hasta el momento mas de 4500 Normas Técnicas T Colombianas.

11 American National Standards Institute ANSI Fundado en 1918 por cinco asociaciones de ingenieros y tres agencias gubernamentales. El Instituto continua siendo una entidad privada, sin ánimo de lucro, constituida en diferentes sectores tanto públicos p como privados.

12 Institute of Electrical and Electronic Engineering - IEEE Se creó en Estados Unidos en 1884 como, el American Institute of Electrical Engineer AIEE que se encargó durante 30 años a del desarrollo de las normas de ese país. En la actualidad, el IEEE continúa a como un instituto técnico t - profesional, sin ánimo de lucro, con mas de miembros individuales en 150 países.

13 Normas Técnicas T sobre CEL

14 IEC Compatibilidad Electromagnética tica : Para el caso particular de las normas 61000, la serie ha sido adoptada en todos los países de la Comunidad, es exigencia legal el velar por la CEM. El propósito general es hacer a los estados miembros de la comunidad responsables por proveer adecuada protección n para que las radiocomunicaciones y los dispositivos, aparatos o sistemas cuyo desempeño o pueda ser degradado por perturbaciones electromagnéticas ticas producidos por aparatos eléctricos y electrónicos cercanos que causen degradación n por tales perturbaciones, no se vea afectado.

15 IEC Compatibilidad Electromagnética tica : Parte 1: Generalidades. Consideraciones generales (introducción, n, principios fundamentales) Definiciones, terminología Parte 2: Entorno Descripción n del entorno Clasificación n del entorno Niveles de compatibilidad

16 IEC Compatibilidad Electromagnética tica : Parte 3: Límites L Límites de emisión Límites de inmunidad Parte 4: Técnicas T de ensayo y de medida Técnicas de medida Técnicas de ensayo Parte 5: Guías de instalación n y de atenuación Guías de instalación Métodos y dispositivos de atenuación Parte 6: Normas Genéricas Parte 9: Misceláneos

17 IEC Compatibilidad Electromagnética tica : Es importante hacer notar que muy pocas de las normas que prevé desarrollar la IEC han sido escritas realmente y aquellas que han llegado a proponerse han resultado en Reportes Técnicos T o Guía a Técnicas T sin llegar a ser emitidas como Normas Técnicas T debido a que su contenido es muy controvertible. Por ejemplo, tomó casi 10 años a para llegar a la aprobación n de la IEC (la cual recoge algunos elementos de la IEC 555-2) y aún a n hay preguntas sobre cuando será realmente implementada.

18 IEC Compatibilidad Electromagnética tica Clases de Entorno Electromagnético: tico: Clase 1: se relaciona con el uso de equipos muy sensibles a perturbaciones de redes de suministro, por ejemplo instrumentación n de laboratorios tecnológicos. Clase 2: Esta clase se aplica a los puntos de conexión n común y puntos de conexión n interior en el entorno industrial en general. Clase 3: Esta clase se aplica solo a los puntos de conexión interior en entornos industriales. Se considera esta clase cuando se presenta alguna de las siguientes condiciones: la mayor parte de la carga se alimenta a través s de convertidores, presencia de equipos de soldadura o grandes motores con arranques frecuentes, o cargas que varían an rápidamente.

19 IEC Compatibilidad Electromagnética tica Los equipos se clasifican en cuatro grupos: Clase A: Equipos trifásicos equilibrados y todos los demás s equipos excepto los incluidos en una de las siguientes clases siguientes. Clase B: Herramientas portátiles tiles Clase C: Equipos de iluminación, n, incluyendo dispositivos reguladores Clase D: Equipos que tengan una corriente de entrada con una forma de onda especial y con una potencia activa de entrada P 600 W.

20 IEEE La primera versión n de la recomendación n IEEE es anterior a cualquier otro documento sobre el tema, fue en 1974 cuando iniciaron a consolidar la guía como producto de varios años a de trabajo en este campo. La IEC inició sus discusiones en 1977 y publicó la serie IEC 555 en Las implicaciones sobre en que momento se iniciaron los estudios, tiene que ver con la evolución n de la tecnología, debido a que en la actualidad existen muchos elementos nuevos que hacen que el comportamiento de los fenómenos se vea afectado.

21 IEEE Fue desarrollada para dar una guía a general de mediciones y definiciones para las diferentes categorías as de calidad de la potencia. IEEE ha organizado WG s para instrumentación n (1159.1), caracterización de fenómenos (1159.2) y formatos de intercambio (1159.3), este último para intercambio de monitoreos de CPE (PQDIF).

22 IEEE Es importante apreciar que estos valores se refieren a la recomendación n para el diseño del sistema en el peor caso de operación normal (últimas( condiciones para mas de una hora). Para periodos mas cortos los límites l pueden ser excedidos en un 50%. Se recomienda también n que la corriente de carga sea calculada como la corriente promedio de la demanda máxima m para los doce meses precedentes.

23 Normas Técnicas T relacionadas con la CEL

24 NTC-IEC Norma Técnica T Colombiana sobre CEM

25 NTC 5000 Calidad de la Potencia Eléctrica Entre las normas actualmente utilizadas o en desarrollo sobre calidad de potencia y compatibilidad electromagnética tica se ha dado prioridad a la norma EN de la Comisión Europea de Normalización Electrotécnica cnica CENELEC.

26 NTC 5000 Esta norma describe las características de tensión n suministrada al cliente en el punto de acometida para sistemas de distribución n de media y baja tensión n (véase NTC 1340), bajo condiciones normales de operación.

27 Regulación

28 Regular, en el sentido económico, es encauzar actividades que desarrollan agentes por su propia iniciativa con propósitos de lucro

29 se ha incrementado la importancia de un suministro de energía a eléctrica basado en criterios que van más m s allá de la simple confiabilidad o continuidad, debido a la creciente vulnerabilidad de los procesos industriales, dependientes de equipos basados en microelectrónica, que son más m s susceptibles a diversos tipos de perturbación

30 Hoy en día d a en Colombia el nivel de la Calidad de la Energía a Eléctrica está legalmente vinculado al nivel tarifario que efectivamente paguen los usuarios según n la Ley 142 y sus niveles los fija la Comisión n de Regulación n de Energía a y Gas CREG

31 Antes de 1992 las empresas estatales suministraban energía eléctrica. Hoy se estimula el mercado y para que subsista el modelo se crearon 3 entes de regulación, planeación n y control

32 UPME CREG SSPD

33 Investigación Normalización Cultura Corporativa Regulación Planeación Control

34 Calidad de la Potencia Eléctrica: Monitoreo y Análisis para la estimación n de Indicadores en Bogotá Proyecto PQB Programa de Investigacion sobre Adquisicion y Analisis de Señales PAAS-UN

35 Proyecto PQB: monitoreo y análisis para la estimación n de indicadores estadísticamente sticamente confiables de Calidad de la Potencia Eléctrica, inicialmente en la ciudad de Bogotá, y posteriormente a nivel nacional.

36 Objetivos 1. Indices de PQ estadisticamente confiables inicialmente en Bogota. 2. Aporte de indices PQ para OR, usuarios, organismos de regulacion y normalizacion. 3. Aporte al desarrollo de Normas nacionales sobre PQ.

37 Planteamiento del Problema: 1. En Colombia, y específicamente en Bogotá,, no existen datos estadísticamente sticamente confiables para estimar los índices de calidad de la potencia eléctrica 2. Existencia de importantes estudios de caso en Colombia: 1991: Medición n de armónicos a nivel nacional 1999: Calidad de la Energía a a nivel nacional Desde 1992: Estudios de caso de Empresas de consultoría, Empresas de Energía a y centros de investigación n universitarios colombianos

38 Planteamiento del Problema: 4. Existen normas internacionales que conceptualizan muy bien los indicadores de calidad IEC , IEEE 1159, IEEE En Colombia, las resoluciones de la CREG (No. 070 de 1998 y No. 096 de 2000) establecen los criterios de calidad de la potencia y del servicio suministrado. 6. Regulacion nacional centrada en Confiabilidad (Continuidad de servicio DES y FES). 7. Datos PQ deben ser adquiridos de una forma planeada y sistematica.

39 Metodología: 1. Levantamiento de estudios de caso. 2. Clasificación n y ubicación n de los usuarios de energía a eléctrica según n su consumo y zonas geográficas 3. Exploración n de las distintas herramientas estadísticas sticas de muestreo. 4. Comparación de los equipos de medición comerciales. 5. Medición, análisis y conclusiones

40 Distribución n geográfica N Residencial Comercio Industria Mixto Lista final de circuitos Por zona geográfica: Norte, Centro, Sur Localizada por subestación

41 Categorías de IEM p.u. ns,µs,ms 0,5s - 1 > 1 Est. Est. Est. Est. Int. < 10s TEM Var. CD Var. LD Desbalance Distorsión Fluct. Var.f i Impulsos Inst. Int. Sost. DC Flicker Oscilat. Mom. Subv. Arm. Temp. Sobrv. Interar. M.R log t

42 Caracterización n de subestaciones y correlación n con el POT NORTE CENTRO SUR Usuarios comerciales Usuarios industriales N

43 Muestreo estadístico stico Objetivo Determinar el tamaño de una muestra representativa de usuarios para la estimación de indicadores de PQ para Bogotá Consideraciones Varianza de los indicadores de PQ Establecer una muestra piloto de estudios Varianza poblacional inferida a partir de la muestra piloto Para muestras piloto pequeñas (<30) es posible emplear una distribución n t-studentt Aproximación n de población n infinita El tamaño o muestral debe ser tomado con el indicador de PQ con la mayor varianza

44 Muestreo estadístico stico Errores de estimación n obtenidos a partir de la muestra definitiva, 121 estudios. Indice sags swells pst desb_v THD desb_i TDD FC media % 4.10% 39.2% 12.5% 0.31 s % t N error 0.33% 0.48% 16.96% 6.36% 5.44% 10.63% 14.10% 10.65%

45 Muestreo estadístico stico Ejemplo de un índice estimado: El valor esperado de cada índice en Bogotá estará entre +/- error del valor estimado en el estudio, con un nivel de confianza del 95% Intervalo de confianza del índice Valor del índice ) ) X ( X e, X + e)

46 Plan de Monitoreo La distribución n de usuarios comercial e industrial no son uniformes a lo largo de la ciudad. Ubicación n de las S/E en el mapa de Bogotá Residential Commercial N Industrial Mixed

47 Análisis de datos Sags y Swells Mapas Iso Sag Mapa Iso - Sag Clasificación por Tipo o por zona Comportamiento de los usuarios en Bogotá 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 Magnitud Sags [p.u] 0,6 Determinación de Intervalos de magnitud y Duración (matriz) 0,55 0, Duración de Sags [mseg] Porcentaje de SAGs en Bogotá 0%-20% 20%-40% 40%-60% 60%-80% 80%-100% Contar número de eventos que cumplan las dos condiciones Distribución Acumulada de probabilidad en las dos direcciones

48 Análisis de datos Sags y Swells Mapas Iso Sag CBEMA o ITI 0.62 p.u 1500 mseg <= 0.62 p.u >= 1500 mseg

49 Resultados Estado de la Calidad de la Potencia en Bogotá TABLA RESUMEN INDICADORES PROYECTO PQB INDICADORES Industriales Comerciales Total Sags [pu] Swells [pu] % de usuarios FUERA de NTC 1340 para niveles de tensión 0% 0% 0% Desbalance en tension 1.75% 0.74% 0.93% % de usuarios FUERA de EN para desbalance en tensión 0.0% 0.0% 0.0% Desbalance en corriente 13.4% 40.1% 39.2% Flicker - Pst Factores de Carga Corrientes de Neutro 13.1% 5.7% 10.3% Factor de Potencia - Ind % de tiempo FP Ind 84.8% 88.6% 87.5% Factor de Potencia - Cap % de tiempo FP Cap 15.2% 11.4% 12.5% THD [%] 4.2% 4.1% 4.1% % de usuarios FUERA de norma IEEE 519 para THD 15.0% 10.0% 12.0% % de usuarios FUERA de norma IEC para THD 0.0% 0.0% 0.0% TDD [%] 9.9% 7.7% 12.5% % de usuarios FUERA de norma IEEE 519 para TDD 26.3% 16% 18.84%

50 Desbalance de Tensión IEC

51 Fluctuaciones de Tensión P st IEC

52 Sobretensiones NTC

53 Armónicos Limite THD IEEE519 V n 69 kv [%] Cantidad de usuarios fuera de norma [%]

54 Limite distorsión n individual Limite Distorsión individual V n 69 kv [%] Armónico 5 Usuarios fuera de norma [%] 95,5 89,4 75,7 56,1 28,8 16,7 10 6,1

55 Limite distorsión n individual Limite Distorsión individual V n 69 kv [%] Armónico 7 Usuarios fuera de norma [%] 12,1 10 7,6 3,

56 Distorsión n armónica total de demanda

57 Distorsión n armónica individual de corriente

58 Límites propuestos PERTURBACIÓN TOTAL Desbalance de tensión n (95%) 1.8% Pst 2.0 Desbalance de corriente 30%

59 Límites propuestos Tensión n en el PCC (V n ) h = 5 h = 7 h = 11 Distorsión Armónica Total THD V n 69 kv 4.8% 2.2% 1.3% 5.2%

60 Límites propuestos Icc/IL Nivel h = 5 h = 7 h = 11 TDD % > %