Perturbaciones en la onda de tensión: Huecos [sag] y Sobretensiones [swell]

Transcripción

1 Perturbaciones en la onda de tensión: H [sag] y Sobretensiones [swell] Calidad del servicio eléctrico [Power Quality] Juan José Mora Flórez jjmora@silver.udg.es Girona, Marzo de 00

2 Contenido In D C lo de tensión Causas de lo de tensión Relación entre fallas del sistema y los h C

3 In ariaciones de tensión Perturbaciones según IEEE Estándares internacionales ariaciones de tensión Perturbaciones Transitorios H de tensión [sags (América) ó dips (Europa)] Elevaciones de tensión [swells] Interrupciones llas y lo Estado estable Regulación de tensión Distorsión Armónica Parpadeo [Flicker] Desbalance

4 Perturbaciones de tensión según la IEEE 59 ariaciones de tensión Perturbaciones según IEEE Estándares internacionales Tipo de variación ariaciones de corta duración H de tensión [sag o dip] Instantáneos Momentáneos Temporales Duración 0,5 0 ciclos 0 ciclos s min Magnitud 0, 0,9 p.u. 0, 0,9 p.u. 0, 0,9 p.u. Elevaciones de tensión [swell] Instantáneos Momentáneos Temporales 0,5 0 ciclos 0 ciclos s min,,8 p.u.,,8 p.u.,,8 p.u. llas y lo ariaciones de larga duración Subtensión Sobretensión Interrupciones Momentáneos Temporales Colapso > min > min < s s min > min 0,8,0 p.u.,0, p.u. 0 p.u. 0 p.u. 0 p.u.

5 Estándares Internacionales ariaciones de tensión Perturbaciones según IEEE Estándares internacionales Perturbación H de tensión Categoría de normalización Ambiente/compatibilidad Emisión/Límites de inmunidad Pruebas y Medidas Estándares IEEE IEEE 50 IEEE P 46 Ninguna Estándares IEC IEC IEC /5 (555) IEC / Instalación/Mitigación Apertura del fusible IEEE 446,00, 59 IEEE 4(Protección) IEC X IEC 64 llas y lo Transitorios y sobretensiones Ambiente/Compatibilidad Emisión/Límites de inmunidad Pruebas y Medidas IEEE/ANSI C6.4 Ninguna IEEE/ANSI C6.45 IEC IEC X IEC //4/5/ Instalación/Mitigación C6 series, 00 IEC X Ruptura de aislamiento Ninguna IEC 664

6 Transitorio impulsivo Hueco de tensión Elevación de tensión alor eficaz Desbalance de tensión Muescas de tensión Subtensión de subciclo Sobretension de subciclo D Transitorio impulsivo Current (ka) llas y lo Time (µs) Es un cambio de frecuencia instantáneo a partir del estado estable de la corriente, el voltaje o ambos. Tiene una polaridad unidireccional y se caracteriza principalmente por sus tiempos de subida y bajada y su valor máximo. Ej:./50 microseg 000 A

7 Transitorio oscilante Transitorio Oscilante Hueco de tensión Elevación de tensión alor eficaz Desbalance de tensión Muescas de tensión Subtensión de subciclo Sobretension de subciclo llas y lo Son señales de voltaje o corriente cuyos valores instantáneos cambian de polaridad rápidamente. Alta frecuencia: f > 500 khz y duración [microseg]. Media frecuencia: 5 < f < 500 khz y duración [décadas de microseg] Baja frecuencia: f < 5 khz y duración [0. a 50 ms]

8 Hueco de tensión Elevación de tensión alor eficaz Desbalance de tensión Muescas de tensión Subtensión de subciclo Sobretension de subciclo D Hueco de tensión [sag dip] 4 x T im e ( m s ) llas y lo Disminución del valor eficaz de la tensión entre el 0,9 y el 0, p.u. de la tensión de funcionamiento normal y con una duración desde medio ciclo (8 ms o 0 ms) hasta algunos segundos.

9 Elevación de tensión [swell] Hueco de tensión Elevación de tensión alor eficaz Desbalance de tensión Muescas de tensión Subtensión de subciclo Sobretension de subciclo 4 x T im e ( m s ) llas y lo Incremento del valor eficaz de la tensión entre el, y el,8 p.u. de la tensión de funcionamiento normal, con una duración de entre medio ciclo (8 ms o 0 ms) y algunos segundos.

10 Hueco de tensión Elevación de tensión alor eficaz Desbalance de tensión Muescas de tensión Subtensión de subciclo Sobretension de subciclo alor eficaz de la tensión alor eficaz: alor eficaz obtenido cada muestra: alor eficaz obtenido cada ciclo: N rms = v i N i = k rms ( k ) = v i N i= k N + kn rms ( kn ) = v i N i= N + ( k ) llas y lo Componente fundamental de tensión: ( t) = T t t T v ( τ ) e j ω 0 t dτ

11 Desbalance de tensión: Hueco de tensión Elevación de tensión alor eficaz Desbalance de tensión Muescas de tensión Subtensión de subciclo Sobretension de subciclo Condición para la cual las tres tensiones de un sistema trifásico, difieren en magnitud y/o no están desfasadas π/ radianes entre si. Magnitud del desbalance: La máxima desviación de la magnitud de tensión de cada una de las tres fases con respecto a la magnitud promedio del sistema trifásico, dividida por la magnitud promedio. llas y lo Ángulo de fase del desbalance: La máxima desviación de la diferencia de ángulos de fases entre las tres tensiones del sistema, dividida entre π/ radianes.

12 Hueco de tensión Elevación de tensión alor eficaz Desbalance de tensión Muescas de tensión Subtensión de subciclo Sobretension de subciclo llas y lo Relación de desbalance de secuencia negativa: Es la r tensiones de la secuencia negativa y la secuencia positiva, multiplicada por 00%. Relación de desbalance de secuencia cero: Es la r tensiones de la secuencia cero y la secuencia positiva, multiplicada por 00%.

13 Hueco de tensión Elevación de tensión alor eficaz Desbalance de tensión Muescas de tensión Subtensión de subciclo Sobretension de subciclo Muescas de tensión: Conmutación entre las tensiones de un sistema trifásico u otro disturbio en la onda de tensión de duración menor a medio ciclo, e inicialmente de polaridad contraria al de la onda de tensión. llas y lo

14 Sobretensión subciclo: Hueco de tensión Elevación de tensión alor eficaz Desbalance de tensión Muescas de tensión Sobretensión de subciclo Subtension de subciclo Incremento repentino de la tensión de corta duración (menor a medio ciclo) y unidireccional. llas y lo T i m e ( m s )

15 Hueco de tensión Elevación de tensión alor eficaz Desbalance de tensión Muescas de tensión Sobretensión de subciclo Subtensión de subciclo Subtensión subciclo: Decremento repentino de la tensión de corta duración (menor a medio ciclo) y unidireccional. 4 x llas y lo T i m e ( m s )

16 C h de tensión Magnitud Caída de tensión Duración Punto de inicio Punto de recuperación Hueco no rectangular Tensión perdida Salto de ángulo llas y lo Magnitud del hueco de tensión: Es la tensión eficaz existente durante el hueco de tensión en por unidad (p.u.) con respecto a la tensión pre-hueco (U H ). (En caso de h no rectangulares, esta magnitud es función del tiempo). Caída de tensión: Es la diferencia entre la tensión eficaz pre-hueco y la tensión eficaz durante el hueco ( U). (En caso de h no rectangulares, también es función del tiempo). Duración del hueco de tensión: Tiempo durante el cual la tensión eficaz es inferior al 0,9 p.u. y superior 0, p.u. de la tensión nominal ( t).

17 Sag de oltaje Magnitud Caída de tensión Duración Punto de inicio Punto de recuperación Hueco no rectangular Tensión perdida Magnitud de voltaje t U U H Salto de ángulo Tiempo (ms) llas y lo U H : U: t: Magnitud de la tensión del hueco Caída de tensión del hueco Duración del hueco

18 Magnitud Caída de tensión Duración Punto de inicio Punto de recuperación Hueco no rectangular Tensión perdida Salto de ángulo llas y lo Punto de inicio del hueco: Ángulo de fase de la tensión fundamental en el momento en que se inicia el hueco (θ i ). Corresponde al ángulo de fase en el instante que ocurre una falla. Punto de recuperación del hueco: Ángulo de fase de la tensión fundamental en el momento en que se recupera la tensión (θ r ). Corresponde al ángulo de fase en el instante que se elimina la falla.

19 Tensión Magnitud Caída de tensión Duración Punto de inicio Punto de recuperación Hueco no rectangular Tensión perdida Salto de ángulo Tiempo en ciclos Punto de inicio Punto de recuperación.5 Tensión θ i Tensión llas y lo Ángulo de la tensión en grados -0.5 θ r Tiempo en grados

20 Hueco no rectangular: Un hueco de tensión en el cual la magnitud del hueco no es constante con el tiempo. Magnitud Caída de tensión Duración Punto de inicio Punto de recuperación Hueco no rectangular Tensión perdida Salto de ángulo rms(p.u.) llas y lo Tim e (m s)

21 Hueco Trifásico: Magnitud Caída de tensión Duración Punto de inicio Punto de recuperación Hueco no rectangular Tensión perdida Salto de ángulo Definición de hueco, desde el punto de vista del sistema eléctrico. En este evento pueden caer el valor del todas o solo algunas de las tres fases rms [p.u.] Three phase sag duration -Three phase sag magnitude Phase A Phase B Phase C llas y lo Time

22 Tensión pérdida: Magnitud Caída de tensión Duración Punto de inicio Punto de recuperación Hueco no rectangular Tensión perdida Salto de ángulo Tens ión Es la resta entre la tensión que habría si no existiera hueco de tensión y la tensión que hay durante el hueco Tiem po en ciclos llas y lo Tens ión Tiem po en ciclos

23 Magnitud Caída de tensión Duración Punto de inicio Punto de recuperación Hueco no rectangular Tensión perdida Salto de ángulo Tensión en pu Salto o desplazamiento del ángulo de fase: Es la diferencia entre los ángulos de fase de las tensiones fundamentales existentes antes y durante el hueco de tensión llas y lo Tiempo en ciclos Salto del ángulo de fase de -π/4

24 Causas de lo de tensión Fallas en el sistema de potencia Arranque de grandes motores Cambios de carga Severidad llas y lo Fallas en los sistemas de potencia: Descargas atmosféricas, cortocircuitos, contaminación de aisladores, contacto de animales o árboles, accidentes. Las fallas más comunes son las monofásicas (l-g) Las fallas mas severas las trifásicas (l-l-l) Arranque de grandes motores de inducción Cambios de carga

25 Severidad de lo de tensión: Fallas en el sistema de potencia Arranque de grandes motores Cambios de carga Severidad llas y lo La severidad depende de: La puesta a tierra del sistema La impedancia y localización de la falla Las conexiones de los transformadores La forma de actuación de las protecciones La conexión de la carga

26 Análisis de fallas y h de tensión llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de h pcc: Z s : sag E Z s Z f Falla pcc Punto de acoplamiento común. Carga sag Impedancia de la fuente en el pcc. = Z s Z f + Z f E Z f : Impedancia entre la falla y el pcc

27 Magnitud del hueco de tensión en función de la distancia Línea aérea de k y S = 50 mm llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de h Magnitud de la tensión del hueco (p.u.) MA 750 MA MA MA 75 MA Distancia a la falla en kilómetros

28 Magnitud del hueco de tensión en función de la distancia Línea aérea de k y diferentes secciones transversales y 00 MA llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de h Magnitud del la tensión del hueco en p.u Distancia a la falla en kiló metros 5

29 Magnitud del hueco de tensión en función de la distancia Efecto del transformador pcc Carga k k Línea de k Línea de k llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de h Magnitud del hueco en pu Fallas a k Fallas a k Distancia a la falla en kiló metros 5

30 Tiempos de respuesta de los dispositivos de protección: llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de h Fusibles limitadores de corriente: Fusibles de expulsión: Relé de distancia rápido: Relé de distancia en zona : Relé de distancia en zona : Relé diferencial: Relé de sobrecorriente: < un ciclo 0-00 ms ms ms ms ms ms

31 llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de h Tiempos típicos de respuesta de los dispositivos de protección a diferentes niveles de tensión en USA Nivel de tensión (k) Mejor caso (ms) Caso típico (ms) Peor caso (ms) , ,

32 Característica de ubicación de lo 00% 4 80% tensión 50% 6 llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de ubicación h H debidos a fallos 0,s s Fallas en el sistema de transmisión Fallas en un sistema de distribución remoto Fallas en un sistema de distribución local 4 Arranque de motores grandes 5 Interrupciones cortas 6 Fusibles 5 5 tiempo

33 H de tensión debidos a fallas Falla monofásica llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de ubicación h H debidos a fallos Tensiones de fase: = a = j b = + j c Tensiones de línea: = + + j ab = j bc = + + j ca c b ca bc a ab Tipo B Tipo C

34 Falla fase a fase llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de ubicación h H debidos a fallos Tensiones de fase: = a = j b = + j c Tensiones de línea: = + j ab = j bc = + j ca c b ca bc a ab Tipo C Tipo D

35 Falla de dos fases a tierra llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de ubicación h H debidos a fallos Tensiones de fase: b c ab ca = a = j = + j Tensiones de línea: = + + j = j bc = + + j c a b ca ab bc Tipo E Tipo F

36 Falla trifásica llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de ubicación h H debidos a fallos Tensiones de fase: b c ab ca = a = j = + j = + j = j bc = + j Tensiones de línea: ca c b a bc ab Tipo A Tipo A

37 Relación de h con los tipos de fallas Tipo A Tipo B llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de ubicación h H debidos a fallos Tipo C Tipo D Tipo de falla Carga en estrella Carga en Delta Trifásica Sag A Sag A Fase fase Sag C Sag D Monofásica Sag B Sag C

38 Relación de h con los tipos de fallas Tipo E Tipo F llas y lo Magnitud del hueco vs distancia Respuesta de protecciones Tiempos de actuación Característica de ubicación h H debidos a fallos Tipo de falla Carga en estrella Carga en Delta Dos fases a tierra Sag E Sag F

39 C llas y lo La principal causa de lo de tensión son las fallas en los sistemas de potencia (especialmente las monofásicas)

40 C llas y lo La severidad de un hueco de tensión depende de varios parámetros del sistema eléctrico.

41 C llas y lo Lo de tensión no son tan perjudiciales para la industria como las interrupciones; pero debido a que ocurren con mayor frecuencia, las pérdidas económicas debidas a ellos pueden ser mayores que las causadas por las interrupciones.

42 gradecimientos GRUPO DE INESTIGACIÓN EN SISTEMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA Escuela de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones UNIERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Carrera 7, Calle 9. Ciudad Universitaria. A. A. 678 Conmutador: +(7) , Extensiones: Teléfonos: +(7) / 6596 Fax: +(7) BUCARAMANGA COLOMBIA

43 Preguntas?