PERTURBACIONES ELÉCTRICAS: EFECTOS Y SOLUCIONES EN INSTALACIONES INDUSTRIALES NEGOCIO DE REDES ESPAÑA

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1 PERTURBACIONES ELÉCTRICAS: EFECTOS Y SOLUCIONES EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Marzo 2012

2 CONTENIDO 1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA A CLIENTES DE IBERDROLA 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS a. Interrupciones del suministro b. Huecos de Tensión c. Sobretensiones transitorias 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN 6. CASOS PRÁCTICOS 1. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR AUTOMOCIÓN: ROBÓTICA 2. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA INYECCIÓN 3. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA EXTRUSIÓN 4. EFECTO DEL TRANSITORIO DE CONEXIÓN DE UNA BATERIA DE CONDENSADORES 1

3 1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA CLIENTES ACTUACIONES Asesoría a clientes para resolver problemas de sus equipos y procesos industriales relacionados con las perturbaciones eléctricas. Auditoria técnica de instalaciones eléctricas, e identificación de la sensibilidad de los equipos asociados al proceso. Monitorización de las perturbaciones eléctricas. Propuestas de soluciones de inmunidad. ASESORÍA CLIENTES AUDITORÍA PROCESOS MONITORIZACIÓN PERTURBACIONES PROPUESTA SOLUCIONES 2

4 1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA CLIENTES ACTUACIONES Se han atendido más de 2000 casos en todo tipo de sectores industriales Distribución por sectores Distribución por problemáticas 3

5 CONTENIDO 1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA A CLIENTES DE IBERDROLA 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS a. Interrupciones del suministro b. Huecos de Tensión c. Sobretensiones transitorias 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN 6. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR CERÁMICO: HORNO DE GAS 1. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR AUTOMOCIÓN: ROBÓTICA 2. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA INYECCIÓN 3. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA EXTRUSIÓN 4. EFECTO DEL TRANSITORIO DE CONEXIÓN DE UNA BATERIA DE CONDENSADORES 4

6 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS Las perturbaciones eléctricas mas habituales en cualquier sistema eléctrico son las siguientes: Interrupciones del suministro Breves o Transitorias Largas, por averías en red Huecos de tensión Sobretensiones 5

7 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS INTERRUPCIONES Por qué se producen interrupciones? Cortocircuitos en la red ( Faltas ) 1. Líneas aéreas: Mayor número de faltas transitorias. Causas: Climatología (lluvia intensa, viento, rayos ), caída arbolado, aves, averías en terceros, averías en componentes Tormentas principal causa de cortocircuitos en líneas aéreas de MT 2. Líneas Subterráneas: Menor número de faltas, pero generalmente permanentes. Excavadoras, avería en instalaciones de cliente 6

8 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS INTERRUPCIONES Secuencia de una interrupción 132 kv Falta Corriente de Falta 20 kv Protecciones Interruptor CL CL CL CL CL 7

9 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS INTERRUPCIONES Cómo actuar ante una incidencia en red de suministro? Localización tramo de red en avería. Restablecimiento de tensión en red sana. ST 1 ST 2 CT 1 CT 2 CT 3 CT 4 CT 5 ST 1 ST 2 CT 1 CT 2 CT 3 CT 4 CT 5 RESTABLECIMIENTO TENSION LOCALIZACION AVERIA ST 1 ST 2 CT 1 CT 2 CT 3 CT 4 CT 5 LOCALIZACION RESTABLECIMIENTO TENSION RESTABLECIMIENTO AVERIA TENSION 8

10 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS HUECOS DE TENSIÓN Qué es un hueco de tensión? Caída transitoria de la tensión de suministro de corta duración. Duración entre 80 ms y 0 5 s. Profundidad entre 10% y 60% de la tensión nominal. 9

11 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS HUECOS DE TENSIÓN Cuál es el origen de los huecos de tensión? 132 kv 20 kv Falta A B G 6 kv 20 kv C D 10

12 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS SOBRETENSIONES SOBRETENSIONES TEMPORALES - Fases sanas en cortocircuitos monofásicos - Pérdidas de carga 11

13 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS SOBRETENSIONES SOBRETENSIONES TRANSITORIAS ( Picos ) - Maniobras (Frente lento) - Descargas atmosféricas (Frente rápido) Sobretensiones de origen atmosférico Sobretensiones de maniobra Sobretensiones temporales 12

14 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS SOBRETENSIONES SOBRETENSIÓNTRANSITORIA DE MANIOBRA: 13

15 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS SOBRETENSIONES SOBRETENSIÓN TRANSITORIA AL ENERGIZAR UN TRANSFORMADOR: Tensiones MT BT Corrientes 14

16 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS SOBRETENSIONES Cual es el efecto de las sobretensiones transitorias? Actúan durante tiempos muy breves pero debido a su elevado valor, tienen la energía suficiente para destruir circuitos electrónicos: TARJETAS DE CONTROL FUENTES DE ALIMENTACIÓN AVERÍA EQUIPOS SENSIBLES TELEFONÍA, DATOS, ETC 15

17 CONTENIDO 1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA A CLIENTES DE IBERDROLA 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS a. Interrupciones del suministro b. Huecos de Tensión c. Sobretensiones transitorias 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN 6. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR CERÁMICO: HORNO DE GAS 1. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR AUTOMOCIÓN: ROBÓTICA 2. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA INYECCIÓN 3. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA EXTRUSIÓN 4. EFECTO DEL TRANSITORIO DE CONEXIÓN DE UNA BATERIA DE CONDENSADORES 16

18 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION Qué equipos son los más sensibles a huecos de tensión? Fuentes de alimentación Transformadores de potencia para alimentación maniobra Equipos de control de proceso PLC s (Autómatas Programables), Ordenadores Contactores Relés de seguridad PILZ Buses de comunicaciones Interruptores automáticos con bobina de mínima tensión Variadores de frecuencia para motores de c.a. Variadores de velocidad para motores de c.c. Arrancadores estáticos 17

19 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION : CONTACTORES Aplicación: Arranque directo o Estrella-Triangulo de motores La bobina del contactor KM1 se alimenta de la tensión de maniobra. Cuando se produce un hueco de tensión, se desmagnetiza la bobina del contactor. Apertura alimentación al motor. El contactor permanece abierto hasta su rearme manual. Tensión maniobra Circuito Potencia Circuito Control 18

20 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSIÓN : AUTÓMATAS Alimentación PLC en corriente alterna 230 V (Pérdida CPU) Tarjetas entradas y salidas a 24 V DC (Cambios de estados ON/OFF) Memoria interna de programa (Pérdida de programa) Bus de comunicaciones (Pérdida Comunicaciones) Memoria Entradas Digitales Entradas Analógicas POWER CPU L1 N1 230 V BUS Comunicaciones Salidas Digitales 19

21 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSIÓN : RELÉS DE SEGURIDAD Alimentación principal en alterna o continua (bobinas K1 y K2) Control de estado de variables de seguridad (bobina KS1) 20

22 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSIÓN : FUENTES DE ALIMENTACIÓN Tensión de entrada monofásica o trifásica Tensión de salida en corriente continua: Generalmente 24 V DC 21

23 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE FRECUENCIA Consta de : o Un rectificador o Un Bus de Corriente continua, con almacenamiento de energía o Un inversor : Convertidor DC/AC (Tensión y frecuencia variables) o Una unidad central de control y comunicaciones 22

24 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE FRECUENCIA Protecciones : o Máxima tensión de bus DC: Actúa cuando la tensión en lado de continua del inversor aumenta por encima del valor admisible ante una deceleración descontrolada del motor. o Mínima tensión de bus DC: Actúa en caso de fallo instantáneo de la tensión de red o en caso de huecos de tensión. Ambas protecciones vigilan la tensión de bus de continua, ajustadas normalmente a valores muy conservadores. o Sobrecarga: Actúa en caso de que la corriente supere un valor prefijado. Normalmente en caso de curvas de aceleración excesivamente pronunciadas o rearranques automáticos demasiado rápidos o sin búsqueda de frecuencia. 23

25 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE FRECUENCIA Solución Reforzar el bus de continua: Se trata de aumentar el almacén de energía intermedio añadiendo más condensadores en paralelo. Se obtiene mayor autonomía al motor incluso en caso de ausencia de red. 24

26 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE FRECUENCIA Solución Habilitar la función Flying Re Start: Permite el rearranque automático del motor cuando el inversor se desconecta durante un hueco de tensión. Recupera la velocidad del motor ajustando la frecuencia a la velocidad de giro actual. Mantener activo el control: o o Orden de arranque activada. Temporización de fallo del inversor. o PLC activado. 25

27 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE CONTINUA Normalmente se utilizan en motores de c.c. de excitación independiente. Constan de: o o Un rectificador trifásico totalmente controlado a base de tiristores que alimenta el inducido del motor. Un puente rectificador que alimenta el inductor. T1 T2 T3 I R S T M Vca T4 T5 T6 F.A. µp Sistema Control Motor de c.c. de excitación independiente 26

28 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE CONTINUA Funcionamiento: Variando el ángulo de disparo de los tiristores se modifica la tensión aplicada al motor y en consecuencia su velocidad. Um t1 t6 t2 t4 t3 t5 tiempo Um t1 t6 t2 t4 t3 t5 α=30º tiempo 27

29 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE CONTINUA Protecciones: o Mínima tensión: Vigila la tensión entre las fases de entrada. En algunos variadores supervisa el valor de la tensión de control del equipo. o Sobreintensidad del motor Sensibilidad: o Los variadores de c.c. son muy sensibles a las faltas de tensión de red. La aparición de huecos en la tensión de alimentación de los equipos provoca la actuación del relé de mínima tensión originando la parada del mismo. o En muchas ocasiones el disparo surge cuando desaparece la falta y se restablece la tensión normal de red. El súbito incremento de la tensión de alimentación del puente rectificador de tiristores puede dar origen a una sobrecorriente y el consiguiente disparo del relé de protección. 28

30 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE CONTINUA Registro: Intensidad Motor (A) Al inicio de la falta no circula corriente. Transcurridos 100 milisegundos, el lazo de regulación de corriente de inducido logra compensar la perturbación. Al final de la falta, la tensión de red adquiere su amplitud nominal: o Esto provoca un pico de corriente en el motor hasta que el control reacciona de nuevo. o La sobrecorriente provoca el disparo del convertidor. Tiempo (seg) Sobrecorriente al restablecerse la tensión normal de red tras un hueco de tensión bifásico del 30 % 29

31 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE CONTINUA Solución: Garantizar la alimentación del circuito de control ante la presencia de un hueco de tensión aumentando la capacidad de los condensadores de filtro de la fuente de alimentación o bien utilizando un SAI para alimentar el mando. En los equipos modernos la tendencia es utilizar fuentes de alimentación conmutadas que soportan un amplio margen de variación de la tensión de entrada. Cualquiera de estas opciones permite eliminar la protección de mínima tensión. El ajuste del relé de sobrecorriente debería hacerse en función de la sobrecorriente que son capaces de soportar los tiristores y fusibles que configuran el convertidor y no en función de la corriente de trabajo. 30

32 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION : ARRANCADORES ESTÁTICOS o A través de los tiristores y el ángulo de disparo permite controlar el valor tensión aplicada. o Permite el arranque de grandes motores limitando la corriente, con la aplicación progresiva de tensión. o Una vez alcanzada la velocidad nominal, se realiza un BYPASS a los tiristores. o Se divide en dos partes: El circuito de potencia. El circuito de regulación o control. Arrancador estático 31

33 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES HUECOS DE TENSION : ARRANCADORES ESTÁTICOS Protecciones: Subtensión en la alimentación de la electrónica. Unidad de fallos : Actúa entre otras causas, por sobrecarga y desequilibrio en la corriente del motor. Desconecta el circuito de encendido de tiristores y activa el relé de fallos desconectando el equipo. Sensibilidad: Los huecos de tensión afectan a la alimentación de la electrónica y provoca la desconexión del arrancador. Solución : Alimentar a través de un SAI de pequeña potencia la tensión de la electrónica de potencia y temporizar el ajuste de los relés de sobrecarga y desequilibrio de manera que se inhiban, a huecos de tensión de duración inferior a 0,6 segundos. Otra opción es conectar un contactor de by-pass (si no esta incorporado en el equipo) que se cierra cuando ha finalizado el arranque del motor. 32

34 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES Problemática: DISPARO INTEMPESTIVO DE INTERRUPTORES DIFERENCIALES Un interruptor diferencial es un dispositivo de protección que se compone de un captador toroidal asociado a un dispositivo de corte (interruptor automático). Por su interior circulan los conductores activos de la línea, fase y neutro y mide constantemente el flujo de corriente entrante y saliente. Si el resultado de esta medida no es cero la corriente de fuga a tierra induce una corriente en el bobinado secundario de la bobina (transformador) el cual dispara el relé provocando la apertura del circuito. 33

35 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES Funcionamiento de un interruptor diferencial ID convencional (Clase AC) 6 0 A 8 2 Intensidades Fase y Neutro iguales No hay intensidad de fuga No disparo 34

36 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES Funcionamiento de un interruptor diferencial ID convencional (Clase AC) 6 0 A 8 2 Intensidades Fase y Neutro distintas Hay intensidad de fuga Disparo 35

37 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES Los receptores electrónicos conectados a la red pueden derivar corrientes a tierra de frecuencias superiores a 50 Hz: o o Por su funcionamiento no lineal. Por la presencia de transitorios en la tensión. i C du dt Etapa de entrada de una fuente de alimentación con toma de tierra 36

38 0 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES Circulación de corriente a tierra por fallo de aislamiento Corriente de falta a tierra Disparo diferencial en 15 ms Efecto en las tensiones

39 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES Modificación de las tensiones por fallo de aislamiento Esquema simplificado SIN FALTA 230 V Fase Neutro Tensiones fase-neutro Neutro 38

40 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES Modificación de las tensiones por fallo de aislamiento Esquema simplificado CON FALTA I FALTA 230/(R EDIFICIO +R CT ) 230 V Fase Neutro V Edificio Tensiones fase-neutro Neutro V Neutro-Tierra V ELEC V Neutro- Tierra 39

41 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES Modificación de las tensiones por fallo de aislamiento Esquema simplificado CON FALTA I FALTA 230/(R EDIFICIO +R CT ) Tensiones fase-tierra 230 V Fase Neutro V Edificio Tensiones fase-neutro Neutro V Neutro-Tierra V ELEC V Neutro- Tierra 40

42 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES Disparos relacionados con faltas internas en la instalación Causa de los disparos: o Corriente de falta a tierra o Tensión entre neutro y tierra en todos las cargas del transformador o Los filtros CEM o protecciones contra sobretensiones en aparatos electrónicos producen una corriente transitoria a tierra. o El diferencial ve esta corriente y dispara. Filtros CEM (capacitivos) a tierra Varistores entre fase y tierra No hay riesgo para las personas o equipos, ni alteración de la tensión de suministro DISPARO INTEMPESTIVO 41

43 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES Solución - Instalación de Diferenciales Inmunes a transitorios de alta frecuencia - Reconectadores automáticos 42

44 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: SOBRETENSIONES Sobretensiones transitorias: Originadas por descargas atmosféricas y maniobras en red. Se caracterizan por: o Picos de tensión muy elevados (KV) o Muy corta duración (µs, ms) Dañan equipos electrónicos. Solución: Instalación de protectores contra sobretensiones basados en varistores, descargadores de gas y otros. El nivel de protección dado por el protector deberá ser inferior al valor que el equipo puede soportar. 43

45 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: SOBRETENSIONES Cómo funcionan los protectores contra sobretensiones? NIVEL DE AISLAMIENTO F N Carga Sensible i 44

46 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: SOBRETENSIONES Dónde y cómo se instalan los protectores? Receptor Sensible Prot. Tipo 3 1,5 kv Prot. Tipo 1 Prot. Tipo 2 4 kv 2,5 kv 45

47 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: SOBRETENSIONES Instalación en el Cuadro General CUADRO GENERAL Interruptor Automático General Interruptor Diferencial Interruptor Automático de Desconexión Interruptores de salida de líneas Protección contra sobretensiones 46

48 CONTENIDO 1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA A CLIENTES DE IBERDROLA 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS a. Interrupciones del suministro b. Huecos de Tensión c. Sobretensiones transitorios 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN 6. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR CERÁMICO: HORNO DE GAS 1. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR AUTOMOCIÓN: ROBÓTICA 2. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA INYECCIÓN 3. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA EXTRUSIÓN 4. EFECTO DEL TRANSITORIO DE CONEXIÓN DE UNA BATERIA DE CONDENSADORES 47

49 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN COGENERACIÓN: PROTECCIONES En aplicación de la O.M. 5/09/1985 aquellas instalaciones con cogeneración deben disponer el punto de interconexión con la red: Protecciones: Relé 27 (mínima tensión): Detectan faltas entre fases. Regulación 85% Un - Tiempo disparo 0,1 1 segundos. Relé 59 (máxima tensión): Detecta funcionamiento en red separada. Regulación 110% Un - Tiempo disparo 0,1 1 segundos. Relé 64 (máxima tensión homopolar): Detectan faltas a tierra. Regulación 20 V - Tiempo disparo 0,1 1 segundos. Relé 81m/81M (mínima y máxima frecuencia): Detecta red separada. Regulación 47 y 51 Hz - Tiempo disparo 0,2 3 segundos. Relés 51/50 (Sobre intensidad fase y neutro). Detectan faltas en la instalación. Teledisparo: Para evitar que el generador quede alimentando a la red de forma separada. 48

50 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN NORMATIVA: ENCLAVAMIENTOS Enclavamientos: Garantizar la seguridad de personas y equipos. Enclavamiento de energización de línea: Evita que el generador energice la línea de alimentación. Para ello se enclava el cierre del DYR hasta que los relés 27 hayan detectado presencia de tensión durante 3 minutos seguidos. Enclavamiento de sincronismo: Evita que se produzca acoplamiento fuera de sincronismo entre red y generador. Para 1000 kva se instalará un relé de sincronismo y para potencias mayores un sincronizador automático. Vigilancia de tensión de alimentación del sistema de protecciones: Sistema para evitar que las protecciones queden inoperativas por falta de tensión auxiliar de alimentación (prealarma y disparo). 49

51 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN NORMATIVA: ESQUEMA UNIFILAR 50

52 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN NORMATIVA: TELEDISPARO El Sistema de Teledisparo consta: Un equipo transmisor, instalado en la ST de Iberdrola Un equipo receptor, instalado en al planta de generación Un soporte de comunicación entre ambos equipos ST IBERDROLA LINEA RADIAL AUTOPRODUCTOR TELEDISPARO TELEDISPARO G 51

53 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN NORMATIVA: TELEDISPARO Si la línea de alimentación de red esta acoplada entre dos subestaciones se requieren dos equipos de teledisparo: ST 1 LINEA ACOPLADA ST 2 TELEDISPARO TELEDISPARO TELEDISPARO TELEDISPARO G 52

54 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN COGENERACIÓN: HUECOS DE TENSIÓN X V R R V CLIENTE T COGENERADOR T Consecuencias sobre la cogeneración y el suministro a la instalación: La inclusión de los relés y ajustes propios de la cogeneración provoca la desconexión del interruptor general ante huecos de tensión. Si la generación no es capaz de funcionar en isla provoca un cero de tensión total a las instalaciones. 53

55 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN COGENERACIÓN: HUECOS DE TENSIÓN Soluciones: Modificar el sistema de protecciones: Primera Temporizar los relés voltimétricos (27,59 y 64) siempre que El sistema de teledisparo este operativo y la cogeneración pueda funcionar en isla con todas las cargas de la instalación. Segunda Que las protecciones voltimétricas (27, 59 y 64) y la de frecuencia, actúen sobre el interruptor del generador/es, en vez de sobre el interruptor general. Beneficio: - Si la generación no es capaz de funcionar en isla, evitamos ceros de tensión a las instalaciones cuando se producen huecos de tensión. - Se elimina la espera de los 3 minutos en una reposición de la tensión de red después de un disparo de la línea de alimentación principal. 54

56 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN GRUPOS ELECTRÓGENOS: RECOMENDACIONES ELECCIÓN DEL GENERADOR (I): Sobre sus características: Características del regulador de tensión: Caída máxima transitoria de tensión y tiempo de recuperación de la tensión en los escalones de carga. Características del regulador de velocidad: Tiempo de recuperación de la frecuencia en los escalones de carga. 55

57 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN GRUPOS ELECTRÓGENOS: RECOMENDACIONES ELECCIÓN DEL GENERADOR (II) : Sobre su funcionamiento: Realizar un correcto estudio de las cargas que van a estar conectadas al generador y la secuencia de entrada de las mismas. Se tiene que contemplar que siempre que se aplica o se quita una carga, se produce un transitorio en el cual tenemos una variación de tensión, de frecuencia y un tiempo de recuperación. La Norma que regula los transitorios de respuesta a los bloques de carga es la ISO Incorporar una sincronización automática. Permite acoplar el GE con la red durante 5. Evitamos un segundo cero de tensión cuando se repone la red. Aplica la ITC-BT-40 56

58 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN GRUPOS ELECTRÓGENOS: RECOMENDACIONES A titulo orientativo la siguiente figura indica el máximo escalón instantáneo de potencia admisible en función de la presión media efectiva del grupo: Donde: PME (kpa): presión media efectiva P (%): incremento de carga admisible Ejemplo: Para una PME = 2300 (kpa) primer escalón de carga: 33% segundo escalón de carga: 23% tercer escalón de carga: 18% Resto: 26% 57

59 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN GRUPOS ELECTRÓGENOS: RECOMENDACIONES Conclusiones sobre el GE: Análisis del perfil de cargas para detectar posibles limitaciones del grupo electrógeno. Estudio de entrada selectiva de cargas por escalones en los GE. Implantación de automatismos. PLC G Generador diesel Control Remoto 1 Control Remoto 2 Escalonamiento de cargas cargas fijas Bateria condensadores 58

60 CONTENIDO 1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA A CLIENTES DE IBERDROLA 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS a. Interrupciones del suministro b. Huecos de Tensión c. Sobretensiones transitorios 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN 6. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR CERÁMICO: HORNO DE GAS 1. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR AUTOMOCIÓN: ROBÓTICA 2. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA INYECCIÓN 3. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA EXTRUSIÓN 4. EFECTO DEL TRANSITORIO DE CONEXIÓN DE UNA BATERIA DE CONDENSADORES 59

61 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN P R O C E S O S I N D U S T R I A L E S MOTORES ASINCRONOS Dispositivos electrónicos Dispositivos de control AUTOMATIZACIÓN VARIADORES DE VELOCIDAD ARRANCADORES ESTÁTICOS PLC s CONTACTORES TRANSFORMADORES AUXILIARES FUENTES ALIMENTACIÓN Requerimientos especiales de Calidad de Producto (Huecos de tensión e Interrupciones) SOLUCIÓN: Insensibilizar estos dispositivos para minimizar el efecto de las perturbaciones eléctricas y reducir paradas de procesos. 60

62 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN Las soluciones más eficaces se basan en inmunizar los equipos o el proceso. Según el grado de inmunización requerido, se pueden plantear tres niveles de actuación 1. Ajustes de parámetros y modificaciones menores de control. 2. Alimentación segura a equipos de control, con potencia limitada. 3. Alimentación segura a todo el proceso, con equipos de gran potencia. Coste 2 Alimentación segura a control 1 Ajustes 3 Alimentación segura a todo el proceso % Inmunización 61

63 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN NIVELES DE INMUNIZACIÓN DEL PROCESO NI NIVEL 1 AJUSTES DE PROTECCIONES NUEVAS FUNCIONES EN VARIADORES ARRANQUES AUTOMÁTICOS NIVEL 2 NIVEL 1 + SAI EN SISTEMA DE CONTROL: NI NIVEL 3 INSTALACIÓN DE SAI O DVR PARA TODO EL PROCESO 62

64 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN NIVEL 2: INSENSIBILIZACIÓN DEL PROCESO Con una mínima inversión puede realizarse una serie de modificaciones que disminuyan la sensibilidad del proceso frente a huecos de tensión e interrupciones breves ( 1 segundo ). Nivel 1 SAI 10 kva Alimentación Control Maniobra Contactores Fuentes Alimentación Relés seguridad BUS Comunicaciones PLC Modificar Parámetros Convertidores Habilitar la función Flying Restart Temporizar alarmas al PLC Mantener orden de arranque Nota: La viabilidad de este tipo de soluciones dependerá de la criticidad de las variables del proceso. 63

65 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN NIVEL 3: SOLUCIÓN FRENTE A HUECOS DE TENSIÓN INSTALACIÓN DE EQUIPOS RESTAURADORES DE HUECOS (DVR) Restauración de huecos de un 40 % durante 15 segundos 64

66 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN NIVEL 3: SOLUCIÓN FRENTE INTERRUPCIONES EQUIPOS PARA EL PROCESO COMPLETO: Alimentación segura con equipos de gran potencia mediante: SAI convencionales hasta potencias de 800 KVA. Válido para huecos e interrupciones del suministro hasta 15 minutos. SAI basados en volantes de inercia entre 250 KVA y unos pocos MVA, con autonomía de segundos. Especialmente válidos para problemas de huecos de tensión o interrupciones de unos pocos segundos. Combinación de SAI y grupos electrógenos para interrupciones largas. 65

67 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN PROTECCIONES Para evitar averías en tarjetas electrónicas, la solución pasa por la instalación de protectores de sobretensiones. PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES TRANSITORIAS Para evitar disparos intempestivos de diferenciales. la solución es la instalación de protecciones diferenciales inmunizadas. PROTECCIÓN DIFERENCIAL INMUNE A TRANSITORIOS 66

68 CONTENIDO 1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA A CLIENTES DE IBERDROLA 2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS a. Interrupciones del suministro b. Huecos de Tensión c. Sobretensiones transitorios 3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES 4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN 5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN 6. CASOS PRÁTICOS 1. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR AUTOMOCIÓN: ROBÓTICA 2. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA INYECCIÓN 3. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA EXTRUSIÓN 4. EFECTO DEL TRANSITORIO DE CONEXIÓN DE UNA BATERIA DE CONDENSADORES 67

69 6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA APLICACIONES DE LOS ROBOT 68

70 6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA ESTRUCTURA DE UN ROBOT Básicamente se distinguen 2 sistemas: Sistema de Potencia y de Control 69

71 6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA SISTEMA DE POTENCIA 70

72 6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA SISTEMA DE CONTROL Control del posicionamiento de un eje: Lazos de regulación Transistores IGBT Motor Brushless Encoder θ * Lazo posición θ ε θ C θ ω * Tarjeta de control d dt Lazo velocidad ε ω ω C ω Lazo par o corriente i * v * i ε i C i Inv V bus i M 1 J e1 Г Encoder θ 71

73 6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA SISTEMA DE CONTROL Estrategia de control para posicionar un eje 72

74 6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA SENSIBILIDAD DEL ROBOT - PROBLEMÁTICA Los huecos de tensión afectan al robot: Pérdida de la alimentación al circuito de control Actuación de la protección de mínima tensión en el circuito de potencia Pérdida de la referencia real del robot (Posicionamiento de ejes) Pérdida de comunicaciones con PLC y periféricos Fallo de soldadura o fallo de maniobra de herramienta 73

75 6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA PROPUESTA DE SOLUCIONES 74

76 6.2 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE INYECCIÓN DESCRIPCIÓN DEL ROCESO DE INYECCIÓN El moldeo por inyección consiste en fundir material plástico en unas condiciones adecuadas para ser introducido en un molde, donde una vez enfriado, pueden extraerse las piezas sin deformarse. 75

77 6.2 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE INYECCIÓN MÁQUINA DE INYECIÓN POR HUSILLO 76

78 6.2 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE INYECCIÓN SENSIBILIDAD DE LA INYECCIÓN - PROBLEMÁTICA Pérdida de la presión Hidráulica, por caída de la bomba. Caída de las válvulas del grupo hidráulico. Electroválvulas. Disparo del accionamiento del husillo pérdida plastificación Pérdida de la alimentación al control (PLC, relés de seguridad...) Pérdida del manipulador de extracción de piezas 77

79 6.2 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE INYECCIÓN SENSIBILIDAD DE LA INYECCIÓN - SOLUCIÓN Alimentación segura a los sistemas de control de máquina: 78

80 6.2 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE INYECCIÓN SENSIBILIDAD DE LA INYECCIÓN - SOLUCIÓN 79

81 6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN Y SOPLADO El proceso de fabricación de film por extrusión y soplado de material plástico 80

82 6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN Y SOPLADO 81

83 6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN SENSIBILIDAD - PROBLEMÁTICA Disparo del accionamiento del husillo de la extrusora. Pérdida de la presión del aire para la formación del globo, por el disparo de los accionamientos de las soplantes. Pérdida de la alimentación del control de proceso y de los accionamientos (PLC, relés de seguridad...) Rotura del film, y caída del globo por desincronización en el calandrado bobinado. 82

84 6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN SENSIBILIDAD - SOLUCIÓN o o Sistemas de Control de proceso: Dada la criticidad de todos los sistemas de control de proceso y de seguridad (PLC, relés de seguridad, tensión de control de 24 V DC, comunicaciones), se propone alimentar todos sistemas de control mediante un SAI. Accionamiento husillo de la extrusora y soplantes: El motor puede estar accionado por un sistema de arranque con contactores conexión estrella - triangulo o por un variador de frecuencia. Propuesta de solución: - Alimentar las bobinas de los contactores desde un SAI o - Habilitar en el convertidor la función Flying Start Accionamiento de la calandra y bobinadora: Es necesario mantener una sincronización entre todas las bobinas para evitar la rotura del film. Se propone: - Instalación de módulo de ampliación de capacidad de Bus DC - Alimentación del Control del accionamiento desde un SAI 83

85 6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN SENSIBILIDAD SOLUCIÓN SISTEMAS DE CONTROL Alimentación segura a los sistemas de control de máquina: 84

86 6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN SENSIBILIDAD SOLUCIÓN EXTRUSORA / SOPLANTES 85

87 6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN SENSIBILIDAD SOLUCIÓN CALANDRA / BOBINADORA 86

88 6.4 CASO PRÁCTICO: BATERÍA CONDENSADORES TRANSITORIO CONEXIÓN BATERÍA CONDENSADORES La conexión de la batería de condensadores en una subestación cercana, puede producir la parada de motores accionados por variadores de frecuencia (ventiladores, bombas, etc.) al actuar su protección de sobretensión. 87

89 6.4 CASO PRÁCTICO: BATERÍA CONDENSADORES TRANSITORIO CONEXIÓN BATERÍA CONDENSADORES La conexión de la BC produce una sobretensión transitoria de una duración de (5 milisegundos) que origina un incremento de la corriente en el condensador de filtrado. Este incremento de corriente carga el condensador y la tensión que aparece en el bus de continua, hace actuar a la protección 88

90 6.4 CASO PRÁCTICO: BATERÍA CONDENSADORES TRANSITORIO CONEXIÓN BATERÍA CONDENSADORES Solución: Limitar el incremento rápido de la corriente mediante la instalación de un filtro, constituido por una reactancia en serie en la entrada del convertidor de frecuencia. Se debe instalar una inductancia para cada convertidor de frecuencia, no es posible utilizar una inductancia para varias convertidores. La inductancia se selecciona de acuerdo a la potencia del motor conectado (no a la potencia del convertidor de frecuencia). 89

91 GRACIAS POR SU ATENCIÓN Contacto: Eduardo Azcona 90