Controladores de Potencia Calidad de Servicio Eléctrico

Transcripción

1 Calidad de Servicio Eléctrico Prof. Alexander Bueno M. 17 de septiembre de 2011 USB

2 Transitorios El término transitorio se ha utilizado en el análisis de las variaciones del sistema eléctrico de potencia para referirse a un evento no deseado de naturaleza momentánea y fortuita. Los transitorios pueden clasicarse en dos categorías: Impulsos Oscilaciones USB 1

3 Impulso Es una inyección momentánea de energía que ocasiona cambios en las tensiones y/o corrientes en el sistema de potencia, se caracteriza por ser unidireccional y presentar tiempos de acenso y descenso en el orden de los micro segundos. La causa más común de los transitorios tipos impulso son los rayos o relámpagos, estos se caracterizan por presentar tiempos de cresta de 1,2 µs y tiempos de cola de 50 µs. USB 2

4 Debido a las altas frecuencias involucradas, la forma de los transitorios impulsivos pueden cambiar rápidamente debido a los componentes del circuito y pueden tener características muy diferentes cuando se ve desde diferentes partes del sistema de potencia. Los transitorios impulsivos pueden excitar la frecuencia natural de oscilación del sistema de potencia produciendo oscilaciones. USB 3

5 Oscilaciones Son variaciones positivas y negativas entorno al valor de la tensión y/0 corriente de una frecuencia superior a la del sistema de potencia. Se pueden clasicar de acuerdo a su frecuencia, duración y magnitud en: Alta frecuencia: La oscilación presenta componentes de frecuencia superiores a los 500kHz con una duración típica de micro segundos. Media frecuencia: La oscilación presenta componentes de frecuencia entre 5 y 500kHz su duración esta en el orden de las decenas de micro segundos e incluso varios ciclos a frecuencia fundamental. Baja Frecuencia: La oscilación presenta componentes de frecuencia menores a5khz su duración esta en el orden de 0,3 a 50ms. USB 4

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7 Variaciones de Tensión de Corta Duración Esta clasicación abarca la categoría de la IEC de caídas de tensión e interrupciones breves. Las variaciones dependiendo su duración pueden clasicarse en: instantáneas o temporales. Las variaciones de tensión de corta duración son causadas principalmente por condiciones de falla, procesos de toma y bote de cargas de gran tamaño y conexiones sueltas en los alimentadores de un circuito. USB 6

8 Dependiendo el tipo de evento (falla, energización o bote de carga), su localización y condiciones de operación del sistema se pueden producir tres tipos de fenómenos en la red eléctrica: Caída temporal de la tensión (huecos o sag). Aumento temporal de la tensión (oleaje o swell). Pérdida completa de la tensión (interrupción). USB 7

9 Huecos o Sag Es una disminución de entre 0,1 y 0,9 en por unidad del valor efectivo de la tensión o corriente con una duración entre 0,5 ciclos y un minuto. Los huecos o sag de tensión son generalmente asociados a fallas en el sistema o a la energización de cargas de alto consumo o arranque de grandes motores. USB 8

10 Oleaje o Swell Se dene como un aumento entre 1,1 y 1,8 en por unidad del valor efectivo de la tensión o corriente con una duración entre 0,5 ciclos y un minuto. Son causados por los mismos fenómenos de los huecos pero su frecuencia de ocurrencia es menor. El término sobre tensión momentánea es utilizado por muchos autores para referirse a los swell. USB 9

11 Interrupción Se dene como una disminución menor al 0,1 en por unidad de la tensión o corriente del sistema por un tiempo no superior a un minuto. Las interrupciones pueden ser el resultado de fallas en equipos o sistemas de control en la red eléctrica. Las interrupciones se miden por su duración ya que la magnitud es siempre inferior al 10% de la nominal. Generalmente las interrupciones son precedidas por sag. USB 10

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13 Variaciones de Tensión de Larga Duración Las variaciones de larga duración abarcan aquellas desviaciones de los valores efectivos de tensión superiores a un minuto. La norma ANSI C establece los límites de tolerancia de tensión en estado estacionario en un sistema de 60 Hz. Las variaciones de larga duración se pueden clasicar en: Interrupción sostenida: Es la disminución superior al 90% del valor efectivo de la tensión con una duración superior a un minuto. Generalmente requiere la intervención de un operador para poder restablecer el servicio. Subtensiones: Es una disminución del valor efectivo de la tensión a menos del 90% del valor nominal con una duración mayor a un minuto. Sobretensiones: Es un aumento del valor efectivo de la tensión por encima del 110% del valor nominal con una duración mayor a un minuto. USB 12

14 Las sobretensiones y subtensiones, generalmente son causadas por variaciones repentinas de la carga en la red de potencia o por sistemas de conexión y desconexión de equipos o carga. USB 13

15 Desbalance de Tensión Los desbalances de tensión en un sistema trifásico se originan por la alimentación de cargas de alto consumo monofásicas conectadas entre fase y neutro o entre línea y línea. Estos desbalances de tensión pueden ocasionar componentes de secuencia negativa y cero que afectan a las máquinas de corriente alterna conectadas al punto común de acoplamiento. La circulación de corrientes de secuencia negativa causa incrementos en el calentamiento de los devanados del convertidor electromecánico. El desbalance de tensión se puede denir como: Máxima desviación entre la magnitud promedio de tensión, expresada en porcentaje de la magnitud promedio de tensiones de las fases. USB 14

16 V desb (%) = 100 V max V medio V medio (1) Magnitud de la tensión de secuencia negativa en porcentaje de la magnitud de tensiones de secuencia positiva. V desb (%) = Ṽ 2 Ṽ (2) Un método de medición y cálculo del desbalance de tensión debe combinar ambas deniciones en términos de magnitud y duración. USB 15

17 Parpadeo de Tensión El parpadeo o icker es una variación rápida de tensión debido a cambios bruscos de la demanda. Pueden ser percibido por el ojo humano y causar molestias. Evaluar el parpadeo en el punto común de acoplamiento es difícil y requiere un registro estadístico de estas uctuaciones de tensión. Estas variaciones rápidas ocasionan oscilaciones de la tensión entre un 0,9 y 1,1 en por unidad a baja frecuencia. USB 16

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19 Desbalance de corriente Los desequilibrios de corriente se pueden representar mediante el cociente de la componente de secuencia negativa y positiva. Las componentes de corriente de secuencia negativa producen calentamiento adicional sobre los devanados de los generadores conectados al (PCC), así como par en sentido contrario al de giro. Por diseño los generadores permiten un máximo de 10% de corriente de secuencia negativa total en relación a la componente de secuencia positiva. USB 18

20 La corriente de desbalance se expresa como: I desb (%) = Ĩ 2 Ĩ (3) USB 19

21 Distorsión en la Forma de Onda La distorsión en la forma de onda se dene como la desviación de esta con respecto a una onda sinusoidal. Esta desviación se evaluá principalmente por el contenido espectral de la onda. Las principales distorsiones en la forma de onda que se analizan son: Nivel DC: Es la presencia de un valor de corriente continua en la forma de onda. V 0 = 1 T T 0 v(t)dt Armónicos: Son componentes sinusoidales en la tensión y/o corriente con frecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental (50 o 60Hz). USB 20

22 Para la evaluación del impacto armónico sobre el sistema de potencia en el (PCC) la IEEE Std propone cuatro indicadores: 50 Distorsión armónica total de tensión:t HD = v 1 Distorsión armónica individual de tensión (IHD v ). n=2 Factor de distorsión total de demanda: T DD = Distorsión armónica individual de corriente (IHD i ). v 2 n 50 n=2 i max i 2 n USB 21

23 Interarmónicos: Son componentes sinusoidales en la tensión y/o corriente con frecuencias que son múltiplos no enteros de la frecuencia fundamental (50 o 60 Hz). La principal fuente de distorsión interarmónica son los convertidores estáticos de frecuencia y los dispositivos de formación de arcos. Ruido: Son distorsiones superpuestas a las ondas de tensión y/o corriente con un contenido espectral inferior a 200 khz. Ruidos en el sistema de potencia puede ser causados por los dispositivos electrónicos de potencia, equipos de arco eléctrico y fuentes de alimentación conmutadas. USB 22

24 Variaciones de frecuencia: Se denen como desviaciones de la frecuencia de alimentación de su valor nominal. Esta variación está estrechamente ligada con la variación en la velocidad de rotación de los generadores. USB 23

25 Mueca o line notching: Es una perturbación periódica en la tensión producto del funcionamiento de un convertidor de electrónica de potencia cuando la corriente es conmutada de una fase a otra del sistema de potencia. USB 24

26 Característica y Clasicación de los Fenómenos Electromagnéticos Categoría Contenido Espectral Duración Magnitud Nanosegundos > 5 ns < 50 ns Impulso Microsegundos > 1 µs 50 ns 1 ms Transitorio Milisegudos > 0,1 ms > 1 ms Baja frecuencia < 5kHz 0,3 50ms 0 4 pu Oscilatorio Media frecuencia khz 20 µs 0 8 pu Alta frecuencia 0,5 5MHz 5 µs 0 4 pu USB 25

27 Característica y Clasicación de los Fenómenos Electromagnéticos Categoría Contenido Espectral Duración Magnitud Instantáneas Sag 0,5 30ciclos 0,1 0,9 pu Swell 0,5 30ciclos 1,1 1,8 pu Variaciones Interrupciones 0,5 ciclos 3 s < 0,1 pu de corta Momentáneas Sag 30 ciclos 3 s 0,1 0,9 pu duración Swell 30ciclos 3s 1,1 1,8 pu Interrupciones 3s 1min < 0,1 pu Temporales Sag 3s 1min 0,1 0,9 pu Swell 3s 1min 1,1 1,2 pu Variaciones Interrupción sostenida > 1 min 0,0 pu de larga Subtensiones > 1 min 0,8 0,9 pu duración Sobretensiones > 1 min 1,1 1,2 pu USB 26

28 Característica y Clasicación de los Fenómenos Electromagnéticos Categoría Contenido Espectral Duración Magnitud Desbalance Estado Estacionario 0,5 2% Nivel DC Estado Estacionario 0 0,1% Distorsión Armónicas th Estado Estacionario 0 20% Tensión forma Interarmónicas 0 6 khz Estado Estacionario 0 2% de onda Notching Estado Estacionario Ruido Banda ancha Estado Estacionario 0 1% Fluctuaciones < 25 Hz Intermitentes 0,1 7% Variaciones de la frecuencia industrial < 10 s USB 27