Armónicos. Calidad del Servicio Eléctrico [Power Quality] Juan José Mora Flórez.

Transcripción

1 A Calidad del Servicio Eléctrico [Power Quality] Juan José Mora Flórez Girona, Marzo 6 de 2003

2 Contenido In C E A A C

3 In ENERGÍA ELÉCTRICA CALIDAD DE SERVICIO Confiabilidad Seguridad Calidad Calidad comercial Continuidad Calidad del producto (Forma de Onda) A

4 C E- CEM Es la aptitud de un dispositivo, aparato o sistema para funcionar en su entorno electromagnético de forma satisfactoria, sin producir perturbaciones es intolerables para cualquier otro dispositivo situado en el mismo entorno. Emisión A Dispositivo A Señal conducida A B Dispositivo B Entorno Electromagnético Susceptibilidad B

5 C E de un Sistema Nivel de perturbación Nivel de Susceptibilidad (mal funcionamiento) Margen de inmunidad Nivel de inmunidad (puede soportar) Nivel de CEM Nivel de emisión 0 El nivel de inmunidad de cada aparato debe ser tal que su entorno no lo perturbe, y su nivel de emisión debe ser lo suficientemente bajo como para no perturbar a los aparatos situados en su entorno electromagnético.

6 Tipos de Perturbaciones Baja Frecuencia (BF) Alta Frecuencia (AF) Rango de frecuencias 0<f<1MHz f>1mhz Forma de propagación Por conducción Por Radiación Medio de propagación Cables Aire Duración Transitoria y Permanente Transitoria y Permanente

7 Perturbaciones comunes en los sistemas de distribución Tensión Frecuencia Forma de onda Fases Variaciones, cortes, caídas, sobretensiones Variaciones A, transitorios Desequilibrios Potencia Cortocircuito, sobrecargas

8 Ejemplos de perturbaciones en tensión comunes en la red Fluctuación de tensión Caída de tensión Hueco de tensión Micro- Corte Sobretensión

9 A Los a son perturbaciones de baja frecuencia que se transmiten principalmente por conducción.

10 Cómo se evidencia la existencia de A? Se dice que una señal tiene perturbaciones armónicas si la forma de onda difiere de la señal senoidal en regimén permanente.

11 Por qué hoy en día hay que hacer estudios de los a? tensión ANTERIORMENTE TRFs Cargas especiales Anormalidades: Transitorios Cortocircuitos Descargas Sistema inmune

12 Con el advenimieto de Cargas Electrónicas: Mayor uso y de mayor potencia Convertidores Variadores de velocidad Rectificadores Computadores, etc umenta Presencia Sensibilidad Perturbaciones A las Perturbaciones

13 Cómo se representan las señales que tienen perturbaciones armónicas? + +

14 Series de Fourier () ( ) ( ) = = + + = sen cos t C t B a t f ω ω () = T dt t x T a 1 0 () ( ) = T dt t t x T B 0 cos 2 ω () ( ) = T dt t t x T C 0 sen 2 ω

15 2 2 C B D + = () ( ) = + + = cos t D a t f θ ω = B C tan 1 θ Series de Fourier

16 Dominios del Tiempo y de la Frecuencia (jω) Amplitud Frecuencia Amplitud Tiempo

17 Cómo se generan las perturbaciones armónicas? i(t) v(t) R v [V] Voltaje Tiempo i [A] Fuente de tensión senoidal y Carga lineal Corriente Tiempo

18 Cómo se generan las perturbaciones i(t) armónicas? v(t) R v [V] Voltaje Tiempo Fuente de tensión senoidal y Carga no-lineal Corriente i [A] Tiempo

19 Generación de a Carga lineal tensión no senoidal i(t) Carga no lineal i(t) v(t) R L v(t) R i(t) v(t) R Carga variante en el tiempo

20 Otras formas de generación: Generación de tensiones armónicas en una red eléctrica por propagación corrientes armónicas i N Z s is v B NO LINEAL vs i v B LINEAL i T (t) Z L v(t) Carga No Lineal Carga Lineal v (t)

21 Categorías de fuentes de generación armónicas Fuentes de pequeña potencia y comportamiento predecible Equipos domesticos y residenciales Fuente de gran potencia y comportamiento aleatorio Hornos de arco Fuente de gran potencia y comportamiento predecible Convertidores estáticos (HVdc, Hornos de fundición)

22 Fuentes de pequeña potencia Mayoritariamente monofásicos: TV s, PC s, convertidores. Individualmente no son significativos, pero su efecto combinado produce gran distorsión (a impares). Su comportamiento es predecible y de estado estacionario o cuasiestacionarío

23 Otros Ejemplos Current Time (ms) Single Phase Power Supply (DAT=80%) Current Current Current Time (ms) Time (ms) Time (ms) Semiconverter (DAT=alto) 6 Pulse Converter, capacitive smoothing, no series inductance (DAT=80%) 6 Pulse Converter, capacitive smoothing with series inductance > 3%, or dc drive (DAT=40%) Current 0.0 Current 0.0 Current Time (ms) Time (ms) Time (ms) 6 Pulse Converter with large inductor for current smoothing (DAT=28%) 12 Pulse Converter (DAT=15%) AC Voltage Regulator (DAT=varía con alfa)

24 Cómo afectan las perturbaciones armónicas? La gravedad de su aparición depende de la susceptibilidad de la carga o la fuente Elementos Menos Susceptibles: Generadores de Calor Elementos Más Susceptibles: Diseñados con entrada completamente Senoidal Elementos con Susceptibilidad Intermedia: Motores

25 Efectos de los a 1. Probabilidad de resonancias serie y paralelo 2. Saturación de Transformadores (dimensionamiento( dimensionamiento) 3. Reducción de la eficiencia del sistema 4. Envejecimiento y reducción de vida útil de equipos 5. Probabilidad de operación incorrecta de: a) Relés b) Controladores c) Contadores (pérdidas) 6. Incremento de pérdidas 7. Incremento de ruido e interferencia 8. Existencia de torques vibratorios y de frenado

26 Cómo se cuantifica el nivel de las perturbaciones armónicas? Distorsión Armónica

27 Distorsión Armónica DAT V = n 1 V V 1 n 2 2 DAT I = n 1 I 1 I n

28 Distorsión Armónica A a en fase D.A.T.A = D.A.T.B B A en contrafase

29 Otros índices Factor de cresta. FC = V V max RMS Factor de forma FF = Factor de desviación VRMS VAAV FD = δ max

30 C De quien depende? Tensión EMPRESAS DISTRIBUIDORAS

31 C De quien depende? Corriente USUARIOS

32 C Los a son distorsiones de la forma de onda de voltaje y de corriente, debidas a la presencia de señales senoidales de frecuencias múltiplo de la frecuencia fundamental.

33 C El grado en el que los equipos se afectan por los a y el grado de contaminación que produce cada equipo está enmarcado dentro de su c e.

34 gradecimientos GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN SISTEMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA Escuela de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Carrera 27, Calle 9. Ciudad Universitaria. A. A. 678 Conmutador: +(7) , Extensiones: Teléfonos: +(7) / Fax: +(7) BUCARAMANGA COLOMBIA

35 Preguntas?