CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA AGENDA Cargas críticas Cargas Sensibles Fenómenos que afectan la calidad de la energía eléctrica Equipo para mejorar la calidad de la energía Laboratorio de Calidad de la Energía Eléctrica(I.T.E.S.M.) Introducción a la Ingeniería Octubre 1998
Cargas críticas y sensibles Carga crítica. Aquella que al dejar de funcionar o al funcionar inapropiadamente pone en peligro la seguridad del personal y/o ocasiona grandes perjuicios económicos Por ejemplo, un paro no programado en un molino de laminación es muy costoso, mientras que la pérdida de un centro de información en un banco o el mal funcionamiento de los sistemas de diagnóstico en un hospital pueden ser catastróficos. Carga sensible. Aquella que requiere de un suministro de alta calidad, esto es, libre de disturbios El equipo electrónico es mas susceptible a los disturbios que el equipo electromecánico tradicional.
Tabla 2 IEEE 1159. Categorías y características de fenómenos electromagnéticos en sistemas de potencia Categoría Magnitud Contenido Típico Duración Típica Típica del Espectral Voltaje 1. Transitorios 1.1Impulsos 1.1.1 Nanosegundos 5 ns de elevación <5 ns 1.1.2 Microsegundos 1 µs de elevación 5 ns - 1 ms 1.1.3 Milisegundos.1 ms de elevación > 1 ms 1.2 Oscilatorios 1.2.1 Baja Frecuencia < 5kHz.3-5 ms - 4 pu 1.2.2 Frecuencia Media 5-5 khz 2 µs - 8 pu 1.2.3 Alta Frecuencia.5-5MHz 5 µs - 4 pu 2. Variaciones de Corta duración 2.1 Instantáneas 2.1.1 Sag.5-3 ciclos.1 -.9 pu 2.1.2 Swell.5-3 ciclos 1.1-1.8 pu 2.2 Momentáneas 2.2.1 Interrupción.5 ciclos - 3 seg <.1 pu 2.2.2 Sag 3 ciclos - 3 seg.1 -.9 pu 2.2.3 Swell 3 ciclos - 3 seg 1.1-1.4 pu 2.3 Temporal 2.3.1 Interrupción 3 seg - 1 min <.1 pu 2.3.2 Sag 3 seg - 1 min.1 -.9 pu 2.3.3 Swell 3 seg - 1 min 1.1-1.2 pu 3. Variaciones de larga duración 3.1 Interrupción sostenida > 1 min. pu 3.2 Bajo voltaje > 1 min.8 -.9 pu 3.3 Sobrevoltaje > 1 min 1.1-1.2 pu 4. Desbalance en voltaje Estado Estable.5-2% 5. Distorsión de Forma de Onda 5.1 Componente de directa Estado Estable -.1% 5.2 Contenido armónico -1th H Estado Estable - 2% 5.3 Interarmónicas - 6 khz Estado Estable - 2% 5.4 Muescas en el voltaje Estado Estable 5.5 Ruido Banda amplia Estado Estable - 1% 6. Fluctuaciones de Voltaje < 25 Hz Intermitente.1-7% 7. Variaciones en la Frecuencia <1 seg
Impulsos y Disminuciones momentáneas de voltaje voltaje (V) 25-25 -.5 -.25.25.5 tiempo (s) 18 1/2 ciclo a 36 ciclos voltaje (V) 9-9 -18.4.8.12
Perfil de duración permisible a variaciones de voltaje (CBEMA) % de voltaje nominal 35 3 25 2 15 1 5 (b) (a) (.6,3) (.6,2) (.5,) (.5,13) (6,58) (1,3) (3,7) (12,16) (12,87).1.1.1 1 1 1 1 tiempo en ciclos de 6 Hz (c) (d)
Hendiduras ( Notches ) en el voltaje Captura: THM565, CETEC ITESM Mty 18 "Notches" voltaje (V) 9-9 -18.8.16 tiempo (s)
Distorsión armónica 1 2 Corriente (Amp) 5-5 1-1 Voltaje (Volts) -1 9 18 27 Grados Eléctricos -2
Equipo para mejorar la calidad de Energía Eléctrica Filtros de Armónicas (pasivos y activos) Transformadores de Aislamiento Transformadores Ferroresonantes Fuentes ininterrumpibles(ups) Compensadores estáticos Interruptor automático de estado sólido
EQUIPO UTILIZADO PARA MEJORAR LA CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA
LABORATORIO DE CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICA (I.T.E.S.M.) DESARROLLOS SISTEMA DE MONITOREO DE ENERGIA EN TIEMPO REAL (INTERNET) MODELO A ESCALA DE UNA PLANTA INDUSTRIAL (RESONANCIA) GENERADOR DE DISMINUCIONES MOMENTANEAS DE VOLTAJE DISEÑO DE FILTROS DE ARMONICAS BANCO AUTOMATICO DE CAPACITORES SISTEMA DE CONTROL DE DEMANDA DESARROLLO DE SOFTWARE PARA ANALISIS DE ARMONICAS
Impulsos 25 voltaje (V) -25 -.5 -.25.25.5 tiempo (s)
Voltaje con ruido Captura: TekScope THS71.
Distorsión de Voltaje Provocada por cargas no lineales Corriente de la carga i (t) + Vs(t) + V - Carga No Lineal + V L (t) - - VL = Vs - V Voltaje de la Fuente Voltaje de la Carga (distorsionado) V= V1 sen (ωt+α1) + V3 sen(3ωt + α 3)+...+ Vn sen(nωt + α n)
Condición Original (48V) Zeq vs.ω Circuito equivalente Lsc.3.25.2 Z vs. w (caso base).15 Zeq= j ω Lsc Z(Ohms).1 I h AC. 6 12 18 24.5 Frequencia (H pu) V(t) Zeq = ω L sc 6 4 Voltaje en el bus de 48V (caso base) 2 Lsc: Inductancia correspondiente al nivel de corto circuito calculado en el nodo donde se conectan los capacitores Voltaje (V) -2-4 -6 1 2 3 4 Tiempo (ms)
Conectando banco de capacitores (48V) RESONANCIA.6 Zeq vs.ω Z vs. w (Banco de capacitores) Circuito equivalente.5.4 Lsc Z.3 Zeq.2 C I h.1. 6 12 18 24 hr Frequencia (H pu) Zeq = Lsc / C ω L 1/ωC sc 6 4 2 Voltaje en el bus de 48V con banco de capacitores V(t) Abs: RMS: CF : FF : h r = MVAsc MVAR Voltaje (V) -2-4 -6 1 2 3 4 Tiempo (ms)
Instalando filtros (48V).35 Instalando filtros Zeq vs ω.3.25 Lsc Z.2.15 L f Zeq.1.5 C I h. 6 12 18 24 Frequencia (H pu) 6 4 Voltaje en el bus de 48V (Instalando Filtros) V(t) Circuito equivalente 2 Voltaje (V) -2-4 -6 1 2 3 4 Tiempo (ms)
13.8 kv Sin correción.3 Z vs ω Z vs. w (caso base) 6 v(t) Voltaje en el bus de 48V (caso base).25 4 48V.2 2.15 Z(Ohms).1.5 Voltaje (V) -2-4 CARGA NO LINEAL. 6 12 18 24 Frequencia (H pu) -6 1 2 3 4 Tiempo (ms) 13.8 kv Capacitores.6 Z vs. w (Banco de capacitores) Abs: Voltaje en el bus de 48V con banco de capacitores RMS: 6 CF : FF :.5 4 48V Z.4 2.3.2.1 Voltaje (V) -2-4 CARGA NO LINEAL Banco de capacitores. 6 12 18 24 Frequencia (H pu) -6 1 2 3 4 Tiempo (ms) 13.8 kv Filtros.35 Instalando filtros 6 Voltaje en el bus de 48V (Instalando Filtros) 4.3 48V.25 2.2 CARGA NO LINEAL Z.15.1.5 Voltaje (V) -2-4 Filtro. 6 12 18 24 Frequencia (H pu) -6 1 2 3 4 Tiempo (ms)
LABORATORIO DE CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICA (I.T.E.S.M.) EQUIPO PARA MEDICION DE ENERGIA POWER LOGIC (SQUARE-D) MEDIDORES ALPHA (ABB) OMNIPOTENCIHORIMETRO EQUIPO PARA MEDICION DE FENOMENOS QUE AFECTAN LA CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA OSCILOSCOPIOS DIGITALES POWER LOGIC REGISTRADORES DE EVENTOS SOFTWARE PARA ANALISIS DE SISTEMAS ELECTRICOS SYSTEM MANAGER POWER TOOLS ETAP SUPERHARM ATP
1 2 voltaje (V) 18 9-9 1/2 ciclo a 36 ciclos Corriente (Amp) 5-5 1-1 Voltaje (Volts) -18.4.8.12-1 9 18 27 Grados Eléctricos -2 25 voltaje (V) -25 -.5 -.25.25.5 tiempo (s) Voltaje Corriente Fundamental Quinta
Incrementos momentáneos de voltaje ( swells ) 2 1/2 ciclo a 36 ciclos 1 voltaje (V) -1-2..4.8.12 tiempo (s)
har 1 2.12 impedancia (ohms).8.4 2 4 6 8 hf armónica Corriente (Amp) 5-5 -1 9 18 27 Grados Eléctricos 1-1 -2 Voltaje (Volts) voltaje (V) 25 Voltaje (V) 18 9-9 -25 -.5 -.25.25.5 tiempo (s) -18.4.8.12 tiempo (s)
Límites de bajo voltaje para diferentes equipos 1 % de voltaje nominal 75 5 25 ASD Contactor CBEMA 5 1 15 2 25 3 tiempo en ciclos de 6 Hz
Ruido de modo común y de modo diferencial fase a fase a neutro + vag ITESM neutro + van - ITESM + tierra - vng - tierra voltaje (V) 18 vag 9-9 vng -18..83 tiempo (s) voltaje (V) 2 1-1 -2 van.4167.8333 tiempo (s).125