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CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA
uCargas críticas
uCargas Sensibles
uFenómenos que afectan la calidad de la energía eléctrica
uEquipo para mejorar la calidad de la energía
uLaboratorio de Calidad de la Energía Eléctrica(I.T.E.S.M.)
Introducción a la Ingeniería Octubre 1998
AGENDA
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 informaciónen 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 disturbiosEl equipo electrónico es mas susceptible a los disturbios que el equipo electromecánico tradicional.
Cargas críticas y sensibles
Tabla 2 IEEE 1159. Categorías y características de fenómenos electromagnéticos en sistemas de potencia
CategoríaContenido Típico
EspectralDuración Típica
Magnitud Típica del
Voltaje1.0 Transitorios 1.1Impulsos 1.1.1 Nanosegundos 5 ns de elevación <50 ns 1.1.2 Microsegundos 1 µs de elevación 50 ns - 1 ms 1.1.3 Milisegundos 0.1 ms de elevación > 1 ms 1.2 Oscilatorios 1.2.1 Baja Frecuencia < 5kHz 0.3 - 50 ms 0 - 4 pu 1.2.2 Frecuencia Media 5 - 500 kHz 20 µs 0 - 8 pu 1.2.3 Alta Frecuencia 0.5 - 5MHz 5 µs 0 - 4 pu2.0 Variaciones de Corta duración 2.1 Instantáneas 2.1.1 Sag 0.5 - 30 ciclos 0.1 -0.9 pu 2.1.2 Swell 0.5 - 30 ciclos 1.1 - 1.8 pu 2.2 Momentáneas 2.2.1 Interrupción 0.5 ciclos - 3 seg < 0.1 pu 2.2.2 Sag 30 ciclos - 3 seg 0.1 -0.9 pu 2.2.3 Swell 30 ciclos - 3 seg 1.1 - 1.4 pu 2.3 Temporal 2.3.1 Interrupción 3 seg - 1 min < 0.1 pu 2.3.2 Sag 3 seg - 1 min 0.1 -0.9 pu 2.3.3 Swell 3 seg - 1 min 1.1 - 1.2 pu3.0 Variaciones de larga duración 3.1 Interrupción sostenida > 1 min 0.0 pu 3.2 Bajo voltaje > 1 min 0.8 -0.9 pu 3.3 Sobrevoltaje > 1 min 1.1 - 1.2 pu4.0 Desbalance en voltaje Estado Estable 0.5 - 2%5.0 Distorsión de Forma de Onda 5.1 Componente de directa Estado Estable 0 - 0.1% 5.2 Contenido armónico 0 -100th H Estado Estable 0 - 20% 5.3 Interarmónicas 0 - 6 kHz Estado Estable 0 - 2% 5.4 Muescas en el voltaje Estado Estable 5.5 Ruido Banda amplia Estado Estable 0 - 1%6.0 Fluctuaciones de Voltaje < 25 Hz Intermitente 0.1 - 7%7.0 Variaciones en la Frecuencia <10 seg
-180
-90
0
90
180
0 0.04 0.08 0.12
volta
je (
V)
1/2 ciclo a 3600 ciclos
Impulsos y Disminuciones momentáneas de voltaje
-250
0
250
-0.05 -0.025 0 0.025 0.05tiempo (s)
volta
je (
V)
0
50
100
150
200
250
300
350
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000tiempo en ciclos de 60 Hz
% d
e vo
ltaje
nom
inal (0.006,300)
(0.06,200)
(0.5,130)(120,106)
(0.5,0)
(1,30) (30,70)(120,87)
(6,58)
(a)
(b)
(d)
(c)
Perfil de duración permisible a variaciones de voltaje (CBEMA)
-180
-90
0
90
180
0 0 .008 0 .016
tiem p o (s)
volta
je (
V)
C a p t u r a : T H M 5 6 5 , C E T E C I T E S M M t y
"Notches"
Hendiduras (“Notches”) en el voltaje
-100
-50
0
50
100
0 90 180 270Grados Eléctricos
Co
rrie
nte
(A
mp
)
-200
-100
0
100
200
Vo
ltaj
e (V
olt
s)
Distorsión armónica
Equipo para mejorar la calidad de Energía Eléctrica
uFiltros de Armónicas (pasivos y activos)
uTransformadores de Aislamiento
uTransformadores Ferroresonantes
uFuentes ininterrumpibles(UPS)
uCompensadores estáticos
uInterruptor automático de estado sólido
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
Carga NoLineal
+
Vs(t)
-
i (t)
+
VL(t)
-
Voltaje de la Fuente Voltaje de la Carga(distorsionado)
Corriente de la carga
Distorsión de Voltaje Provocada por cargas no lineales
+ ∆V -
VL = Vs - ∆∆V
∆∆V= ∆∆V1 sen (ωωt+αα1) + ∆∆V3 sen(3ωωt + α α 3)+...+ ∆∆Vn sen(nωωt + α α n)
Voltaje en el bus de 480V (caso base)
0 10 20 30 40-600
-400
-200
0
200
400
600
Tiempo (mS)
Voltaje (V)
Z vs. w (caso base)
0 6 12 18 240.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
Frequencia (H pu)
Z(Ohms)
Condición Original (480V)
AC
Zeq= j ω Lsc
Lsc
Ih
V(t)
Circuito equivalente
scLZeq ω=
ω.vsZeq
Lsc: Inductancia correspondienteal nivel de corto circuito calculadoen el nodo donde se conectan los capacitores
Voltaje en el bus de 480V con banco de capacitores
0 10 20 30 40-600
-400
-200
0
200
400
600
Tiempo (mS)
Voltaje (V)
Abs:RMS:CF :FF :
Z vs. w (Banco de capacitores)
0 6 12 18 240.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Frequencia (H pu)
Z
Conectando banco de capacitores (480V)
Zeq
Lsc
C Ih
V(t)
RESONANCIA
Circuito equivalente
ω.vsZeq
CL
CLZeq
sc
sc
ωω /1
/
−=
MVAR
MVAschr =
hr
Voltaje en el bus de 480V (Instalando Filtros)
0 10 20 30 40-600
-400
-200
0
200
400
600
Tiempo (mS)
Voltaje (V)
Instalando filtros
0 6 12 18 240.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
Frequencia (H pu)
Z
Instalando filtros (480V)
V(t)
Zeq
Lsc
C
L f
Ih
Zeq vs ωω
Circuito equivalente
Voltaje en el bus de 480V (caso base)
0 10 20 30 40-600
-400
-200
0
200
400
600
Tiempo (mS)
Voltaje (V)
Voltaje en el bus de 480V con banco de capacitores
0 10 20 30 40-600
-400
-200
0
200
400
600
Tiempo (mS)
Voltaje (V)
Abs:RMS:CF :FF :
Voltaje en el bus de 480V (Instalando Filtros)
0 10 20 30 40-600
-400
-200
0
200
400
600
Tiempo (mS)
Voltaje (V)
480V
13.8 kV
CARGA NO LINEAL
480V
13.8 kV
CARGA NO LINEAL
Banco decapacitores
480V
13.8 kV
CARGA NO LINEAL
Filtro
Instalando filtros
0 6 12 18 240.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
Frequencia (H pu)
Z
Z vs. w (Banco de capacitores)
0 6 12 18 240.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Frequencia (H pu)
Z
Z vs. w (caso base)
0 6 12 18 240.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
Frequencia (H pu)
Z(Ohms)
Z vs ωω v(t)
Capacitores
Filtros
Sin correción
LABORATORIO DE CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICA(I.T.E.S.M.)
EQUIPO PARA MEDICION DE ENERGIAPOWER LOGIC (SQUARE-D)MEDIDORES ALPHA (ABB)OMNIPOTENCIHORIMETRO
EQUIPO PARA MEDICION DE FENOMENOS QUE AFECTANLA CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA OSCILOSCOPIOS DIGITALESPOWER LOGICREGISTRADORES DE EVENTOS
SOFTWARE PARA ANALISIS DE SISTEMAS ELECTRICOSSYSTEM MANAGERPOWER TOOLSETAPSUPERHARMATP
-180
-90
0
90
180
0 0.04 0.08 0.12
volta
je (
V)
1/2 ciclo a 3600 ciclos
-100
-50
0
50
100
0 90 180 270Grados Eléctricos
Co
rrie
nte
(A
mp
)
-200
-100
0
100
200
Vo
ltaj
e (V
olt
s)
-250
0
250
-0.05 -0.025 0 0.025 0.05tiempo (s)
volta
je (
V)
VoltajeCorrienteFundamentalQuinta
-200
-100
0
100
200
.000 .040 .080 .120
tiempo (s)
volta
je (
V)
1/2 ciclo a 3600 ciclos
Incrementos momentáneos de voltaje (“swells”)
-180
-90
0
90
180
0 0.04 0.08 0.12tiempo (s)
Vol
taje
(V
)
0
0.04
0.08
0.12
0 2 4 6 8
armónica
impe
danc
ia (
ohm
s)
hf
har
-100
-50
0
50
100
0 90 180 270Grados Eléctricos
Co
rrie
nte
(A
mp
)
-200
-100
0
100
200
Vo
ltaj
e (V
olt
s)
-250
0
250
-0.05 -0.025 0 0.025 0.05tiempo (s)
volta
je (
V)
0
25
50
75
100
0 5 10 15 20 25 30tiempo en ciclos de 60 Hz
% d
e vo
ltaje
nom
inal
CBEMA
ASD
Contactor
Límites de bajo voltaje para diferentes equipos
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