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Centro de investigación en materiales avanzados, S.C.
TITULO DE TESIS
MONITOREO DE CONDICIÓN, UNA ALTERNATIVA
PARA EL USO EFICIENTE DE LA
ENERGÍA ELÉCTRICA
TESIS QUE COMO REQUISITO PARA OBTENER EL
GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN ENERGÍAS
RENOVABLES PRESENTA
EL ALUMNO
José Trinidad Rolón Salazar
DIRECTOR DE TESIS
Dr. Pedro Sánchez Santiago
Tijuana Baja California Abril 2012
2
Agradecimiento
Gracias a la Universidad Tecnológica de Tijuana por la oportunidad brindada. Gracias al CIMAV y sus maestros por el conocimiento adquirido. Gracias a dios y mi familia por su gran ayuda.
3
Resumen
El presente proyecto tuvo como finalidad solucionar el excesivo consumo de energía
reactiva, debido a la subutilización del sistema de transformadores de la universidad.
En los objetivos planteados se vislumbró realizar un monitoreo de transformadores para
verificar la energía real entregada de acuerdo con las demandas eléctricas y realizar un
análisis para la redistribución de la electricidad.
El procedimiento que se utilizó fue realizar un monitoreo en tiempo real con equipo
analizador de energía en cada uno de los transformadores, con la información obtenida
se realizó un diagnostico en donde se plantearon las soluciones para la mejora y
eficiencia del sistema de transformación.
Se logró con la propuesta aumentar la eficiencia del sistema de un 7.5% hasta un 19.02
%, una vez realizadas cada una de las mejoras para la operación eficiente del sistema
eléctrico.
Abstract
This project aimed to solve the excessive reactive power consumption due to the
underutilization of the system transformers college.
In the proposed objectives were envisioned to monitor for transformers to verify actual
energy delivered in accordance with the electrical requirements and analysis for the
redistribution of power.
The procedure used was to conduct a real time monitoring energy analyzer equipment
in each of the transformers, with the information obtained, we performed a diagnosis
where solutions were proposed for the improvement and efficiency of transformation.
Was achieved with the proposed increase system efficiency by 7.5% to 19.02%, after
completing each of the improvements to the efficient operation of the electricity system.
4
Índice Agradecimiento ........................................................................................................................ 2
Resumen ................................................................................................................................... 3
Capítulo I. Introducción ........................................................................................................... 6
1.2 Hipótesis ............................................................................................................................. 13
1.3 Objetivo Principal ............................................................................................................... 13
1.4 Objetivos particulares ....................................................................................................... 14
1.5 Términos y definiciones. ................................................................................................... 14
Capítulo II. Método .................................................................................................................19
2.1 Diagnóstico energético. .................................................................................................... 19
2.2 Tarifas Eléctricas. .............................................................................................................. 21
2.3 Descripción del equipo de análisis de redes 3945 AEMC. .......................................... 28
2.3.1 Empezar DataView Profesional: ................................................................................ 28
2.4 Monitoreo en tiempo real de motor monofásico con 3945 AEMC. .............................. 34
2.5 Monitoreo de 6 transformadores de la UTT. ................................................................... 36
2.5.1 Transformador Principal 500 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz. .................................... 36
2.5.2 Transformador 500 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Docencia III. ............................ 53
2.5.3 Transformador 225 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Rectoria. .................................. 74
2.5.4 Transformador 300 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Procesos. ................................ 92
2.5.5 Transformador 500 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Docencia II. ........................... 112
2.5.6 Transformador 500 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Biblioteca. ............................. 137
Capítulo III. Resultados y discusión .................................................................................... 143
3.1 Resultados del monitoreo de energía en la UTT. ......................................................... 143
3.2 Resultados del monitoreo de energía en la UTT comparando con monitoreo de
2007. ......................................................................................................................................... 145
3.2.1 Monitoreo de transformadores existentes en 2007. ............................................. 145
5
Capítulo IV. Conclusiones .................................................................................................... 147
4.1 Conclusiones de acuerdo a los resultados obtenidos con la metodología
implementada. ........................................................................................................................ 147
4.2 Recomendaciones y futuros trabajos. .......................................................................... 148
Bibliografía ............................................................................................................................ 149
Anexos ................................................................................................................................... 150
6
Capítulo I. Introducción
1.1 Actualmente, la Universidad Tecnológica de Tijuana (UTT) tiene un alto
consumo de energía eléctrica, el cual se incrementa sustancialmente durante
los meses de verano. Esto se debe principalmente al uso de sistemas de aire
acondicionado no solo en oficinas administrativas, sino también en aulas de
clases, además del sistema de iluminación de los edificios y del equipo utilizado
en los laboratorios pesados y de cómputo, entre otros factores.
Figura 1.1 Vista panorámica de la Universidad Tecnológica de Tijuana.
El costo para este abastecimiento energético oscila entre los $100,000 a $200,000
pesos mensuales. Se vuelve necesario encontrar alternativas que ayuden a reducir el
consumo energético y con ello, el gasto que esto genera.
7
El propósito del desarrollo de este proyecto es contribuir a minimizar el costo por
consumo de energía eléctrica en la UTT, para lo cual se realizará primero un
diagnóstico energético que permita detectar las áreas de oportunidad. Posteriormente,
mediante la implementación de un sistema de reducción de energía reactiva amortizar
el costo por concepto de multas en el recibo de energía eléctrica mensual.
El uso eficiente de energía no solo ayuda a disminuir el costo de la energía que
utilizamos, ayuda a aprovechar mejor la energía en nuestras actividades laborales y de
recreación. También tiene como finalidad el preservar el planeta, evitando el uso
excesivo de los recursos naturales. (Juan Manuel Olivares, 2010)
Esta cultura de preservar la energía y nuestro planeta se ha estado promoviendo en las
compañías industriales y los gobiernos de los países, tanto que se han generado
nuevas leyes para el uso y disposición de la energía, abarcando todos los ramos de la
industria y de las fuentes energéticas.
Las empresas que se han comprometido a preservar la energía, han generado una
variedad de procedimientos y lineamientos de diseño que ayuden a dar mejor uso del
consumo de la misma.
La Universidad Tecnológica de Tijuana, como se le denomina al segmento que se
dedica a la educación tecnológica de calidad a nivel superior, también se une a este
esfuerzo, por medio del ahorro de energía eléctrica a través del desarrollo de
programas e implementación de tecnologías que disminuyan el consumo de energía en
los sistemas eléctricos.
8
Figura 1.2 Importe de facturación por energía eléctrica consumida.
En un sistema eléctrico tradicionalmente se espera que la forma de onda de la tensión
suministrada por la Comisión Federal de Electricidad sea sinusoidal y sobre esta base,
se fabrican y se diseñan la mayor parte de los equipos para las cargas eléctricas. Así
se pueden citar equipos de computo, de instrumentación, motores eléctricos,
transformadores, etc., que han sido diseñados para trabajar correctamente alimentados
por una forma de onda sinusoidal pura.
A fechas actuales se incluyen cargas en los sistemas eléctricos con elementos no
lineales, como son los equipos electrónicos, aparatos de automatización, luminarias
con balastras electrónicas, siendo estos la carga principal en la red eléctrica, y eso ha
incrementado la presencia de formas de onda no sinusoidales en el suministro de la
energía eléctrica.
La presencia de corrientes y tensiones armónicas en un sistema eléctrico crea
problemas tales como, pérdida de potencia activa (kW), sobretensiones en los bancos
de capacitores, errores de medición, mal funcionamiento de las protecciones, daños en
los aislamientos, deterioro en los dieléctricos de los motores y transformadores,
disminución de la vida útil de los equipos, entre otros. (Lazar, 1992)
9
Resulta difícil imaginar nuestra vida cotidiana sin disponer de energía, pero es
necesario hacer caminar nuestro patrón de consumo de energía hacia la sostenibilidad.
En la actualidad se ha generado una preocupación y temor por los elevados costos
sociales y medioambientales asociados al uso de la energía convencional, los
combustibles fósiles y la energía nuclear. Las emanaciones de las centrales
energéticas, tanto de carbón, de petróleo como de incineración de basuras, las
calefacciones y los vehículos de combustión, etc., son los responsables directos de la
destrucción de los extensos ecosistemas, de daños en los bosques y en el acuífero de
los continentes, enfermedades y dolencias en poblaciones humanas, reducción de la
productividad agrícola, la corrosión en puentes, edificios y monumentos, etc. Los
efectos indirectos también son importantes: tributo de vidas humanas en explosiones
de gas, accidentes en sondeos petrolíferos y en minas de carbón, contaminación por
derrames de combustible y vertidos químicos, etc. La energía nuclear, que había sido
presentada como la solución ideal al problema de la contaminación, la lluvia ácida y el
efecto invernadero, se ha planteado por sí misma, como un problema de tal
envergadura que ha obligado a muchos países a apartarla de sus planes energéticos
para el futuro, no solo por la producción de residuos radiactivos, los problemas de
desmantelamiento de instalaciones, el riesgo de accidentes de imprevisibles
consecuencias y la proliferación de armas nucleares, sino por el elevado coste de
construcción y mantenimiento de las instalaciones.
En las redes eléctricas de corriente alterna, pueden distinguirse dos tipos
fundamentales de cargas: cargas resistivas y cargas reactivas. Las cargas resistivas
toman corrientes que se encuentran en fase con el voltaje aplicado a las mismas.
Debido a esta circunstancia, la energía eléctrica que consumen se transforma
íntegramente en trabajo mecánico, en calor o en cualquier otra forma de energía no
retornable directamente a la red eléctrica. Este tipo de corrientes se conocen como
corrientes activas. (Dugan, 2005)
10
Figura 1.3 Comportamiento del factor de potencia en la UTT.
Las cargas reactivas ideales toman corrientes que se encuentran desfasadas 90° con
respecto al voltaje aplicado y por consiguiente, la energía eléctrica que llega a las
mismas no se consume en ellas, sino que se almacena en forma de un campo eléctrico
o magnético, durante un corto período de tiempo (un cuarto de ciclo) y se devuelve a la
red en un tiempo idéntico al que tardó en almacenarse. Este proceso se repite
periódicamente, siguiendo las oscilaciones del voltaje aplicado a la carga. Las
corrientes de este tipo se conocen como corrientes reactivas y en ocasiones es
comparable en magnitud a la corriente activa. Esta corriente reactiva, si bien es
indispensable, principalmente para energizar los circuitos magnéticos de
transformadores, motores, hornos de inducción, etc., representa una carga adicional de
corriente para el cableado de las instalaciones industriales, los transformadores de
potencia, las líneas eléctricas e incluso los generadores. (Grigsby, 2006)
11
Al coseno del ángulo que forma la corriente activa con la corriente total resultante
(corriente aparente) se le llama factor de potencia, debido a que representa la relación
existente entre la potencia real consumida o potencia activa y la potencia aparente que
llega a la planta y es un indicativo de la eficiencia con que se está utilizando la energía
eléctrica para producir un trabajo útil.
Figura 1.4 Consumo de energía eléctrica [kW-hr]
El origen del bajo factor de potencia son las cargas de naturaleza inductiva, entre las
que destacan los motores de inducción. Un bajo factor de potencia origina riesgos de
incurrir en pérdidas excesivas, sobrecargas en los equipos, en las líneas de transmisión
y en las líneas de distribución; lo que implica la necesidad de cables de energía de
mayor calibre y por consiguiente más caros. Existe además otro factor económico muy
importante que es la penalidad que debe pagarse a la compañía suministradora por
causa del bajo factor de potencia. Los problemas por bajo factor de potencia son:
- Aumentan las pérdidas por efecto Joule (I² R) que se manifiestan por la liberación de
12
calor en los componentes del sistema eléctrico (cables, bobinado de transformadores,
etc,..).
-Caídas de voltaje
- Saturación de transformadores (depreciación acelerada).
Figura 1.5 Corriente nominal contra factor de potencia
Una forma sencilla y económica de resolver estos inconvenientes y de obtener un
ahorro considerable, en la mayoría de los casos, es el instalar capacitores de potencia,
ya sea en alta o baja tensión. Reiterando la necesidad de poner especial atención que
no se tengan problemas de corrientes armónicas, ya que podrían presentarse
problemas de resonancia que pueden dañar algunos equipos o incluso a los
capacitores. (Harper, 2006)
13
Figura 1.6 Perfil de demandas en kW
1.2 Hipótesis
La implementación de la metodología para el análisis del sistema eléctrico y verificar la
tendencia del factor de potencia y la cargabilidad de los sistemas de transformación
para la verificación de la eficiencia total del sistema.
1.3 Objetivo Principal
Diseñar la metodología de diagnóstico del sistema eléctrico de la Universidad
Tecnológica de Tijuana para trabajar en el monitoreo del factor de potencia, y el
estado de la cargabilidad de las subestaciones eléctricas.
14
1.4 Objetivos particulares
a) Realizar el análisis de las tendencias del factor de potencia por medio de equipo de
monitoreo en tiempo real.
b) Analizar el factor de utilización para la disminución adicional de potencia reactiva y
balancear la cargabilidad de los sistemas de transformación.
c) Realizar la comparativa de la información realizada durante el monitoreo en 2007
con la actual para verificar tendencias de cargas eléctricas.
1.5 Términos y definiciones.
Carga lineal (linear load). Carga eléctrica que al operar en estado estacionario (steady
state) presenta esencialmente impedancia constante a la fuente de potencia a través
del ciclo de voltaje aplicado. Una carga puramente lineal tiene sólo la componente
fundamental de la corriente (sinusoide pura a frecuencia de potencia).
Carga no lineal (nonlinear load). Carga eléctrica que extrae corriente de forma
discontinua o cuya impedancia varía durante cada ciclo de la forma de onda de voltaje
de entrada de CA.
Inductancia (inductance). Es la relación entre las líneas de flujo magnético
encadenando un circuito y la corriente que produce el flujo. La unidad de inductancia es
el Henry (H). La inductancia propia de un circuito es importante para determinar las
15
características de impulsos transitorios de voltaje y de muescas en formas de onda. En
estudios de calidad de la potencia es importante también la inductancia mutua ya que
se relaciona con la manera en que la corriente en un circuito puede inducir ruido o
disturbios en un circuito adyacente.
Capacitancia (capacitance). Propiedad de un elemento de circuito caracterizado por
un medio aislante contenido entre dos partes conductoras. Su unidad es el Farad (F).
La capacitancia es uno de los medios por los que la energía o el ruido eléctrico pueden
acoplarse de un circuito eléctrico a otro. La capacitancia entre dos partes conductoras
puede hacerse muy pequeña pero no se puede eliminar.
Factor de potencia (power factor). Razón de la potencia activa (W) a la potencia
aparente (VA).
Factor de potencia de desplazamiento (displacement power factor). Razón entre la
potencia activa (W) de la componente fundamental y la potencia aparente (VA) de la
componente fundamental. Para una sinusoide pura sólo existe la componente
fundamental, el factor de potencia es, por lo tanto, el coseno del ángulo de
desplazamiento entre las formas de onda de voltaje y corriente. (Dugan, 2005)
Fig. 1.7 Factor de potencia de desplazamiento (Fuente propia)
16
Factor de potencia total o factor de potencia verdadero (true power factor). Razón
de la potencia activa total (W) a la potencia aparente total (VA) de la onda compuesta,
incluyendo todas las componentes armónicas. Debido a las componentes armónicas, el
factor de potencia total es menor que el factor de potencia de desplazamiento
(componente fundamental), ya que la presencia de armónicas tiende a incrementar el
desplazamiento entre las formas de onda compuestas de voltaje y corriente.
Corriente de energización (Inrush current). Corriente grande que una carga (por
ejemplo un transformador) extrae cuando es energizada.
Voltaje de alimentación (supply voltage). Valor RMS del voltaje en un tiempo dado
en las terminales de alimentación, medido a través de un intervalo de tiempo dado.
(Grady, 2006)
Voltaje de alimentación declarado (Declared supply voltage). Es normalmente el
voltaje nominal del sistema. Si por acuerdo entre el suministrador y el cliente se aplica
a las terminales de alimentación un voltaje diferente al voltaje nominal, entonces este
voltaje es el voltaje de alimentación declarado.
Voltaje nominal de un sistema (nominal voltage). Voltaje para el cual un sistema es
diseñado o identificado y al cual se refieren ciertas características de operación.
Calidad de la potencia eléctrica.
No todos los especialistas usan el término calidad de la potencia para describir las
interacciones entre el sistema de suministro y la carga. Diversas fuentes usan el
término calidad de la potencia o calidad de la energía con diversos significados, otras
fuentes usan una terminología diferente aunque similar como calidad del suministro
17
(quality of supply), calidad del consumo (quality of consumption), calidad del voltaje
(voltage quality), calidad de la corriente (current quality). Lo que tienen en común estos
términos es que tratan la interacción entre la compañía suministradora y el consumidor,
o en términos técnicos, entre el sistema de potencia y la carga. El tratamiento de esta
interacción en sí misma no es nueva, ya que el fin del sistema de potencia ha sido
siempre el suministrar energía eléctrica a los consumidores (cargas) dentro de los
parámetros establecidos, lo que es relativamente nuevo es el énfasis puesto en esta
interacción y el tratamiento de ésta como una área separada de la ingeniería de
potencia. (Dugan, 2005)
En un sistema eléctrico, si el factor de potencia es 0.8, el 80% de la potencia aparente
se transforma en trabajo. La potencia aparente es la que un transformador que
alimenta una industria, un centro comercial o un conjunto de viviendas debe llevar para
que la industria, el centro comercial o las viviendas funcionen. La potencia activa es la
porción de la potencia aparente que lleva a cabo trabajo y alimenta las pérdidas en el
equipo eléctrico que están asociadas con la realización del trabajo. La potencia reactiva
es la parte de la potencia aparente que establece un campo magnético en los motores
para que se produzca un par, también es la potencia que establece un campo
magnético en el núcleo de un transformador permitiendo la transferencia de potencia
entre los devanados primario y secundario. Mayores factores de potencia llevan a un
mejor uso de la corriente eléctrica en una instalación, pero, ¿es posible tener un factor
de potencia del 100%? En teoría sí, pero en la práctica no se puede sin la ayuda de un
dispositivo de corrección del factor de potencia. La razón del porqué se puede
aproximar a un factor de potencia del 100% pero no se puede alcanzar, es porque
todos los circuitos eléctricos tienen inductancia y capacitancia y éstos introducen
requerimientos de potencia reactiva. La potencia reactiva es la que evita que se pueda
tener un factor de potencia del 100%.
Con relación a las unidades de potencia se lee en la página iv del estándar IEEE 1459-
2000: Para evitar confusión, se decidió no adicionar nuevas unidades. El uso de los
18
watts (W) para potencias instantánea y activa, volt-amperes (VA) para potencias
aparentes y varistor (var) para todas las potencias no activas, mantienen la separación
distintiva para estos tres tipos mayores de potencias.
Definición del Estándar IEEE 1459-2000, para medición de potencia monofásica.
Después de 10 años de deliberaciones, en el año 2000 el estándar IEEE 1459-2000
(en periodo de prueba) fue aprobado. Dos años después, en el año 2002 el documento
fue elevado a la categoría de estándar en uso pleno. El objetivo del estándar es
proporcionar guía con relación a:
• Qué cantidades deberían ser medidas para permitir una medición con propósitos de
cobro justo.
• Qué cantidades permiten la identificación de los mayores contaminantes armónicos.
• La facilitación de los estudios en ingeniería de calidad de la potencia.
En el estándar IEEE 1459-2000 se proporcionan definiciones para la medición de
cantidades de potencia eléctrica bajo condiciones sinusoidales, no sinusoidales,
balanceadas y desbalanceadas. Este estándar lista las expresiones matemáticas que
se han usado en el pasado así como nuevas expresiones y explica las características
de las nuevas definiciones. (Cortes, 2009)
19
Capítulo II. Método
2.1 Diagnóstico energético.
Los diagnósticos energéticos tienen gran importancia en la identificación global o
particular de las áreas de oportunidad que permitan reducir la facturación energética y
más que todo reducir los efectos ambientales debido al abuso de la utilización de la
energía eléctrica en los sistemas de electricidad, lo cual origina que se requiera de un
mayor número de plantas generadoras. En esencia, estos estudios indicarán las tres
partes primordiales en la reducción del empleo de la energía como son: Donde, Cómo y
Cuanta energía se debe utilizar.
A través de los diagnósticos, se identifican los puntos del proyecto, diagrama de
proceso de mayor uso de energía haciendo resaltar aquellos donde ésta se
desperdicia, aquellos donde es posible generar algún ahorro en los equipos y partes de
proceso dónde se podrá facilitar la administración de la demanda eléctrica y su
consumo. Brinda además el apoyo que requiere cualquier proceso para su aplicación y
conducido a un buen término, en condiciones óptimas. (Juan Manuel Olivares, 2010)
20
Fig. 2.1 Secuencia de Diagnóstico energético. (Fuente propia).
El diagnóstico energético tiene por objetos específicos:
- Identificar el consumo de energía eléctrica.
- Establecer el nivel de eficiencia de su utilización en términos de índices
energéticos.
- Proponer las medidas de uso eficiente de la energía: determinar los
beneficios energéticos, económicos, ambientales, así como establecer la
inversión requerida para su aplicación.
21
2.2 Tarifas Eléctricas.
La venta de energía eléctrica se regirá por las tarifas fijadas por la Secretaria de
Hacienda y Crédito Público, con la participación de las Secretaría de Energía, y a
propuesta de la Comisión Federal de Electricidad, así mismo su ajuste o
reestructuración, de manera que tienda a cubrir las necesidades financieras y las de
ampliación del servicio público, propiciando a la vez el consumo racional de energía.
Cuando un suministro reúna las características de aplicación de dos o más tarifas, el
usuario podrá contratar los servicios en la tarifa de uso general que mejor convenga a
sus intereses. (Juan Manuel Olivares, 2010) Con el propósito de que el usuario pueda
definir que tarifa quiere o puede contratar, éstas deberán especificar los siguientes
conceptos:
- Tipo de suministro al cual son aplicables.
- Tensión de suministro, alta, media o baja.
- Horario de aplicación de la tarifa, cuando no sea de veinticuatro horas.
- Cargos por demanda o por consumo, así como el cargo mínimo mensual.
- Cargos por demanda contratada inicial.
- Cuantía del depósito de garantía.
- Lugares donde regirá la tarifa.
- Fecha de inicio de su vigencia.
22
Fig. 2.2 Tarifas eléctricas de acuerdo a la tensión de suministro de electricidad. Fuente: Propia.
En cuanto a la tensión de suministro se considera que:
a) Baja tensión: es el servicio que se suministra en niveles de tensión menores o
iguales a un kilovolt. (C.F.E., 2013)
b) Media tensión: es el servicio que se suministra en niveles de tensión mayores a un
kilovolt, pero menores o iguales a 35 kilovolts.
c) Alta tensión a nivel subtransmisión: es el servicio que se suministra en niveles de
tensión mayores a 35 kilovolts, pero menores a 220 kilovolts.
d) Alta tensión a nivel transmisión: es el servicio que se suministra en niveles de
tensión iguales o mayores a 220 kilovolts.
En base a estas categorías de tensiones el usuario determinará cual tarifa le convendrá
23
contratar, así por ejemplo existen tarifas en baja tensión, media tensión y alta tensión,
las cuales se detallan a continuación:
Tabla. 2.1 Tarifas para suministro y venta de energía eléctrica.
24
Tabla. 2.2 Tarifas para suministro y venta de energía eléctrica.
Cabe mencionar que en la republica mexicana se encuentra dividida en ocho regiones
tarifarias, las cuales afectan la aplicación de los cargos de las tarifas ordinaria y horaria
en media tensión, así como las de alta tensión; estas regiones están comprendidas por
los siguientes municipios:
25
Región Baja California
Todos los municipios del estado de Baja California. Municipios del estado de Sonora:
San Luis Río Colorado.
Región Baja California Sur
Todos los municipios del estado de Baja California Sur.
Región Noroeste
Todos los municipios del estado de Sonora, excepto el comprendido en la región Baja
California. Todos los municipios del estado de Sinaloa.
Región Norte
Todos los municipios de los estados de Chihuahua y Durango.
Municipios del estado de Zacatecas: Chalchihuites, Jiménez del Teúl, Sombrerete, Saín
Alto, Jerez, Juan Aldama, Río Grande, General Francisco Murguía, Mazapil, Melchor
Ocampo. Municipios del estado de Coahuila: Torreón, San Pedro de las Colonias,
Matamoros, Viesca, Parras de la Fuente, Francisco I. Madero, Ocampo y Sierra
Mojada.
Región Noreste
Todos los municipios de los estados de Nuevo León y Tamaulipas. Todos los
municipios del estado de Coahuila, excepto los comprendidos en la Región Norte.
Municipios del estado de Zacatecas: Concepción del Oro y El Salvador. Municipios del
estado de San Luis Potosí: Vanegas, Cedral, Cerritos, Guadal cázar, Ciudad
Fernández, Rió verde, San Ciro de Acosta, Lagunillas, Santa Catarina, Rayón,
Cárdenas, Alaquines, Ciudad del Maíz, Ciudad Valles, Tamazopo, Aquismón, Axtla de
Terrazas, Tamazunchale, Huehuetlán, Tamuín, Tancahuitz, Tan lajas, San Antonio,
Coxcatlán, Tampamolón, San Vicente Tancuayalab, Ébano, Xilitla, Tampacán,
26
Tanquián de Escobedo. Municipios del estado de Veracruz: Pánuco, Tempoal, Pueblo
Viejo, Tampico Alto, Ozuluama de Mascareñas, El Higo, Huayacocotla.
Región Central
Todas las delegaciones del Distrito Federal. Municipios del Estado de México: Tultepec,
Tultitlán, Ixtapaluca, Chalco de Díaz Covarrubias, Huixquilucan de Degollado, San
Mateo Atenco, Toluca, Tepotzotlán, Santa Cruz Atizapán, Cuautitlán, Coacalco,
Cuautitlán Izcalli, Atizapán de Zaragoza, Tlalnepantla, Naucalpan de Juárez, Ecatepec,
Chimalhuacán, San Vicente Chicoloapan, Texcoco, Ciudad Nezahualcóyotl, Los Reyes
La Paz. Municipios del estado de Morelos: Cuernavaca.
Región Sur
Todos los municipios de los estados de: Nayarit, Jalisco, Colima, Michoacán,
Aguascalientes, Guanajuato, Querétaro, Hidalgo, Guerrero, Tlaxcala, Puebla, Oaxaca,
Chiapas, Tabasco. Todos los municipios de los estados de Zacatecas, San Luis Potosí
y Veracruz no comprendidos en la Región Norte o en la Región Noreste. Todos los
municipios de los estados de México y Morelos no comprendidos en la Región Central.
Región Peninsular
Todos los municipios de los estados de Yucatán, Campeche y Quintana Roo. Para la
aplicación de la tarifa número 5 del servicio para alumbrado público, las zonas
conurbadas se encuentran comprendidas por los siguientes municipios:
Distrito Federal (C.F.E., 2013)
Todas las delegaciones del Distrito Federal. Municipios del Estado de México: Tultepec,
Tultitlán, Ixtapaluca, Chalco de Díaz Covarrubias, Huixquilucan de Degollado, San
Mateo Atenco, Toluca, Tepotzotlán, Santa Cruz Atizapán, Cuautitlán, Coacalco,
Cuautitlán Izcalli, Atizapán de Zaragoza, Tlalnepantla, Naucalpan de Juárez, Ecatepec,
Chimalhuacán, San Vicente Chicoloapan, Texcoco, Nezahualcóyotl y Los Reyes La
Paz. Municipios del estado de Morelos: Cuernavaca.
27
Guadalajara
Municipios del estado de Jalisco: Guadalajara, Tonalá, Juanacatlán, Tlaquepaque,
Zapopan, El Salto y Tlajomulco de Zúñiga.
Monterrey
Municipios del estado de Nuevo León: Monterrey, Guadalupe, Santa Catarina, General
Escobedo, Apodaca, Juárez, García, San Nicolás de los Garza y San Pedro Garza
García.
NORMALIZACIÓN.
El marco legal de toda instalación eléctrica se refiere al cumplimiento de las siguientes
leyes y reglamentos, así como las normas vigentes.
· Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica; que establece los derechos y
obligaciones tanto de la compañía suministradora como del usuario, así como
lineamientos a seguir para el suministro y uso de la energía eléctrica.
· Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica; que expone de
manera específica las acciones y preceptos a seguir para el adecuado cumplimiento de
la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica.
· Ley Federal sobre Metrología y Normalización.
· Reglamento de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización
· Normas Mexicanas NMX-CC sobre calidad.
· Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012; relativa a las instalaciones destinadas
al suministro y uso de la energía eléctrica.
28
2.3 Descripción del equipo de análisis de redes 3945 AEMC.
A continuación se mostrará la secuencia básica para preparar el instrumento de
análisis de redes 3945 AEMC, donde realizaremos como ejemplo un monitoreo del
motor de inducción monofásico, para poder ver la forma de onda del voltaje y corriente,
con su respectivo desfasamiento (Factor de potencia de desplazamiento).
¿Cómo me Conecto con el PowerPad?
2.3.1 Empezar DataView Profesional:
Seleccione”Abrir el Panel de Control del Instrumento”. Si el menú de arriba no fuera
visible, seleccione desde el menú “Instrumento”, “Panel de Control”:
29
El menú superior es posible que sea visible. En este caso, seleccione la velocidad de
comunicación a la misma que esta seleccionada en el PowerPad. Podrá seleccionar la
velocidad en el PowerPad seleccionando el botón de configuración, seguidamente
seleccionando “Velocidad de Bauds”, entonces ajuste la velocidad, y presione la tecla
de enter, el botón que hay en el PowerPad que tiene una flecha. Seleccione el puerto
de Comunicación, el cual está conectado al PowerPad. Presione “OK”.
El menú superior es posible que sea visible. En este caso, seleccione PowerPad en las
dos partes de la pantalla, y presione “OK”. Usted debería ver ahora:
30
¿Cómo puedo configurar el PowerPad? Después de la conexión al PowerPad, seleccione del menú " Instrumento" " Configure "
para obtener la siguiente pantalla:
Indicar su preferencia para el cálculo de energía reactivo. Indique la frecuencia de línea
esperada. " La Frecuencia Nominal " sólo es usada para cálculos de potencia, y no
afecta el rastreo de frecuencia automático del PowerPad. " El Sensor corriente "
31
debería emparejar los sensores que usted ha conectado. Los sensores conectados a
las líneas diferentes deberían ser todos los mismos. " El Tipo de Conexión " es usado
para indicar el número de fases que usted usa. El PowerPad sobre todo no hará caso
de las lecturas que consigue de fases que usted no usa. Usted puede configurar el
reloj del PowerPad desde esta pantalla.
Usted puede poner el Voltaje del Ratio del Transformador . Este valor es usado por el
software para multiplicar todos los voltajes leídos recibidos del PowerPad. Por ejemplo,
si había un Voltaje RMS de 120V, y la caja " Salida" tiene "10" y la caja "Entrada" tiene
"1", varias pantallas que muestran que el Voltaje RMS mostraría 1200V. El PowerPad
no usa esta proporción. El software usa y recuerda este ratio.
Dos de las Sondas de Corriente tienen un Ratio de Corriente. El ADA (Adaptador)
Proporciona un ratio del Primario al Secundario, como hace la Sonda de MN193
cuando la posición de corriente es 5A. El PowerPad usa y recuerda estos ratios.
Seleccione " Pantalla PowerPad " presione la etiqueta para cambiar la pantalla del
PowerPad.
¿Cómo puedo Ver una grabación de Tendencia?
Después de la conexión al PowerPad, seleccione del menú " Instrumento" y" Configure
", entonces seleccione la etiqueta " Grabaciones" para obtener la siguiente pantalla:
32
Seleccione uno de los cuatro números de configuración. Cada configuración almacena
un perfil de grabación, que es un grupo de parámetros para ser guardados en una
grabación. Escoja los parámetros que usted quiere almacenar.
33
Si los valores armónicos que usted quiere registrar incluyen el armónico número 1, la
grabación incluirá los valores absolutos, voltios, amperios, y vatios, de cada armónico,
además del por ciento de armónico 1. De otra manera, esto sólo incluirá el por ciento
de armónico 1. Escoja un nombre, hasta 8 caracteres, para la grabación, cuando usted
quiere que comience y se terminen, y el período de integración. El período de
integración representa un punto de dato en la grabación, que es un valor medio durante
aquel período entero. Por ejemplo, Vrms con un período de integración de 1 minuto
mostraría, para cada minuto, el promedio Vrms.
Note, que el máximo que registra cambios de tiempo, cuando el período de integración
cambia.
Presione “OK”.
Confirme que usted quiere programar la grabación.
34
2.4 Monitoreo en tiempo real de motor monofásico con 3945 AEMC.
A continuación se presenta el monitoreo de un motor monofásico a.c. de inducción
durante un tiempo aproximado de 15 minutos.
Figura 2.3 Forma de onda de voltaje y corriente.
Donde se aprecia en la fig. 3.2.1 la forma de onda de voltaje en color amarillo, y la
forma de onda de corriente en color negro.
-150.0
-100.0
-50.00
0.000
50.00
100.0
150.0
V
06:24:09.515 p.m.
30/04/2011
06:24:09.532 p.m.
30/04/2011
3 mSec/Div
16.669 (mS)
-150.0
-100.0
-50.00
0.000
50.00
100.0
150.0
V
06:24:09.515 p.m.
30/04/2011
06:24:09.532 p.m.
30/04/2011
3 mSec/Div
16.669 (mS)
Figura 2.4 Forma de onda en voltaje a.c.
35
Aquí observamos la forma de onda en voltaje, teniendo un mínimo de distorsión debido
a la ausencia de ruido eléctrico en la red.
120.0
122.0
124.0
126.0
128.0
130.0
132.0
134.0
V
06:17:00.000 p.m.
30/04/2011
06:32:10.000 p.m.
30/04/2011
3 Min/Div
15:10.000 (M:S)
120.0
122.0
124.0
126.0
128.0
130.0
132.0
134.0
V
06:17:00.000 p.m.
30/04/2011
06:32:10.000 p.m.
30/04/2011
3 Min/Div
15:10.000 (M:S)
Figura 2.5 Tendencia de voltaje de fase.
La tendencia en el comportamiento del voltaje varía en función del número de
arranques del motor de inducción monofásico.
0.000
0.50
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
5.000
5.500
6.000
6.500
7.000
7.500
8.000
8.500
A
06:17:00.000 p.m.
30/04/2011
06:32:10.000 p.m.
30/04/2011
3 Min/Div
15:10.000 (M:S)
0.000
0.50
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
5.000
5.500
6.000
6.500
7.000
7.500
8.000
8.500
A
06:17:00.000 p.m.
30/04/2011
06:32:10.000 p.m.
30/04/2011
3 Min/Div
15:10.000 (M:S)
Figura 2.6 Tendencia de corriente monofásica.
36
Se observa la tendencia durante los 15 minutos de monitoreo de la corriente del motor
monofásico, apreciándose la demanda máxima consumida durante los arranques del
motor de aproximadamente 8 amperes.
-1.000
-0.80
-0.60
-0.40
-0.20
0.000
06:17:00.000 p.m.
30/04/2011
06:32:10.000 p.m.
30/04/2011
3 Min/Div
15:10.000 (M:S)
-1.000
-0.80
-0.60
-0.40
-0.20
0.000
06:17:00.000 p.m.
30/04/2011
06:32:10.000 p.m.
30/04/2011
3 Min/Div
15:10.000 (M:S)
Figura 2.7 Tendencia de factor de potencia
La tendencia del factor de potencia se observa un factor adelantado debido a la
presencia de Xc (Reactancia capacitiva).
El objetivo de este monitoreo con un analizador de redes es hacer la comparativa con
nuestro proyecto para verificar el factor de potencia, la potencia real y potencia reactiva
del motor monofásico a.c
2.5 Monitoreo de 6 transformadores de la UTT.
2.5.1 Transformador Principal 500 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz.
Periodo de monitoreo y parámetros monitoreados.
37
TRANSFORMADOR PRINCIPAL 500 KVA, 220 V. ANÁLISIS DE ENERGÍA START: Jan 24, 2011 14:03:35 STOP: Jan 28, 2011 19:16:53 Duration: 4 Days 05:13:18 Firmware Version: 4.35, Unit Type: Eagle Software Version: 1.87, Serial No.: 60461 Wiring circuit = Wye VOLTAGE SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT RANGE: 1000 Amps STRIPCHART INTERVAL: 15 Minutes
Tabla 2.3 Valores a monitorear.
38
Figura 2.8 Tendencia de voltaje de fase.
Comentarios: Se observa un valor de voltaje promedio de 131 volts dentro del rango permitido por CFE durante los 4 días de duración del monitoreo. Se mantienen valores similares en las tres fases del sistema. Se considera un adecuado suministro del servicio eléctrico.
39
Fig. 2.9 Comportamiento del Voltaje y Corriente total con
variación Máxima, promedio y mínima.
Comentarios: Se observan voltajes estables sin variaciones bruscas y dentro de los parámetros normales de suministro. La corriente eléctrica se observa con picos de arranque debido a la operación principalmente del aire acondicionado. Los valores Máximos y mínimos están muy cerca del promedio por lo que el comportamiento se considera normal para el sistema eléctrico en función.
40
Figura 2.10 Grafica de kW, kVA, kVAR, Factor de potencia.
Comentarios: Perfil de carga en KW: Se observa un perfil definido y similar día con día. La demanda máxima se presenta sobre las 19:00 Hrs, es posible que sea ocasionada por el sistema de iluminación. Capacidad utilizada en KVA: De acuerdo con la demanda máxima se llegan a utilizar hasta 60 KVA que equivalen al 12% de la capacidad total del transformador de 500 KVA, dicho de otra manera el transformador tiene una capacidad excedente del 88%. Está operando casi en vacío. Se recomienda operar un transformador como mínimo al 60% para un mejor desempeño. Reactivos y Factor de potencia: Se observan reactivos inductivos por operar a baja carga, sin embargo el Factor de Potencia promedio es del 90% que es el valor mínimo permitido por CFE.
41
Figura 2.11 Grafica de distorsión armónica.
Comentarios: Se observa distorsión en la forma de onda de la corriente eléctrica, es posible que existan equipos electrónicos sin filtro de armónicas. Se recomienda aislar principalmente las áreas con ciertas cantidades de carga No lineal como pueden ser laboratorios de cómputo, talleres de electrónica, etc.
42
Figura 2.12 Grafica de distorsión armónica.
Comentarios: Se están manifestando la 3ra y 5ta armónica principalmente. Estas son de secuencia negativa y pueden llegar a dañar equipos sensibles o de control también en presencia de capacitores podrían llegar a amplificar la magnitud del voltaje cuando entran en frecuencia de resonancia. Se recomienda aislar las cargas no lineales que están distorsionando la forma de onda.
43
Se anexan valores tabulados como información adicional:
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
2.5.2 Transformador 500 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Docencia III.
Periodo de monitoreo y parámetros monitoreados. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TIJUANA TRANSFORMADOR 500 KVA, SERIE: KJ82-23 DIAGNOSTICO ENERGÉTICO TIJUANA, B.C. START: Jan 31, 2011 14:28:40 STOP: Feb 08, 2011 14:42:57 Duration: 8 Days 00:14:17 Firmware Version: 4.35, Unit Type: Eagle Software Version: 1.87, Serial No.: 60461 Wiring circuit = Wye VOLTAGE SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT RANGE: 1000 Amps STRIPCHART INTERVAL: 15 Minutes
Tabla 2.4 Valores a monitorear.
54
A continuación se muestran las graficas obtenidas durante el periodo de monitoreo:
Figura 2.13 Comportamiento de voltaje promedio total.
Comentarios: Se observa un valor de voltaje promedio de 130 Volts dentro del rango permitido por CFE durante los 7 días que duro el monitoreo. Se mantienen valores similares en las tres fases del sistema. Se considera un adecuado suministro del servicio eléctrico.
55
Figura 2.14 Comportamiento del Voltaje y Corriente total con
variación Máxima, promedio y mínima.
Comentarios: Se observan voltajes estables sin variaciones bruscas y dentro de los parámetros normales de suministro. Se observa que entre las 07:00 hasta las 22:00 Hrs se incrementa la corriente eléctrica debido a la operación principalmente de iluminación y aire acondicionado. Los valores Máximos y mínimos están muy cerca del promedio por lo que el comportamiento se considera normal para el sistema eléctrico en función.
56
Figura 2.15 Gráfica de kW, kVA, kVAR, Factor de potencia.
Comentarios: Perfil de carga en KW: Se observa un perfil definido y similar día con día. La demanda máxima se presenta sobre las 17:30 Hrs, es posible que sea ocasionada por el sistema de iluminación. Se observa también ausencia de actividad durante el fin de semana y el lunes feriado. Capacidad utilizada en KVA: De acuerdo con la demanda máxima se llegan a utilizar hasta 25 kVA que equivalen al 5% de la capacidad total del transformador de 500 kVA, dicho de otra manera el transformador tiene una capacidad excedente del 95%. Está operando casi en vacío. Se recomienda operar un transformador como mínimo al 60% para un mejor desempeño. Reactivos y Factor de potencia: Se observan reactivos inductivos por operar a baja carga, sin embargo el Factor de Potencia promedio es superior al 90% que es el valor mínimo permitido por CFE.
57
Figura 2.16 Gráfica de distorsión armónica.
Comentarios: Se observa cierta pulsación en la forma de onda de la corriente pero sin distorsión en su totalidad. En la forma de onda del voltaje se observa leve distorsión. Se recomienda estar alerta en caso de falla en los equipos instalados, es posible que el sistema eléctrico pueda continuar operando con normalidad.
58
Figura 2.17 Magnitud de distorsión armónica.
Comentarios: Se están manifestando la 3ra y 5ta armónica principalmente. Estas son de secuencia negativa y pueden llegar a dañar equipos sensibles o de control también en presencia de capacitores podrían llegar a amplificar la magnitud del voltaje cuando entran en frecuencia de resonancia. Se recomienda aislar las cargas no lineales que están distorsionando la forma de onda.
59
Se anexan valores tabulados como información adicional.
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
2.5.3 Transformador 225 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Rectoria.
Periodo de monitoreo y parámetros monitoreados. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TIJUANA 225 KVA SERIE 2939 DIAGNOSTICO ENERGÉTICO TIJUANA, B.C. START: Feb 08, 2011 15:00:42 STOP: Feb 14, 2011 20:50:10 Duration: 6 Days 05:49:28 Firmware Version: 4.35, Unit Type: Eagle Software Version: 1.87, Serial No.: 60461 FILE NAME: C:\Program Files\WinScan\PROGRAM\225 KVA IUSA SERIE 2939.isf Wiring circuit = Wye VOLTAGE SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT RANGE: 1000 Amps STRIPCHART INTERVAL: 15 Minutes
Tabla 2.5 valores a monitorear.
75
Figura 2.18 Gráfica de Comportamiento del Voltaje promedio Total.
Comentarios: Se observa un valor de voltaje promedio de 127 Volts y está dentro del rango permitido por CFE. Se mantienen valores similares en las tres fases del sistema. Se considera un adecuado suministro del servicio eléctrico.
76
Figura 2.19 Gráfica de Comportamiento del Voltaje y Corriente total con
variación Máxima, promedio y mínima.
Comentarios: Se observan voltajes estables sin variaciones bruscas y dentro de los parámetros normales de suministro. Se observa que entre las 08:00 hasta las 22:00 Hrs se incrementa la corriente eléctrica llegando a alcanzar valores de 200 A, debido a la operación de la carga eléctrica del sistema. Los valores Máximos y mínimos están muy cerca del promedio por lo que el comportamiento se considera normal para el sistema eléctrico en función.
77
Figura 2.20 Gráfica de kW, kVA, kVAR, Factor de potencia.
Comentarios: Perfil de carga en KW: Se observa un perfil definido y similar día con día. La demanda máxima se presenta sobre las 16:30 Hrs, es posible que sea ocasionada por el sistema de iluminación. Se observa baja durante el fin de semana . Capacidad utilizada en KVA: De acuerdo con la demanda máxima se llegan a utilizar hasta 28 KVA que equivalen al 12.44 % de la capacidad total del transformador de 225 KVA, dicho de otra manera el transformador tiene una capacidad excedente del 87.55 %. Está operando casi en vacío. Se recomienda operar un transformador como mínimo al 60% para un mejor desempeño. Reactivos y Factor de potencia: Se observan reactivos inductivos por operar a baja carga, sin embargo el Factor de Potencia promedio es superior al 90% que es el valor mínimo permitido por CFE.
78
Figura 2.21 Gráfica de distorsión armónica.
Comentarios: Se observa alta distorsión armónica en Voltaje y corriente. Se recomienda estar alerta en caso de falla en los equipos instalados, es posible que el sistema eléctrico pueda continuar operando con normalidad.
79
Figura 2.22 Magnitud de Distorsión armónica.
Comentarios: Se están manifestando la 3ra y 5ta armónica principalmente. Estas son de secuencia negativa y pueden llegar a dañar equipos sensibles o de control también en presencia de capacitores podrían llegar a amplificar la magnitud del voltaje cuando entran en frecuencia de resonancia. Se recomienda aislar las cargas no lineales que están distorsionando la forma de onda.
80
Se anexan valores tabulados como información adicional.
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
2.5.4 Transformador 300 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Procesos. Periodo de monitoreo y parámetros monitoreados. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TIJUANA 300KVA TECNOLOGÍA ELECT T04-200-62 DIAGNOSTICO ENERGÉTICO TIJUANA, B.C. START: Feb 14, 2011 21:12:40 STOP: Feb 22, 2011 14:46:04 Duration: 7 Days 17:33:24 Firmware Version: 4.35, Unit Type: Eagle Software Version: 1.87, Serial No.: 60461 FILE NAME: C:\Program Files\WinScan\PROGRAM\TECNOLOGÍA ELÉCTRICA 300KVA SERIE T04-200-62.isf Wiring circuit = Wye VOLTAGE SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT RANGE: 1000 Amps STRIPCHART INTERVAL: 15 Minutes
Tabla 2.6 Valores a monitorear.
93
Figura 2.23 Gráfica de comportamiento del Voltaje promedio Total.
Comentarios: Se observa un valor de voltaje promedio de 129 Volts y está dentro del rango permitido por CFE. Se mantienen valores similares en las tres fases del sistema. Se considera un adecuado suministro del servicio eléctrico.
94
Figura 2.24 Grafica de comportamiento del Voltaje y Corriente total con
variación máxima, promedio y mínima.
Comentarios: El voltaje no presenta variaciones bruscas y está dentro de los parámetros permitidos. Se observa que entre las 07:00 hasta las 22:00 Hrs se incrementa la corriente eléctrica. Los valores Máximos y mínimos están muy abiertos por lo que se recomienda verificar el balanceo de cargas y/o arranques de equipos.
95
Figura 2.25 Gráfica de kW, kVA, kVAR, Factor de potencia.
Comentarios: Perfil de carga en KW: Se observa un perfil definido y similar día con día. La demanda máxima se presenta sobre las 21:00 Hrs, es posible que sea ocasionada por el sistema de iluminación. Se observa baja actividad durante el fin de semana . Capacidad utilizada en KVA: De acuerdo con la demanda máxima se llegan a utilizar hasta 24 KVA que equivalen al 8 % de la capacidad total del transformador de 300 KVA, dicho de otra manera el transformador tiene una capacidad excedente del 92 %. Está operando casi en vacío. Se recomienda operar un transformador como mínimo al 60% para un mejor desempeño. Reactivos y Factor de potencia: El Factor de Potencia promedio es superior al 90% que es el valor mínimo permitido por CFE.
96
Figura 2.26 Gráfica de distorsión armónica:
Comentarios: Se observa alta distorsión armónica en corriente. Se recomienda estar alerta en caso de falla en los equipos instalados, es posible que el sistema eléctrico pueda continuar operando con normalidad.
97
Figura 2.27 Magnitud de Distorsión armónica.
Comentarios: Se están manifestando la 3ra, 5ta, 7ma, 9na y 11va armónica principalmente. Estas son de secuencia negativa y pueden llegar a dañar equipos sensibles o de control también en presencia de capacitores podrían llegar a amplificar la magnitud del voltaje cuando entran en frecuencia de resonancia. Se recomienda aislar las cargas no lineales que están distorsionando la forma de onda Los valores máximos de THD% son del 20% en corriente y 5% en voltaje de acuerdo a la IEEE 519.
98
Se anexan valores tabulados como información adicional.
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
2.5.5 Transformador 500 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Docencia II.
Periodo de monitoreo y parámetros monitoreados. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TIJUANA ABB SERIE S/N DIAGNOSTICO ENERGÉTICO TIJUANA, B.C. START: Feb 22, 2011 15:03:32 STOP: Mar 04, 2011 17:58:11 Duration: 10 Days 02:54:39 Firmware Version: 4.35, Unit Type: Eagle Software Version: 1.87, Serial No.: 60461 FILE NAME: C:\Program Files\WinScan\PROGRAM\500 KVA ABB SINPLACA.isf Wiring circuit = Wye VOLTAGE SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT RANGE: 1000 Amps STRIPCHART INTERVAL: 15 Minutes
Tabla 2.7 Valores a monitorear.
113
Figura 2.28 Gráfica de comportamiento del Voltaje promedio Total.
Comentarios: Se observa un valor de voltaje promedio de 129 Volts y está dentro del rango permitido por CFE. Se mantienen valores similares en las tres fases del sistema. Se considera un adecuado suministro del servicio eléctrico.
114
Figura 2.29 Gráfica de Comportamiento del Voltaje y Corriente total con
variación Máxima, promedio y mínima.
Comentarios: Se observan variación de voltaje del 5%. La variación máxima permitida en México es del + 10%. Se observa que entre las 08:00 hasta las 22:00 Hrs se incrementa la corriente eléctrica. Los valores Máximos y mínimos están muy abiertos por lo que se recomienda verificar el balanceo de cargas.
115
Figura 2.30 Gráfica de kW, kVA, kVAR, Factor de potencia.
Comentarios: Perfil de carga en kW: Se observa un perfil definido y similar día con día. La demanda máxima se presenta sobre las 18:00 Hrs, es posible que sea ocasionada por el sistema de iluminación. Se observa baja actividad durante el fin de semana . Capacidad utilizada en kVA: De acuerdo con la demanda máxima se llegan a utilizar hasta 26 kVA que equivalen al 5.2 % de la capacidad total del transformador de 500 kVA, dicho de otra manera el transformador tiene una capacidad excedente del 94.8 %. Está operando casi en vacío. Se recomienda operar un transformador como mínimo al 60% para un mejor desempeño. Reactivos y Factor de potencia: El Factor de Potencia promedio es superior al 90% que es el valor mínimo permitido por CFE.
116
Figura 2.31 Gráfica de distorsión armónica.
Comentarios: Se observa alta distorsión armónica en corriente. Se recomienda estar alerta en caso de falla en los equipos instalados, es posible que el sistema eléctrico pueda continuar operando con normalidad.
117
Figura 2.32 Magnitud de Distorsión armónica.
Comentarios: Se están manifestando la 3ra y 5ta armónica principalmente. Estas son de secuencia negativa y pueden llegar a dañar equipos sensibles o de control también en presencia de capacitores podrían llegar a amplificar la magnitud del voltaje cuando entran en frecuencia de resonancia. Se recomienda aislar las cargas no lineales que están distorsionando la forma de onda.
118
Se anexan valores tabulados como información adicional.
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
2.5.6 Transformador 500 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Biblioteca.
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TIJUANA 500 kVA SERIE 2071 EMC DIAGNOSTICO ENERGÉTICO TIJUANA, B.C. START: Mar 04, 2011 18:21:04 STOP: Mar 16, 2011 20:42:38 Duration: 12 Days 02:21:34 Firmware Version: 4.35, Unit Type: Eagle Software Version: 1.87, Serial No.: 60461 FILE NAME: C:\Program Files\WinScan\PROGRAM\UTT . TRAFO - ultimo.isf Wiring circuit = Wye VOLTAGE SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT RANGE: 1000 Amps STRIPCHART INTERVAL: 15 Minutes
Tabla 2.7 Valores a monitorear.
138
Figura 2.33 Gráfica de comportamiento del Voltaje promedio Total.
Comentarios: Se observa un valor de voltaje promedio de 127 Volts y está dentro del rango permitido por CFE. Se mantienen valores similares en las tres fases del sistema. Se considera un adecuado suministro del servicio eléctrico.
139
Figura 2.34 Grafica de comportamiento del Voltaje y Corriente total con
variación máxima, promedio y mínima.
Comentarios: El voltaje no presenta variaciones bruscas y está dentro de los parámetros permitidos. Se observa que entre las 07:00 hasta las 22:00 Hrs se incrementa la corriente eléctrica. Se observan las fases balanceadas pero con gran cantidad de arranques en los equipos conectados al sistema eléctrico.
140
Figura 2.35 Gráfica de kW, kVA, kVAR, Factor de potencia.
Comentarios: Perfil de carga en KW: Se observa un perfil definido y similar día con día. La demanda máxima se presenta sobre las 19:00 Hrs, es posible que sea ocasionada por el sistema de iluminación. Se observa baja actividad durante el fin de semana . Capacidad utilizada en KVA: De acuerdo con la demanda máxima se llegan a utilizar hasta 27 KVA que equivalen al 5.4 % de la capacidad total del transformador de 500 KVA, dicho de otra manera el transformador tiene una capacidad excedente del 94.6 %. Está operando casi en vacío. Se recomienda operar un transformador como mínimo al 60% para un mejor desempeño. Reactivos y Factor de potencia: El Factor de Potencia promedio es superior al 90% que es el valor mínimo permitido por CFE.
141
Figura 2.36 Gráfica de distorsión armónica.
Comentarios: Se observa alta distorsión armónica en corriente. Se recomienda estar alerta en caso de falla en los equipos instalados, es posible que el sistema eléctrico pueda continuar operando con normalidad.
142
Figura 2.37 Magnitud de Distorsión armónica.
Comentarios: Se están manifestando la 3ra, 5ta, 7ma, 9na y 11va armónica principalmente. Estas son de secuencia negativa y pueden llegar a dañar equipos sensibles o de control también en presencia de capacitores podrían llegar a amplificar la magnitud del voltaje cuando entran en frecuencia de resonancia. Se recomienda aislar las cargas no lineales que están distorsionando la forma de onda. Los valores máximos de THD% son del 20% en corriente y 5% en voltaje de acuerdo a la IEEE 519.
Se anexan valores tabulados como información adicional. (Ver anexos).
143
Capítulo III. Resultados y discusión
3.1 Resultados del monitoreo de energía en la UTT.
Subestacion Ubicacion Volts kVA Tipo F.U. kVA utilizados kVA disp
1 Docencia I 220 500 Pedestal 12% 60 440
2 Rectoria 220 225 Pedestal 12.44% 28 197
3 Procesos 220 300 Pedestal 8% 24 276
4 Docencia II 220 500 Pedestal 5.20% 26 474
5 Biblioteca 220 500 Pedestal 5.40% 27 473
6 Docencia III 220 500 Pedestal 5% 25 475
2525 7.50% 190 2335 Tabla 3.1.1 Resultados obtenidos del monitoreo. Fuente: Propia
Como se observa en la tabla 3.1.1, según el resumen obtenido de consumo de energía
por cada uno de los transformadores, las subestaciones 3,4 y 5 (en amarillo), casi
están trabajando en vacío por lo que se propone sumar las cargas eléctricas de los
edificios de docencia II y docencia III a la carga del transformador del edificio de
procesos y que queden alimentadas por el transformador de 300 kVA para aumentar su
factor de utilización a un mayor grado.
Cabe mencionar que estos tres transformadores quedan entre sí a no más 40 metros
lineales y en forma contigua, por lo que se instalarían 2 alimentadores subterráneos
con capacidad de 400 amperes para conectarse en los tableros de distribución
existentes en cada edificio.
144
Figura 3.1 Diagrama unifilar actual de la UTT . Fuente: Propia
Subestacion Ubicacion Volts kVA Tipo F.U. kVA utilizados kVA disp
1 Docencia I 220 500 Pedestal 12% 60 440
2 Rectoria 220 225 Pedestal 12.44% 28 197
3 Procesos 220 300 Pedestal 25% 75 225
4 Docencia II 220 500 Pedestal 0.00% 500
5 Biblioteca 220 500 Pedestal 5.40% 27 473
6 Docencia III 220 500 Pedestal 0% 500
1525 7.50% 190 2335
Tabla 3.1.2 Nueva distribución de cargas eléctricas. Fuente: Propia
Se observa en la tabla 3.1.2 la nueva distribución de cargas, en donde el transformador
numero 3 aumenta su factor de utilización a un 25%, quedando 2 transformadores de
500 kVA con carga de reserva a futuro. Con esta propuesta se pretende que el sistema
de transformación trabaje en forma más eficiente ya que aumentando la cargabilidad de
un equipo de transformación se disminuye la generación de potencia reactiva y por
ende aumenta su factor de potencia, que según el monitoreo presentado esta a un
promedio de 0.90 .
Es importante mencionar también que la máxima demanda registrada en el horario de
verano, que es cuando hay mayor consumo debido a la utilización del aire
145
acondicionado de la universidad ha sido de 603 kVA, quedando la demanda a un
porcentaje de 603/1525 = 39.5%, que comparándolo con la situación actual se
obtendría 603/2525 = 23.8% de demanda total de la universidad, que es de todos
modos un porcentaje bajo comparándolo con la capacidad total de kVA instalados.
Figura 3.2 Diagrama unifilar a futuro de la UTT . Fuente: Propia
3.2 Resultados del monitoreo de energía en la UTT comparando con
monitoreo de 2007.
3.2.1 Monitoreo de transformadores existentes en 2007.
En el año de 2007, solo había 4 transformadores en la universidad: Docencia I,
Docencia II, Biblioteca y Procesos.
Se puede observar en las figuras 3.3 y 3.4 que las demandas de potencia no difieren
mucho de las realizadas en el monitoreo del año de 2011, teniendo un promedio de
10% aproximadamente. Dato importante para verificar las tendencias de cargabilidad
de los transformadores existentes. Aquí se propone analizar estos datos para las
futuras construcciones de los diferentes anexos que se proyectaran en la Universidad
146
Tecnológica de Tijuana, y que se tomen en cuenta para las asignaciones de cargas
eléctricas en la misma.
DEMANDA MAXIMA EN KWDEMANDA MAX. BIBLIOTECA : 38.62 KW
DEMANDA Docencia II : 22.72 KW
5.000
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
k W
2:30:00.000 PM
12/14/2006
1:25:40.000 PM
12/15/2006
4 Hours/Div
22:55:40 (H:M:S)
5.000
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
k W
2:30:00.000 PM
12/14/2006
1:25:40.000 PM
12/15/2006
4 Hours/Div
22:55:40 (H:M:S)
Carga
Real
9%
Carga
Reserva
91%
DEMANDA MAXIMA EN KW
Carga Real
5.000
10.00
15.00
20.00
k W
3:27:00.000 PM
1/9/2007
3:15:40.000 PM
1/10/2007
4 Hours/Div
23:48:40 (H:M:S)
5.000
10.00
15.00
20.00
k W
3:27:00.000 PM
1/9/2007
3:15:40.000 PM
1/10/2007
4 Hours/Div
23:48:40 (H:M:S)
Carga Real
10%
Carga Reserva
90%
DEMANDA MAXIMA EN KW
Carga Real
Figura 3.3 Monitoreo de la UTT en 2007. . Fuente: Propia
147
DEMANDA MAX. PROCESOS Y MECATRONICA : 11.2 KW
DEMANDA MAX. DOCENCIA 1 : 50.65 KW
2.000
4.000
6.000
8.000
10.00
k W
1:59:00.000 PM
12/12/2006
11:50:40.000 AM
12/13/2006
4 Hours/Div
21:51:40 (H:M:S)
2.000
4.000
6.000
8.000
10.00
k W
1:59:00.000 PM
12/12/2006
11:50:40.000 AM
12/13/2006
4 Hours/Div
21:51:40 (H:M:S)
Carga Real
10%
Carga Reserva
90%
DEMANDA MAXIMA EN KW
Carga Real
5.000
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
k W
12:32:00.000 PM
1/11/2007
2:20:40.000 PM
1/12/2007
5 Hours/Div
1:01:48:40 (D:H:M:S)
5.000
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
k W
12:32:00.000 PM
1/11/2007
2:20:40.000 PM
1/12/2007
5 Hours/Div
1:01:48:40 (D:H:M:S)
Carga Real
10%
Carga Reserva
90%
DEMANDA MAXIMA EN KW
Carga Real
Figura 3.4 Monitoreo de la UTT en 2007 . Fuente: Propia
Capítulo IV. Conclusiones
Este proyecto de investigación “Monitoreo de condición, una alternativa para el uso
eficiente de la energía eléctrica”, es parte del inicio para realizar los futuros proyectos
que nos ayuden a implementar las metodologías que hagan más eficiente el
funcionamiento del sistema eléctrico de nuestra universidad, esto para ayudar a
contribuir al desarrollo sustentable de nuestro país.
4.1 Conclusiones de acuerdo a los resultados obtenidos con la
metodología implementada.
De acuerdo con la información obtenida se observa que el factor de potencia
monitoreado se encuentra en su límite aceptable, y de acuerdo a las tendencias
observables se tendrá una mejora considerable al disminuir la potencia reactiva
generada por los transformadores de distribución al aumentar estos su carga nominal,
148
pues es cierto que un transformador al trabajar con poca carga hace que el factor de
potencia disminuya considerablemente.
Una vez que se realice la propuesta de distribución de cargas, se confirmara con un
nuevo monitoreo el nuevo comportamiento de la red eléctrica.
Con los dos transformadores de 500 kVA se tendrá capacidad suficiente para alimentar
las nuevas cargas eléctricas de la universidad que todavía se encuentra en constante
crecimiento.
4.2 Recomendaciones y futuros trabajos.
Como primera recomendación se sugiere la constante supervisión de los proyectos
generados para la construcción de los futuros edificios en la universidad, ya que se
observa que las demandas de energía son bastante bajas comparadas con la carga
instalada.
En la actualidad se encuentra en proceso el desarrollo del proyecto del edificio
Docencia IV, que gracias a este proyecto de investigación no se instalará un nuevo
transformador de 500 kVA como figuraba inicialmente el proyecto, sino que se
conectará la carga al transformador existente de la Biblioteca que aumentará su
utilización de un 5.4% a un 26% aproximadamente.
También se pretende en un futuro próximo realizar el cálculo de los costos de
implementación para los cambios propuestos para la redistribución de cargas de la
universidad.
149
Bibliografía
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CONCYTEQ.
[8] Lazar, I. (1992). Analisis y diseno de sistemas electricos. Mexico: LIMUSA.
150
Anexos
151
Valores tabulares de transformador Biblioteca.
152
153
154
155
Recommended