Progr Pr ograma ama Acadé Académic mico o de Ingeni Ingenierí ería a Eléctr Eléctrica ica Asignatura: Calidad de la energía I
PhD. Vladimir Sousa Santos
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Contenidos 1. Definic Definición ión de variacione variacioness de tensión tensión de corta durac duración ión y larga duración. 2. Características de las variaciones de corta y larga duración. 3. Mét Métodos odos par para el cálcu álculo lo de varia ariaci cion ones es de tensi ensión ón y desequilibrio de tensión.
Encuentro 1 Forma de docencia: Conferencia. C onferencia. Forma de evaluación: Escrita. Elementos de competencia: •
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Evaluar el impacto de los problemas de calidad de la energía en el sistema eléctrico y en los equipos de uso final. Caracterizar problemas de calidad de la energía en sistemas eléctricos industriales a partir de mediciones aplicando los métodos de cálculo sugeridos por las normas.
Encuentro 1 Bibliografía: •
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R.C.Dugan, M.F. McGranaghan, S. Santoso, H. Wayne, “Electrical Power Systems Quality ”, Mcgraw Hill, Second Edition, 2004. Recom ommen mende ded d prac practi tice cess and requ requir irem emen ents ts for “IEEE Rec harmonic control in electrical power systems ”, IEEE Std 519-2014, 2014.
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Recomm mmen ende ded d prac practi tice ce for monit monitori oring ng elect electri ricc “IEEE Reco power quality ”, IEEE Std 1159-2009, 2009. Classifica cation tion of electr electroma omagne gnetic tic envir environme onments nts”, IEC “Classifi Technical Committee, 1991.
1. Definición de variaciones de tensión de corta duración y larga duración.
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Una variación del valor rms de la tensión nominal nomi nal durante durante un tiempo superior a 1 min. Las variacio ciones nes de lar larga duración puede eden ser ser sobr sobre e tensi ension ones es,, baja baja tensi ension ones es o int interru errupc pcio ione ness de tensi ensión ón dependiendo de la causa de la variación. Las sobre tensiones y baja tensiones generalmente no son el resultado de fallas del sistema. Son causados por las variaciones de carga en el sistema y las operaciones de conmutación del sistema. Estas variaciones se caracterizan ploteando la tensión rms en función del tiempo.
Sobre tensión •
Una sobretensión es un aumento en la tensión a un valor superior a 1,1 pu durante más de 1 min. Los valores típicos son entre 1.1 pu y 1.2 pu. Baja tensión
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Una baja tensión es una disminución en la tensión a un valor inferior a 0,9 pu durante más de 1 min. Los valores típicos son entre 0,8 pu y 0,9 pu. Interrupción sostenida La disminución de la tensión de alimentación a menos del 10% del valor nominal durante un período de tiempo superior a 1 min se considera una interrupción sostenida. Las interrupciones de tensión de más de 1 min son a menudo de naturaleza permanente y requieren intervención manual para la restauración.
Sobre tensión •
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Descon Desconex exion iones es de grand grandes es carg cargas o debido debido a conex conexion iones es de banco bancoss de capacitores. Ocurre Ocurre cuando cuando el sist sistema ema es muy muy débil débil para para mantene mantenerr la regula regulación ción del tensión o cuando el control del tensión es inadecuado. La inco incorr rrec ecta ta sele selecc cció ión n de los los taps aps en los los tran transsform ormador adores es pued puede e ocasionar sobretensión en el sistema. Baja tensión
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La cone conexió xión n de una car carg ga o la descon desconex exión ión de un banc banco o de capaci capacitor tores es puede causar una baja tensión hasta que los equipos de regulación actúen correctamente para restablecerlo. Los circ ircuit uitos sobr sobrec eca argados terminales de la carga.
pued pueden en produc oducir ir baja baja tensi ensión ón en los los
Taps de los transformadores incorrectos.
VT =
Vmedida >1,1 (Sobre tensión) Vnom <0,9 (Baja tensión)
Tensión nominal: Valor nominal asignado a un circuito circuito o sistema sistema con el fin de designar convenientemente su clase de tensión (Ejemplo: 208/120, 480/277). Tensión nominal (Norma ANSI C 84.1) 120 208 240 277 480 2400 4160 4800 13800 34500
La corr corrie ient nte e de sobr sobrec ecar arg ga es una una corr corrie ient nte e exce excesi siv va en relaci elación ón a la corriente nominal de operación. Se presenta en los conductores y en otros componentes de un sistema de distribución. Las sobrecargas son en la mayoría de las veces, mas frecuentes entre un rango de una a seis veces el nivel de corriente nominal. Son causadas por aumentos temporales de corriente y ocurren cuando los motores arrancan o cuando se energizan los transformadores. Tales corrientes de sobrecarga (o transitorias) son de ocurrencia normal. Debido a su corta duración cualquier aumento de temperatura es trivial y no tiene efecto efecto dañino sobre los l os componentes del circuito. Es importante que los dispositivos de protección no reaccionen a este tipo de corrientes. corrientes.
Las sobrecargas continuas pueden ser causadas por motores defectuosos (tales como rodamientos del motor desgastados), equipos sobrecargados o demasiadas cargas a un solo circuito. Estas sobrecargas son destructivas y deben ser cortadas por los dispositivos de protección antes que dañen el sistema de distribución o afecten el sistema de cargas.
Sin embargo estas son de magnitud relativamente bajas comparadas con las corrientes de cortocircuito, las cuales, deben cortarse en milisegundos para prevenir prevenir daños al equipo.
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El desequilibrio en un sistema trifásico se define como la relación entre la magnitud de la componente de secuencia negativ tiva y la magnitud tud del componente de secuencia positiva, expresada como un porcentaje. porcentaje. Esta definición definición puede ser aplicada aplicada para para tensión o corriente. corriente. Típi Típiccamen amentte, el dese deseq quili uilibr brio io de tensi ensión ón de un serv servic icio io trifásico es menor que 2%. El desequilibrio de corriente puede ser considerablemente may mayor, espec specia ialm lme ente cuan cuando do hay carg argas monof onofás ásic icas as prese present ntes es.. Ma Mate temá máti tica came ment nte, e, el dese desequ quil ilib ibri rio o de tens tensió ión n está representado representado por la ecuación siguiente: IEEE Std 1159-2009 (Preferida) =
2
∙ 100
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La NEMA NEMA MG1 establ establece ece el funcio funcionam namien iento to normal normal del motor motor para para un 1%. PVU≤ 1%. Si 1%≤ PVU ≤ 5% sugiere e que se descla desclasif sifiqu ique e la potenc potencia ia nomina nominall de 5% sugier motor según la figura:
Si PVU > 5%, considera que es inaceptable inaceptable el funcionamiento del motor. motor.
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Fuente F uente de suministro inestable inestable o desequilibrada. Desigual distribución de las cargas, predominando las cargas monofásicas. Transposición incompleta de las líneas. Ruptura de un fusible en un banco de capacitor trifásico. Transformadores conectados en bancos asimétricos, en especial en delta abierta.
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Fallas monofásicas a tierra no identificadas.
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Desperfectos Des perfectos en los empalmes, uniones o contactos.
19
Aumentan
las pérdidas suministrar un kWh.
Aumento
de energía y el costo para
de la demanda.
Distorsión del factor de potencia real. El
desequilibrio de las corrientes es superior al desequilibrio de tensión.
Dificultades
en el ajuste de las protecciones.
Reducción de la
capacidad efectiva efectiva instalada.
20
Otras definiciones La relación de la desviación máxima de una tensión en relación a la tensión media, expresada en porcentaje, utilizando mediciones de tensión de fase a fase. =
=
− ; − ; −
2
∙ 100 =
1−
3 − 6 6
1+
3 − 6 6
∙ 100
=
4 2
∙ 100
+ +
4 2
Instrumentos de medición, ANSI C84.1-2006, NEMA MG-1-2006
+ +
4 2 2
IEEE Std 1159-2009
Estudio independiente •
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Determinar la variación de tensión y el desequilibrio de tensión a partir de las mediciones siguientes. siguientes. Para el desequilibrio de tensión aplique los dos métodos sugeridos por la norma IEEE 1159 y la norma NEMA.
Vab Vbc Vca Vca Vprom Vnominal VT(Vab) VT(Vbc) VT(Vca) VT(Vprom) Beta AngVab AngVbc AngVca Vp Vn (V) (V) (V) (V) (V) (%) (%) (%) (%) (%) 440,4 0 441,4 -119,4 445,1 120,2 4 42 42,3 480,0 0,92 0,92 0,93 0,92 442,3 2,9 0, 0,3 432,4 0 432,8 -119,3 437,2 120,3 4 34 34,1 480,0 0,90 0,90 0,91 0,90 434,1 3,1 0, 0,3 432,3 0 433,4 -119,4 436,6 120,2 4 34 34,1 480,0 0,90 0,90 0,91 0,90 434,1 2,6 0, 0,3 438,2 0 437,7 -119,1 443,6 120,5 4 39 39,8 480,0 0,91 0,91 0,92 0,92 439,8 3,8 0, 0,3 437,7 0 437,4 -119,0 444,3 120,5 4 39 39,8 480,0 0,91 0,91 0,93 0,92 439,8 4,5 0, 0,3 438,5 0 438,2 -119,2 443,9 120,5 4 40 40,2 480,0 0,91 0,91 0,92 0,92 440,2 3,7 0, 0,3 438,6 0 438,3 -119,0 445,1 120,5 4 40 40,7 480,0 0,91 0,91 0,93 0,92 440,7 4,4 0, 0,3 439,1 0 438,8 -119,1 444,8 120,5 4 40 40,9 480,0 0,91 0,91 0,93 0,92 440,9 3,9 0, 0,3 444,7 0 444,6 -118,9 452,2 120,6 4 47 47,2 480,0 0,93 0,93 0,94 0,93 447,2 5,0 0, 0,3 444,1 0 444,5 -118,8 452,1 120,5 4 46 46,9 480,0 0,93 0,93 0,94 0,93 446,9 5,2 0, 0,3
VUF1 (%) 0,65 0,71 0,59 0,86 1,03 0,84 1,01 0,89 1,13 1,17
VUF2 (%) 0,65 0,71 0,59 0,86 1,03 0,84 1,01 0,89 1,13 1,17
PVU (%) 0,63 0,71 0,58 0,86 1,02 0,84 1,01 0,88 1,13 1,16
Ecuaciones •
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Para Para variación de tensión aplicar la ecuación: VT =
Vmedida Vnom
Ecuaciones para determinar el desequilibrio de tensión:
=
2 =
=
2
∙ 100
1−
3 − 6 6
1+
3 − 6 6
∙ 100
=
4 2
+ +
4 2
+ +
− ; − ; −
4 2 2
∙ 100
Fin
