CFE Calidad de Energía Eléctrica

División Peninsular Zona Campeche

1er. Seminario de Ahorro de Energía Eléctrica Campeche, Campeche

CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICA Ponente: Ing. Cecilia Hernández Hdez 20 y 21 de Abril de 2009

INTRODUCCION z

z

z

Las cargas cada día son más sensibles a las variaciones de ciertos parámetros, ya que hacen un uso intensivo de controles basados en microprocesadores y electrónica de potencia. Implementación de “mayor eficiencia” a través de variadores de velocidad, lámparas eficientes, capacitores, etc., que incrementan la distorsión armónica. Estos equipos que generan distorsión armónica y bajo ciertas condiciones pueden deteriorar la magnitud y la forma de onda del voltaje suministrado a tal grado, que sea inadecuado de utilizar por la mayoría de los usuarios que comparten la misma fuente de suministro. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

INTRODUCCION z

z

Mayor atención de los usuarios finales a la calidad del suministro de energía (interrupciones, transitorios, etc.) ya que pueden significar cuantiosas perdidas. El principal factor que se encuentra detrás de los conceptos de la calidad de energía eléctrica es el incremento en la productividad para los usuarios. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Calidad de la Energía. El estándar IEEE-1159-1995 define un alto nivel de calidad de la energía cuando tenemos un bajo nivel de disturbios, entendiéndose por disturbio como cualquier anormalidad en la forma de onda de voltaje o de corriente. z Cualquier problema que se presente en el suministro manifestada por desviaciones en la magnitud y forma de onda en el voltaje, corriente o frecuencia que puede ocasionar falla u operación inadecuada en el equipo del usuario. z

SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

z

z

z

z

z

z

CALIDAD DE VOLTAJE Magnitud, Forma de Onda y Frecuencia CALIDAD DE LA CORRIENTE Magnitud, Forma de Onda y Frecuencia CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICA Combinación de calidad de voltaje y de corriente CALIDAD DEL SUMINISTRO Confiabilidad + Calidad de Voltaje CALIDAD DEL SERVICIO Calidad de Suministro + Relación con consumidores CALIDAD DEL CONSUMO Confiabilidad Suministro + Calidad de Energía + Relación con Consumidores SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

CALIDAD DEL SERVICIO (Georgia Power) PROBLEMAS DE CALIDAD DE ENERGIA VISTA DESDE EL USUARIO

VECINOS 8%

OTROS 3%

USUARIO 12%

FENOMENOS NATURALES 60%

SUMINISTRADOR 17%


CALIDAD DEL SERVICIO (Georgia Power)

PROBLEMAS DE CALIDAD DE ENERGIA VISTA DESDE EL SUMINISTRADOR SUMINISTRADOR 1%

VECINOS 8%

USUARIOS 25%

FENOMENOS NATURALES 66%


CUBO DE CALIDAD DE LA ENERGÍA El acondicionamiento de las redes eléctricas es extenso y complicado, en cuanto a la eliminación y prevención de disturbios de la forma de onda senoidal de C.A., los problemas pueden presentarse, desde la generación hasta las cargas. Sin embargo a pesar de su variedad y complejidad, los problemas de calidad de la energía pueden ser agrupados en varias categorías distintas.


CUBO DE CALIDAD DE LA ENERGÍA El cubo de calidad de la energía es una analogía que enfatiza el acondicionamiento de cada área las cuales requieren métodos y soluciones tecnológicas independientes. Las áreas de regulación, aislamiento y supresión, las otras caras del cubo representan el aterrizamiento de la red eléctrica, las armónicas y el ruido.


Fuente: Seminario de Power Quality, Eaton Electrical.


CUAL ES EL ORIGEN DEL PROBLEMA?


Naturales. z z z z z z z z z z

Descargas atmosféricas Lluvia Viento Polvo Nieve Granizada Terremoto Huracán Humedad Salinidad.

Eléctricos. z z z z z z z z z z

Cargas No lineales. Corto circuito. Perdida de fase. Sobrecarga. Bajo Factor de Potencia. Corrección del F.P. Apertura de interruptores. Falla de transformadores. Suspensión del servicio. Conexión y desconexión de cargas.


Principales Disturbios. Interrupciones (Interruption ).

Completa perdida de voltaje por un periodo de tiempo.

Depreciaciones de voltaje (sags/dips).

Reducción en el voltaje nominal rms a la frecuencia de trabajo, con una duración de medio ciclo a 2.5 seg. (150 ciclos ). SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Principales Disturbios. Elevaciones de voltaje (swell ).

Incremento en el voltaje nominal rms, a la frecuencia de trabajo, con una duración de medio ciclo a 2.5 seg. (150 ciclos). Transiente-Oscilatorio (Transient).

Son bidireccionales, con duración desde 0.3 a 5 milisegundos, de valor hasta 8 veces el voltaje p.u.


Principales Disturbios.

Transiente-Impulso (Transient).

Pulso unidireccional con duración a dos milisegundos.

Ranuras ( Notch).

Ranuras de las formas de onda de voltaje , producidas por la conmutación en la conducción de la corriente de diodos y tiristores. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Principales Disturbios. Bajo voltaje (Undervoltage).

Reducción en el voltaje nominal rms a la frecuencia de trabajo, con una duración mayor a 2.5 seg.

Alto voltaje (overvoltage).

Aumento en el voltaje rms, a la frecuencia de trabajo por un periodo de tiempo mayor a 2.5 seg.


Principales Disturbios. Distorsión Armónica (harmonic distortion). Representación matemática de la distorsión de una forma de onda pura senoidal. Flicker (Subarmónicas). Parpadeos luminosos perceptibles que son molestos para el ojo humano. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Resumiendo. z

z

z

1.-Los problemas más frecuentes que representan un 68% de las fallas, lo representan los sags. Los sags tienen origen principalmente en condiciones de falla como corto circuito, descargas atmosféricas y en algunos casos arranque de motores. 2.-Los impulsos representan un significativo 21% de los problemas de calidad de la energía. Estos tienen su origen en la conexión y desconexión de cargas y en ciertas ocasiones por descargas atmosféricas, descargas estáticas y arqueo entre contactos. 3.-Las interrupciones representan un 11% de los problemas de calidad de la energía y sus fuentes son múltiples como pueden ser fallas de corto circuito, descargas atmosféricas, fallas en los equipos, accidentes automovilísticos. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

NORMATIVIDAD z

z

z z

Las normas más importantes que tratan sobre medida y caracterización de eventos en la tensión de suministro de energía eléctrica (y en general de la calidad de la energía eléctrica) son: Norma Europea EN-50160 (Características de la Tensión Suministrada por las Redes Generales de Distribución) Estándar IEC 61000-4-30 IEEE Standard 1159-1995.

NORMATIVIDAD PARAMETRO

NORMATIVIDAD

LIMITES ESTABLECIDOS

NACIONAL

Frecuencia de Suministro Variación del Voltaje (regulación)

59.9 a 60.1 ciclos/seg +/- 10% Vn

CFE / LUZ Y FUERZA CFE / LUZ Y FUERZA

+/- 5% Vn

INTERNACIONAL

SI

ANSI C84.1

Contenido de Armónicas Tensión

Menor a 5% THD

Contenido de Armónicas Corriente

(Depende del Nivel de Tensión y IL/Icc)

CFE L000045

IEEE Std-519

3-5 V

NO

NEC 1990

NO

NEMA MG-1, Sec. 12.45

Diferencia de Potencial entre Neutro y Tierra Desbalanceo de Voltaje

6%, 5 min en BT 3% Continuo en AT

CFE L000045

IEEE Std-519

NORMATIVIDAD PARAMETRO

Sobretensiones transitorias por maniobra Depreciaciones de Voltaje

NORMATIVIDAD

LIMITES ESTABLECIDOS

NACIONAL

INTERNACIONAL

NO

ANSI/IEEE C60.45

NO

ANSI/IEEE 446

150 min cliente/año

NO (*84 min en 2007, sin afectaciones al usuario CFE)

SI

minimo 90%

CFE / LUZ Y FUERZA

SI

2 x Vsum 80-90% Vsim, 20 veces/mes <85%, 2 veces al mes

Confiabilidad del Suministro

Factor de Potencia Mínimo Desequilibrio de Tensión Desequilibrio de Corriente

máximo 2% máximo 5% SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Curva de Aceptabilidad (CBEMA-ITIC) El nivel de susceptibilidad a los disturbios en el voltaje de alimentación en los equipos de cómputo es difícil de medir. La experiencia dio como resultado la publicación de la Curva de la Asociación de Fabricantes de Equipos Informáticos y Empresariales (CBEMA). Desde entonces esta curva se ha modificado y actualmente se conoce como curva del Consejo Tecnológico de Industrias de Informática (ITIC), una versión que ha sido estandarizada por la ANSI como el Std-IEEE-446.

a c e p t a b i l i d a d SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Frecuencia de variaciones de voltaje.


HERRAMIENTAS PARA LOS ESTUDIOS DE CALIDAD DE ENERGIA


Analizadores de Redes Eléctricas PP4300

ION 7550, 7650

3100 PQNode® EPRI PQPager®

Algodue.


Forma de Onda


Captura de disturbios.









Espectro de armónicas.


Dirección de las armónicas.

SOURCE SOURCE LOAD


Monitoreo en tiempo real.


Software. Software.


B I B L I O G R A F I A SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

¿ Cuales son ¿Cuales son los los Problemas Problemas ? ? EQUIPOS PARA PARA MEJORAR MEJORAR LA LA CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICA ELECTRICA


POWER QUALITY: Equipo de Cómputo Tabla de disturbios y daños causados por Calidad de Energía Deficiente Daño probable

Falla de tarjetas electrónicas Errores misceláneaos de software

Variación de voltaje (sag)

Impulso 2x Nominal

Impulso 4x Nominal

Interrupción

Voltaje del Neutro a Tierra

Si Si

Si

Caída del disco duro

Si Si

Congelamiento del sistema

Si

Si

Errores de paridad

Si

Si

Falla de las fuentes de poder

Si

Reiniciar / Resetear

Si

Pérdida de voltaje de AC

Si

Si

Disturbio Repetitivo

Sobrevoltaje

Si

Si

Si

Si

Si Si Si Si Si

SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA Si

Si Si

Si

Si Si

Supresores de Transitorios. Las sobretensiones transitorias que entran a las instalaciones comerciales, a través del sistema de distribución son atenuadas por los apartarrayos instalados en las acometidas y los TVSS (Transient Voltage Surge Suppressor) o Supresores de Transitorios que protegen a los equipos sensibles de los usuarios ya que son dispositivos diseñados para manejar altos niveles de energía asociados con la actividad transiente en línea. Cabe agregar que algunos de los mejores dispositivos pueden también proporcionar una atenuación de ruido significativa. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

STD-1100-1999 (Emerald Book).

8.4.2.5 Recomendaciones para la protección de transitorios. La protección de transitorios se debe aplicar desde la entrada del servicio eléctrico, tableros de protecciones y tableros de distribución y en los tableros de distribución secundarios o derivados que alimenten a equipo telefónico, de telecomunicaciones, televisión u otros equipos electrónicos, estas protecciones pueden ser instaladas externamente internamente en el tablero de protecciones o de distribución. Los tableros de distribución deben contener la protección montado íntegramente para minimizar los efectos de los transitorios en los conductores optimizando de esta manera su efectividad. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

TRANSITORIOS ¡EL PROBLEMA EN LA ERA DE LA ELECTRONICA!

Los Transitorios son algo nuevo…?

NO, Los transitorios siempre han existido, Son el resultado natural de la Actividad Eléctrica. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

TRANSITORIOS ¡EL PROBLEMA EN LA ERA DE LA ELECTRONICA!

Existe una amplia difusión en el uso de equipos electrónicos, tales como: z Computadoras personales z Sistemas de telefonía z Líneas de producción automatizadas z Equipos de diagnóstico médico z Maquinas y herramientas industriales z Bombas electrónicas de gases z Controles automáticos de riego SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

¿Que es un Transitorio? Transitorio:

Es un cambio en la forma de onda, de por lo menos dos veces el valor RMS de la Tensión.

Ruido:

Es un cambio en la forma de onda, de menos de dos veces el valor RMS de la tensión. El ruido de Alta Frecuencia en sistemas de Baja Tensión, es independiente de la frecuencia fundamental. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Transitorio z

Pico de Voltaje

z

Duración de Microsegundos (μ s)

60 Hz

Nanosegundos (n s) z

20 kV

z

20 kA

z

Bipolar

z

Aparición Aleatoria SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Transitorios Externos Aparecen un 20 % de la veces, Causan DESTRUCCION

Ejemplo: Operación de redes Descargas Accidentes Rayos Tormentas Viento SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

MAPA DE ISODENSIDAD DE RAYOS A TIERRA 1983-1993


Transitorios Internos z

Switcheo de Motores z Aire Acondicionado z Dispositivos de Switcheo z Ventilación z Calefacción z Compresores

Aparecen un 80 % de la veces, Causan DEGRADACION SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Qué tan Rápido es un Transitorio? ¿Cual

es la Frecuencia del Sistema?

¿Cuanto ¿En

tiempo dura un Ciclo?

R = 60 Hz R = 16 ms

cuantos ciclos abre un interruptor ante un cortocircuito? R = 1 Ciclo

¿Cuanto

representa la duración de un transitorio con respecto a la duración de un ciclo? R = 1 milésima parte ¿Que

velocidad de respuesta se espera de un equipo que proteje contra transitorios? R = nanosegundos SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Efectos de un Transitorio

Destrucción

de elementos Disipación de energía Interrupción de Procesos

Daño

de circuitos impresos Perdida de memoria y datos Bloqueo de sistemas


Síntomas de un Transitorio

Alto nivel de Equipo Dañado

Tarjetas Electrónicas y Monitores Quemados

Caídas de Enlaces de Comunicación

Discos Duros Aterrizados o Corrompido

Equipo Digital Operando Erróneamente Sin Razón Aparente (atribuido a fallas de software)

Reemplazo Constante de Fusibles

Falla de Sobretensión en Variadores de Velocidad SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

¿ Quién los ocasiona ?

Cargas con continuos arranques y paros.

Soldadoras, Punteadoras, Hornos.

Descargas Atmosféricas en la Red.

Procesos industriales de gran potencia dentro de la empresa o con vecinos.

Switcheo en las Líneas de CFE ó LFC

Equipos de Comunicación con antenas o hilos aéreos. Routers, enlaces satelital, etc.

Elevadores, Balastras, Bombas, etc. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Comportamiento de la Cerámica MOV

Condición Normal

Línea

Condición Transitoria ZnO = 97%

Vn

Pb Mg Mn Bi ...

Z I fuga

mA

kA


= 3%

Vt Z

It

Varistores de Oxidos Metálicos MOV z

Son conectados en paralelo a la red y activados por el pico de tensión

z

Al exponerlos a la alta energía de un Transitorio modifica su impedancia, de un valor muy alto a un valor muy bajo en tiempo de 1 nanosegundo

z

Al presentarse un rayo, aparta de la red la energía en exceso y la disipa fuera del sistema

z

Se conectan en paralelo entre sí. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

L

N

T

OPERACION Modo: Linea - Tierra

El El fusible fusible se se activa activa al al final final de til, 200kA, de la la vida vida úútil, 200kA, 99 99 % % Plata, Plata, Clamping Clamping Voltage Voltage


Filtros dejan pasar la Frecuencia Nominal y Atenuan altas frec,

Modos de Protección Fase A L-L Fase B L-N

L-N

L-L

L-N

L-T

L-L

L-T N-T

Neutro

Fase C

L-T Tierra

10 modos de protección, Simplemente:

EL TRANSITORIO NO PASA


IEEE C62.41 1991 Nivel C Subestaciones

EMA, I-Line *Mayor exposición *Acometida *Equipos Robustos *Autosoportados *Poco Cableado

Nivel B Distribución

EBA, I-Line *Red de Distribución *Transformadores *Tableros Panel *UPS *Hay Cableado


Nivel A Alumbrado

HWA, LC SDSA, QO *Circuitos Derivados *Equipos sensibles *Tomas eléctricas * Mucho Cableado * Filtrado

Guia de Rápida de Aplicación Nivel de Exposición

Capacidad de Supresión

Alto

480kA y 320kA

Alto a Medio

240kA y 160kA

Medio

160kA

Medio a Bajo

160kA y 120kA

Bajo

120kA a 40kA

Ambiente

Acometidas de gran potencia Zonas de alto nivel isoceráunico Vecino de zonas industriales Industria en ambientes rurales Zonas de bajo nivel isoceráunico Acometida a tableros panel y autosoportados Compañias de tamaño mediano Tableros subgenerales Alimentadores sin protección en la acometida Cargas de potencia en la red Cuartos de cómputo y procesamiento Circuitos derivados sin protección anerior Equipos robotizados y de control numérico Circuitos derivados para cargas finales Cargas finales muy sensibles Uso Residencial, Casa Habitación. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Equipos SURGELOGIC EMA QD Logic I-Line EMA, EBA, I-Line NQOD / NF / CCM QDLogic, Electroducto EMA, EBA, I-Line NQOD / NF / CCM QDLogic, Electroducto EBA, HWA, I-Line NQOD / NF / CCM Electroducto EBA, HWA, LC SDSA, QO SDSB1175C

Supresores de Transitorios


Transformadores de Aislamiento

Los transformadores conectados en delta estrella (comúnmente de distribución) que suministran cargas no lineales monofásicas como pueden ser fuentes reguladas por conmutación, las armónicas “triplen” (múltiplos de 3) circularán por las fases y el neutro del lado de la estrella, pero no aparecerán en el lado de la delta (caso balanceado), ya que se quedan atrapadas en ésta produciendo sobrecalentamiento de los devanados.


Transformadores Tipo K Los transformadores tipo K son aprobados por UL (Underwriter’s Laboratory) para su operación bajo condiciones de carga no senoidal, puesto que operan con menores pérdidas a las frecuencias armónicas. Entre las modificaciones con respecto a los transformadores normales están: a. El tamaño del conductor primario se incrementa para soportar las corrientes armónicas “triplen” circulantes. Por la misma razón se dobla el conductor neutro. b. Se diseña el núcleo magnético con una menor densidad de flujo normal, utilizando acero de mayor grado, y c. Utilizando conductores secundarios aislados de menor calibre, devanados en paralelo y transpuestos para reducir el calentamiento por el efecto piel. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

STD-1100-1999 (Emerald Book). CAPITULO 8. Recomendaciones prácticas para diseño e instalación. Los sistemas eléctricos de distribución que operan a 480 Y/277 V (o 600 Y/347 V) tienen los siguientes beneficios sobre los sistemas que operan a 208Y/120 V: a) Las impedancias de las fuentes 480 Y/277 V son típicamente menores que los sistemas de 208 Y/120 V. Esta característica provee mas estabilidad a la fuente con mejor regulación de voltaje y minimiza la THD cuando se tienen corrientes de cargas no lineales.

z



z

CAPITULO 8. Recomendaciones prácticas para diseño e instalación.

b) Los transformadores reductores para 208 Y/120 V ayudan a atenuar los disturbios generados en el sistema de 480 V. c) Los sistemas 480 Y/277 V manejan menos corriente, resultando en menores perdidas en los alimentadores. d) Los sistemas 480 Y/277 V normalmente tienen menor costo por instalación y material resultando mas económicos. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA


8.4.1.4 Consideraciones de Impedancia para Transformadores tipo Seco z

Una práctica recomendada para transformadores de aislamiento de baja tensión tipo seco es tener una impedancia (%Z) en un rango de 3–5%, calculado a la frecuencia nominal. Esta impedancia no debe exceder 6% en ningun caso. La instalación de transformadores con baja impedancia ayuda a minimizar la distorsión en la forma de onda del voltaje que generan los equipos electrónicos (cargas no lineales). SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA


8.4.1.7 Transformadores con factor K-factor UL y los fabricantes de transformadores han establecido el “Factor K” para transformadores de potencia tipo seco, para indicar su capacidad para soportar corrientes de carga no sinoidales. Típicamente estos transformadores son diseñados especialmente para soportar el incremento de temperatura y las corrientes en el neutro que producen las cargas no lineales. Algunas consideraciones en su diseño son: SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA


8.4.1.7 Transformadores con factor K-factor a) El rango del neutro es del 200% en el lado secundario a plena carga, para soportar las corrientes en el neutro principalmente como resultados de las “triplen” armonicas y desbalanceo de fases. b) Los conductores del devanado son especialmente configurados y hechos para minimizar el calentamiento debido a las corrientes armónicas. Existen múltiples configuraciones, conductores paralelos pueden reducir el efecto piel en las altas frecuencias de las corrientes armónicas y balancear las triples armónicas que circulan en el devanado primario (delta) c) Los núcleos (acero de mayor grado) son especialmente diseñados para mantener una densidad de flujo menor bajo condiciones de saturación debido a la distorsión en voltaje o por alto voltaje en la línea. Los valores comerciales de transformadores con factor K: K- 9 K- 13 K- 20 K- 30 K- 40 SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Transformadores de Aislamiento El factor K se puede encontrar mediante un análisis armónico de la corriente de la carga o del contenido armónico estimado de la misma. La ecuación que lo define es: ( ) Ih pu = corriente armónica en p.u. tomando como base la corriente Irms. Con el valor del factor K de la corriente de la carga, se puede escoger el transformador adecuado. Los valores comerciales de transformadores con factor K: K- 9 K- 13 K- 20 K- 30 K- 40 SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Transformadores Tipo K Donde la corriente de armónicas producida por cierto equipo sea menor al 15%, utilice un transformador estándar de uso general. Donde el equipo electrónico represente mas del 35% de la carga, use un transformador de factor K-4. Donde el equipo electrónico represente mas del 75% de la carga, use un transformador de factor K-13. Donde el 100% de la carga sea equipo electrónico, use un transformador de factor K-20. Otros factores K superiores, están generalmente reservados para piezas especificas de equipos donde el espectro de las armónicas de las carga es conocido.


Reguladores de voltaje. Proporcionan el voltaje nominal requerido en la carga, a pesar de amplias fluctuaciones en la tensión de suministro.


Acondicionadores de línea. z

Definimos a un equipo acondicionador de línea al equipo o dispositivo que contribuya a resolver alguno de los problemas de calidad de la energía que hemos clasificado anteriormente. z z z

A) Supresión. B) Regulación. C) Aislamiento.


UNIDAD ININTERRUMPIBLE DE ENERGIA (Uninterruptible Power Supply, UPS) z

Definición

Incorrectamente generalizado como No break, es un dispositivo que gracias a sus baterías, puede proporcionar energía eléctrica tras un apagón a todos los dispositivos que tenga conectados. Otra de las funciones de las UPS es la de mejorar la calidad de la energía eléctrica que llega a los aparatos, filtrando subidas y bajadas de tensión y eliminando armónicos de la red en el caso de Corriente Alterna. Las UPS dan energía eléctrica a equipos llamados cargas críticas, que pueden ser aparatos médicos, industriales o informáticos, que como se ha dicho antes, requieren tener siempre alimentación y que ésta sea de calidad debido a la necesidad de estar en todo momento operativos y sin fallos (picos o caídas de tensión). SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA


Esquemas de UPS OFF-LINE: la carga esta siempre conectada a la línea principal y el UPS solo funciona cuando hay falla en esta. El inversor esta calculado para alimentar a la carga durante un periodo de tiempo relativamente corto y la duración de las baterías es usualmente de unos pocos minutos.



Esquemas de UPS ON-LINE: la carga siempre esta conectada al UPS y este se alimenta a partir de la línea principal. En caso de fallo en las líneas las baterías suministran energía al inverso. De manera que no se presenta una interrupción en las alimentación de la carga. Cuando la alimentación se restablece. El inversor se alimenta nuevamente de la línea principal y las baterías son recargadas.





BANCOS DE CAPACITORES z

z

z z z

Ocupación de mayor potencia en el transformador. Circulación de corrientes innecesarias en alimentadores Perdidas en alimentadores Caídas de tensión. Multa por bajo FP

KW

ϕ1 ϕ2

KVAR2

KVA2 KVAR1 KVA1

KVARx= KVAR1-KVAR2 Tg ϕ= KVAR/KW KVAR1 = KW * Tg j1 KVAR2 = KW * Tg j2 KVARx = KW * Tg j1 - KW * Tg j2 KVARx = KW *(Tg j1 - Tg j2)

KVARx

Reactores de línea. + Aumentan la vida de los semiconductores. + Reducen la distorsión por armónicas. + Reducen las corrientes de descarga. + Reducen la temperatura de operación de los equipos. + Reducen el ruido emitido por los motores. + Limitan la corriente de corto-circuito. Los reactores con impedancia del 3% son aplicables para absorber los picos en la línea de potencia y la corriente de descarga de motores. Los de impedancia del 5% son aplicables para reducir las corrientes y frecuencias armónicas. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

Reactores de línea.


10:34 10:39 10:44 10:49 10:54 10:59 11:04 11:09 11:14 11:19 11:24 11:29 11:34 11:39 11:44 11:49 11:54 11:59 12:04 12:09 12:14 12:19 12:24 12:29 12:34 12:39 12:44 12:49 12:54 12:59 13:04 13:09 13:14 13:19 13:24 13:29 13:34 13:39 13:44 13:49 13:54 13:59 14:04 14:09 14:14 14:19 14:24 14:29 14:34 14:39 14:44 14:49 14:54 14:59 15:04 15:09 15:14 15:19 15:24 15:29 15:34 15:39 15:44 15:49 15:54 15:59 16:04 16:09

% FUNDAMENTAL

TABLERO PRENSAS AUTOMATICAS ITM PRINCIPAL, ANTES DE COLOCAR LOS REACTORES PERFIL DE LA THD EN CORRIENTE POR FASE

70

60

50

40

30

20

10

0

DEL MARTES 5 DE ABRIL DE 2005

FASE 1 FASE 2 FASE 3


17:10 17:15 17:20 17:25 17:30 17:35 17:40 17:45 17:50 17:55 18:00 18:05 18:10 18:15 18:20 18:25 18:30 18:35 18:40 18:45 18:50 18:55 19:00 19:05 19:10 19:15 19:20 19:25 19:30 19:35 19:40 19:45 19:50 19:55 20:00 20:05 20:10 20:15 20:20 20:25 20:30 20:35 20:40 20:45 20:50 20:55 21:00 21:05 21:10 21:15 21:20 14:36 14:41 14:46 14:51 14:56 15:01 15:06 15:11 15:16 15:21 15:26 15:31 15:36 15:41 15:46 15:51 15:56 16:01 16:06 16:11 16:16 16:21 16:26 16:31 16:36 16:41

% FUNDAMENTAL

TABLERO PRENSAS AUTOMATICAS ITM PRINCIPAL, DESPUES DE COLOCAR 3 REACTORES DE LINEA PERFIL DE LA THD EN CORRIENTE POR FASE

70

60

50

40

30

20

10

0

DEL LUNES 26 Y MARTES 27 DE SEPTIEMBRE DE 2005 FASE 1 FASE 2 FASE 3


FILTROS DE ARMONICAS Remueven señales de alta frecuencia, armónicas y otros contaminantes de energía y datos. Estos equipos normalmente incluyen una combinación de reactores y capacitores.


Filtros de Armónicas


SQUARE’D



La Conexión a Tierra z

Muchas de las variaciones que ocurren en la calidad de energía del suministro de energía eléctrica ocurren dentro de las instalaciones de los propios usuarios y están relacionadas con problemas de alambrado y conexiones a tierra, por lo que es necesario hacer una revisión de los mismos.


Sistemas de Tierras Físicas z

El objetivo principal de los sistemas de Tierras Físicas en un sistema eléctrico es proveer un medio SEGURO para proteger a los usuarios durante la operación normal y/o en caso de falla: z Los sistemas se conectan a tierra para limitar las sobretensiones eléctricas debidas a descargas atmosféricas, transitorios en la red o contacto accidental con líneas de alta tensión y para estabilizar la tensión eléctrica a tierra durante su funcionamiento normal. z Los equipos se conectan a tierra de modo que ofrezcan un camino de baja impedancia para las corrientes eléctricas de falla y que faciliten el funcionamiento de los dispositivos de protección contra sobrecorriente en caso de falla a tierra.



El Puente de Union Principal Tablero 1

Tablero 2

Tablero 3

Carga

Fase

Neutro

Neutro

P.U.P.

Neutro

P.U.P.

Tierra

Tierra

Tierra

Red de Tierras P.U.P. = Puente de Union Principal

NOM-SEDE-001 Art. 250-23, 26


Cuando circula corriente por tierra Fase Neutro Tierra

DATA WIRE

SIGNAL GROUND

V1

I

R

Tierra

V2 Tierra

Cuando circula corriente por el cable de tierra, se produce una caida de tensión por la resistencia del cable, originando así una diferencia de potencial entre tierras, y con ello la perdida del sistema equipotencial. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA


Interconexión de sistemas

50 kA

500 0 kV V

PC = 500 0 kV V 500 0 kV V

5000 kV V

500 0 kV V

10 Ω

10 Ω

10 Ω

0V

0V

0V


NOM-SEDE-001 Art. 250-81, 86

Conclusiones. z

z

z

Es importante que la industria sea cada día más eficiente, la modernización contribuye a convertir más eficientes los procesos productivos y continuar siendo competitivos en un mercado de libre comercio. La aplicación de estas nuevas tecnologías implica la utilización de la electrónica de potencia (cargas no lineales). La utilización de estas cargas implica: 1.- El suministro de energía eléctrica de calidad. 2.- Mitigar cualquier disturbio que generan estas cargas. El no resolver los problemas de calidad de la energía a tiempo, traerán como consecuencia perdida de oportunidades de negocios, bajas en productividad, perdida de producción, baja en la calidad del producto y costos altos de producción. SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

“LA TECNOLOGIA ES INVERSION Y SIGNIFICA SOLUCIONES” ING. CECILIA HERNANDEZ HERNANDEZ. ID Nextel: 72*683496*2 Oficina: (55) 5115-8945 Móvil: (044 55) 2899-4627 [email protected]

BIBLIOGRAFIA Apuntes del Curso Tutorial “Estudio de Armónicas en Sistemas Eléctricos”, Sección México IEEE, 2002 “The Dranetz-BMI Field Handbook for Power Quality Analysis ” Dranetz-BMI, 2003 Apuntes del curso “Supresores de Transitorios” Schneider Electric México, 2005 Apuntes del curso “UPS y Acondicionadores de Línea” Schneider Electric México, 2005 Apuntes del curso “Mr. Capacitor”. Inelap, S.A. de C.V., 2000


BIBLIOGRAFIA NOM-001-SEDE-2005 “Instalaciones Eléctricas.- Utilización”, Arts. 250, 280 y 285. IEEE-STD-1159-1995 “Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality” IEEE-STD-519-1992 “Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems” IEEE STD-142-1991 ”Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems” (Libro Verde). IEEE STD-1100-1992. “Recommended Practice for Powering and Grounding of Sensitive Electronic Equipment”. (Libro Esmeralda) SOLUCIONES EN AHORRO Y CALIDAD DE ENERGIA

CFE Calidad de Energía Eléctrica

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