Cal i dad de d e Pot ote enc ncii a y Arr m ó n i c o s : A Caus usa as, efect efectos os y Las técnicas técni cas de reme remedi dia aci ción ón
Carol Gowan Chad Cha d Loomi Lo omis, s, PE PE
12/13/2006
Universidad de Cornell PDC Diseño eléctrico Sección 1
Vis isió ión n gene general ral • ¿Cuál es la calidad de potencia? • ¿Cuáles son algunas de las preocupaciones de calidad de energía? • ¿Cuáles son armónicos y qué las causa? • ¿Qué efectos tienen PQ pobre y armónicos tener en un sistema de energía de construcción y componentes? • ¿Cómo se pueden mitigar calidad de potencia y armónicos Problemas? • preguntas
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¿Cuál es la cali calidad dad de potenc po tencia? ia? • Puede ser definido como: Alguna problema de la energía se manifiesta en – “ Alguna • voltaje, • corriente, • o desviaciones de frecuencia
que da como resultado el fracaso o el mal funcionamiento de los equipos cliente” 3
¿Cuáles son so n la l as clases c lases generales generales de de prob pr oblema lemas s de cali calidad dad eléctr eléctric ica a según IEC?
(Comisión Electrotécnica Internacional)
• fenómenos de baja frecuencia conducidas – Sistemas de señales (de portadora de línea de potencia) – Las fluctuaciones de tensión (flicker) – Caídas de tensión e interrupciones – El desequilibrio de tensión (desequilibrio) – las variaciones de frecuencia de energía – tensiones de baja frecuencia inducidas – DC en redes de corriente alterna – A Arr m ó n i c o s , in i n t er erar arm mónicos
• fenómenos de baja frecuencia radiadas – Los campos magnético y eléctrico 4
Categorías y características de Power System fenómenos electromagnético s (IEC)
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Fluctuaciones de tensión dentro Distribución Utilidad de Cornell transitorios - muy rápido <1 ciclo – causa normal es rayo – No hay luces parpadean – Cornell Utilidades emplea pararrayos en las subestaciones y en los interruptores principales situados en cada equipo de servicio eléctrico construcción – Los usuarios finales necesitan comprar / instalar equipo TVSS para sujetar aún más el pico de voltaje. 6
Fluctuaciones de tensión dentro Distribución Utilidad de Cornell
Caídas de tensión / Subidas – El desequilibrio de tensión que dura de 320 ciclos – causa típica → NYSEG de conectar la línea de transmisión de 115kV entrante – Luces parpadeantes son indicativos de esta falla 7
Fluctuaciones de tensión dentro Distribución Utilidad de Cornell • fluctuaciones de tensión a largo plazo – Como carga aumenta, la tensión cae (y viceversa) – Cornell Utilidades compensa las variaciones de tensión de larga duración mediante el uso de cambiadores automáticos de tomas en carga en el Maple Ave. subestación – límites de tolerancia de tensión del sistema se establecen en la norma ANSI C84.1. Las tensiones de la red de Cornell están diseñados para funcionar siempre en el rango 'A' límites (108 - 126V) 8
Fluctuaciones de tensión dentro Distribución Utilidad de Cornell
Distorsión armónica – Típicamente generado dentro de una instalación, no una cuestión de distribución – Utilidades no protege para esta condición 9
curva CBEMA para la susceptibilidad de Equipo informático 120V Asociación de Fabricantes de Equipos de negocios equipo A principios de 1980 CBEMA diseñó la curva de señalar las formas en que la fiabilidad del sistema se podría proporcionar para
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curva ITIC para la susceptibilidad de Equipo informático 120V Tecnologías de la información Industria Consejo Esta derivación fue desarrollado para mostrar una curva que refleja con mayor precisión el rendimiento de una sola fase típica, computadoras de 60 Hz y sus periféricos
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Equipo informático Tabla Perturbació n
(Manual Dranetz-BMI Campo de Análisis PQ)
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Qué son NO descriptores apropiados de problemas de calidad eléctrica según IEC? • Apagón
• Falla
• Parpadeo
• Corte
• Apagón
• Interrupción
• Bache • Planta limpia
• Sobrecarga de energía
• Energía limpia
• Fuerza Bruta
• Planta sucia
• Espiga
• Poder sucia
• Oleada • Guiño
todo lo que necesitamos para definir la calidad de la energía en términos adecuados para abordar el problema. 13 ¿Es la
¿Cuáles son las causas de la mayoría de las incidencias emitidos por problemas informáticos en Cornell? • Internamente (la construcción de la zona específica) problemas inducida – neutrales compartidos – Los circuitos sobrecargados (interruptores de disparo) – circuitos conectados a tierra deficiente o mal • Tenga en cuenta que hay cuestiones muy mínima utilidad / entrega (somos muy afortunados aquí en Cornell!) • Puñado de temas armónicos en los últimos 20 años, 14
Qué son Armonía? • “Una frecuencia de componente de un movimiento armónico de una onda electromagnética que es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental” • EEUU frecuencia fundamental es 60 Hertz – 3rd Armónica es 3 x 60 Hz o 180Hz – 5º Armónica es 5 x 60 Hz o 300Hz, Etc. 15
¿Qué causa armónicos?
Las cargas no lineales La corriente es no proporcional a la tensión aplicada
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Lineal vs cargas y formas de onda de corriente no lineal Las cargas lineales y form as de onda de corriente . resistencia pura, inductancia y la capacitancia son lineales. Lo que esto significa: Si una tensión sinusoidal de cierta magnitud se coloca a través de un circuito que contiene resistencia pura, la corriente en el circuito sigue la ley de Ohm: I = E ÷ R. Por lo tanto, para un valor específico de ohmios, la relación de voltios y amperios es una línea recta. El actual siempre será una onda sinusoidal de la misma frecuencia. Cargas lineales in cluyen la ilu minación inc andescente, cargas de calefacció n, y
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Lineal vs cargas y formas de onda de corriente no lineal Las cargas no li neales y formas de onda de corriente. electrónica de estado sólido se basa en el uso de los semiconductores. Estos materiales son totalmente diferentes en que su respuesta a la tensión no es una línea recta. Lo que esto significa: Con una carga no lineal, no se puede predecir fácilmente la relación entre tensión y corriente - a menos que tenga una curva exacta para cada dispositivo. Con aparatos que contengan muchos dispositivos de estado sólido, tal enfoque no es posible. Las cargas no lineales se encienden sólo para una parte del ciclo, como en un circuito controlado por tiristor, o pulsados, como en
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Efecto de los armónicos en forma de onda
180 Fuera
de Fase
En fase
Cuando una forma de onda es idéntica a partir de una forma de onda a la siguiente, se puede representar como una suma de ondas sinusoidales puras en el que la frecuencia de cada sinusoide es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental de la onda distorsionada. 19 usando el La suma de los sinusoides creado por armónicos puede ser analizado
¿Qué hacen los armónicos? • Los armónicos se realizan a través del sistema de la fuente y puede casi doble la cantidad de corriente en el conductor neutro en tres fase cuatro sistemas de distribución de alambre. • corrientes distorsionadas de las cargas que producen armónicos también distorsionan la tensión a medida que pasan a través de la impedancia del sistema. Por lo tanto, una tensión distorsionada puede ser presentado a otros usuarios en el sistema. • sistema eléctrico general y la calidad de la energía 20 se ve afectada por la introducción de armónicos.
Las fuentes de armónicos • Los dispositivos electrónicos de estado sólido que contienen una fuente de alimentación pobres – Ordenadores (PC / CPU) – pantallas de visualización – Impresoras láser – servidores de archivos – fotocopiadoras – Cargadores de bateria
• * Unidades de Estado Sólido de UPS • Dispositivos de estado sólido (balastos de iluminación fluorescente) • ** rectificadores (AC-DC Converters • Unidades de soldadura
→
VFD) 21
¿Cuáles son del orden de los armónicos típicos generados por las cargas no lineales?
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Efectos de los armónicos • Tensión distorsionada • Sobrecalentados transformadores y motores – Aumenta la histéresis pérdidas (de magnetización) en acero y hierro núcleos de transformadores, de motor y de disparo magnético unidades de disyuntores (ineficiencias Equipo y sobrecalentamiento)
• El calentamiento de los conductores neutros – Efecto en la piel → Aumento de la cantidad de corriente que fluye en el exterior de los conductores (sobrecalentamiento)
• Baja Tensión en cargas finales • Alta neutro a tierra Tensiones en cargas finales 23
Efectos de los armónicos (cont) • Problemas de funcionamiento de los relés y disyuntores – Magnética térmica de viaje / Disyuntores • Fusibles y bimetálicas tiras responden al verdadero valor eficaz • Las corrientes armónicas aumentan las pérdidas por corrientes parásitas en el núcleo de acero de la tira metálica. • Esto provoca una situación de sobreprotección ... Aumento de las pérdidas generan calor adicional, este efecto el disparo térmico de la unidad. – Electrónica de viaje Disyuntores • Magnitud y el ángulo (s) fase de corriente armónica (s) en relación a la corriente fundamental pueden causar: – La sobreprotección cuando: detección de corriente de pico> True RMS Subprotección cuando: detección de corriente de pico 24
Efectos de los armónicos (cont) • Problemas de comunicación – Si compartiendo camino paralelo común, el potencial de los armónicos que tengan efecto sobre el cableado de acoplamiento inductivo sin blindaje
• Corriente problemas de medida de (Forma de onda distorsionada) • Operación poco fiable de los equipos electrónicos – Mis-funcionamiento del equipo electrónico que mide la frecuencia o utiliza el punto de cruce por cero de una onda sinusoidal.
• El control de velocidad y voltaje problemas en los generadores de emergencia (Suministro de potencia) Banco • Condensador de problemas de aplicación 25
¿Cómo puede reducirse armónicos? • Aislar cargas armónicas en los circuitos independientes (Con o sin filtros de armónicos) • transformadores de mitigación de armónicos • Desplazamiento de fase (zig-zag) transformadores – Se utiliza para cancelar los armónicos específicos haciendo un circuito de tensión de 180 grados fuera de fase 26
¿Cómo puede reducirse armónicos? • Para VFD y UPS específicamente: – Los reactores de línea – K-Calificación / conducción transformadores de aislamiento – Armónica atenuantes / desplazamiento de fase de los transformadores – 12, 18 o 24 convertidores de impulsos – Pasivos serie / paralelo sintonizado Filtros – Los filtros activos
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¿Cómo puede reducirse armónicos? • LA CORRECTA – Neutral para la conexión del conductor de tierra en un solo lugar; en el panel principal o secundario del transformador • Cuando neutro está conectado a tierra en múltiples lugares, la interferencia puede ocurrir con dispositivos electrónicos sensibles. – Ejecutar conductores de potencia y de control en los caminos de rodadura separadas – cargas sensibles no deben compartir los conductores neutro y de tierra. – Evitar el uso de conducto como el camino de retorno a tierra, ejecute cable de tierra dedicado con los 28conductores
Puesta a tierra Equipo informático PARTE SUPERIOR Radiales o “cadena de margarita” tierra Aunque Código compatible con NEC, pequeñas diferencias de potencial pueden causar bucles de tierra no deseados
El mejor FONDO método para conexión a tierra es a través de conductores de 29 a tierra de puesta
IEEE límites definidos de corriente armónica
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Límite de tensión / Procedimie nto Harmonics Evaluation
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¿Preguntas?
¡Gracias! Planificación de Cornell, Diseño y Construcción
Carol Gowan Chad Loomis
254-1457
[email protected] 255-8039
[email protected] 32
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Los conductores de fase - Calefacción de Efecto piel Conductos - Calefacción de Efecto piel y las corrientes de 33
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disyuntores - Activación falsa debido a la alta temperatura y las frecuencias más altas causadas por los armónicos 34
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Los conductores neutros - alta corriente de armónicos Triplen secuencia cero (3rd y 9º) Se puede añadir tanto como 30% a la corriente de neutro, incluso si las fases están en equilibrio.
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Neutro a voltaje de tierra en el receptáculo - resultados actuales neutrales excesivas en alta tensión gotas entre neutro y tierra en la salida 36
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Neutral barra de bus - la sobrecarga y el calor de secuencia cero armónicos (3 rd y 9º) 37
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recinto Panelboard - calefacción de corrientes parásitas (corrientes inducidas causadas por flujos magnéticos), así como la vibración ( “zumbido” sonido). 38
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Transformadores - la calefacción de las corrientes de Foucault reduce la vida de un sistema de aislamiento del transformador, y disminuye la eficiencia. 39
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Conductores del motor de inducción - Calefacción de corrientes parásitas y los armónicos de secuencia negativa (5º, 11º, 17º, Etc.) Nota - armónicos de secuencia negativa trabajar en contra de la
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El factor de potencia (kVAR) Condensadores - ya que son más baja impedancia, corriente armónica alta resultante puede sobrecalentarse condensadores y / o soplar 41
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kW y kVAR metros - pueden tener errores de lectura cuando las corrientes armónicas están presentes. 42
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Además, los generadores de emergencia pueden tener control de velocidad y los problemas de suministro de tensión causadas por los armónicos y armónicos pueden afectar el cableado de
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