PR0TECC. CAP I.pdf

PROTECCIONES ELÉCTRICAS Y CALIDAD DE SUMINIST SUMINISTRO

DOCENTE : JORGE JORGE ARAYA ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

PROGRAMA


www.inacap.cl

PROGRAMA


www.inacap.cl

I UNIDAD COMPETENCIA : 1.- Es 1.Espe peci cifi fica carr lo loss es esta tado doss op oper erat ativ ivos os de la lass redes eléctricas interiores de acuerdo a normativa nacional vigente


www.inacap.cl

I UNIDAD

Estados operativos de las redes eléctricas interiores

 ESTADO

DE OPERACIÓN NORMAL.

 ESTADO

DE OPERACIÓN ANORMAL. ANORMAL.

DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

I UNIDAD

Estados operativos de las redes eléctricas interiores  ESTADO

DE OPERACIÓN NORMAL NORMAL..

Funcionamiento de una instalación con todos los parámetros del circuito (voltaje, corriente, frecuencia, temperatura de los conductores, etc...) se encuentran dentro de los márgenes previstos. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

I UNIDAD

Estados operativos de las redes eléctricas interiores  ESTADO DE

OPERACIÓN ANORMAL. ANORMAL .

 Cuando

uno o mas parámetros de la instalación eléctrica exceden las condiciones previstas,(sobre consumos, sobre temperatura en los conductores, variaciones de voltaje, cortocircuitos, etc... ) DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

I UNIDAD

Estados operativos de las redes eléctricas interiores  ESTADO DE

OPERACIÓN ANORMAL. ANORMAL .

 Según

La Gravedad de la Anormalidad Se Clasifican En:




Perturbaciones



Fallas

www.inacap.cl

I UNIDAD

Estados operativos de las redes eléctricas interiores 

PERTURBACIONES

Son anormalidades de breve duración que no constituyen riesgo para la operación de una instalación eléctrica (variaciones momentáneas de voltaje o frecuencia, sobrecargas de corta duración);pasada la perturbación todo vuelve a la normalidad. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

I UNIDAD




FALLAS

Son anormalidades que ponen en peligro la integridad de la instalación eléctrica: Bienes Materiales Equipos La Vida De Las Personas.

Por su Gravedad extrema, el sistema eléctrico no puede continuar operando DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

I UNIDAD COMPETENCIA : 2.- Analizar aspectos de la calidad del producto de la energía eléctrica y sus efectos en las protecciones e instalaciones eléctricas, considerando aspectos normativos.


www.inacap.cl

I UNIDAD

Calidad del producto de la energía eléctrica D.S. 327/97 Exigencias de continuidad de suministro

:

F.y D.P. D.P

Índices Individuales (Art.245)

Global Clientes

•

Cualquier período de 12 meses (móvil) De duración superior a 3 minutos Interrupciones de suministro - incluidas las desconexiones programadas veces horas

•

•

•

Clientes BT Clientes MT DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

22 14

www.inacap.cl

20 10

-

I UNIDAD

Calidad del producto de la energía eléctrica D.S. 327/97 Exigencias de continuidad de suministro

: Índices Individuales (Art.249) En puntos de entrega a usuarios finales Suspensiones temporales programadas Duración máxima en 12 meses Duración contínua en ninguna ocasión

•

•

•

•

horas / 12 m horas cont. Clientes BT Clientes MT DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

12 8

www.inacap.cl

8 6

I UNIDAD

Calidad del producto de la energía eléctrica

Voltaje V n

95%

% V n

  

Nivel de tensión 154 (kV) < Vn 1(kV) < Vn < 154 (kV) Vn < 1 (kV)

% Vn  5%  6%  7,5%

Para todo período de 7 días consecutivos de medición Cualquier período del año. Excluye interrupciones de suministro

Medición en punto de conexión  Medición en lo posible f-n  Transductores adecuados 

ver DS-327/97 : Art. 241, 243 y 25b) trans. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

I UNIDAD


FRECUENCI A FRECUENCIA Tiempo de medición de 7 días 0,5%

50,7 Hz 50,2 Hz

99%

50 Hz

0,5%

49,8 Hz 49,3 Hz

consecutivos.  Valor promedio de frecuencia cada 10 segundos. normales de Condiciones operación Plazo de un año.

ver DS-327/97 : Art. 241, 243 y 25b) trans.

kVAinst > 100 MW ; DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

kWhhid > 60 % kWhT

I UNIDAD



www.inacap.cl

I UNIDAD



www.inacap.cl

I UNIDAD



www.inacap.cl



www.inacap.cl



www.inacap.cl



www.inacap.cl



www.inacap.cl



www.inacap.cl



www.inacap.cl



www.inacap.cl



www.inacap.cl

Componente omponentess Arm ónicas :

TEMA: “LOS ARMONICOS, SU ORIGEN Y ALGUNAS FORMAS DE ATENUAR SUS EFECTOS”


www.inacap.cl

INTRODUCCION  Problemas como :

Componentes Arm ónicas :

 Corrientes de fases equilibradas y la corriente en el neutro superior que en las fases.

 Protecciones eléctricas saltan sin justificación alguna.  Calentamiento excesivo de transformadores a carga nominal.  Banco de condensadores con fallas prematuramente.  Etc.

ARMONICOS DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

TEMAS A TRATAR Componentes Arm ónicas :

 ¿QUE SON LOS ARMONICOS?  ORIGEN DE LOS ARMONICOS  ¿POR QUE ESTA AUMENTANDO LA DISTORSION ARMONICA?  EFECTOS DE LOS ARMONICOS  LIMITES DE DISTORSION ARMONICA  ¿COMO DETECTAR LOS ARMONICOS?  ALGUNAS FORMAS DE ATENUAR SUS EFECTOS  CONCLUSIONES FINALES DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

¿QUE SON LOS ARMONICOS? Componentes Arm ónicas :

 “Son señales de corriente o tensión cuyas frecuencias son múltiplos enteros de la fundamental”.  Una señal distorsionada puede ser descompuesta por una señal fundamental

senoidal y una suma de señales de menor amplitud y de mayor frecuencia que la fundamental. A

A

T


www.inacap.cl

T

 Los armónicos son referidos a su:

 ORDEN: Relación entre la frecuencia del armónico y de la fundamental.

 SECUENCIA:  (+) Positiva  7°,13°, 19°…. (6n+1)  (-) Negativa  5°, 11°,17°…. (6n-1)  (0) Cero  3°,9°, 15°… (Triplens 6n-3)  FRECUENCIA: f h= h x f n

(en Hz.)

 TABLA QUE MUESTRA ORDEN, FRECUENCIA Y SECUENCIA


www.inacap.cl

ORIGEN DE LOS ARMONICOS  Los armónicos son generados por cargas llamadas no lineales.  En estas cargas la corriente no es lineal al valor instantáneo del voltaje, además

la corriente tiene una forma del tipo pulsante.

A

2 a 3 mS

T

CARGA NO LINEAL


www.inacap.cl

20mS

 Las cargas no lineales se clasifican en 3 grupos:  ELECTRONICA DE POTENCIA

 Rectificadores (6 pulsos, 12 pulsos, etc.)  Variadores de velocidad  Fuentes conmutadas (Pcs, periféricos, etc.), etc.  APARATOS FERROMAGNETICOS

 Transformadores  Equipos de alumbrado (saturación hierro)  Etc.  APARATOS DE ARCO

 Hornos de arcos  Equipos de soldadura  Etc. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

¿POR QUE ESTA AUMENTANDO LA DISTORSION ARMONICA?  Son dos las causas principales:  El aumento considerable de las cargas no lineales,  Aumento de los puntos de resonancia en la red.


www.inacap.cl

EFECTOS DE LOS ARMONICOS  Aquí se detallarán algunos de sus efectos:  Problemas con el factor de Potencia  En conductores en general

 Neutros  En banco de condensadores (ptos. Resonancia)  En transformadores  En motores de inducción  En protecciones Eléctricas  En tableros Eléctricos

 Barras Neutras  En otros Equipos

 Equipos de Medida DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

 FACTOR DE POTENCIA Y COSENO Φ :  Se suele decir que el Factor de Potencia es igual al Coseno Φ. Esto es cierto

cuando se habla de señales sinudoidales sin distorsión.  Por definición:

 Y Coseno Φ es el ángulo entre la Potencia Activa (eje X) y la Aparente (plano X

e Y).

3D

2D DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

 Considerando el Voltaje aplicado sin distorsión:

I1= Corriente fundamental (RMS)

 Reemplazando:

Fp de desplazamiento Factor de contracción o de distorsión  Por lo tanto cuando el factor de contracción es 1, las señales son puras y se cumple que el Fp es igual al Coseno Φ. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

 CONDUCTORES EN GENERAL:  Se produce el efecto “Skin”, debido al aumento de la frecuencia producto de las

corrientes armónicas. Esto hace aumentar la resistencia, el calentamiento y el deterioro de estos.  Aparece un considerable aumento de pérdidas por efecto “Joule”.


www.inacap.cl

 CONDUCTORES NEUTROS:  En sistemas 3Φ de 4 conductores que alimentan cargas no lineales (Fase y

neutro), aún cuando el sistema esté en equilibrio, los armónicos “Triplens” hace que valor de la I en el neutro sobrepase al valor de una de las fases. Pudiendo ser éste de 170% de la I una de las fases.

 La aparición de estas corrientes causa:

 Sobrecalentamiento de conductores y ductos.  Caídas de tensión entre el conductor de Tierra y Neutro. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

 BANCO DE CONDENSADORES:  Al instalar bancos de condensadores para mejora el FP, se forman circuitos

resonante paralelo y serie.

Sistema de potencia alimenta a carga no lineal

Circuito paralelo


www.inacap.cl

Circuito serie

 El paso de corrientes armónicas hace disminuir la impedancia (Xc) del

condensador, debido al aumento de la frecuencia.

 Los condensadores se ven afectados por:

 Activación de protecciones (Fusibles)  Fatiga térmica  Fatiga del dieléctrico 

“Efecto Corona”

 El aumento de 10% la tensión en el dieléctrico reduce a la mitad la vida útil del condensador.


www.inacap.cl

 TRANSFORMADORES:  Los armónicos sobre transformadores producen:

 Un aumento en pérdidas por corrientes parásitas (Foucault), las que son proporcionales a la frecuencia.

 Un aumento en pérdidas por Histereis, son proporcionales a la frecuencia.

 Un aumento en la temperatura nominal de trabajo.  El aumento de un 10% de la temperatura nominal, reduce a la mitad la vida útil de este.

 Limitan la Potencia nominal del transformador, debiéndose desclasificarlo.

 Falla prematura del transformador. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

 TRANSFORMADORES:  Los transformadores 3Φ conectados en triángulo - estrella que alimentan a

cargas no lineales (monofásicas), circulan armónicas “Triple-n” por las fases y el neutro del lado de la estrella. En el caso de que las cargas estén balanceadas las corrientes quedarán atrapas en el triángulo.

 La circulación de corrientes en el primario produce un sobrecalentamiento de los

devanados.


www.inacap.cl

 TRANSFORMADOR CON ARMONICOS


www.inacap.cl

 MOTORES DE INDUCCION:  Un motor al aplicársele una tensión distorsionada aumenta las pérdidas en

general (I 2 x R) tanto en el Estator como en el Rotor, y pérdidas en el núcleo.

 Algunos de los problemas presentes son:

 Disminución en el torque, depende de la secuencia de los armónicos.

 Fatiga mecánica prematura en rodamientos o engranes.  La mayoría de los fabricantes recomiendan que la distorsión de voltaje aplicado a un motor no sea superior 5%. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

 PROTECCIONES ELECTRICAS:  Las señales con armónicos pueden tener un valor de corriente RMS muy

pequeño y sin embargo alcanzar valores pico muy elevados. Esto último hace que salten los “Magnetotérmicos y Fusibles”.

 Magnetotérmicos:

 Los armónicos hacen aumentar la temperatura (saltan por efecto térmico).  Fusible:

 Se sobrecalientan pudiendo incluso a fundirse. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

 TABLEROS ELECTRICOS:  Los campos magnéticos generados por corrientes armónicas pueden ser de una

magnitud tal que puede hacer vibrar los tableros eléctricos.

 BARRAS NEUTRAS:  La corriente fundamental y armónicas de secuencias (+) y (-) de cargas

balanceadas se anulan (aumento de temperatura).  En presencia de armónicos triples de cargas balanceadas, estas corrientes se

suman.  En general las barras neutras deben soportar armónicos de secuencias (+) y (-)

de cargas desbalanceadas, como también armónicos triples. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

 EQUIPOS EN GENERAL:  EQUIPOS DE MEDIDA:  Graves errores de medida, en instrumentos que para obtener valores RMS toman

el valor máximo de la señal y la dividen por el factor Cresta o bien el valor medio de esta la multiplican por 1.110 (valido solo para sinusoides).

 EQUIPOS ELECTRÓNICOS:

Las armónicas producen distorsión en la señal de tensión y corriente


www.inacap.cl

LIMITES DE DISTORSION ARMONICA  Para el cálculo de THD-I y THD-V y comparación con los valores límites

establecidos por la norma técnica, se utilizan las siguientes expresiones:

Donde:  Ik : Armónica de corriente de orden k  I1 : Corriente a frecuencia Fundamental

 Vk : Armónica de tensión de orden k  V1 : Tensión a frecuencia fundamental


www.inacap.cl

 Los límites establecidos para las armónicas individuales de tensión en sistemas o redes eléctricas se presentan en la siguiente tabla (DS-327):

 V<= 110 KV  THD < 8%

 V> 110 KV  THD < 3%

 Para usuarios de convertidores estáticos (de

pulsos “q” mayor a 6), los límites son amplificados por:


www.inacap.cl

q 6

 Los límites establecidos para las armónicas impares individuales de corriente en sistemas o redes eléctricas se presentan en la siguiente tabla (DS-327): Vn  69 kV

 Isc: I c. cto. (PAC)

 IL: máxima I carga (RMS,50hz, en

PAC, 12 meses)


www.inacap.cl

 ASPECTOS IMPORTANTES EN LA MEDICION:  Periodo de medición de 7 días consecutivos  Cualquier periodo del año  En condiciones normales de funcionamiento  Intervalos de medición cada 10min a partir de 3 seg.  La medición debe dar una confianza del 95%  Precisión total de la medición menor e igual al 1%  En él calculo de los índices armónicos (V y I) se consideran hasta

la 50ta armónica.


www.inacap.cl

¿COMO DETECTAR LOS ARMONICOS?  Algunos pasos lógicos para detectar armónicos, pueden ser : 1.- “REALIZAR INVENTARIO DE CARGAS”: Identificar cargas lineales de no lineales.

2.- “COMPROBAR EL CALENTAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES”: Revisar vías de ventilación en transformadores ligados a cargas no lineales.

3.- “REALIZAR MEDICIONES DE CORRIENTE Y FRECUENCIA EN EL SECUNDARIO DE LOS TRANSFORMADORES”:

 Medir la corriente en cada fase y el neutro.  Comparar la medición del neutro con la prevista del desequilibrio

entre fases.  Una frecuencia en el neutro 150 Hz .  “armónicos “Triplens”. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

4.- “REVISAR LA CORRIENTE DE NEUTRO EN TABLEROS DE DISTRIBUCION”: Chequear la sección y sobrecalentamiento del conductor neutro.

5.- “REVISAR LA TENSION ENTRE NEUTRO Y TIERRA EN TABLEROS Y ENCHUFES”

6.- “REVISAR LA TENSIÓN CON QUE SE ALIMENTA A MOTORES DE INDUCCION”: Chequear voltaje entre fases y determinar su distorsión de voltaje.


www.inacap.cl

¿COMO DISMINUIR SUS EFECTOS?  REDISTRIBUCION DE CARGAS  balance de cargas  Separar cargas lineales de las no lineales.  CONDUCTORES UNIDOS A CARGAS NO LINEALES  Sobredimensionar ductos y conductores de Fases y Neutro (2 x IF), barras Neutras.

 MOTORES  Circuitos en que no existan cargas no lineales.  BANCO DE CONDENSADORES  Sacarlos de resonancia por medio de filtro de rechazo .  Usar Banco de condensadores antiresonante. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

 EN EL TRANSFORMADOR  Sobredimensionar el transformador.  Derratear el transfromador.  Usar Transformadores con factor K apropiado.  USAR FILTROS  Filtros pasivos.  Filtros activos.


www.inacap.cl

 TRANSFORMADORES CON FACTOR K  Factor “K”: Es un parámetro adimensional, que relaciona la “S”nominal y “S”máxima en la que trabaja un transformador con corrientes distorsionadas, sin afectar su funcionamiento. Donde:  Su formula es:

h: Orden del armónico (impar) I 1: Corriente fundamental (RMS)

 Algunas características son:

 Mayor sección de conductores en el primario (armónicos Triplens).  Núcleo es mas reducido (menor densidad de flujo).  Conductores del secundario son bien aislados y transpuestos

(reducir el efecto Skin).  Capacidad términa especial.  Factores K comerciales pueden w w ser: w . 4, i n9,a 13, c a 20, p . 30, c l 40 y 50. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

 FILTROS  FILTRO PASIVO: Está formado por elementos pasivos resistencias, bobinas y condensadores.

 FILTRO DE RECHAZO: Se usa para proteger el banco de condensadores por medio de una bobina en serie.  El filtro pretende impedir la resonancia paralela entre L sistema y el banco de

condensadores.  El circuito es Capacitivo a frecuencias entre la fundamental y la armónica

inferior (5ta), e Inductivo para frecuencias superiores.


www.inacap.cl

 FILTRO DE ABSORCION: Se instalan tantas ramas LC como armónicos a filtrar.  Se busca crear vías de bajas impedancias al valor de la frecuencia armónica a

filtrar (5°, 7°, 11° y 13°).  La frecuencia a la que se sintoniza el circuito serie es ligeramente menor que la

frecuencia armónica a filtrar.  VENTAJAS

 Gran simpleza en la fabricación.  A frecuencia fundamental mejoran el F.P.  DESVENTAJAS

 Gran tamaño de las bobinas y condensadores.  Respuesta no dinámica ante cambios en la carga.  Limitado en la eliminación de armónicas. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

 FILTRO ACTIVO: Está formado por elementos pasivos, transistores y circuitos de control.

Filtro activo paralelo  El filtro activo compensa los armónicos generados por las cargas no lineales en

la fase opuesta, según lo muestra la figura. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

 VENTAJAS

 Responden a las variaciones de carga.  Algunos eliminan el uso de bobinas.  Mayor flexibilidad en proyectos.  DESVENTAJAS

 Necesitan alimentación externa.  Muy alto precio (del orden de 4 veces mayor). DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

CONCLUSIONES  Los problemas de distorsión armónica no son nuevos, hoy se acentúan por el aumento de:

 Cargas no lineales  Puntos de resonancia.  Antes de mejorar el F.P. se debe conocer bien la red, ya que con los bancos de condesadores hacen disminuir la frecuencia de resonancia.

 Al escoger algún método para atenuar los efectos de los armónicos, se debe tener claro el nivel del problemas ya que en estos métodos resultan ser bastante caros. DOCENTE : JORGE ARAYA DIAZ

www.inacap.cl

BIBLIOGRAFIA  http://www.inet.cl/cpe/armon/index.htm  http://www.leyden.com.ar  http://www.circuitor.com  Titulo: “Máquinas Eléctricas” Autor: Chapman, Stephen.

 Titulo: “Máquinas Eléctricas y Transformadores” Autor: Kosow, Irving.


www.inacap.cl

I UNIDAD



www.inacap.cl


www.inacap.cl


www.inacap.cl

PR0TECC. CAP I.pdf

Recommend Documents