UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y EECTRÓ EECTRÓNICA NICA
MEJORAMINTO D SUMINISTRO D NRGÍA D UNA CARGA CRÍTICA MDIANT USO D TRANSFERENCIAS D CONMUTACIÓN N BAJA TENSIÓN Y GRUPOS CTRÓGNOS CTRÓGNOS INFORM D SUFICINCIA L L L : INGNIRO ECTRICISTA PRSENTADO POR ADO AGUSTÍN ZA MEÉNDEZ PROMOCIÓN 2008-1
IMA-PRÚ 202
MEJORAMIENTO DEL SUMINISTRO DE ENERGÍA DE UNA CARGA CRÍTICA MEDIANTE USO DE TRANSFERENCIAS DE CONMUTACIÓN EN BAJA TENSIÓN Y GRUPOS ELECTRÓGENOS
A mi famila A mis amgos A mi universdad
SUMARIO
El presente trabajo describe as técnicas para e meoramento de suministro de energía de una carga crítca medante uso de transferencas de conmutacón en baa tensón y grupos elerógenos. E objetvo del trabo es meorar la lidad de energía para as rgas crítcas medante la correcta seleccón de un sstema de transferencia
y
la supresión de los
armónicos E informe expone los aspectos técncos y normativos para cada so y fnamente presenta un so de estudio en el cua se recurre a una herramenta nformátca para a selección del fltro correcto Respeo a a probemática, es necesaro tener en cuenta que la conmutacón entre e sumnstro de red y el de respaldo es una tarea crítca que debe ser adecuadamene dimensonada a fin de proteger a las rgas crítcas, que en este so pueden ser os seidores, sistemas de comunicación, sstemas de amacenamiento de datos, etc También que los grupos eerógenos, al margen de estar debdamente dimensionados para una potenca específica específica ata dsponbidad (redund (redundanca) anca) una peecta instaacón, instaacón,
y
un adecuado mantenimiento estas producen armónicos que pueden afectar a las cargas críticas mencionadas Según o expuesto, es que e sumnistro de energía debe ser meorado para brndar una buena cadad de energía pazo)
y
así evtar daños en a carga crtica (a coo o mediano
ÍNDICE INTRODUCCIÓN ................ .................................. ............................ ........................ ................... ..... CAPÍTULO 1 PLANTEAMIENTO DE INGENIERA DEL PROBLEMA ................ .............................. .............. 3 escripción del probema.............. probema......................... .................... ......... 3 bjetivos de trabajo................ .................... ................. .................. ..... 3 2 valuación de probema........... probema................... .................. ................ ...... 3 .3 lcance del trabajo....... trabajo......... ...... ..... ........ ....... 3 4 CAPÍTULO 11 TABLEROS DE TRANSFERENCI TRANSFERENCIA A DE CONMUTACIÓN AUTOMÁTICA ....... ............ ..... 5 2 speos técnicos generales..... ......... ......... ........ ......... ....... . 5 2 unciones.............. unciones........................ ............... ..... 6 2.2 picaciones.......... ................. ......... ...... ....... ..... 7 2..3 aes ................ ............................. ........................... ..................... ....... 7 2.2 spectos normativos normativos........................... .................................. ............ ........ ... 8 22. 008 ............ ....................... ............... ............ ............... .......... ... 8 222 2200 .... ........... ......... ....... ............ .......... ... · a 22.3 70 .................... .................................. .................. ............ .............. ........ 9 2.2.4 99 .......... ........................ .................... ............... ................... ................. ........... .... 9 2.2.5 0 ......... ............. ............. .................. ............... ...... 0 2.2.6 ódigo naciona de electricidad peruano.... .......... ....... ... .. 23 odos de transferencia transferencia........... ............... ................. ........................ ............. .. 23. ecnoogías ecnoogías de de tableros de transferencia automática abiea....... ............... ........ cerrada..................... .................... .......................... ................. .. 2.3.2 e transción cerrada............ CAPÍTULO 111 GRUPOS ELECTRÓGENOS (GE).............. (GE) ............................ ......................... ....................... .................... ........ 20 3. speos generaes generaes...... .............. .................. ................... ............... ...... 20 32 pcaciones.................. ............................ .................. ......... . 20 32 egún susracterísticas racterísticas........... ................. ................. ............... .... 20 322 egún las necesidade necesidadess de continuidad de seicio seicio...... ........... ........ ... 2 33 rincipios de conexión de un como fuente de emergencia o de seguridad seguridad 22 tensión.................. ................ .............. ................. ............ ..... 22 33 n baja tensión........
VI
................................... 22 3.32 En alta tensión ................................... CAPTULO IV FILTRO D ARMÓNICOS N SISTMAS D ALTRNANCIA ININTRRUMPIDO 24 spectos spect os técnicos genera generaes es................................... 24 4.1 rmónicos os ................ .............................................. ................................... ..... 24 41.1 rmónic resonancia ncia........................................ ............................................... ....... 27 41.2 enómeno de resona étodos para a reducción de armónicos .............. .................... ...... 29 42 421 iltros de armónico armónicoss de potencia pasivo pasivo..................... ..................... 29 422 iltros de armónic armónicos os de potencia activo................. activo ................. 30 spectos spect os técnicos de os filtros activos.................... 31 4.3 4.3.1 unciones de un fltro activo activo.............................................. .............................................. 31 432 Estructura de un tro de armónico activo () ................... 32 4.3.3 uentes básicas de peurbaciones y tipos tipos de peurbaciones generadas.... 33 fil tros. plicaciones de las distintas estructuras ............ ............. . 34 434 lasificación de los filtros. 44 itros itr os de armó armónicos nicos mixto ................. ....................... ...... 35 4.5 plicaciones de os fit fitros ros seri seriee y paraleo ................. 36 46 onclusiones ............................................ 37 47 spectos spec tos normativo normativoss ........................... ........................... 37 4.71 EEE 519-1992 .................................................. 37 4.72 E 610000-3-2 ................................. ................................... .. 39 4.7.3 E 6100034 ......................................... 4� 4.8 rincipio de funcionamiento de un filtr filtroo activo de armónicos ..... ....... .. 41 CAPÍTULO V CASO D STUDIO ..................... : ........... 48 5.1 arco situacional................................... 48 51.1 araerísticas generales......... ...................... ............... .. 48 5.2 nstalacones elércas .................................... .................................... 48 5.13 emanda máxima .......................................... .......................................... 49 5.1.4 lanos ............................ .................................................... ........................ 49 51.5 abero abeross de distribución y seicios comunes ..... ......... .... 49 5.6 nterruptores ......................... ....................................................... .............................. 50 517 Grupo eleró elerógeno geno ....................................... ..................................................... .............. 51 5.18 Esquema resumido.............. resumido........................... ...................... .......... . 52 5.2 lanteamie lant eamiento nto de solució soluciónn .......................... ................................ ...... 53 5.3 iseño de a solución ......................................... ....................................................... ................ .. 55 CONCLUSIONS Y RCOMNDACIONS ...................... 61
VI
BIBLOGRAFA. .....................................................................................
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INTRODUCCÓN
Debido a la existencia de un inadecuado sistema de transferencia (entre la red y el suministro de respaldo) y la presencia de armónicos a la salida de los grupos elerógenos que afectan a las cargas críticas, es que surge la necesidad que el suministro de energía sea mejorado para brindar una buena calidad de energía y así evitar daños en la carga crítica (a coo o mediano plazo). Es así que se plantea la utilización de sistemas de transferencia automático, los cuales garantizan la debida disponibilidad de suministro de energía: - Protege Protegerr a los equi equipos pos más sensitivos sensitivos contra contra disrupciones disrupciones - Proveer respaldo de inmediato de la fuente principal y/o de Emergencia Emergencia Garantizar la disponibilidad a través de la debida supeisión y mantenimiento Se ha constatado que muchos equipos electrónicos pueden generar una gran cantidad de armónicos debido a su etapa no lineal en la entrada (rectificador) Por otro lado, la generación de armónicos y sus corrientes armónicas pueden intoxicar la red y causar graves problemas como son Sobrecalentamiento del transformadorr de entrada, vibraciones en los equipos rotativos, degradaci transformado degradación ón de la forma de onda de tensión de red, avería en los componentes eléctricos de potencia (magneto térmicos, diferencial diferenciales, es, relés, equipos de medida, etc) así como el mal funcionamiento equipos electrónicos o médicos. Para evitar los problemas asociados a la generación de armónicos se ha creado diferentes normativas tales como la IEC519-192, EN 6100-32 y la de más reciente aprobación EN-6100-3-4 En la solución se recurre a un aplicativo de soare de Accusine para la selección del filtro activo necesario de acorde a las características del caso de estudio presentado en el informe El nforme se dvide en cnco ptulos principales - Capítulo Planteamiento de ingeniería del problema" La cual contiene la descpción del problema, los objetivos del trabajo, la evaluación del problema y el alcance del trabajo. Capítulo Tableros de transferencia transferencia de de conmutación conmutación automática" automática" Que contiene los normativos (UL Aspectos Aspecto s técnicos generales (Funciones, Aplicaciones, Paes), Aspectos normativos 1008, UL 2200, NFPA 70, NFPA 99, NFPA 110, Código nacional de electricidad peruano) y los Modos de transferencia (Tecnologías de tableros de transferencia automática abiea, De transición cerrada)
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- Capítulo 11 "Grupos elerógenos: elerógenos: Aspectos generales, Apicaciones (según (según sus sus caraerísticas, según las necesidades necesidades de continuidad de seicio), seicio), Principio Principios s de conexión de un grupo eectrógeno como fuente de emergencia o de seguridad (en baja tensión, en alta tensión). Capítulo IV "Filtro de armónicos armónicos en sistema sistema de aternancia ininterrumpido Aspectos técnicos generales generales,, Métodos para la reducción de armónicos, Aspeos técnicos de los fitros aivos, Filtros de armónicos mixto, Aplicaciones de los filtros serie y paraeo, Conclusiones, Aspectos normativos, Principio de funcionamiento de un filtro activo de armónicos. Capítulo
V "Caso de
estudio estudio
Marco
situaciona situaciona
(Características
generales, generales,
Instalaciones eléctris, Demanda máxima, Panos, Tableros de distribución y seicios comunes, nterruptores, Grupo electrógeno, Esquema resumido), Panteamiento de soución, Diseño de la solución
CAPÍTULO 1 PLANTEAMIENTO DE NGENERÍA DEL PROBLEMA
En este pítulo se realiza el planteamiento de ingeniería del problema. Primeramente se describe el problema y luego se expone el objetivo del trabajo, también se evalúa el problema y se precisan los alcances del informe
. Descripción del Problema Inadecuado sistema de transferencia (entre la red y el suministro de respaldo) y la presencia de armónicos a la salida de los grupos electrógenos que afean a las cargas críticas
2 Objetivos del trabajo Mejorar la calidad de energía para las rgas críticas mediante la correcta selección de un sistema de transferencia y la supresión de los armónicos.
3 Evaluación del problema Las claves para garantizar la debida disponibilidad de suministro de energía son las siguientes: - Protege Protegerr a los equipos equipos más sensitivos sensitivos contra disrupciones disrupciones Proveer respaldo respaldo de inmediato de la fuente prncipal y/o de Emergencia. - Garantizar la disponibilidad a través de la debida supeisión supeisión y mantenimiento La conmutación entre el suministro de red y el de respaldo (y viceversa) es una tarea crítica que debe ser adecuadamente dimensionada dimensionada a fin de proteger a las cargas críticas que en este so pueden ser los seidores sistemas de comunicación sistemas de almacenamiento de datos etc. Por otra pae los grupos elerógenos al margen de estar debidamente dimensionados para una potencia especfica alta disponibilidad (redundancia) una peecta instalación y un adecuado mantenimiento estas producen armónicos que pueden afectar a las cargas carga s críticas mencionadas Es pues que bajo los aspeos mencionados el suministro de energía debe ser meorado para brindar una buena lidad de energía y así evitar daños en la carga crítica (a coo o mediano plazo).
4 Alcance del trabajo Según lo mencionado en la sección anteror es que este informe de sufciencia se
4
enfo en los aspectos principales: - Los siste sistemas mas de transf transferen erencia cia. . En el capítul capítulo o 2 Gru Grupos pos elec electró trógen genos os En el capít capítulo ulo 3 La supresión supresión de armónicos armónicos En el Capítul Capítulo o 4, enfocándose enfocándose en en el estándar estándar europ europeo eo EN6100034 European standard regulating harmonic currents (Armónicos en la red de alimentación de c a) Caso de estudio En el capítulo 5 Se toma a la Universidad de Ciencias y Aes de de América Latina, UCAL UCAL,, la cual recib recibió ió la resolución de autorización de funcionamiento provisional, de pae del Consejo Nacional para la Autorización de Funcionamiento de Universidades, CONAFU Para cada so se explica los aspeos teóricos y prácticos
CAPiTULO TABLEROS DE TRANSFERENCIA DE CONMUTACIÓN AUTOMÁTICA
Este capítulo está enfodo en describir los aspectos generales reaconados a los tableros de transferenca automátca para uso en baja tensión. Este concuye desarrolando os conceptos de transferenca automátca del tpo cerrada.
2.1 Aspectos técncos generales El suminstro de energía de una nstaacón moderna cuenta con un suministro principa que vene de la red y un suminstro de respaldo como son grupos eerógenos tiene que haber entre estas una transferencia de conmutacón de tipo automátca, tambén conocido por su abreviatura ATS (automatc transfer switch). Los sistemas de transferenca t ransferenca (Fgura 21) se utiizan para proteger cargas eéctricas crticas contra a pérdida de potenca La fuente de almentacón Fuente 1 de a carga está respaldada por una fuente de amentacón Fuente 2 Un conmutador de transferenca está conectado con as fuentes de aimentación Fuente 1 y Fuente 2 y suministra a carga con potenca desde una de las dos fuentes. En el caso de que se perda a potenca de la Fuente 1 e conmutador de transferenca transfere a carga a !a fuente de almentación almentación uente 2
Fgura 21 Sistema de transferenca
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Esta transferencia puede ser automática o manual, lo que dependerá del tipo de equipo del conmutador de transferencia que se esté utilizando. Una vez que se restaure la alimentación de la Fuente 1 la carga se transfiere automática o manualmente de regreso a la fuente de alimentación Fuente lo que también dependerá del tipo de equipo de transferencia que se esté utilizando también deben de soportar y mantenerse cerrado ante fallas de coocircuito Este es un equipo de maniobra que permite seleccionar la alimentación entre dos fuentes de suministro de tal manera que solo uno entre a alimentar a la instalacón requerida Es por esto que los tableros de transferencias son los puntos más críticos de un sistema de distribución. De no tener un sistema confiable se tendrá serios problemas (Figura 2.2)
Figura 2.2 Sistema no confiable 2.1.1 Funciones
Dentro de las principales funciones de los tableros de transferencia tenemos - Llevar energía continuamente hacia una carga critica. - Det Detect ectar ar fallas fallas de de energía energía - Reali Realizar zar la conmu conmutación tación ante ante fuentes fuentes alternativas alternativas - Real Realizar izar transfere transferencias ncias de de cargas cargas - Sensar la reposición reposición de la energa normal normal - Retra Retransferi nsferirr la carga a la energa energa normal normal - Sopo Sopoar ar y transferir transferir ante corrien corrientes tes de falla
7
2.12 Aplicaciones En cuanto a las aplicaciones prncipales de los tableros de transferenca automátca, se pueden menconar a as sguientes: Hospitales
y
otros centros de salud
Telecomuncacones Centros de cómputo/datos, Procesos Bancos/institucones financieras, Aeropueos Hotees
y
y
edfcios industriaes
resos Edfcios de oficinas
Instalaciones del goberno y mltares Sstemas de segurdad es un eemento esencia para sumnstrar energía de cargas crticas . 213 Paes E tabero de transferenca automátca tene tres paes principaes a unidad de potencia, el panel de control,
y
e gabnete
La unidad de potencia- Está conformada por cuatro eementos menismo operador contactos princpales contactos de control
y
auxares, conexiones de Potenca
Panel de control Es el equipo del contro
y
monitoreo de transferencia automátca
(ATC) el sistema de nteligenca del conmutador incia a transferencia cuando la amentación de a Fuente 1 desciende por debajo o se eeva por encima de un voltae o frecuencia preestablecdo S a fuente de alimentación Fuente 2 es un generador de resea, el ATC ATC nica e arranque del generador
y
luego reaiza la transferenca a la
fuente de amentacón Fuente 2, cuando exste sufcente dsponbdad de voltae de generador Cuando se restabece la amentacón de a Fuente 1 e ATC inica de vuelta automátcamente a a fuente de almentación Fuente 1 e inica a desconexón del motor del generador En resumen un ATC debe tener como elementos bascos para un buen montoreo de sumnstro de energa hacia la carga - Crcuitos de inteligenca/supesó inteligenca/supesón n para supeisar constantemente constantemente a a condción de as fuentes de almentación y, en consecuencia, consecuencia, proporconar la nteligenca necesara para e conmutador y el funcionamento de crcuto reaconado. Deteor de voltae voltae y frecuenca temporzador controles de entrada/salida, entrada/salida, y dspostvos ndicadores El gabinete. Exsten tpos de gabinete según sea e caso esenciamente son los taberos murales o adosado adosados s
y
los tablerosAutosopoados Las caractersticas
prncpaes son Tablero con grados de protección NEMA según sea el caso fabricado de plancha de acero LAF (Acero lamnado en fro) de diversos espesores Formado de una sola peza pelada y dobada a puea deantera con chapa de seguridad seguridad - Apeura Apeura de la la puea puea supero superorr a 120 º
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- Decapado químico, pintura base anticorrosiva y pintura de acabado normalmente se solicita la pintura RAL 7032. Contra paca para jación de equipos eléctricos. - Paca inferior de fáci fáci retiro para disponer entrada e ntrada y saida de cabes y otra disposición Estos gabinetes permitirán mantener una temperatura idonea idone a ya sea de forma natura o requiriendo equipos de ventilación foada en su interior para e buen funcionamiento de sus equipos. 2.2 Aspectos norativos
Existen diversas normas y recomendaciones reacionadas a estos sistemas. Estas son desarrolladas a continuación 2.2.1 UL 1008
UL (Underiters Laboratories) ha desarrolado más de 1,000 estándares para seguridad Estos son esenciales para a seguridad pública y confabilidad, reduciendo costos, mejorando la lidad, y e mercadeo de productos y seicios. Miones de produos y sus componentes, son probados bajo los rigurosos estándares de segurdad, con e resutado que los consumidores vivan en un ambiente más seguro de o que comúnmente podrían tener La UL 1008 exige especificaciones para la fabrcación de los equipos En resumen a norma indica lo siguiente en referencia para transferencias automáticas: b4.1.-Los requermientos para una transferencia entre dos fuentes de energa (Energa comercial y de grupo eerógeno), aisamiento tota entre dos fuentes vivas debe prevenir que en cualquier circunstancia no se interconece a energía comercia y la del grupo eectrógeno transferenca abiea) . Así como respecto a construcción & peormance - El diseño del tabero debe de permitir una temperatura idonea dentro de gabinete g abinete y os contacos. Debe tener gran robustez en su operación - Debe de sopoar sobrecorrientes sobrecorrientes sin dejar de conducir energa a la carga - Debe tener alta resistencia dielectrica hacia fuera del mecanismo de transferencia b4.2Estas exigencias cubren el rango hasta 6000 Amperios y debajo de 600 votios b.43Los tableros de transferenca deben tener controles como testeadores de votae, frecuencia, temporizadores como mnimo 2.2.2 UL 2200
Esta norma indica todo lo recomendable para ensamblado de generadores estaconarios y equipos anexos. Co Cons nstr truc ucci ción ón
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- Sis Sistema temas s mec mecáni ánicos cos Con Constr strucc uccón ón.. Sstemas s mecáni mecánicos cos Peor Peormance mance - Sstema - Ev Eval alua uaci ción ón - Se Seña ñaiiza zand ndo. o. Pruebas de fabricacón y produccón En resumen señaa que para el correcto uso de os equipos a transferencia automátca usada con os grupos eerógenos debe ser una transferenca con ceificación UL 1008 223 NFA 7 La atona Eectrcal Code (EC) o a P 0 (aconal re Protection ssociation) [1], establecen as caraerísticas que deben cumplr as instaaciones destinadas a la utilización de a energía eléctrica Para el caso de estudio, esta norma invoucra el aícuo 00 "Sistemas de Emergenca En genera el aícuo 00 consta de diversos subacuos (00 a 0), cada uno con sus acápites correspondientes La 00, ve os aspecto aspectos s generaes, generaes, La 009 Wring, Wring, Emergency System System, , define os temas de dentfcacón dentfcac ón y de cableado El 0 de la la P está está dedicado a Sstemas Stand By El 06 define a los equipos equipos de transferencia como equpo diseñado para prevenir coes inadvedos de energía que tiene la funcón de transfer transferr r la carga desde una fuente principal a una fuente de emergenca. Tambén está consderado el aícuo 00 Instalacones para Centros de Salud. E aícuo 5 inciso E ndca que los taberos de os Generadores estacionarios de respaldo deben estar uminados y hace referenca referenca al cargado cargadorr flotante de baterías. 224 NFA La norma P 99 [] es aplicada para nstaaciones para cuidados de a salud E acuo ndica as caractersticas de un tablero de transferencia Un tablero de transferencia transferencia puedes puedes ser elércamente elércamente operado operado o mecáncamen mecáncamente te El menismo de transferenca transfiere o retransfere a a carga automáticamente Indca excepciones cuando el tablero de transferencia transferencia está en en modo manual. Debe disponer disponer un enclavam enclavamento ento para para sólo disponer disponer una sola sola fuente y evitar a nterconexón Debe contar contar con medidor medidores es de votaje votaje Debe tener tener retardo de tiempo tiempo para inicaizar inicaizar e uso de a fuente aternati aternativa va Debe tener tener retardo de tempo tempo para transferi transferirr a a fuente alternat alternativa iva Debe tener retardo de tiempo para retransferr a a fuente fuente princpal Debe tener una ave para testeo, es decr para smuar el coe de la fuente de poder
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normal. - Debe disponer de indicadores de posición de las laves. Indicadores Indicadores cuando opera opera en en fuente principal y en fuente aternativa. - Debe contar contar con un manua manua de contro controll y operación. operación. Debe disponer disponer de retardo retardo de tiempo para para apagado apagado del grupo eleróge elerógeno no Para uso de motores eéctricos con arranque simple debe ser prevista adecuad adecuadamente amente para evitar as sobrecorrientes originadas por el arranque. La lnea neutra debe contar contar con aislamiento y separado del del conductor de tierra. E aículo 44.3.2 abarca sobre tableros de transferencia, sus protecciones y su lógica operación. 2.2.5 NFPA 110
E estándar para os sistemas de emergencia y respaldo [3] contiene en su pítuo 6 lo relacionado a equipamiento para laves de transferencia. Se detala a continuación: En "Genera se indica lo siguiente os interruptor interruptores es transferirán transferirán cargas cargas eéricas eéricas de una fuente fuente de poder a otro otro - E tamaño del del tablero y su su pacidad de corriente será clasificada según según e tamaño para para la carga tota que es diseñada para estar coneada. - Cada interruptor interruptor estará en un compaimiento compaimiento cercado cercado y separado - La capacidad de interruptor interruptor incuyendo inc uyendo todos los componentes componentes que que transmiten transmiten la corriente de carg será diseñada para incluir todas las cargas a ser conectad conectadas. as. El interruptor, interruptor, incluyen incluyendo do todos os componen componentes tes que transpo transpoan an a corriente corriente de carga, carga, será diseñado para resistir as corrientes de fala - Cada interruptor se encontrará enumerados enumerados para e servicio de emergencia como para seicio principal En "Características de os taberos de transferencia automática se indica que os interruptores automáticos de transferencia debe ser capaces de todo lo siguiente: capacidad de operación eérica y mecánica transferencia y a retransferencia de a carga automáticamente. También que debe existir encavamiento o un sistema aterno apropiado que impida a conexión de as dos fuentes. Además debe existir un manua de operación en el Tabero E tabero debe anuncia visuamente cuando "no opera en automático.; e tiempo de retardo para activar el sistema de emergencia el tiempo de retardo para contro de encendido de generador el tiempo de retardo para transferencia de fuente e tiempo de retardo para retransferencia a fuente primaria y se estabilice la fuente primaia el tiempo de retardo si existe fala de sistema de emergencia para el apagado del generador de tiempo mnimo mnimo de 5 minutos
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La transferencia cambia de fuente principa a fuente de emergencia para aimentar a carga y en caso de que el sistema de emergencia fale deberá volver automáticamente a fuente principal Todo Tablero de transferencia será provisto de un ave que permita simuar una fata de energía de la fuente principa Debe existir uces indicadores a cuaes señaizarán a posición del interruptor en fuente principal o fuente de emergencia, también protección contra sobre corriente tanto en el generador como e tablero de transferencia conductor aislado neutro separado de a tierra y encavamiento y con operación manua o eéctrico
y
remoto 2.2.6 Código nacional de electricidad peruano
objetivo estabecer estabecer as E Código Nacional de Electricidad - Utilización [4] tiene como objetivo reglas preventivas para salvaguardar las condiciones de seguridad de as personas de a vida animal y vegeta, y de a propiedad, frente a os peligros derivados del uso de la eectricidad; así como a preseación del ambiente
y
a protección del Patrimonio Cutura
de a Nación. Los Lo s aículos invoucrados son son os siguientes: 080 080612 612 Equipos Equipos de Transferencia Transferencia para para Sistemas de Suministr Suministro o de Energía de Emergencia. Los equipos de transferencia para os sistemas sistemas de suministro suministro de energía de emergencia deben prevenir a interconexión inadveida de as fuentes de suministro norma y de emergencia en cualquier tipo de operación 240 240204 204 Control. Control. La alimentació alimentación n para sistemas sistemas de emergenci emergencia a debe estar estar controad controada a por un sistema automático de transfencia de carga, que energice los sistemas de emergencia desde el momento de la fala de la aimentación norma
y
debe ser accesibe
sólo a personas autorizadas Se permite un dispositivo automático aionado por uz aprobado para este propósito que sea usado para controar separadamente las uces ubicadas en un área adecuadamente iluminada durante as horas de iluminación natura sin a necesidad de iuminación aificia 23 Modos de transferencia
Existen dos familias principaes de métodos de transferencia: transferencia abiea
y
transferencia cerrada cerrada Estos son desarrolados desarrolados en as siguientes siguientes secciones secciones 231 Tecnolog Tecnologías ías de tableros de transferencia automática abiea
Son aqueos equipos que teniendo dos fuentes de energía no admiten ambas fuentes como como alimentación alimentación Sóo precisan una una sola fuente (Figura (Figura 2.3) Existen tres principales: Tabero Tabero de transfe transferenc rencia ia con breakers breakers Enclavam Enclavamient iento o mecánic mecánico o de doble doble tiro Utilizando contactores eléricos
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Carga en normal
N-
E
-�
0E
L
Carga no conectada
L
Carga en emergencia
NL
Figura 2.3 Transferencia abiea a Tabler Tablero o de transferenc transferencia ia con breakers breakers Estos equipos son diseñados con interruptores de caja moldeada, son mecánica y eléctricamente enclavados. El sistema mecánico debe ser omitido para transiciones cerradas. Sin embargo requeriría controles preventivos de salido de fase del paralelismo. Conexión a neutro
Panel de energía Operador manual
Breaker lado normal
Rueda indicadora Tensión de control de la transferencia
Mecanismo De transferencia - Moto oerador Breaker lado emergencia Figura 24 Tablero de transferencia con breakers
La Figura 24 ilustra las paes principales del tablero de transferencia por breakers,
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de la marca americana Eaton-Cuter Eaton-Cuter Hammer Hammer,, monitoreado por el contro inteligente ATC300 (Figura 2.5). Está operado por un motor el cual cierra o realiza la apertura del sistema
mecánico
Figura 2.5 Módulo de contro de transferencia automática modelo A TC-300 Estos equipos de caja moldeada pueden pueden realizar rápidamente el cambio de fuente. Un defecto principa con este tipo de transferencias radica en que los contaos de entrada del suministro normal y de emergencia de os interruptores al ser sometidos a grandes corrientes estarían en constante desgaste puesto que no tienen un sistema de atenúen el arco que se origina b Enclavam Enclavamiento iento mecánico mecánico de doble doble tiro La construcción conmutativa de os menismos es diseñada específcamente para uso de dos fuentes. a Figura 2.6 ilustra el criterio de diseño de una transferencia del tipo cerrada en la marca ASCO.
Figura 26 Criterios de diseño transferencia de doble tiro
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Las protecciones contra sobre corrente son necesarias. A éstos dspositivos tambén se les llama conmutadores motorzados, se va a menconar en el siguiente capítuo la marca especfca Amercana ASCO el cua fabrca transferencas de conmutacón que contene en su dseño contactos de atenuacón de arco, imprescndible, para optimzar e tiempo de vida de la transferenca
c. Utiizand Utiizando o contactores contactores eléctricos La construccón de éste tipo de taberos son de par mecánico y eéricamente encavados. Se tienen dos contares que actúan ndependientemente con soenoides independientes Sn embargo el circuito de control que gobierna éste sistema permite que uno esté abeo y e otro esté cerrado por defecto Con eso ambas fuentes jamás estarán en contacto La Fgura 27 iustra su compoamento Enclavamento mecánco mecánco y eléctrico eléctri co
RED COMERCIAL
CARGA
GENERADOR
Figura 27 Compoamento con contares eléctricos Las desventajas de éste sistema de transferencia radica cuando exsten atas cargas superores a los 600 Amperos En corrientes superiores ·exste demasiada pérdida de energía por medio de os contactos adcionando a sensbidad de as bobinas de os contares ante ídas de tensón y sobre corrientes que se dan a menudo dsmnuyendo el tempo de vida, o cual ocasona pérddas económcas y según a UL 1008 éste tablero de transferenca debe operar en condicones de temperatura exgdas en la norma Los sstemas con contactres son usados en sistemas con baja correntes por su costo prncpamente y su operación es sufcientemente sufcientemente estabe.
2.32 De transición cerrada Es una nueva tecnología que va creciendo sus apicaciones debido a as exigencas en otros países sobre todo en nsttucones dedicadas a a salud y que proporciona muchas ventajas respeo a os sistemas convencionales. La Fgura 28 iustra e procso reazado en una transferenca del tipo cerrado, este tpo de transferenca transferenca se deben de de tener en cuenta cuenta os siguentes requerment requermentos. os.
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- Conear antes de de realizar realizar a conmutacón. conmutacón. Ambas fuentes deben de estar momentáneamente coneadas Requier Requiere e de mensmo de operación operación dual en el sstema de transferencia transferencia.. Requ Requiere iere de de gobead gobeador or de sinc sincron ronía ía Requier Requiere e que as fuentes fuentes estén estén en sincronía sincronía
+/5% de diferencia de voltaje entre las fuentes de alimentación.
+0.2Hz% de dferenca de frecuencia entre as fuentes de almentacón.
+/5 grados de diferencia de fase entre as fuentes de amentacón.
S estos tres requermientos no se cumplen a transferencia será mpedda
Suministro nomal Suminstro
. Pª!�'I-
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o
<-
F 8 Proceso realizado en una transferenca de tipo cerrado Existen diversos tipos os cuaes serán desarrolados a continuación [5]. T T Este tipo de transicón tiene paralelismo en un grado g rado mnimo. No supera os 100ms que ambas fuentes de almentacón aimentan a carga. Por su apicacón los crcuitos almentados son cargas no sensbles a a transferenca de fuente. La igura 29 muestra las fases de compoamiento as cuales son desctas a continuación: 1 Al retornar a energía de la red pública ésta es detectada por e tabero de transferencia. 2. El tablero de tran transfer sferenca enca ajusta ajusta el voltaje y frecuenca frecuenca del Grupo Elerógeno Elerógeno para estar en sincronía con la red pública. 3 El tablero de transferencia logra el paraeismo entre as dos fuentes cuando cuando el votaje y frecuenca están en sncrona. 4. Se acva el temporizador el cual permite sólo 100 ms de paralelismo
16
5. Cumplido el tempo se apeura la fuente procedente del Grupo Electrógeno 6. Se actva la señal de apagado apagado del grupo grupo elerógeno elerógeno
Interruptor automátic automátic del Genset 1
Carg
5
d _"
Interruptor automático de Red Pública
4
1 Retardo de Pao Ausable )
T de 10m•
2
3
Figura 2.9 Transcón cerrada momentánea b Transicón cerrada cerrada con carga suave Este tpo de tansferencia exge mayor tempo de paralelismo entre ambas fuentes. A diferencia de la momentánea aquí la rga que viene sopoando la primera fuente se traslada haca la segunda de una manera eslonada de tal forma que no se produce coe de suminstro ni picos abruptos de energía. Son recomendables donde las cargas son más sensibles y no admten pcos en la señal de voltaje Este tipo de transferencia se aplica para trasladar carga de la red pública al grupo electrógeno y tambén para retornar del grupo elerógeno a la red públca La Fgura 21O 21O ilustra los pasos para transferir carga de la red públca al grupo electrógeno: 1 El tablero de transferencia ordena el encendido encendido del grupo electrógeno 2. Ajusta el voltaje y frecuencia frecuencia del grupo electrógeno electrógeno para ponerlo en paralelo con la red públca Aquí gradualmente el grupo asume la carga. 3. Puesta Puesta en paralelo del grupo electrógeno electrógeno con con la red públca 4. Apeura Apeura de llaves de de la fuente de red públca públca La Figura 211 ilustra los pasos para transferir carga del grupo elecrógeno a la red pública es 1. Se ajusta voltaje voltaje y frecuencia para estar en sincronsmo con la red
17
2. Se pone en paraleo el Grupo con a red púbica, e tablero ogra el paralelismo activando a lave de a red púbica. Aquí asume gradualmente carga a red púbica 3 Apeur Apeura a de la ave ave del grupo eectró eectrógeno geno 4.
El tabero de transferencia ordena el apagado del grupo electrógeno
1 Ca
Interruptor automático del Genset Tlo
2
3
Carga d ¡ o -� Interruptor automático 1 de Red Pública O
4
F 1 O Transición Tr ansición cerrada con rga suave asumiendo carga n n n · · e
4
Inruto Inr uto utomá utomátco tco del nt
Carrg de Sb Ca Sbo
ntrruto utomtco ntrruto d rd púbc
I¿
3
-
1 -2 G
F 11 Transición cerrada con rga suave devolviendo rga
18
c. Transic Transición ión cerrada cerrada con paralelismo paralelismo extendido extendido L Fgu 212 u gí E g qu b fu é y u Carga de slo
1 2 Retardo de ranque Austable Interupto automático del Genset
3
Caga en e sto Inteuto automático e e úblca
ira P , quí b f á ñ E gu g á g u u g b E u gu g uz u u fu gí b Su bf f y qu h u b u gí v y u hbu g L : 1 Aqu Aqu gu gu g g 2 Aju vj y fu gu g 3 Pu gu g y úb d. Transi Transición ción cerrada cerrada con paralelismo paralelismo exndido exndido con opción opción de seimiento seimiento de cara E f D Sgu u f gu g E h gu g
19 tal manera que se ajusta de acuerdo a requermiento solictado por la carga. Así logra que la energía base sea suminstrada por a red públca y El resto de energía sea compensada por e grupo gru po eectrógeno. La Fgura 213 lustra os pasos de su desempeño: Arran Arranque que de grupo eectr eectrógeno ógeno 2. Ajuste de votaje y frecuencia de grupo elerógeno 3 Puesta en en paraleo de grupo eerógeno y a red públca, el grupo y e tabero de transferenca e hacen seguimento mento a la carga. Crga del !itio ,
El o�dr s19ue cag hata L v ca v t mna
Crga alCFE
2
Tiemp
áU Gr
1
1 R
3
lnteruQtor atomátic atomático o de Rd Pública
13 Transción cerrada con paraesmo extendido
CAPÍTULO 111 GRUPOS ELECTRÓGENOS
Este capítulo está enfodo en describir os aspectos generales relacionados a os grupos eectrógenos como fuente de energa de respado. 3.1 Aspectos generales
Se utilizan como sistema auxiiar para momentos de déficit de una instalación, o bien para cubrir determinados consumos que que se prefiere que no pasen a través de a misma En las zonas industriales aisladas, los grupos electrógenos de corriente alterna se utiizan normalmente como fuente principa de energa eérica, eérica, pero también se utiiz utiizan an mucho tanto en la industria como en el seor de seicios como fuente de energa de emergencia. El funcionamiento de los grupos eectrógenos utilizados para aplicaciones aplicacione s industriales o del secor terciario queda normamente normamente asegurado asegurado por motores motores diese, turbinas de gas o máquinas de vapor Las turbinas se utilizan principalmente para grupos elerógenos de centrales eléctricas de producción, mientras que se prefieren los motores diesel en a producción de energa eécrica de emergencia La eección del moor queda deteinaa por elementos tales como a disponibiidad y condiciones de abastecimiento de un tipo determinado, sin embargo, debido a que la utilización de motores diese está muy eendida, se darán con frecuencia datos datos especficos especficos referidos a este tipo de de grupo . 3.2 Aplicaciones
Se expican desde: el punto de vista de sus características y desde el punto de vista de las necesidad necesidades es de continuidad de seicio 3.2.1 Según sus características
Se pueden apicar como - Sistema auxiiar para momentos momentos de déficit de una instaación instaación por ejemplo, ejemplo, las viviendas centros comerciales comerciales hospitales centros banrios, banrios, edificios multifamiliares, etc Respado de determinados determinados consumos consumos que se prefieren prefieren no pasen a través de la misma como las explotaciones agropecuarias o granjas, con consumos especiales, aparatos de soldadura elérica, bombeo de gran potencia molinos, etc. Alimentaciones de emergenc emergencia ia para reemplazar reemplazar a la aimentación principal principal en caso de fala de esta útima (con posibiidades de selección si a potencia de grupo es
21
insuficiente). - Alimentac Alimentaciones iones de sustitución como como segu segunda nda fuente de alimentación principal principal para suplir a la primera fuente por razones de economía o en caso de excesos de de consumo, Alimentaciones pa seicio de seguridad, seguridad, asociadas en su so a un ondulador ondulador para poner y mantener instalaciones en condiciones de seguridad en períodos incompatibles con la autonomía de las baterías En todos los casos, el criterio dominante al elegir un grupo es su aptitud para funcionar de manera autónoma durante largos períodos La ofea de los fabricantes de grupos electrógenos es si ilimitada, y abarca desde pequeños grupos poátiles de algunos kVA, que se utilizan como fuente autónoma, hasta centrales de energa de varios MVA pasando por los grupos móviles sobre ruedas (destinadas, por ejemplo, a la alimentación de la red pública en caso de avera) o por los grupos estacionarios de varios centenares de kVA (destinados en su mayoría a un seicio de seguridad o de emergencia También las la s fuentes de energa están evolucionando y, aunque todavía se usa mucho petróleo, cada vez se emplea más el gas o incluso el vapor en las centrales de cogeneración Están llegando al merdo nuevas tecnologías de generación en sustitución o como complemento de los grupos electrógenos y, aunque no todas se encuentran aún en fase comercial, sin duda acabarán modificando la noción de producción autónoma y, sobre todo, su gestión eléctrica En este contexto, cabe citar: Los turbogeneradores turbogeneradores de alta velocidad (micro turbinas de gas) Las pilas pilas de combu combustibl stible e Los gener generador adores es eólico eólicos s Las célul células as fotovolta fotovoltaicas. icas. Todas estas tecnologías se benefician implcitamente de la evolución de la electrónica de potencia, que permite transformar la corriente producida (continua, variable, de alta frecuencia) en una corriente utilizable de 50 Hz 322 S Para asegurar el normal desarrollo de los procesos o actividades ligados al funcionamiento funcionamiento de sistemas de emergenci emergencia a estos se clasificarán como como sigue G 1 En este grupo se se encuentran encuentran aquellos sistemas de emeencia emeencia que alimenten alimenten consumos que por la naturaleza de su finalidad no toleran interrupciones superiores a 0,0 segundos y variaciones de frecuen frecuencia cia no superiores a± 0,5% G 2 En este grupo grupo se encuentran los los sistemas de de emergencia emergencia que alimenten alimenten consumos que no toleren interrupciones superiores a 5 seg.
22
Grupo 3.- En este grupo se encuentran los sistemas de emergenca que alimenten consumos que toleren tempos de inteupción supeioes a os ya ndicados peo en nngún caso superoes a 15 mnutos.
33 Principios de conexión de un GE como fuente de emergencia o de seguridad Se explca desde baja y alta tensón
331 En baja tensión En caso de falla de la fuente prncpal, ésta se desconea (apeura de Q1) y D es accionado (apeua) s procede, para almentar sólo as cargas de emergenca que pemitrá a gupo amentar los circutos deseados (Q2 cerrado). Ver Figura 31. La secuenca de manobras puede ser manual, semautomátca o automátca pero en todos los casos casos bloqu bloqueos eos eéctrcos y mecánicos deben imped impedir ir a realmentación de a red por el grupo o la conexón de ambas fuentes juntas. GE
Fuene p pc ciipal
Q1 ---� �
-------------0 1 •
• 1
:o :
Ctrcuos o poiaos
.._,._,
_
Ciios poas
Figura 31 Prncipos de conexón en baja tensión 33.2 En alta tensión En las nstalacones de muy ata potenca, almentadas drectamente en AT (ata tensón), puede se peferble conectar la fuente de emergencia directamente a la ed de AT por medo de un transfomador elevador BT / AT En ese caso as conmutaciones se efectúan directamente en AT y, por tanto, bajo correntes más débes. débes.
23
Fuente de ata esió
-
-
GE
8
- ,
.
ransf BT / A A
.
=-�---Có e la esi (uo de b)
8 Figura 3.2 Principios de conexión en alta tensón
CAPÍTULO IV FILTRO DE ARMÓNICOS EN SISTEMAS DE ALTERNANCIA ININTERRUMPIDO
Este pítulo está enfocado en describir los aspectos generaes relacionados a a utilización de grupos elerógenos y fitros de armónicos de tipo activo para mejorar a caidad de energía de una rga crítica. Este concluye desarroando os conceptos normativos en as cuaes se basan la fabricación de ftros de armónicos de tipo activo
4.1 Aspectos técnicos generales Se ha constatado que muchos equipos electrónicos pueden generar una gran cantidad de armónicos debido a su etapa no linea en a entrada (rectificador) La generación de armónicos y sus corrientes armónicas pueden intoxicar a red y causar graves problemas como son: Sobrecalentamiento de transformador de entrada, vibraciones en los equipos rotativos, degradación de la forma de onda de tensión de red avería en os componentes elécricos de potencia (magneto térmicos, diferenciales, reés equipos de medida, etc) así como el mal funcionam funcionamiento iento equipos eerónicos o médicos Para evitar os probemas asociados a la generación de armónicos se ha creado dierentes normativas tales como la IEC-519192, EN 610032 y la de más reciente aprobación EN610034
4.1.1 Armóncos El desarrolo tecnoógico en el ámbito industrial y domestico ha dado ugar a a difusión de aparatos elerónicos que debido a su principio de funcionamiento absorben una corriente no sinusoidal (cargas no ineales) Dicha corriente provo, aguas arrba en a red, una caída de tensión también no sinusoidal y consecuente consecuentemente mente las cargas ineaes se encuentran aimentadas por una tensión distorsionada Los armóncos son las componentes de una forma de onda distorsonada y su utilización permite analizar cualquier forma de onda peródica no sinusoidal, descomponiéndoa en distintas componentes sinusoidaes Según e teorema de Fourier cualquier función periódica de periodo T generalmente continúa y imitada puede representarse representarse por la suma suma de infinitos términos términos sinusoidales sinusoidales cuyas frecuencias son mútipos enteros de a frecuencia de a función origina E armónico cuya frecuencia corresponde a periodo de la forma de onda original se lama armónico fundamenta y e armónico con frecuencia igual a "n" veces la del
25
fundamental se llama amónico de orden "n". Según e teorema de Fourie, una forma de onda peeamente sinusoidal no presenta armónicos de oden difeente al fundamenta. La presencia de armónicos en un sistema eéctrico indica por tanto una deformación de a forma de onda de a tensión o de la coriente o que coneva una distibución de energía eéctrica que podría provocar provoc ar e funcionami funcionamien en to to deficiente de los equipos En a Figura 4 se muestra a onda fundamenta onda onda de tercer armónico y cómo afectan estas estas a la onda fundamental. u
a Fundamental (60 Hz)
Quinto arónico 300 Hz)
T (180 Hz) %
a
t
D
60 120 180 240 00 360 420 420 480 540 600 660 720 780 840 900
Onda fundamenta tercer armónico armónico quinto armónico y onda resultante =
H
U
¿ (u") n=2
1
2
=
H
23
¿C n 2 =
2
2
) + C ) =255
oo
oo
4.
os principaes aparatos que generan armónicos son: orde ordenadores; nadores; lámparas fuorescentes y de descarga en gas conveidoes estáticos; grupos de continuidad
26
accionamientos de velocidad variable; soldadoras; hornos de arco y de inducción. Generalmente, la distorsión de la forma de onda se debe a la presencia en el interior de los aparatos de impedancias no lineales o de tiempo variante o de puentes reificadores cuyos dispositivos semiconductores conducen solo durante una fracción de todo el period periodo, o, creand creando o compoamientos Discontinuos con la conse consecuente cuente introducción int roducción de numerosos armónicos Los principales inconvenientes usados por los armónicos se pueden resumir en: Efectos cuasi-instantáneos:
- Fallo de interruptores interruptores automáti automáticos cos por efecto efecto di/dt - Opera Operación ción incorrecta incorrecta de contactres contactres y relés. relés. - Inteerencia con sistemas sistemas de comunicación (telemandos (telemandos y sistemas telefónicos) Rese Reseteo teo de ordenado ordenadores res y errores errores en PLCs. Efectos medios o cuadráticos
- Calentamiento y hasta destrucción de de condensadores por sobretensión. sobretensión. Su impedancia decrece proporcionalmente con el orden de los armónicos presentes - Sobrec Sobrecalenta alentamiento miento y averías averías en trans transfoa foadore dores s - Calen Calentamien tamiento to de motores motores de inducción inducción - Pérdidas en el cobre de los conduores conduores por efecto skin skin Efeo proporcional proporcional a la frecuencia en corriente alter alterna na la intensidad int ensidad se acumula en los extre extremos mos del cable por lo que se reduce la seión efeiva del mismo - Pérdi Pérdidas das dieléctricas dieléctricas en condensad condensadore ores s - Intensidades en los conduores de neutro, incluso en redes equilibradas producido por los armónicos armónicos triples (3, 6, 9, 12, ) Efectos de resonancia
La impedancia de inductancias y condensadores depende de la frecuencia La conexión en serie o en paralelo de induancias y condensadores da lugar a situaciones singulares denominadas de resonancia, en las cuales la impedancia se hace mínima o máxima Errores en equipos de medida
Errores de medición medición de energía activa, reaiva y factor de potencia potencia.. - Lecturas erróneas erróneas con multímetros multímetros basados basados en el valor medio o con poco ancho de banda - La magnitud de los costes originados por la operación de sistemas y equipos eléricos con tensiones y corrientes distorsionadas puede percibirse considerando lo siguiente Una elevació elevación n de sólo 1 0 C de la temperatura máxima del aislamiento de un conductor º
reduce a la mitad su vida útil.
27
- Un aumento del 10% de a tensión máxima del dieléctrico de un condensador reduce a a mitad su vida útil La corriente de armónicos puede puede ser limitada mediante fltros del tipo activo y ftros de tipo pasivo. Tradicionalmentee os fitros del tipo pasivo se han utilizado para resover los Tradicionalment probemas de armonics en e entorno industria dado su bajo coste a estar formado por induancias y capacitancias 4.1.2 Fenómeno de resonancia
Un probema impoante se da cuando a distorsión en ínea acanza vaores eevados, existiendo peigro de resonancia entre e sistema de corrección (capacidad equivaente de los condensadores) y la inductancia equivaente de la red La resonancia se presenta cuando la reaancia inductiva y capacitiva se iguaa De esta forma, se ablará de circuito resonante serie cuando a inductancia y la capacidad estén conectadas en sere, o de circuito resonante paralelo si a inductancia y a capacidad se encuentran coneadas en paralelo En una misma red, pueden darse al mismo tiempo una resonancia en serie y una resonancia en paralelo La resonancia tiene lugar a una frecuencia concreta, lamada frecuenca de resonancia resonanc ia fr: 1 (4.2) X =X c f = 2 LC Cuando se tiene resonancia en serie, a impedancia tota teóricamente se anua (43) Contrariamente, en presencia de resonancia en paralel, a impedancia total tiende al infinito X Xc (44) j(XL-Xc) Ztot Si un circuito resonante serie recibe alimentación de tensión aterna con una frecuencia cerna a la frecuencia de resonancia, puede tener lugar una ampificación de la corriente absorbida que puede provocar peurbaciones, sobre corrientes e incluso daños en os componentes de la red Por el contrario, si un circuito resonante paralelo recibe alimentacón de armónicos de corriente de cargas de distorsión, podría tener lugar una sobretensión en e armónico de resonancia La Figura 42 muestra el copoaiento de la reactancia capacitiva (decreciente con el orden de armónicos), induiva (creciente con el orden de arónicos) y total de una red; la reactancia total en serie adquiere su vaor mínimo en a frecuencia de resonancia =
o
28
(en el ejemplo del grafico, gr afico, unas tres veces la frecuencia fundamental).
1
2
3
4
5
6
7
8
g
10
11
12
orden amónic
Figura 4.2 Compoam Compoamiento iento de la reactancia capacitiva inductiva y total de una red;
La corriente de armónicos puede ser limitada media mediante nte filtros de armónicos de potencia potenc ia pasivo o compensadore compensadoress activos de armónicos Como se indico los efectos efectos de un circuito resonante en todo el proyecto proyecto es muy serio para evitar que un circuito caiga en un régimen régimen resonante se utilizan fltros de armónicos estos aúan directamente sobre la frecuencia frecuen cia de resonancia de tal manera manera que el armónico de corriente corriente a dicha frecuencia sea eliminado eliminado o fitrado fitrado En el merdo hay diferentes tipos de filtros entre los los mas comunes son : Filtros de rechazo (BT/AT): Están formados por baterías de condensadores con
reactancias de rechazo rechazo Es te conunto forma un circuito serie resonante resonante sintonizado a una frecuencia inferior infer ior a la del armónico más común (5 ) A freuencias armónicas el valor de la reaancia es dominante y el eslón es, por tanto inductivo No hay amplificación °
armónica, ya que no existe circuito resonante paralelo paralelo entre el circuito serie condensad condensador or reactancia y la red exterior La batería actúa también como filtro de absorción eliminando parcialmente ( 15 a 20%) las corrien corrientes tes armónicas de menor frecuencia del sistema sistema Filtros de absorción (BT/AT): Están formados por tantas ramas L-C como
armónicos se desee fltrar El valor de la induancia de la reactancia (L) es aqu aquel el que asegura un bao valor de impedancia para el circuito resonante serie a la frecuencia armónica De esta forma la mayor pae de la intensidad armónica se dirige se dirige hacia el filtro (80 a 90%). Filtros Activos: Los filtros activos activos eliminan los armónicos armónicos (desde el 2 hasta el 50) °
tanto en las fases como en el neutro en tiempo real (tiempo de respuesta inferior a 1 ms) pudiendo compensar compensar también la potencia reactiva
29
4.2 Métodos para la reducción de armónicos El fltrado es un método paa la reducción de armóncos en una planta industrial cuando se ha aumentado gradualmente la dstorsón por amóncos o como una solucón total en una nueva planta. Hay dos métodos báscos: fltros aivos y pasivos 421 Filtros de armónicos de potencia potencia pasivo Se tienen dos sistemas de utilización paa estos tipos de filtos - Fltro pasvo pasvo de una rama rama ajustad ajustada a - Filto pasivo pasivo de múltpl múltples es amas ajusta ajustadas das a Filtro Filtros s pasivo pasivo de una rama ajusta ajustada da El princpo de un ltro pasvo de ama ajustada se muesta en la Figua 43 Este fltro debería aplicarse en el componente amónco meno cuando existe una generación de armónicos significatva en el sstema Paa sistemas que suministran prncpalmente una rga industal pobablemente sea el quinto armónico Por encma de la frecuencia ajustada los armóncos se absoben, pero por debajo de ella quzá se amplifiquen Caracterstcas - una sola frecuen frecuencia cia de ajuste - Filtan amóncos amóncos absobidos absobidos por encima encima de la frecuenca frecuenca ajustada ajustada - Posble amplificac amplificación ión de amónicos amónicos por debajo de de esta - Reducc Reduccón ón de armónicos armónicos limtada limtada po po kVAR y la red Este tpo de filto consta de un inducto en see con un banco de condensadores y a mejo ubicación para el filto pasivo es ce de las rgas geneadoas de amóncos Esta solucón no suele emplease paa nuevas instalacones
Is lf
lh
D Figura 4.3 Fltro pasvo de una sola rama ajustada b. Filtros pasivo de de múltiples ramas ajustadas El prncipio de este filtro se muestra en la Fgua 44 Tiene vaas amas ajustadas a dos o más componentes amónicos que deberan se las fecuencas de armóncos
30
Significativas menores en el sistema. E fitro mútipe tiene mejor absorción de armónicos que e sistema de una rama Caraerísticas: - Capacitivo por debajo de de a frecuencia, inductivo por encima encima de a frecuencia. Armón Armónicos icos absorbidos absorbidos por encim encima a de la frecuencia frecuencia ajustada ajustada Posib Posibe e ampificación ampificación de armónicos armónicos por debajo de de esta - Reduc Reducción ción de armónico armónicos s limitada limitada por kVAR y la red.
Is lf3
lf1
h
1 Figura 4.4 Fitro pasivo de mútipes ramas ajustadas Los filtros pasivos de mútiples ramas se suelen emplear en grandes instalaciones de accionamientos de CC en las que un transformador dedicado alimenta a toda la instalación. Un fitro fit ro pasivo ajustado introduce nuevas resonancias resonancias que pueden provocar problemas por armónicos adicionaes as nuevas tecnologías de electrónica de potencia brindan productos que pueden controar a distorsión por armónicos con control activo
42.2 Filtros de armónicos de potencia activos E fitro activo compensa os armónicos generados por rgas no lineales generando os mismos componentes armónicos en la fase opuesta como se muestra en la Figura 45 os fitros activos son los más adecuados para varios conveidores pequeños Son reativamente más costosos en comparación con otros métodos u
"
Intensidad amentado la
:
.
Intensdad de carga
e
.,
+
.� Intensdad de fito actvo
-.�1
a
,
n
r
t•
Figura 4.5 Ondas y armónicos del fitro externo
31
4.3 Aspectos técnicos de los ltros activos S h qu muh qu ó u g u g mó b u (f) U fm mj uó, uzó f (PF), y úm ñ h uu E g um qu í mm um , u m u, u u ó fm ó u xó qu E f Fgu 6 {\
.
lr
R Ba
T
l
1�
o
cn finf (1)
l
/ \ ira 4 F E ó u u bm ; fm qu qu u y qu ó g mb P gu bj , u uz gí f C qu qu z u fó u u 43 nciones de n ltro activo f PF ( Pw F) ub qu u fu qu u qu z u PF E fu gu: ) uó mó qu u , PF y gó gí b) uó u S x mu mó mú um u ) uó mó ó u xó g ) C Có ó f f u 0 u
32
e) Equilbrado de la corriente corriente que circul circula por as distintas distintas fases fases f) Equlbrado de a tensión entre fases y con e neutro. g) Reguac Reguacón ón de a tensón y reducc reduccón ón de de Fcker 4.3.2 Estructura de un fltro de armónico activo (APF)
La estructura de un APF, en general está compuesta por un convedor normalmente un nversor de tensón (VS), un bloque de control y un sstema de medida de los parámetros de red Además el APF puede contar con transformadores y o bobinas para su conexión a a red En a Figura 47 se muestra el diagrama de bloques básco de un APF paraelo. Cargas no neales Cácuo consgna corrente Tensón red VSI
c.
Consigna corrente
Bloque de contro
Diagrama de boques de un APF paraeo En esta estruura el APF actúa como fuente de corrente controada Entrando má en detale en e n a estructura del APF el boque de control se puede puede descomponer descomponer a su vez en dos bloques báscos ta como se muestra en la Figura 48 Figura 4.7
O M'
RED
ó
Obtención
rl
vt · lo
Diagrama de boques de un APF El bloque de "btención de Consgnas, es el encargado de separar la componente fundamental funda mental de a corrie corriente nte que absorbe a carga de os armónco armóncoss presentes en esta Figura 48
33
corriente. Estos armónicos son los que forman la consigna apicada al contro de APF E boque de "Contro debe actuar sobre el conveidor para que as corrientes que absorbe e fitro (armónicos) coincidan con las consignas anteriores La función de bloque de "Moduación es a de transformar unas señaes de tensión, variables en amplitud procedentes de control en los tiempos de encendido y apagado de cada uno de los interruptores de VSI. En cieos casos dependiendo del tipo de contro utilizado los bloques de control y moduación no son separables Por ejempo cuando se utiliza un contro de corriente por banda de histéresis. A pesar que la potencia media consumida por un APF en un periodo de red, debe ser nula savo pérdidas; es necesario un elemento que almacene energía, ya que a potencia instantánea no será nula. Una de las características de los filtros activos del tipo VSI, es a utilización de un bus de DC para el amacenamiento temporal de energía Si se debe conear este filtro direamente a a red (sin utiizar transformador de acopamiento) a tensión del bus de continua debe ser superior a la tensión de pico de a red; por o tanto los interruptores (usuamente GBT) deben sopoar tensiones elevadas. La utiización de conveidores multinivel reduce la tensión máxima que deben sopoar estos interruptores y añade algunas ventajas como son la reducción de rizado y una respuesta temporal más rápida 4.33 Fuentes básicas de peurbaciones y tipos de peurbaciones generadas Para poder reducir as peurbaciones con la máxima eficacia posibe, es conveniente peurbaciones conocer sus raerísticas, como son y cómo se originan. Las fuentes de peurbaciones más abundantes en a red eéctrica en la actuaidad son los diversos tipos de conveidores estáticos coneados a la red y en paicuar os rectificadores controados o no asociados con diversos tipos de cargas inductivas o capacitivas En a Figura 49 y 4.10 se muestran, de forma esquemática estos dos tipos de cargas básicas. En a figura 4.9 se muestra una estructura de puente rectificador que aimenta una carga principalmente inductiva La forma de onda onda la señal de corriente será del tipo mostrado en la propia figura 49 Con tendencia a presentar una forma de seña cuadrada, en la que la anchura de los diversos semiperiodos dependerá de número de fases y del control del rectificador, si este es de tipo controlado o semicontrolado. semicontrolado. En a a Figura 4.1 O se muestra un tipo de carga no lineal muy frecuente en redes monofásicas domésticas y de oficinas es el reificador con carga capacitiva. En este caso la forma de onda de a corriente tiene picos estrechos y de gran ampitud
34
Figura 4.9 Circuito reificador con rga induiva
Figura 4.10 Circuito reificador con carga capacitiva 434 Clasifcación Clasifcación de los fltros Aplicaciones Aplicacion es de las distintas estructuras
Los filtros utilizados para a reducción de peurbaciones en a red eéctrica se pueden clasificar de varias formas. En primer ugar se pueden separar entre filtros de tipo serie
y
de tipo paralelo. En la Figura 4.11 se ve que la denominacin de filtro depende de si se encuentra conectado en serie o en paraeo con a carga. En las figuras 4.12
y
4.13 se
presenta e efe efeo o de cada una de las topoogías de filtros activos: serie y paralelo. Red de baja Tensión
Red de baja Tensión
Filtro Paralelo
Filtro Série
Figura 4.11 Fitros paraeo y fitros serie
35
1 Caas ---� FILO ACTVO
Figura 4.12
Aplicción de un ftro ctivo topologí Serie
-----.----
Cargas
FILTRO
ACTO
Apccón de un fltro vo topoogí Plelo Pr l reducción de dtorón de l corrente en el punto donde e conect e APL e cotumbr utzr un ftro de tpo preo; mentr que pr l reducción de dtorón de l tenón en l crg e utzn ftro erie. Lo filtro mxto, etán formdo por l occón de tro pvo y ivo. Lo fltro de potenci pueden etr formdo por un únco ftro o por combinción de vro. En un comb combncónón de tro ere prlelo cd cd bloque u vez puede etr formdo por l occón de dtnto ftro. Ademá e pueden coner filtro ctivo o pvo en d co dndo ugr múltple combincione (fgur 44 4.8) L combncón de ftro ctvo y pvo permte reducir el tmño y por lo tnto e cote de o filtro ctivo mntenendo l ventj que preentn eto últmo frente lo ftro pivo. Figura 413
44 Filtros de armónicos mixto
Figura 41
ombnción de ftro ctvo erie y preo
36
Figura 4.15 lto see combnndo dos fltos, no ctvo y no psvo
Figura 4.16 to plelo combnndo dos fltos, no vo y no psvo
Figura 417 lto ctvo plelo, combndo con n fto psvo see
Figura 4.18 Combncón de fltos see y plelo; vos vos y psvos 45 Aiai r ri ara En enel ls pccones de ls dstnts ests son ls sentes: Fir ri ) Redccón de móncos móncos de tensón en l c b) Re Recón cón de tensón c) Redccón del lcke y los mcocoes mcocoes de tensón Fir Para
37
a) Reduc Reducción ción de los armónicos armónicos de corrien corriente te b) Comp Compensac ensacón ón del faor de potencia potencia c) Redu Reducción cción de de la corriente corriente por el neutro neutro 4.6 Conclusiones El número de cargas no lineales conectadas a la red aumenta día a día de forma consderable. consderab le. Para reducir los armóncos generados por estas rgas y propagados por la red eléctrica, es necesario colocar fltros entre la carga o cargas peurbadoras y la red Los tpos de fltros a colocar dependen del tpo de cargas no lineales Los ltros activos permiten reducr dversos tipos de peurbaciones sn embargo para una topología de ltro concreta sus prestacones dependen dependen del tipo de peurbac peurbación ión y de diversos parámetros de diseño La combinación de varios filtros activos o activos y pasivos permite mejorar las prestaciones compensando distintos tipos de peurbacones 4.7 Aspectos norativos Existen dversas normas y recomendaciones relaconadas a estos sistemas Eas son desarrolladas a contnuacón 471 IEEE 519-1992 Está recomendacón práica pretende establecer los prncpos para el diseño de sistemas eléctrcos eléctrcos que incluy incluyan an cargas lineales linea les y no lineales. lineale s. La filosofía de esta norma bus limitar la inyeccón de armóncos de clentes individuales de manera que no creen voltajes naceptables de distorsión bajo las caraerístcas normales del sistema y lmitar la distorsión armónica total del voltaje suminstrado por el proveedor Los lmtes de valores de voltaje y corriente deben usarse como valores de diseño para el peor de los casos en condicones de operacón normales que duran más de una hora Para periodos más coos como los arranques los límtes pueden ser exceddos en un 50% Este estándar divide la responsabilidad de limitar las armónicas entre los usuaros finales y las empres empresas as de distrbuc distrbucón ón los usuario usuarios s finales serán responsables de limitar las inyeccones de correntes armónicas mientras que los proveedores serán responsables de limitar la distorsión de voltae en la red de distribución Los lmtes de corriente y voltaje de armónicos para este estándar son analizados en el PCC (punto de acoplamento en mún) este es el punto donde pueden conectarse nuevos clientes en el futuro. La norma bus un acermiento justo de asignación de cuota de lmite de d e armónicos para da cliente. La norma busca un acermiento justo de cuota límite para cada
38
clente, asigna límtes de nyección de correntes basados en el tamaño de la carga con respecto al tamaño del sstema de potenca el msmo que está defndo por su capacidad de coo crcuto. La relacón de coocircuto está denida como la proporcón de coocircuito máximo en la PCC para la máxma demanda de corrente de carga (Componente de frecuenca fundamental) en el PCC P CC La base para limtar las nyecciones de armóncas de los clentes indviduales es evtar Nveles inaceptables de distorsión de voltaje por eso los limtes de correntes se establecen de tal manera que las inyecciones armónicas totales para da cliente indvdual no excedan de la dstorsión de voltaje máxima mostrada en la Tabla 41 Base para los lmtes de correntes armónicas (Fuente: IEEE 519-1992) R 10 20
V % 2.5-3.0 2.0-2.5
50
10-15
100 1000
0.5-1.0 005-0.10
A A Sistema dedcado 1-2 Clientes grandes Pocos clientes relativamente grandes 520 Clentes medianos Muchos clentes pequeños
En la Tabla 41 se muestra los limites de corrientes armónicas para varios tpos de sstemas en cargas más pequeñas (valores con relación de coocrcuito relativamente más grandes) es permtdo un porcentaje mayor de corrientes de armónicas que en las cargas mas grandes con valores menores de relacón de co�ocrcuito Las cargas más grandes deben ser sometidas a lmtes más estrctos de dstorsión dado que ocupan una porcón más grande de la capacidad de rga del sstema Los lmtes de corriente toman en cuenta la diversidad de corrientes armóncas de las cuales algunas de las corrientes armónicas tenden a ncelarse mentras que otras se suman Los limites de corrientes de armóncos en el PCC son establecdos para lmtar voltajes ndivduales de distorsión y dstorsiones totales de voltaje THD para los valores mostrados en la Tabla 42 puesto que la dstorsión de voltaje depende de la mpedanca del sstema la clave para controlar la distorsón de voltaje es controlar la mpedanca. Dos demasado ado condcones que producen una mpedanca alta son cuando el sstema es demas débil para almentar la carga adecuadamente o cuando el sistema está en resonancia el último es el más común Por consguente s se mantiene el voltaje de distorsón en valores reducdos aseguramos que el sstema se mantenga fuera de resonancia Ocasionalmente nuevos transformadores y líneas tendrán que ser agregadas para
39
incrementar robustez del sistema. T 42 Limites de distorsión armónica de voltaje en porcentaje de voltaje nominal de la frecuencia fundamental. fundamental. (Fuente: IEEE519-199) V PCC, V KV nS69
V % 3.0
V A THV % 5.0
69S nS161
1.5
5
n >69
1.0
15
La norma EE-519-199 representa un consenso general de pautas y practicas recomendadas por los distribuidores y sus clientes en u esfueo por minimizar y controlar el impao de armónicos generados por cargas no lineales 4.7 4. 7 .2 EN 610000-3-2
Está norma fue creada para establecer el nivel de corrientes de armónicos inyectadas de la rga hacia la red. Establece algunas reglas más práicas y ofrece una denición más clara de las clases de equipos. Este documento es emitido por la omisión Europea de sociación de Fabricantes (EM) y tiene como objetivo mejorar la comprensión de la reducción de corrientes armónicas. pair del 01/01/001 todos los equipos eléctricos y electrónicos que se conecta a la red pública hasta 16 Max de corriente nominal deben de cumplir esta norma. Las soluciones actuales de reducción se pueden utilizar para cumplir con los límites de la norma que influye mucho en el diseño de todas las fuentes de alimentación Esta norma clasifica los equipos en cuatro tegorías C A equipos trifásicos balanceados y todos los demás·equipos no peenecientes a las clases B D. C erramientas poátiles equipos de soldadura de arco. C C Equipos de iluminación incluyendo dispositivos de atenuación (dimmer) C Equipo con entrada de corriente con "forma de onda especial monitores de radio o receptores de . otencia otencia de entrada � 600 watt. La Figura .19 puede usarse para clasificar los equipos en E 610003 debe notarse que los equipos de clases B y equipos de control de motores no son considerados equipos de clase D sino se toma en cuenta la forma de onda de su entrada de corriente La máxima corriente armónica armónica permisible para para las clases B y D es determinada determinada con la medida de amperae real tomada en la entrada de corriente del equipo nótese que el límite de corriente de armónicos para equipos de clase B es el 150 de los de clase .
40
Los ímites de corrientes armónicas acordes a IEC 6000-32 se muestran en las tabas 4.3, 4.4 y 4.5 los mtes de corrientes corrient es para equipos de clase D están especificados
CLSEB
CLSEC
CLSE D
C E A
Fg 19 ujorama para casfcar tpos de equipos deacuerdo a a IEC 600032 en números absoutos ya valores relatvos a la potencia activa Estos límtes solo aplcan a equipos con consumo de potencia hasta 600W. T Lmtes de corrientes armónicas para equipos de case A (uente: Ref. [4 O
O
h
Mx )
h
Mx )
3
2.3
2
.08
5
.4
4
0.43
7
0.77
6
0.3
04 0.33
8-40
0.23*8/h
3
0.2
5-3
0.5*5/h
41
Tabla . Límites de corrientes rmónics pr equipos de cse C (Fuente: (Fuente: Ref [14 O l a h Máx val %) 2 2 3 30* For de potenci de circuito 5 10 7 5 9 7 11-39 3 Porcentje de corrente fundment de ingreso Tabla . Limites de correntes rmónics pr equipos de cse D (Fuente Ref [14] A h
Máx val a % va A 34
A 23 114 077
2 5 19 10 7 05 040 9 035 033 13 Ver iur 418 386/ 11-39 Porcente de corrente fundment de inreso .. IE st norm fue cred pr estecer e nie de corrientes de rmónicos inyeds de cr ci red en tensión pr equipos de corrente nomin! superor 16 st 75 Coneiones de este tipo de equipo no requiere proción de est empres de distriución, os ímites de rmónicos de correntes sdo e est norm se muestrn en 46 Tabla Limites de correntes rmónics (Fuente: Ref [14 A Máxa Máxa aa aa h h a% a% 19 11 2 216 107 06 21 5 23 72 09 7 25 38 o.a 9 31 27 06 11 2 29 13 07 31 07 07 15 12 33 17 06 a l av a Pr este cso se mencion un mrc específic de fitros de rmónicos CUSN 420 e cu su proeedor es Scneide Scneiderr eric Fiur 420 Fiur A
42
, "
Acl1 •
·-
•
Figura 4.20 Filtro de armónicos del tipo aivo mar Accusine Características - Potencias de 50A, 1 00A y 300A. Voltaje universal 208V 480V, 3 fases 3 hios. Opciones de encerramiento, NEMA 12, IP30 Ofea mundia: cump cumpe e normas EC, UL, CSA, CE, ABS, CTick C Tick Cumple con los princi principaes paes estándares de armónicos en todo e mundo mundo EEE519-92, G5/41, GB/T 14549, EC61000-3-2/-34 Respuesta utra rápida rápi da a os cambios cambio s de carga en microsegundos. - Cancela todos os armónicos de 2 al 50 orden. º
º
Capacidad de inyección instantánea de corrente reaiva de 225% para responder a las fluuaciones de la carga y dar sopoe a la estabilidad de voltaje Se pueden instalar hasta diez unidades en paralelo con el mismo m ismo juego de transformadores de corriente, para ampliar ampli ar la capacidad. En la Tabla 47 se muestra as aplicaciones típicas del fitro activo Accusine Tabla 47 Apicaciones típicas del filtro activo Accusine (Fuente Ref [19) Apicaciones Requerimientos Plantas de tratamientos de agua y aguas residuales residuales , fabricas textiles textil es , fabricas Distorsión de votae de pape , instaaciones de THD (V)<5% produos farmacéuticos , TDD adecuado para acerías , plataformas garantizar la operación de petrolíferas , buques de los equipos equipos sin sin riesgo riesgo de navegación marítima , daños e inteerencias industria de extruccion , industria de aes graficas , industrias de lásticos
Benefcios reduce reduc e el contenido de armónicos para satisfacer as normas eimina os efectos de os armónicos en os equipos . Aument Aumenta a a capacidad de sistema de mejorar e factor de potencia potencia tota Ahorro de energía inmediato
43
Las fundiciones de hornos de inducción , unidades DC y grúas
Centos de datos , hospitales y fabricantes de microeectrónica
Soldadores, motores de inducción linea, linea, rayos X y máquinas de resonancia magnética, industria automotriz
-Compensa en tiempo real el contenido armónico muy fluctuante. Rápida compensación de - Suministro en tiempo tiempo rea rea potencia reactiva en entoos de potencia reactiva para ricos en armónicos mejorar la regulación de votaje de sistema Requisitos críticos en tiempo que incorporan sistemas de seguridad de energía con eneradores de de UPS
Compensación Compensac ión ultra rápida de VAR.
Reducción de amónicos Corrige el faor de potencia principa cuando se utilizan UPS -Compensación VAR ultra rápida para asegurar la estabilidad de nivel de voltaje para e proceso - Eim Eimina ina el el parpa parpadeo. deo. Redu Reduce ce el tiemp tiempo o de diagnóstico de las máquinas Me Meora ora a vid vida a úti úti
El sistema de corrección de potencia AccuSine inyea corriente armónica y reaiva para limitar a distorsión y mejorar el factor de potencia total para el sistema de distribución de energía eléctrica eléctrica en cualqu cualquier ier instaación E fitro AccuSine mide a corriente total de carga del sistema, determina a componente fundamenta e inyecta a la red la componente armónica en fase opuesta, de tal forma que los armónicos quedan quedan canceados canceados La lógica de amplio espectro del fitro AccuSine no se enfoca en frecuencias especícas, sino que más bien crea una forma de onda en tiempo rea sobre la base de os apoes de sus circuitos de detección, independientemete de las frecuencias que a corriente de carga no ineal contiene El filtro AccuSine supeisa la carga a través de transformadores de corriente montados en la línea de alimentación de a carga en cuestión Esta información es analizada por a ógica para determinar a magnitud de la correión a inyectar por e equipo en as líneas de AC esto se muestra en a Figura 421 en e n donde: Is: corriente de as fuentes (libre de armónicos) la corriente inyeada por el fitro Accusine) Accusine) lb corriente de carga La mayora de los filtros aivos de armónicos están diseñados con dos tipos de sistemas de control Uno utiliza a Transformada Rápida de Fourier (FFT) para calcular el ángulo de fase y amplitud de cada orden de armónico armónico La elerónica de potencia está dirigida a producir una corriente de igua amplitud pero en ángulo de fase opuesto para órdenes de armónicos especficos
44
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Fuente Reactacia 3%
Figu .21 Lmtes de armóncos para eqpos de clase D, Esto lmta la respesta a peddos específcos de armóncos y pede reqerr hasta dos o más cclos (> 33 mlsendos) antes de responder El otro sstema de controJ (como el qe es sado por el fltro AccSne) es llamado de completo cancelador de espectro Este esqema de control no realza T Los alortmos e control son analócos La lóca adqere na mestra mes tra de corrente desde el transformador, remeve la componente de la frecenca fndamental e nyecta la correccón en alnos centos de mcrosendos De esta manera, todos los "rdos no-fndamentales se retran retra n de la red r ed elérca Este "rdo "rdo pede contener frecencas no n o enteras, tambén conocdas como nterarmóncos El fltro AccSne pede ser tlzado fáclmente en dversas aplcacones; en conjnto con otros eqpos de correccón de ldad de potenca como se obsea en la ra 4, tales como fltros de armóncos sntonzados, bancos de condensadores, etc Por este motvo, examnamos da aplcacón cdadosamente para arantzar la correcta seleccón El fltro AccSne pede ser colocado en varos pntos dentro de la red de dstbcón eléctrca Varas ndades (hasta 0) se peden conectar en paralelo para proporconar na compensacón más elevada de corrente y satsfacer los nveles de TOO defndos en
45
el estándar IEEE519-1992, o los niveles definidos en os requisitos de funcionamiento de a planta, de ser necesario. Un requisito previo impoante para la apicación del fitro AccuSine es instaar un reactor de impedancia de línea de 3% o superior o equivaente en frente de da carga no linea, como un VFD, UPS o fuente de aimentación SCR
l.,
Fltrado individual para evitar a contaminacón de las cargas conectadas conectad as al juego de de barras
• . Ftrado pnn�1pal para _ cmphr con regamentacones Y ehmar péddas das en el transfoador geneadas po los aóncos
Fitrado de la · ba barr rraa aux auxar ar
Aplicacin en conjunto de fitros de armónicos Para una instalación nueva o una existente de a que se conozcan as cargas no lineales, se podrán determinar e filtro activo adecuado en función de los objetivos de TDD deseados en planta Por ejemplo, una instaación industrial desea satisfacer el nivel de Distorsión de Demanda Tota (TDD) del 8%, por problemas de inteerencia Recoleamos la información del sistema de a siguiente mane manera ra como se obsea en la Taba 48. Aplicación en conjunto de tros de armónicos (Fuente: Ref [19) Tensión del sistema Nivel deseado TDD Lista de cargas no lineales
Cara individual total
000 k 48V 8% 215 VA UPS(conversor UPS(conversor de diodo) 6x5 HP(PWM) 6x2 HP(PWM) 2x1O 2x1O HP(PWM) 2x1 HP(PWM) 4 VA
46
El programa de selección arroja el siguiente resumen de resultados como se observa en la Tabla 4.9. Resultados obtenidos (Fuente: Aplicación de soare Accusine) V é oltae del sistema elctrico Amperae total de d e las caras cara s Amerae total de caras lineales . Factor de otencia or deslazamiento oriinal. Objetivo del Factor de potencia por desplazamiento TDD del sistema elctrico antes del filtro Accusine TDD obetivo Accusine requerido
2000 kV 5% % 48 1883A 4811A .9 9 176TDD 8TDD 9.1A de corrección
El programa de selección del filtro AccuSine calcula que, a n de cumplir con requisito del 8 TDD es obligatorio un PCS-AccuSine nominal de 91 A RMS. En este caso, debe ser especificada una unidad de 3A nominal (en este ejemplo, puede lograrse un TDD debido a que 3A es la unidad seleccionada, o se puede obtener una capacidad AR de compensación adicional) El cálculo mediante el programa de filtro Accusine se muestra en la Tabla 41 . En ese anexo se puede obsear el resumen de datos con los que se puede seleccionar el filtro respectivo - oltaj oltaje e del sistem sistema a elrico elrico
48 v
- Ampe Amperaje raje de rga total total
1883 A
Amperaje Amperaje total de de cargas cargas lineales lineales
4811 A
Factor de de potencia potencia de desplazamiento desplazamiento inicial inicial
9
Factor de potenca de desplazamiento deseado 9 TDD del sistema elrico sin filtro Acussine es 176 TDD - TDD del sistema sistema elctrico con con filtro Acussine Acussine
86 TDD
De lo expuesto, se llega a la conclusión la tasa requerida del sistema PCS Accusine es de 91 A de corrección Una subtabla de la tabla siguiente muestra las aproximaciones de corriente del sistema elctrico Se tienen dos columnas, una es el sistema sin el filtro AccuSine y el otro con el filtro operando - La corriente eficaz es de 1883 y de 17987 respectivamente La corriente fundamental es de17931 para ambos sos sos - La corriente armónica armónica es de 3.9 3.9 y de 144 A respectivament respectivamente e - La corrente reactiva reactiva es de 99 99 A para para ambos sos sos
47
Tabla 4.10
Ejemplo de cálcuo mediante e programa de filtro Accusine (SIN)
Accusine PCS Selecton Results
The following summay s the basis or or the AccuSine PCS selection shown below below.. The electrical system voltage is
8 volts volts
All loads total 18283 amps amps Al linear loads total
811 amps
The orginal displacement powe pow e facto is
0950
The objective displacement powe facto is
0950
The TOO o the electrical system beoe AccuSine PCS is
176% TOO
The obectve TOO is 8% TOO q 2291 Elll x El Amps Amps Total rms current Amps - - Fundamental current Haonic current: 44 Amps 44 Amps 4 TOO: 559.9 559.9 Amps 559. Reactive current O.O kVAR uivalent kVAR corectionn
CAPÍTULO V CASO DE ESTUDIO
En este capítulo se presenta un so de estudio que ilustra e mejoramiento del suministro de energía de una carga crítica mediante uso de tableros de transferencias de conmutación automática y manua en baja tensión y grupos electrógenos, y la aplicación de ltros del tipo activo y pasivo. Esta obra se reaizó para a sede principal ubicada en Lima de la Universidad Tououse Lautrec (UCAL), el proyecto fue ejecutado por la empresa G&M la pae eléctrica (primera etapa) a principios del año 2012, os taberos eléctricos mencionados fueron suministrados por la empresa TJCASTRO TJCASTRO SAC
Nota : UCAL recibió la resolución de autorización de funcionamiento provisiona, de pae de Consejo Nacional para la Autorización de Funcionamiento de Universidades, CONAFU
5.1 Marco situacional El proyecto que integra a Memoria Descriptiva, Especificaciones Técnicas y Planos, se refiere a las Instaaciones Eéctricas nteriores (para alumbrado, tomacorrientes y fuea y otros usos) dentro de los ímites del terreno para e LOCAL UNIVERSDAD TOULOUSE LAUTREC, Av La Mina Mz D, Urbanización E Campo So de La Mina en el distrito de a Mina
5.1.1 Características generales El Loca contempa - 2 niveles niveles de aula aulas. s. 2 sótanos de seicios seicios y estacionamiento estacionamiento El oca se alimenta desde las redes eléricas en media tensión, sistema trifásico, 60 c/s Para o cua se tendió un aimentador desde las redes de Luz del Sur hasta a subestación subestació n propia, tal como se indica en os panos respectivos
512 Instalaciones eléctricas Del sistema de utiización en media tensión se alimenta el tabero general del loca Desde el tabero general se derivan os aimentadores a los diferentes tableros de distribución del ocal Desde os tableros de distribución (T) se derivan los diferentes circuitos derivados, tanto de aumbrado, tomacorrientes, fuea. Todos los tableros de distribución (T) son de tipo para empotrar, en gabinete metáico con grado de protección mínimo NEMA 1 y todos levan interruptores
49
automáticos termo magnéticos del tipo NO FUSE de 10 KA 240 V. 60 c/s. Toda la tubería para alimentadores y montantes es del tipo de Cloruro de Polivinilo PVC del tipo pesado (SAP) Para los circuitos derivados se utilizan tuberías del tipo de Cloruro de Polivinilo PVC del tipo liviano (SEL) Todos los conductores usados en alimentadores, son de cobre elerolítico de 999 % de conduibilidad conduibilidad Son sólidos hasta la sección sección de 6 mm inclusive 2
y cableado para secciones mayores tienen aislamiento termoplástico del tipo THW para 600 V. Todos los conduores usados en circuitos de distribución son unipolares de Cobre electrolítico de 99.9 % de conductibilidad con aislamiento termoplástico tipo TW para 600 V son sólidos hasta la sección de 6 mm inclusive y cableado para secciones 2
mayores No se usan conductores con secciones inferiores a 25 mm para circuitos de 2
alumbrado y 25 mm 2 para tomacorriente y fuea Para el fluido de emergencia se proyectó un grupo electrógeno con arra arranque nque y transferencia automática automática
5.13 Demanda máxima El cálculo de la demanda máxima a nivel de acometida para cada tipo de edificio se efectuó de acuerdo al Código Nacional de Elericidad 2006 "Utilización y teniendo en cuenta cuen ta la simultaneidad de usos de los diferentes equipos
51.4 Planos Además de la Memoria Descriptiva el proyecto se integra con los planos y especificaciones técnicas las cuales tratan de presentar y describir un conjunto de pae� esenciales para la operación completa y satisfaoria del sistema elérco propuesto debiendo por lo tanto el contratista suministrar y colocar todos aquellos elementos necesarios para tal fin, estén o no específicamente ndicados en los planos o especificaciones
515 Tableros de distribución y servicos comunes Son para empotrar con grado de protección mínimo NEMA 1 con caa de material metálico de alta resistencia e indeformabilidad de espesor 1/16 con puea y cerradura tipo push bottom con barras bipolares para las viviendas y para Seicios General Generales es y con interruptores termomagnéticos automáticos.
Gabinetes Los gabinetes tienen tamaño suficiente para ofrecer un espacio libre para el alojamiento de los conductores de por lo menos 10 cm en todos sus lados para hacer todo el alambrado alambrado en ángulo recto Las jas son de metal de tamaño proporcionado por el fabricante y lleva tantos agujeros como tubos lleguen a ella y cada tubo se conecta a la caja con coneores adecuados El tablero es de color blanco con puea transparente color humo salvo otro color
50
sugerido por el Arquitecto, con bisagra horzontal y dispositivo de bloqueo, provsto con prepeoraciones, sopoe de riel DIN separado de la ja. Su temperatura de trabajo va de -15° a+ 60°. en releve debe llevar la denominación del Tablero, ejemplo TD101, TSGE, etc. En la pae interior de la tapa lleva un compaimiento donde se aloja y asegura irmemente una caulina blanca bl anca con el drectorio de los circuitos Este dreoro debe ser hecho con letras mayúsculas y ejecutado en imprenta, dos copias gualmente hechas en mprenta, mprent a, deben ser remitidas al propetaro La puea llevará chapa y llave llave debe debendo ndo ser la tapa de una sola hoja
Barras y Accesorios Las barras están asladas de todo en gabnete de tal forma que cumplen exactamente con las especiicaciones de TABLERO DE FRENTE MUERTO Las barras son de cobre electrolítico de capacdad mínima como se muestra en la Tabla 5.1.
Tabla 5.1 Capacdad de barras de cobre por nterruptor (Fuente: Especcaciones UCAL) Interruptor General
Barras
203040A
125A
5070100A
200A
150200400A
500A
500600A
1000A
Están provistos de barra para conear las diferentes terras de todos los crcuitos estos se hacen por medio de tornillos, existe uno de mayor capacdad para la conexón de la línea principal
516 Interruptores Los interruptores son del tipo automático, termo magnétco NO FUSE, del tipo atomllable (BOL TON) o engrape (PLUGN) se emplean unidades bipolares y tripolares de diseño ntegral con una sola palan de accionamento Los interruptores son de conexión y desconexón rápda tanto en su operacón automática ó normal y tenen una característca de tempo inverso asegurado por el desconexión bimetálco complementad complementado o por un elemento empleo de un elemento de desconexión magnético Los interruptores tienen pacidades de corriente para trabajar a 240 V, de tensión nominal y de 1 KA, de capacidad de ruptura asimétrica Para interruptores superores a 100 A y hasta 200 A son de la msma tensión y de 42 KA de capacidad de ruptura Deben ser operables a mano (trabajo normal) y disparando automáticamente cuando ocurran sobrecargas o coocircuito.
51
El mecanismo de disparo es de apeura libre de tal forma que no permanezca en condiciones de coocircuito, construido de acuerdo a las recomendaciones NEMA y aprobados por UL INC. Cada interruptor tiene un mecanismo de desconexión de manera que si ocurre una sobrecarga o coocircuito en los conductores, desconecte automáticamente automátic amente los 2 o 3 polos del interruptor
5.1.7 Grupo electrógeno Se plantea que este equipo suministre energía en 380/220 VAC, trifásico, 4 hilos, 60 Hz La carga consiste en equipos de bombeo, alumbrado, computadores y equipos de oficina Sus comandos de arranque, calentamiento, toma de rga, transferencia, coe de carga y desconexión desconexi ón son tanto manuales como automáticos La potencia (en sitio) en régimen prime o continuo que suministra el grupo electrógeno son de 750 kW. El grupo electrógeno está montado sobre dos peiles de acero estructural, común a motor y generador El apoyo sobre la base de concreto es con amoiguadores de tipo resoe.
Motor Primo De tipo Diesel, de cuatro tiempos, a 1800 RPM 4 o más cilindros cilindros en línea o en V, indicar la eciencia en BHP/cilindrada total. El regulador de velocidad es del tipo electrónico, de montaje sobre el generador, sellado con resina para protección contra vibraciones y ambientes agresivos, de alt� velocidad de respuest respuesta, a, de marca Barber Coleman u otra de igual o meor calidad Permitirá la operación del GE con una frecuencia muy estable y sin oscilaciones menicas anormales (en todo régimen de operación) Cumple con Poseer austes externos: de velocidad en vacía (austale ( austale + /0%), de ganancia de caída (ajuste desde isocromo 0% hasta 5%) La regulación estacionaria es de 3% (vacío a plana carga) ajustable La regulación regulación transitor transitoria ia +/- 0% DE D E CARG CARGA/DE A/DESCARG SCARGA A recu recupera peración ción en 02 segundos. Posee elementos de estabilización adicional para caso de GE con acoplamientos de alta flexibilidad entre motor y generador. También poseer una excepcional estabilidad en operación operación con rga constant constante e tolerancia de frecuencia frecuencia de+ / 0% % Posee una elevada capacidad de respuesta y un elevado "Motor Staing Generador
Es de tipo autoregulante, sin escobillas, con pacidad para suministrar la potencia indicada del grupo electrógeno, en las condiciones ambientales de da lugar Posee aislamiento Clase H con tratamiento de tropicalización y contra abrasión
52 La tensión nominal es de 380-220 VAC, Trfásco con termnaes accesibes sobre pancha de fibra y bornes dmiados. Es de frecuencia 60 Hz nomnal y factor de potencia 0.8 Es de excitacón estática sn escob as tipo imán permanente Su regulador de tensión es eectrónco, para exctacón tipo imán permanente permanente La forma de onda snusoda con dstorsón armónca de tensón no es mayor al 5% (3% para un armónico smpe) frente a una carga no neal (tpo SCR) de hasta el 60% de la capacdad indcada del Grupo eectrógeno. La pacidad de arranque de los motores es smar a a de los Grupos eectrógenos Caterplar El diseño y capacidad del generador permte que como mínimo los kW de arranque admisbles sean de 300% de os KW nominales de motor sn que a cada de tensión sostenda da sea mayor del 10% 10 % En la Fgura 52 se muestra en resumen la pae referencia del orden secuencia de los tableros eéricos. Celda de Trafo : Celda de Trafo CT1 : CT2 (a futuro) 1250kVA 1250kVA 3-60H 3-60HZ 22.9/10Kv 22.9/0Kv Ynd5/Dyn5 Ynd5/Dyn5 I - 380V [ _ 380V ' Tablero Tabero De Tablero De Transferenca Genera Grupo Automática prmera Eectrógeno TT A A 380V, TT etapa TG 380V, 3 60HZ Tfi �:· 360HZ ,-
1
1 ¡
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L-¡ -¡ Hacia Cargas 380V, 3 60HZ
r- -
,
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rTE-380V _ � _Tabl ero1Emergenc ·· a pr-- mera -etapa 3 60HZ
1
¡ _ , Hacia Cargas 380V 3 60HZ. , _
'
Pae referencal de tableros ros eéctrcos
53
.2 Planteamiento de solución B gr fr p r pf é, r rr qp br ér E Fgr 53 r r v br ñ prp rrí C Trf CT1
C Trf CT ( fr)
1250kVA
1250kVA
30-6OHZ 306OHZ 9/1 OKv 9/1 OKv 1 Y5/Dy5 Y5/Dy5 38OV 38OV Crg fr - : = : _____.� ____.� 38OV 30 6OH
Tbr Gr prr p TG38OV
,.
Tbr D Trfr Aá r b ,i � 38OV
306OHZ .,
1
Crg r 38OV 30 6OH
Tbr D Grp Erg TGE-38OV 30 6OH
1
Tbr Erg prr p TE38OV, 30 6OHZ
;
.
-
;P j jJ
I>
Crg r 38OV, 30 6OHZ ·'
Crg bz 38OV 30 6OH
'
Trfr Aá r rr A38OV 30 6OHZ
_ -· L f. Crg r bz 38OV 30 6OHZ iua Tbr y rr
54
Se m uestran os o l s tableros e ros e éctrcos él ctrcos en laabla5.2: T Pae referencial de tableros e ros e éctrcos é l ctrcos (F uente Especfc Especfca acones UCAL) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 27.00 28.00 2900 30.00 3100 3200 33.00 3400 3500 3600 3700 3800 39.00 40.00 41.00 4200 4300 4400 45.00 4600
G Y M : OBRA UNIVERSIDAD T Dó ablero ero General G G / GE, 3- 380 380V V ablero ero BC ( Banco Con densa densadores dores), ), 3- 380V able ro AA2, 3 380V able ro A AA3, 3- 380V 380V ablero A-1S 1, 3- 380/220V ablero A2S1 2S1,, 3 3 380 380/220 /220V V ablero A2S4, 3- 380/220V a blero A1 P 1, 1, 3 3 380 380/22 /220V. 0V. ablero A2P1, 3 380/220V ablero ero -1S1, 3- 380/2 380/220V 20V ablero ero 2S1, 3 3 380 380/22 /220V 0V ablero ero 2S4, 3 380/2 380/220V 20V ablero 1P1, 3 3-- 380 380/22 /220V 0V ablero ero 2P1, 3 3 380 380/22 /220V 0V ablero er o -A -AA1, 3 380 380V. V. ablero ero -AA4, 3 - 380 380V V ablero ero AA5, 33 - 380 380V V ablero r o AA6, 3 380V ablero ero A A-1S3, 3 380/220V ablero ero A-1S4, 3- 380/220V. ablero A-2S3 3- 380/220V ablero ero A2S5, 3 380/220V. ablero ero CC, 3 380/220V 380/220V ablero ero -A - AS, 3 3 380 380/22 /220V 0V ablero ero A1P3, 3- 380/220V ablero ero A-2P3, 3 3-- 380 380/22 /220V 0V ablero ero GUA GUAR, 3 3 380 380/22 /220V 0V ablero ero -GUAR2, 3 380/220V ablero ero -CAF, -CAF, 3 380/ 380/220V 220V ablero ero CAF1, 3 380 380/220 /220V V ablero ero 1S3, 3 380/ 380/220V 220V ablero ero 1S4, 33- 380/22 380/220V 0V ablero ero 2 2S3, S3, 3 380/ 380/220V 220V ablero ero 2S5, 3 380/ 380/220V 220V ablero ero 1P3, 3 3 380 380/22 /220V 0V ablero ero -2P3, -2P3, 3 380/220V. 380/220V. ablero ero ES1S1, 3 380/ 380/220V 220V ablero ero ES-1 ES-1S2, S2, 3 380/2 380/220V. 20V. ablero ero ES1S3, 3 380/220V ablero ero ES-2S1, 3- 380/ 380/220V 220V ablero ero ES-2S2, ES-2S2, 3< 380/220V. 380/220V. ablero ero ES ES2S4, 2S4, 3- 380/ 380/220V 220V ablero ero ES-1 ES-1P1, P1, 3 380/ 380/220V 220V ablero ero ES-1 P2, 3 3 380 380/22 /220V 0V ablero ero ES1P3, 3 - 380/220V ablero ero ES2P1, ES2P1, 3- 380/220V 380/220V
UCAL T 100 Autoso 100 Autosop 1.00 Autoso 1.00 Autosop. 100 Autoso 100 Autosop 100 Autoso 100 Autosop 100 Autoso 100 Autosop 100 Autoso 100 Autoso 100 Autoso 1.00 Autosop 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 1.00 Adosado 1.00 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 1.00 Adosado 1.00 Adosado 100 Adosado 1.00 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 1.00 Adosado 1.00 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado 100 Adosado
jó Nema12 Nema12 Nema3R Nema3R Nema12 Nema12 Nema12 Nema12 Nema12 Nema12 Nema12 Nema12 Nema12 Nema12 Nema1 Nema3R Nema3R Nema3R Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema1 Nema1 Nema 1 Nema1 Nema 1 Nema 1 Nema1 Nema1 Nema1 Nema 1 Nema1
55
47.00 Tablero Tablero TEST-2P2, TEST-2P2, 3- 380/220V 380/220V.. 4800 Table Tablero ro TEST TEST2P3, 2P3, 3 380/220 380/220V V 4900 Tablero TEST TEST-CC, -CC, 3 380/2 380/220V 20V Tablero ro TEST TEST-AS, -AS, 3- 380/2 380/220V 20V 50.00 Table Tablero ro T1S6 T1S6,, 3- 380/22 380/220V. 0V. 5100 Table 5200 Table Tableo o T1S7, 3 380/2 380/220V 20V Table leo o T1 T1S8, S8, 3 380 380/22 /220V 0V 5300 Tab 3 380 380/22 /220V 0V 5400 Tableo T1102P3, 3 55.00 Tableo T-VE, 3 380V 3 380 380/22 /220V. 0V. 5600 Tablero TRI (Riego), 3 Tabler lero o T-TM T-TM,, 3 - 380 380V V 5700 Tab Tableo o TASC1, TASC1, 3- 380/ 380/220V 220V.. 5800 Table 5900 Tableo TASC2, 3 380/220V. 3 38 380V 0V 60.00 Tableo TMC, 3 61.00 Tablero TEB Bombas de Calentadores ),3 380V Control, ol, 3- 380/2 380/220V. 20V. 6200 Tablero T-BAC ( Para Contr Tableo o T-BJ T-BJ 3 380V 6300 Table Tableo o T1S T1S110, 110, 3- 110/ 110/64V 64V 6400 Table Table bleo o T1, T1, 3- 380/2 380/220V. 20V. 65.00 Ta Tablero lero T2 3 - 380/22 380/220V. 0V. 66.00 Tab Tableo leo T-D1 T-D1 3< 380/22 380/220V 0V 6700 Tab 6800 Tab Tableo leo T-D2 T-D2 3 - 380/2 380/220V 20V Tableo leo T-D3, 3< - 380/2 380/220V. 20V. 6900 Tab Tableo leo TD4 TD4,, 3 - 380/2 380/220V. 20V. 70.00 Tab TBA1, 33- 380 380/22 /220V 0V 71.00 Tableo TBA1, 7200 Tablero Tablero TBA2, TBA2, 3 380/220V. 380/220V. 73.00 Tablero TEST-1S4 3- 380/220V. 7400 Table Tablero ro T-EA, T-EA, 3- 380/22 380/220V. 0V. 75.00 Tableo TGE-DT TGE-DT,, 3- 380/220V
1.00
100 100 100 1.00 100 100 1.00 100 100 100 1.00 100 100 100 100 100 100 100 100 1.00 1.00 1.00 100 100 1.00 100 100 1.00
Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado Adosado
Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 3R Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1 Nema 1
ucó Los tableos elétrios son sministados por la empresa T CASTRO SAC en s totalidad. Los intepto inteptores res sados son de la maa Ameiana Eaton La tansfeenia atomátia es de la maa Ameiana Aso, paa el tablero eneral es de tansiin del tipo abieo de 4x1600A serie 4000, omo omo se obsea en la Fia 54.
u Tansfereni Tansferenia a Atomátia mara Aso serie 4000 y ontolado.
56
Los tableros estabilizados de concepto critico levan transferencia automática de la marca Americana Asco de transición tipo By Pass serie 4000, e principio de operación es que cuando opere esta transferencia será para sacar fuera de seicio al UPS por mantenimiento como se obsea en la Figura 5.5 en la Figura 56 se obsea el tablero TE-CC con las cargas estabilizadas incorporadas Transformador de aisamiento 12KVA.Dy5
10:\ .-, -, 3f
38//38\+N 38
3838\ 38
@
UPS 3X25A
3X25A
3X2A 3X25A
TABLERO DE BY PASS PA SS..
CGA ESABlIA 380VtN
Transferencia Automática tipo By Pass
Panel de cargas estabilizadas
Transferencia marca Asco serie 4000 con cargas estabiizadas incorporadas en el tablero TECC
57
- Los tableros tableros estabilizados estabilizados de con concep cepto to no crítico llevaran trasferenc trasferencia ia del tipo manual conformado un conmutador manual de lnea y su respectiva protección termo magnética. 31 Aá A Para la presente obra según los datos tomados del cuadro de rgas del tablero general mostrado en el Tabla 5, se har un anlisis mediante el soware de fltro de armónicos, donde se calculara el TDD según la norma IEEE599992, antes y después de color un filtro de armónicos del tipo activo se obseara la mejora del TDD y con esto una mejora en la entrega de energa y la entrega de menos contaminación de armónicos de la carga hacia la red 3 Cuadro de cargas del tablero general (Fuente: Plano eléctrico) V
á Tensión del sistema elérco
80 , , 60Hz.
Potencia de entrada del transformador
250k 250 k
mpedancia del transformador
5%.
mperaje nominal de toda la carga del sistema elérico
2060.68
Nivel de TDD a la cual de desea llegar
5%
Potencia total de cargas no lineales
900HP
Potencia total de los UPS
47k
Potencia total no lineal
400k 400 k
En las Figuras 57, 5.8 y 59 se muestra el programa ejecutado con los datos ante ante s mencionados El programa de selección del filtro ccuSine® calculó que, a fin de cumplir con requisito del 5% TDD, es obligatorio un PCSccuSine nominal de 272.7 RMS. En este caso, debe ser especificada una unidad de 00 nominal con los datos ingresados puede lograrse un % TDD menor Debido a que 00 es la unidad seleccionada, o se puede obtener una capacidad R de compensación compensación adicional En la Figura 57, en el ítem se debe establecer el nivel de TDD requerdo, que en este caso es de 8 % Y en los ítems restantes se debe introducir la información del transformador de potenci potencia a de entrad entrada a así como la tensión del sistema (480 ). Finalmente se debe indicar el faor de potencia inicial y el busdo, el cual no varía para este so La Figura 58 ilustra como indicar las cargas no lineales y las cargas lineales inalmente en la Figura 59 se muestran los resultados obtenidos, los cuales muestran premramente el resumen de datos introducidos (voltaje del sistema, toal de carga en amperios, total de cargas no lineales, faor de potencia inicial y deseado, así como el TDD sin filtro y con fltro). Finalmente, en la subtabla se indica los valores comparativos antes y después de la aplicación del filtro
Electrical System Data
A.
eults to 480VAC and 5%D 5%D as the objecti objecti s progm requires no data enty r the "Electcal System Data." Nivel TOO 1 8.0% level t t o be met: Oesr ed TO O level Cuent Dstoon Lmts (20 to 69000 V) Tabe (lf you want the object D to be selected according to EEE 59-992, Tabl requerido 03 of EEE 59-992 lea "A bank and enter the "Input Transer lnfoation" beow Input Transfoer lnformation
2000.0KVA
A1a. KVA:
5000% 5 000% lmpedance
A1b lmpedance: A1 Sho ciuit cuent (SCC):
4,112.5 SCA
828.3amps Enter if kno Pgm wil calculate demand oad based upon loads dened
A2
Total demand load:
A3
Sho ciuit cuent ratio (A1/A2):
B
Eectrical em voltage:
Información del Transformador de potencia de entrada
p\ded.
263 R JD
lf no vue s enterd r tage 480V s assumed.
480V
Displacement power factor: C1 C2
Known or calculated PF of the loads in queion:
0.950
1 O 950 Objective dilacement power factor: f no vues are enterd for PF this program defaults to .95 both entries. Figura 5.7 Programa Accusine
Despazamiento de factor de potencia potencia
Icmoad
TD
<20
5%
20<50
8
510
12%
11
15%
>1
20/
Nonlinea loads
D. List al nonlinea nonlinearr oads oads appicabe appicabe r each group group to be evuated evuated Te coumn identied ith # does not requi require an enty if a noninear oads are 6-puse and do not ha passi\ ters instaled f a passiw lter is present enter '5' per ine item f the input rectier is 12puse, enter '12' per ine item f the input rectier is 18puse enter en ter 18 per ine item UPS
Orives
VFDs
iode Conwter SCR Conwter lnductiw PWM VVI I CSI 1 ty!! KV A 1 Qty HP # Qty HP Qty HP Qty HP Qty KVA 1 I Oty _ _2 215 0 Cargas 50 1 6 + no lineales 2 6 3 20 Cargas no lineales 4 2 100 5 6 "I 7 8 9 10 11 12 EnterYY fr yes N rr no Enter Are VF oads centriga! pump p ump fan oads? n (Program deuts to No) 0.1 the total KA of nalled UV equipment: KVA Speci 6, 12, or 18 pulse or 5, if a 5th haonic tuned lter is used: e #
#
ther SCR convee
#
#
20 10
1
'
Linear Loads: Total Linear Loads lnalled:
Enter l oad KVA capacity of inear oads
400KVA
Figura 5.8 Programa Acusine
Cargas lineales
#
Resistiw
9 ty¡ KV A
Capacitiw ty O KVA
#
#
AccuSine PCS Selection Results:
e fol ong summary is the basis for the AccuSine PCS selection shown below. e electcal system ltage is 40 lts. Tensión eléri 1 1
oad ds tota tall Ailil l loa
tottal to
28 .3 amps. 18 28 1.1 48 1.1
c
D9 5 D9 5
17.06%
c
8.00%
The required rating of the AccuSine AccuSine PCS em is
229.1
amperes of corction.
Eectrical Sy
AccuSine
Total s current 1828.3 � 793 _- Fundamental cuent� 793 359 Reacticoect cu ontn: , ---. ; \ -- · Equilet kVAR Programa Accusine
1
Figura 5.9
Valobten oresdos por el soarene Accus con y sn filtro
)
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
1. Con la información información proporcio proporcionada nada,, se demuestra demuestra que se logra mejorar mejorar la calidad de energía para las rgas críticas mediante la correcta selección de un sistema de transferencia y la supresión de los armónicos 2 El sistema de transfer transferencia encia automát automática ica elegida elegida es de la mar americana americana ASCO ASCO serie S4000 ya que este brinda una una adecuada fabricación bajo normas para transferencias automáticas ya que este es su principal rubro , ofrece ofrece un dinamismo de conexión interna para ser usadas como como transferencias del tipo abieo transferencias del tipo cerrado , transferencias del tipo BY PASS 3 El filtro del tipo aivo seleccio seleccionado nado es de de mar Accusine, Accusine, el cual cual es distribuido distribuido por Schneider Eleric Este fue calculado usando el soare PCS-Accusine , se utilizo este equipamiento porque es el más sencillo medio para mitigar los armónicos relacionados con el proceso de reducir las fluctuaciones de tensión y mejorar la vida útil de los equipos y a capacidad del sistema ya que si se elimina la corriente de armónicos se ahora energía en la instalación 4 El uso de transferencias automáticas mejora la calidad de suministro de energa en una carga , ya que la operación de conmutación conmutación automática entre dos suministros suministros de energía una de seicio normal y otra de respaldo optimizan la calidad de suministro y además nos ahorran el costo de personal permanente en maniobras de conmutación al clie cl ient ntee Recomendaciones
1 Se recomienda recomienda utilizar utilizar filtros filtros de armónicos armónicos del tipo activo activo ya que estas tienen tienen un mejor diseño para atenuar armónicos de distinta frecuencia frecuencia que los del tipo pasivo diseñados diseñados frecuenciaa especica y son sensibles al incremento de para fltrar armónicos de una frecuenci carga pudiendo entrar estos en resonancia 2 Se recomienda recomienda utilizar transferencia transferenciass automáticas automáticas de onmutación onmutación , con con protección protección termomagnetica ,tanto para el suministro de línea como suministro de emergencia en sistemas sistem as donde sea necesario el uso de grupos eleróge elerógenos nos
62
3. Las perurbac perurbaciones iones armónic armónicas as general generales es aumentan aumentan a medida medida que disminuye disminuye a potencia de coocircuito Dejando a un lado todas las consideraciones económicas, es preferibe conear cargas no lineaes o más aguas arriba posible 4 A preparar preparar el diagrama en una soa soa línea los dispositivos lineaes lineaes deben separarse separarse de resto En e intento de imitar os armónicos se puede obtener una mejora adicional aimentando as cargas no lineaes desde una fuente independiente del resto de cargas de a instalación La desventaja es un aumento del coste de la instaación
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