Download IEC 61000 – 4 – 30

CALIDAD DE LA POTENCIA ELÉCTRICA
É
Centro Nacional de Metrología Miembro del
Miembro del Comité Electrotécnico Mexicano ‐ IEC
René Carranza López Padilla
Noviembre 2013
CONTENIDO
1.INTRODUCCIÓN
2.METROLOGIA, NORMALIZACIÓN Y ACREDITACIÓN EN CALIDAD DE LA Ó
POTENCIA
3.RETOS EN LA MEDICIÓN DE CALIDAD DE LA POTENCIA
4.CONCLUSIONES
1. INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
Disturbios en el en el sistema eléctrico
en el sistema
eléctrico:: eléctrico: :
¿Calidad de la Potencia Eléctrica
o
Compatibilidad Electromagnética?
• Equipos
• Sistemas electrotécnicos
• Tecnologías electrotécnicas, de la información
• Normas, calibración y acreditación
• Personas
Disturbios en el sistema eléctrico
1.Abatimiento (sag)
( g)
2.Incremento (swell)
3 Corrimiento de frecuencia
3.Corrimiento
de frecuencia
4.Desbalance
5.Interrupciones
6.Armónicos
7.Flicker
8.Estabilidad de sistemas (sincrofasores)
¿Condiciones
normales
l de d
operación?
¿Transitorios?
P 128 km R
Falla 3 fases Falla
3 fases
y liberada después de 200 ms
600 MVA 400 kV
400 kV
inicio de la falla
“columpio” de potencia entre P y R
Forma de onda de tensión en
tensión en fase A en punto P
fin de la falla
Decremento exponencial de amplitud y frecuencia
inicio de la falla
fin de la falla
Reto mundial: Calidad Calidad de
de la Potencia Eléctrica
la Potencia Eléctrica
Calentamiento
de neutro:
desbalance
Pérdidas en
Flicker procesos
industriales
Pérdidas
2
V /R
Resonancia por
armónicas
Calidad de la Potencia en Área Amplia (digitalizadores sincronizados por GPS)
(digitalizadores sincronizados por GPS)
Estudio reciente:
En Europa, los costos relacionados con la
Calidad de la Potencia son responsables
de una seria reducción del desempeño
industrial con un impacto económico que
industrial,
excede € 150 000 millones/año
IImpedancia de la Red
d i d l R d
(mediciones de campo VS modelos de red)
Pruebas de campo a Pruebas
de campo a
Energías Renovables
(CP y Eficiencia Energética)
Redes Eléctricas Inteligentes y Calidad de la
Calidad de la Energía
Red Eléctrica Inteligente
• Flujo
Flujo bidireccional de bidireccional de
potencia
• Generación remota y local
• Control de Redes de Área Amplia (WANs)
• Fuentes fluctuantes de energía (eólica
de energía (eólica, fotovoltaico)
• Carga no‐lineal y difícil de predecir
RETOS
• Control DINÁMICO de redes
• Calidad de la potencia en tiempo real
2. METROLOGÍA, NORMALIZACIÓN Y . METROLOGÍA, NORMALIZACIÓN Y
EVALUACIÓN DE LA CONFORMIDAD EN CALIDAD
CALIDAD DE LA POTENCIA
DE LA POTENCIA
Documentos de referencia
IEC 61000‐4‐30
Métodos de medición e interpretación de resultados de medición de parámetros de calidad de la potencia
IEC 61000‐4‐7
Requerimientos de instrumentos para medir componentes espectrales en f
frecuencias hasta 9 kHz.
i h t 9 kH
IEC 61000‐4‐15
Especificación funcional para medidores de percepción de parpadeo (flicker) para fluctuaciones de la forma de onda de la
fluctuaciones de la forma de onda de la tensión
Parámetros de calidad de la potencia
Serie IEC 61000
Parámetros de calidad de la potencia
Frecuencia del sistema
A lit d d l t ió d l
Amplitud de la tensión del suministro eléctrico
i it
lé t i
Abatimiento (dip) o incremento (swell)
Interrupciones de tensión
Interrupciones de tensión
Transitorios de tensión
Desbalance de suministro de tensión
Desbalance de suministro de tensión
Señalización en el suministro de tensión
Cambios abruptos de tensión
p
Desviación por arriba/abajo
Armónicas de tensión
Inter armónicas de tensión (señal < 3 kHz)
Parpadeo de la tensión (flicker)
Métodos de medición
IEC 61000‐4‐30
IEC 61000 4 30
IEC 61000‐4‐30
IEC 61000‐4‐30
IEC 61000 4 30
IEC 61000‐4‐30
IEC 61000‐4‐30
IEC 61000‐4‐30
IEC 61000
4 30
IEC 61000‐4‐30 IEC 61000‐4‐30
IEC 61000‐4‐30
IEC 61000‐4‐7
IEC 61000‐4‐7
IEC 61000‐4‐15
IEC 61000 – 4 – 30: métodos de medición de calidad
de la potencia
• definición de condiciones de medición de los
parámetros de calidad
• asegurar la
l comparabilidad
bilid d d
de llas mediciones
di i
sin
i
importar el instrumento utilizado ni las condiciones
ambientales
• asegurar que el método de medición que utiliza un
medidor mida el mensurando de interés
medidor,
• advierte sobre el efecto de los transductores de los
medidores
did
de
d calidad
lid d d
de lla potencia.
t
i
Abatimientos de tensión. (DIP) : reducción temporal de la tensión por
arriba de un nivel determinado
Modelo matemático
v t   V A t  V RMS sen  A t 
Forma de onda
200.0
150.0
histéresis
Udin
• Profundidad = porcentaje de UDIN o USR
• Residual Ures
• Nivel de disparo =UDIN o USR
50.0
residual
0.0
-50.0
• Histéresis = 2 % Udin
-100.0
• Medición básica = URMS (1/2)
-150.0
• Evaluación: Ures y duración
-200.0
• Incertidumbre Ures < 0.2 Udin
profundidad
100 0
100.0
t0
duración
t1
Incremento de tensión (swell) : incremento temporal de la tensión
arriba de un nivel determinado
Modelo matemático
v t   V A t  V RMS sen  A t 
Forma de onda
250.0
200.0
• Altura = porcentaje de UDIN o USR
150.0
• Residual Ures
100.0
máximo
histéresis
Udin
50.0
• Nivel de disparo= UDIN o USR
• Histéresis = 2 % Udin
0.0
-50.0
• Medición básica = URMS (1/2)
-100.0
• Evaluación: UMAX y duración
-150.0
• Incertidumbre USWELL < 0.2 Udin
-200.0
-250.0
t0
t1
t0
duración
t1
Desbalance en el suministro de tensión
Método de Componentes
p
Simétricas
• convierte fasores desbalanceados (tensión o corriente), en tres conjuntos
de secuencia de fase positiva (fsp), negativa (fsn) y cero (fsc)
• una secuencia desbalanceada es igual a la suma de fsp + fsn + fsc
Va2
Va
Va1
=
Vc
+
120°
120°
+
Va0
Vb0
Vc0
Vc1
Vb1
Vb
Tensiones en
desbalance iguales
a la SUMA de:
Secuencia
positiva
fsp
Vb2
Vc2
Secuencia
negativa
fsn
Secuencia
cero
fsc
Forma de Onda NRC05‐Canadá
Armónicas: • 1 a 49
• Con diferentes
C dif
t
amplitudes y fases
Referencia: resource.npl.co.uk/waveform/datafiles/nrc05.xml
Forma de Onda de Corriente IEC 61000‐3‐2 Clase A usada en NPL‐Inglaterra para servicio de calibración
Armónicas: • 1 a 39
• Con diferentes
amplitudes y fases
Referencia: resource.npl.co.uk/waveform/datafiles/nrc05.xml
Forma de Onda de Corriente en horno de arco eléctrico.
Armónicas: • 1 a 9
• Con diferentes
C dif
t
amplitudes y fases igual a cero
Referencia: resource.npl.co.uk/waveform/datafiles/nrc05.xml
McGranaghan M.F, Dugan R.C, King J.A and Jewel W. T. 1984 Distribution feeder harmonic study methodology. IEEE PAS_103, 1984
IEC 61000-4-15: Flicker
• Conexión-desconexión de carga en procesos industriales
• Uso de dispositivos eléctricos de potencia en el suministro
IEC 61000 – 4 – 15 /2003 : técnicas de prueba y
medición – Medidor de Flicker – especificaciones de
diseño y funcionalidad
• Flicker es causado por variaciones en las cargas.
• Interés en variaciones de la amplitud de la carga.
• El medidor de Flicker simula la percepción humana
de una lámpara incandescente
Metrología, Normalización y Evaluación de la Conformidad
Patrones
Nacionales
CENAM
ANCE, ,
NYCE
CFE
Laboratorios acreditados Calibración y Pruebas
Calibración y Pruebas
Instrumentos de medición medición
INDUSTRIA
Usuarios en general
Patrón de Referencia
Parámetros de Calidad de la Potencia Eléctrica
Potencia Eléctrica
IEC 61000‐4‐30
IEC 61000‐4‐7 IEC 61000‐4‐15
3.. RETOS EN LA MEDICIÓN DE LA RETOS EN LA MEDICIÓN DE LA
CALIDAD DE LA POTENCIA
MAPA RUTA TECNOLÓGICA: Metrología de Redes Inteligentes de Energía
Compatibilidad Electromagnética Baja Frecuencia
Realización experimental
Patrón Nacional Watt Cuántico
TP + TC banda ancha
Patrón Nacional Calidad Energía
Medición Calidad de la Potencia en sitio en Transmisión
Medidores inteligentes avanzados
Aplicación metrológica
Calibración medidores Calidad Potencia en campo
Sensores remotos; optimización de redes
Margen reducido de carga (medición en sitio)
Potencia y Energía en banda ancha
Energy
harvesting
Convertidores inteligentes de energía
Metrología para modelos inteligentes:
Predicción de Contingencias en RIE
Metrología Sincrofasores
g
Metrología para semiconductores de
Metrología para semiconductores de baja potencia; iluminación de estado sólido; pérdidas en materiales
Calidad de la Potencia de Área Amplia; impedancia de la Red
Electrónica avanzada: inversores
Metrología de Alta Tensión Continua (1.4 MVCC)
Metrología Eléctrica en Tiempo Real
Análisis Tiempo‐Frecuencia‐Amplitud
Ciencia y Tecnología
l í
Metrología Eléctrica Cuántica
Ef t J
Efecto Josephson, Efecto Hall, Impedancia, Potencia
h
Ef t H ll I
d i P t i
Transductores Tensión y Corriente de Banda Ancha
2014
2015
2018
Nanometrología Eléctrica
S
Super
C
Capacitores y Baterías
it
B t í
Super conductores
2020 2024
Energía Eléctrica 2013‐2018 (Inglaterra)
Power Quality
Q
y
(PQ)
EMC compatibility of equipment (appliances meters network devices)
EMC compatibility of equipment (appliances, meters, network devices)
Reactive power management
Wide area PQ measurements (field measurements)
PQ propagation in grids
Grid impedance
PQ mitigation tools
PQ intercomparisons
Metering
EMC compliance
Metering of complex signals (bad PQ, field measurements)
Improved metrology‐grade non‐invasive sensors for on‐site measurements
Measurement/regulation/testing for consumers' meters/networks
Legal metrology
Legal metrology
Linearity (low load performance, e.g. CTs)
Overall system accuracy (system validation, effects of interference)
Smart Meter calibration status monitoring / validation
Smart Meter calibration status monitoring / validation
Metering supporting e‐mobility (cars, busses, trains)
Energía Eléctrica 2013‐2018 (Inglaterra)
Reducing losses
Loss measurement in HV/MV grids (e.g. HCDC converters ‐ IBGTs, power transformers)
Power measurement of complex signals
Metrology for support of efficiency claims
Losses in power electronics / converters
System stability
Reactive power management
Grid modelling/state estimation at MV/LV level (optimal sensor location)
Grid modelling/state estimation at MV/LV level (optimal sensor location)
Distributed sensors, wide area monitoring (WAMPAC) in HV grids
Distributed sensors, wide area monitoring (WAMPAC) in MV/LV grids
Increase grid data availability for testing grid state estimation models
Protection schemes / controlled islanding
Real time control and balancing (po er meas rement rather than energ )
Real‐time control and balancing (power measurement rather than energy)
Grid time stamped measurements and control
Synchrophasor (PMU) traceability infrastructure
Grid time and frequency traceability/infrastructure
Study / modeling of effects of links with other grids (e.g. interdependency with gas grids, heating, water)
Abril 2013: Sismo en Michoacán: caída de frecuencia
Medición de frecuencia CENAM
60.00
59.90
59.80
59.70
59.60
59.50
59.40
59.30
20:16:41 HRS DISPARO DE PETACALCO U‐ 1, 3, 5 y 6 (1375 MW)
(
)
FRECUENCIA EN GUATEMALA
20:16:44 HRS
DISPARO DEL ENLACE
MEX‐GUA CON ‐176 MW
20:17:17 HRS 59.62 HZ
DISPARO MDP‐U2 CON 130 MW
20:17:08 HRS
59.3 HZ OPERACIÓN DEL PRIMER PASO DE ESQUEMAS DE BAJA FRECUENCIA
20:23:06 HRS
FREC. NOMINAL
FRECUENCIA EN CFE
4. CONCLUSIONES
4. CONCLUSIONES
Calidad de la Potencia Eléctrica
Cómo reaccionar ante un evento si:
 No veo lo que pasa (transductor no adecuado)
 No entiendo lo que está pasando (mediciones no coherentes con el modelo de la red eléctrica)
 Ante el mismo fenómeno:
 Actúo a tiempos distintos
 Recibo información diferente
Calidad y CONFIABILIDAD y CONFIABILIDAD de la P t i
Potencia
Un mismo parámetro de Calidad de la Potencia pero Un
mismo parámetro de Calidad de la Potencia pero
diferentes tecnologías de medición??
Trazabilidad a diferentes tecnologías de medición??
I fi i i d
Insuficiencia de normas técnicas??
é i ??
Insuficiencia de laboratorios de calibración y Insuficiencia
de laboratorios de calibración y
pruebas??
CALIDAD DE
LA POTENCIA
¿Así
Así?
?
¿o así?
Gracias
rene.carranza@cenam.mx