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PROGRAMA DOCENTE
Asignatura: CALIDAD Y UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
Curso: 2009-2010
Profesor: Manuel Pérez Donsión
Código da materia
Nombre da materia
3041106120
Calidad y Utilización de la Energía
Eléctrica
Tipo materia (libre elección, optativa, Optativa
obligatoria, troncal)
Alumnos nuevos
25
Alumnos totales
25
Créditos aula/grupo (A)
6
Créditos laboratorio/grupo (L)
3
Créditos prácticas/grupo (P)
0
Número grupos Aula
1
Número grupos Laboratorio
1
Número grupos Prácticas
0
Anual /Cuatrimestral
A
Departamento
Ingeniería Eléctrica
Área de conocimiento
Ingeniería Eléctrica
Nombre profesor/a
Código
Créditos
Lugar y Horario Tutorías
(indicando A, L ou P)
Manuel Pérez Donsión
476
6 A+3 L
Despacho 248: 9:00-14:00
H , martes y miércoles
Docencia teórica.
Lugar: docencia teórica (teoría y problemas en el aula asignada para tal propósito y las prácticas
en los laboratorios docentes y/o investigación)
TEMA 1. Calidad de Potencia. Introducción
1.1 Calidad de potencia
1.2 Calidad de la onda de tensión
1.3 Perturbación electromagnética
1.3.1 Clasificación de las perturbaciones electromagnéticas en función de la frecuencia
1.3.2 Clasificación de las perturbaciones electromagnéticas según la forma de transmisión
1.3.3 Clasificación de las perturbaciones electromagnéticas en función de la naturaleza temporal
1.4 Parámetros que definen la onda de tensión y perturbaciones que les afectan
1.5 Compatibilidad electromagnética
1.5.1 Nivel de compatibilidad electromagnética
1.6 Entornos electromagnéticos
1.7 Coordinación de estrategias
1.8 Evaluación económica de una mala calidad de onda
1.9 Evaluación de la calidad de la onda de tensión
1.10 Continuidad del suministro
1.10.1 Medidas a adoptar para mejora de la continuidad del suministro
1.10.1.1 Medidas directas de primer orden
1.10.1.2 Medidas complementarias
1.11 Atención y relación con el cliente
TEMA 2. Calidad de Potencia. Normativa
2.1 Normativa
2.2 Organismos de normalización
2.3 Clasificación de las normas
2.4 Calidad de la electricidad como producto
2.5 Normas referentes a compatibilidad electromagnética
2.6 Resumen de normativa y aspectos importantes de la misma
2.7 Requisitos de la tensión
2.8 Continuidad en el suministro
TEMA 3. Variaciones en la frecuencia
3.1 Variaciones de frecuencia
3.2 Límites
3.3 Causas
3.4 Medida
3.5 Efectos que producen
3.6 Métodos de prevención y corrección
3.6.1 Regulador de velocidad de la turbina
3.6.2 Métodos de prevención y corrección en redes de distribución
TEMA 4. Variaciones lentas de tensión
4.1 Definición
4.2 Valores de referencia y límites
4.3 Causas que las originan.
4.4 Efectos que produce
4.4.1 Efectos de una tensión baja
4.4.2 Efectos de una tensión alta
4.5 Métodos de corrección
4.5.1 Sistemas de corrección
4.6 Medida
TEMA 5. Fluctuaciones de tensión. Flicker
5.1 Definición de fluctuación de tensión
5.2 Definición de flicker
5.3 Evaluación del flicker.
5.4 Niveles de compatibilidad
5.5 Índices de severidad del flicker
5.6 Fisiología del flicker
5.7 Medidores del efecto flicker
5.7.1 Técnicas para mejorar la precisión en la evaluación del flicker
5.8 Medidor de la IEC
5.9 Medidor de la UIE
5.10 Explicación matemática del origen del flicker
5.11 Principales dispositivos perturbadores
5.12 Otros orígenes del flicker
5.13 Efectos que producen
5.14 Métodos de prevención y corrección
5.14.1 Elección del sistema de iluminación
5.14.2 Modificación del perturbador
5.14.3 Modificación de la red
5.14.4 Reactancias controladas
5.14.5 Condensadores controlados
5.14.6 Transformadores de compensación
5.14.7 Compensador síncrono
5.14.8 Compensador estático
5.14.9 Estabilizadores magnéticos
5.14.10 Arrancadores de motores
5.15 Flicker producido por aerogeneradores
5.15.1 Coeficiente de flicker para el funcionamiento continuo de aerogeneradores
5.15.2 Factor de flicker de paso para aerogeneradores
5.15.3 Factor de variación de tensión para aerogeneradores
5.15.4 Fluctuaciones de tensión en los aerogeneradores. Equipos de medida
5.15.5 Red ficticia
5.15.6 Funcionamiento continuo
5.15.7 Operaciones de conexión
5.15.8 Evaluación de la calidad de potencia de los aerogeneradores
5.15.8.1 General
5.15.8.2 Tensión de régimen permanente
5.15.8.3 Fluctuaciones de tensión
5.15.8.3.1 Funcionamiento continuo
5.15.8.3.2 Operaciones de conexión
TEMA 6. Huecos de tensión e interrupciones
6.1 Hueco de tensión
6.2 Niveles de compatibilidad electromagnética
6.3 Causas que los originan
6.4 Caracterización de los huecos de tensión
6.5 Medida de los huecos de tensión
6.6 Análisis estocástico
6.7 Tipos de huecos de tensión
6.7.1 Huecos de tensión debidos a faltas
6.7.2 Huecos de tensión debidos a arranque de motores
6.7.3 Huecos de tensión debidos a faltas que se autoextinguen
6.7.4 Huecos de tensión debidos a la activación de transformadores
6.7.5 Huecos de tensión multietapa
6.7.6 Huecos de tensión simples y complejos
6.8 Efecto de las conexiones del transformador
6.9 Causas de un posible fallo de los equipos
6.9.1 El equipo falla porque no existe suficiente tensión
6.9.2 El equipo falla por errores en el circuito de monitorización
6.9.3 El equipo falla por el error de un relé
6.9.4 Un relé de actuación rápida detiene el sistema
6.9.5 Un circuito de puesta a cero o reset del sistema puede funcionar incorrectamente al final de un hueco
6.10 Sensibilidad del equipo frente a huecos de tensión
6.11 Estimación de la probabilidad de aparición de un problema como consecuencia de un hueco de tensión
6.11.1 Evaluación del funcionamiento del sistema de transporte
6.11.2 Área de vulnerabilidad
6.12 Efectos que producen
6.12.1 Motores asíncronos
6.12.1.1 Efectos sobre el accionamiento
6.12.1.2 Efectos sobre el control
6.12.2 Motores síncronos
6.12.2.1 Efectos sobre el accionamiento
6.12.2.2 Efectos sobre el control
6.12.3 Fuentes de alimentación conmutadas
6.12.4 Circuitos de control de velocidad de motores de alterna (variador de corriente alterna)
6.12.5 Circuitos de control de velocidad de motores de continua (variador de corriente continua)
6.12.6 Sistemas de control
6.12.7 Ordenadores
6.13 Evaluación de las pérdidas de producción
6.14 Acciones de prevención y corrección
6.14.1 Principios fundamentales de corrección
6.14.2 Acciones de prevención y corrección en función de la instalación
6.14.3 Usuarios finales
6.14.4 Medios de inmunización de las instalaciones industriales
6.14.4.1 Transformadores de varias tomas
6.14.4.2 Regulador de reactancia saturable
6.14.4.3 Variacs motorizados
6.14.4.4 Regulador por control de fase
6.14.4.5 Reguladores electrónicos de tensión
6.14.4.6 Regulador estático de tensión
6.14.4.7 Acondicionadores de conmutación suave en línea
6.14.4.8 Transformadores ferroresonantes
6.14.4.9 Sintetizadores magnéticos
6.14.4.10 Almacenamiento de energía mediante baterías
6.14.4.10.1 UPS en línea
6.14.4.10.2 UPS suplente o en espera
6.14.4.10.3 UPS híbrido
6.14.4.11 Volantes de inercia y grupos motor-generador
6.14.4.12 Aplicaciones de las tecnologías de almacenamiento mediante baterías y volantes de inercia.
6.14.4.12.1 Funcionamiento y rendimiento
6.14.4.12.2 Tamaño
6.14.4.12.3 Pérdidas caloríficas
6.14.4.12.4 Ruido
6.14.4.12.5 Diagnóstico y comunicaciones en un UPS conectado a computadores
6.14.4.12.6 Coste
6.14.4.12.7 Criterios de selección de un UPS
6.14.4.12.8 Ventajas e inconvenientes
6.14.4.12.9 Líneas de futuro
6.14.4.13 SMES
6.14.4.14 Almacenamiento de energía mediante condensadores. Supercondensadores
6.14.4.15 Inversor aislante de huecos
6.14.4.16 Almacenamiento de energía mediante aire comprimido
6.14.4.17 Restaurador dinámico de tensión
6.14.4.18 Corrector dinámico de huecos
6.14.4.19 Cálculo del coste de equipos para la mitigación de huecos de tensión
6.14.4.21 Inmunización de contactores y ordenadores
6.14.4.22 Inmunización de los circuitos de control de velocidad de corriente alterna
6.14.4.22.1 Métodos para incrementar la capacidad de hacer frente a un hueco de tensión por parte del
controlador de velocidad sin almacenamiento de energía
6.14.4.22.2 Métodos para incrementar la capacidad de hacer frente a un hueco de tensión por parte del
controlador de velocidad con almacenamiento de energía
6.14.4.23 Inmunización de los circuitos de control de velocidad de corriente continua
6.14.4.24 Otros medios de inmunización de las instalaciones industriales
6.14.4.25 Métodos para incrementar la inmunidad frente a los huecos de tensión antes de recurrir a la
instalación de equipo adicional
6.15 Huecos derivados del arranque de motores
6.15.1 Métodos de arranque de motores
6.15.1.1 Arranque directo
6.15.1.2 Arranque estatórico por resistencias y reactancias
6.15.1.3 Arranque por autotransformador
6.15.1.4 Arranque de motores de arrollamientos partidos
6.15.1.5 Arranque estrella-triángulo
6.15.2 Estimación de la severidad de un hueco durante el arranque de motores a plena tensión
6.16 Medidas que puede adoptar la empresa suministradora
6.17 Prevención y eliminación de faltas
6.17.1 Principios en la coordinación de las sobrecorrientes
6.17.2 Objetivos de las actuaciones por parte de las compañías eléctricas
6.17.3 Fusibles
6.17.4 Reconectadores
6.17.4.1 Generalidades
6.178.4.2 Aplicación de los reconectadores
6.17.4.3 Criterios de aplicación
6.17.4.4 Reconexión instantánea
6.17.4.5 Estrategias a la hora de situar los reconectadores
6.17.4.6 Coordinación con otros dispositivos
6.17.4.7 Operaciones de reconexión
6.17.4.8 Protección de los propios fusibles
6.17.5 Fiabilidad
6.17.6 Resultado de prescindir de las protecciones de los propios fusibles
6.17.7 Resultado de seccionar la red de alimentación
6.17.8 Otros diseños alternativos del sistema
6.17.9 Influencia de la topología de la red en la propagación de los huecos de tensión
6.17.10 Interruptores estáticos
6.17.11 Conmutación rápida
6.17.12 Actuación monofásica
6.17.13 Fusibles limitadores de corriente
6.17.4 Adaptación de las características de los dispositivos
6.17.15 Prevención de faltas
6.18 Experiencias prácticas
6.19 Interrupción de tensión
6.19.1 Duración
6.19.2 Límites
6.19.3 Medida según la IEC 61000-4-30 (Clase A)
TEMA 7. Transitorios de tensión y sobretensiones temporales
7.1 Transitorios de tensión. Definición
7.2 Parámetros característicos
7.3 Valores de referencia
7.3.1 Límites
7.4 Causas que originan los transitorios
7.4.1 Fuentes externas al sistema eléctrico
7.4.2 Fuentes internas al sistema eléctrico
7.5 Efectos que producen
7.5.1 Efectos sobre las redes eléctricas y equipos asociados
7.5.2 Efectos sobre los receptores
7.5.3 Efectos en B.T. de las sobretensiones que aparecen en M.T.
7.6 Métodos de prevención y corrección
7.6.1 Medidas que puede adoptar la empresa suministradora
7.6.2 Medidas que puede adoptar el cliente
7.6.2.1 Supresor de transitorios
7.7 Sobretensiones temporales
7.7.1 Definiciones
7.7.2 Límites
7.7.3 Medida
TEMA 8. Equipamiento FACTS
8.1 FACTS (Flexible Alternating Current Transmisión System)
8.2 Compensación de potencia reactiva en sistemas de transmisión
8.2.1 Compensación paralela
8.2.1.1 Reactancias controladas por tiristores (TCR)
8.2.1.2 Capacidades conmutadas por tiristores (TSC)
8.2.1.3 Compensadotes basados en inversores PWM
8.2.2 Compensador estático de potencia reactiva
8.2.2.1 Límite de estabilidad de un sistema con SVC
8.2.2.2 Circuito equivalente del SVC
8.2.2.. Convertidor en fuente de tensión
8.2.3 STATCOM
8.3 Compensación serie
8.3.1 TCSC
8.3.2 SSSC
8.3.3 UPFC
8.3.3.1 Funcionamiento del UPFC
8.3.3.2 Modelo de inyección del UPFC
8.3.3.3 Estrategia de control
8.4 Transformador de frecuencia variable
8.5 Controladores FACTS basados en tiristores convencionales
8.6 Transporte HVDC
8.6.1 Tecnología HVDC
8.6.2 Operación y mantenimiento
8.6.3 Comparación entre los sistemas de CC y los de CA
8.6.4 Capacidad de transporte de potencia de las líneas de CA y CC. Aislamiento
8.6.5 Conexiones back-to-back
8.7 Sistemas de alta calidad de potencia en la red de distribución
8.7.1 Sistemas de calidad basados en la tecnología tradicional mejorada
8.7.2 Sistemas basados en la utilización de semiconductores de potencia
8.7.2.1 Sistemas de potencia de primera calidad
8.8 Automatización distribuida y tecnología web
8.8.1 Fuentes de generación distribuidas
8.9 Tendencias futuras
TEMA 9. Armónicos
9 Armónicos
9.1 Distorsión armónica
9.2 Valores de referencia
9.3 Límites normalizados
9.4 Descomposición en series de Fourier
9.5 Condiciones de medida
9.6 Causas que originan la distorsión armónica
9.6.1 Convertidores estáticos
9.6.2 Lámparas de descarga
9.6.3 Hornos de arco
9.6.4 Inductancias saturables
9.6.5 Máquinas rotativas
9.7 Modelo utilizado en los cálculos
9.8 Efectos que provocan
9.8.1 Efectos instantáneos
9.8.2 Efectos retardados
9.8.2.1 Efectos en condensadores
9.8.2.2 Efectos en máquinas y transformadores
9.8.3 Armónicos en presencia de condensadores
9.8.3.1 Condiciones en ausencia de condensadores
9.8.3.2 Condiciones en presencia de condensadores
9.8.3.2.1 Resonancia paralelo
9.8.3.2.2 Resonancia serie
9.9 Métodos de prevención y corrección
9.9.1 Criterios a tener en cuenta a la hora de adoptar una solución
9.10 Filtros pasivos para la corrección de armónicos
9.10.1 Definiciones
9.10.2 Clasificación
9.10.3 Terminología
9.10.4 Filtro pasivo de absorción en derivación
9.10.5 Criterios para el diseño de filtros de corriente alterna
9.10.6 Influencia de los transitorios
9.10.7 Filtros de rechazo
9.10.8 Filtros de absorción
9.10.9 Filtros sintonizados
9.10.10 Filtros de doble sintonía
9.10.11 Filtros de sintonización automática
9.10.12 Filtros pasa-banda
9.10.12.1 Cálculo de ramas del filtro pasa-banda
9.10.13 Filtros Pasa-Alta
9.10.14 Configuraciones típicas de los filtros de corriente alterna
9.10.15 Filtros para convertidores de 12 pulsos
9.10.16 Propiedades de los componentes de los filtros
9.10.17 Filtros para corriente continua
9.10.18 Inconvenientes de los filtros pasivos
9.11 Filtros activos
9.11.1 Filtro activo serie
9.11.2 Filtro activo en derivación
9.11.2.1 Topologías de filtros activos derivación
9.11.2.2 Estrategias de control de los filtros derivación
9.11.2.2.1 Estrategias p-q
9.11.2.2.2 Método id-iq
9.11.2.2.3. Estrategia UPF
9.11.2.2.4 Estrategia PHC
9.11.3 Topologías de filtros serie-paralelo
9.11.4 Cicloconvertidores regulados por un convertidor de alta frecuencia CC-CA
9.11.5 Convertidor CC-CA de conmutación blanda
9.11.6 Principios de funcionamiento de los circuitos de control
9.11.7 Inconvenientes de los filtros activos
9.12 Filtros híbridos
9.13 Tiristores y transistores utilizados en los inversores
9.14 Problemas de sobrecarga del neutro del transformador
9.15 Armónicos en hornos de arco
9.15.1 Introducción
9.15.2 El arco eléctrico
9.15.3 Constitución de un horno de arco de corriente alterna
9.15.3.1 Electrodos
9.15.3.2 Cuba
9.15.3.3 Transformador del horno
9.15.3.4 Los cables flexibles
9.15.3.5 Otros elementos
9.15.4 Funcionamiento
9.15.5 Fenómenos que afectan al comportamiento eléctrico del arco
9.15.5.1 Variación de la longitud y posición de los arcos
9.15.5.2 La atmósfera
9.15.5.3 Característica tensión-corriente
9.15.6 Interacción con la red eléctrica
9.14.7 Armónicos
9.15.8 Experiencia práctica 9.1.
9.15.8.1 Antecedentes
9.15.8.2 Introducción
9.15.8.3 Medidas
9.15.8.4 Conclusiones
9.16 Compensación de potencia reactiva en sistemas contaminados con armónicos
9.16.1 Compensación de reactiva
9.16.2 Descripción del problema
9.16.3 Análisis del problema
9.16.4 Objetivo
9.16.5 Restricciones
9.16.6 Variables independientes
TEMA 10. Desequilibrios de tensión
10.1 Definición
10.2 Calculo de un sistema desequilibrado
10.3 Valores de referencia
10.4 Causas que los originan
10.5 Efectos que producen
10.6 Métodos de corrección y prevención
10.7 Sistemas de corrección universales
10.8 Sistemas de alimentación ininterrumpida estáticos (SAIs)
10.8.1 Modo de funcionamiento
10.8.2 Sistema de carga
10.8.3 Tecnología aplicada
10.8.4 Baterías
10.8.5 Tipologías básicas
10.8.6 Pasivo en reserva ("off-line")
10.8.7 Interactivo con línea ("line interactive")
10.8.8 Doble conversión ("on-line").
10.8.9 Montajes especiales
10.9 Sistemas de alimentación ininterrumpida dinámicos
10.10 Grupo electrógeno
10.10.1 Conexión y funcionamiento
10.10.2 Características
10.11 Grupo motor-generador
10.11.1 Posibilidades constructivas
10.11.2 Características
10.12 Estabilizador de tensión
10.12.1 Estabilizadores ferrorresonantes
10.12.2 Estabilizadores motorizados
10.12.3 Estabilizadores con tomas
10.13 Transformadores de ultraaislamiento
MÉTODO DOCENTE:
Clases teóricas:
Se impartirán en el aula asignada y se precisará de un de un cañón de proyección para visualizar
durante la explicación la gran cantidad de figuras y gráficos que se utilizan a menudo para las
explicaciones de esta materia.
Clases prácticas:
Se realizarán a lo largo del curso y serán básicamente de dos tipos: Por un lado se desarrollarán
unas sesiones en el laboratorio para fomentar la habilidad y el entrenamiento en la utilización de
diferentes equipos de medida y, por otro, se realizarán consultas y búsqueda de información
utilizando las potencialidades de la red para el desarrollo de trabajos en función del tema que se
esté abordando en cada momento.
Trabajos dirigidos:
Se desarrollarán trabajos dirigidos relacionados con algún tema concreto de la asignatura que
cada dos o tres alumnos realizarán y expondrán en clase a lo largo del curso.
EVALUACIÓN:
Se realizará un único examen final de la asignatura en la fecha que se establezca, de tal manera
que los alumnos que no superen este examen deberán examinarse en otra convocatoria. No se
guardan partes de la asignatura.
En la calificación final, se tendrá en cuenta la calificación de la parte teórica y del trabajo dirigido,
en cada una de cuyas partes se ha de obtener un mínimo de 5 puntos sobre 10 y, asimismo, se
habrá de tener superada la parte correspondiente a las prácticas de laboratorio y entregada la
memoria, cuya puntuación servirá para redondear al alza la calificación final.
TUTORIAS:
En el Despacho 248 de Máquinas Eléctricas (Ático del Extremo Norte de la ETSII), en horario sin
clase, los días:
-
Martes de 9 a 14:00 H
Miércoles de 9 a 14:00 H
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA.
[1] UNESA. "Guía sobre la calidad de onda de las redes eléctricas".
[2] J. Arrillaga y L.I. Eguíluz. "Armónicos en sistemas de potencia".
[3] J. Arrillaga, D. A. Bradley, y P. S. Bodger. "Power System Harmonics"
[4] Manuel Pérez Donsión. "Calidad de onda en los sistemas eléctricos de Potencia". Publicación interna.
[5] Documentación de los cursos del Grupo Schneider.
[6] La calidad del suministro eléctrico. Universidad de Cantabria.
[7] Salvador Ruiz Díaz. "Calidad de onda y huecos de tensión".
[8] Roger C. Dugan. "Electrical Power Systems Quality".
[9] Eduardo Alegría. "Power conditioning using the STS and SVR".
[10] William E. Brumsickle. "Dynamic sag correctors: Cost effective industrial power line conditioning".
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
[1] G. T. Heydt "Electric Power Quality". Stars in a Circle Publications, 1991.
[2] Mendis, D.A. González, "Harmonic and Transient Overvoltage Analysis in Arc Furnace Power Systems".
IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 28, No. 2, March/April 1992
[3] L. Pierrat, R.E. Morrison. "Probabilistic modelling of voltage asymmetry". Proceedings of IEEE ICHPS VI,
Bolognia 21-23 September 1994. Pp. 131-137
[4] J. A. Orr, A.E. Emanuel. "On the Need for Strict Second Harmonic Limits". IEEE ICHQP'98. Athens,
October 1998. Pp. 176-181.
[5] Srinivas Varadan, Adly A. girgis, Elham B. Makram. " A Fast Fourier Transform (FFT) Perspective of
Interharmonics in Power Systems". Proceedings of IEEE ICHQP, Las Vegas, October 1996. Pp. 386-391
[6] Robert H. Lee. "Line current Harmonics Effects on Transformers". Power Quality Proceedings.
September 1991. Pp. 93-104
[7] ANSI/IEEE C57. 110 - 1986. "Recommended Practice for establishing transformer capability when
supplying nonsinusoidal load currents".
[8] IEEE Std 519 - "IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical
Power Systems". IEEE IAS-PES.
[9] J. Arrillaga, L. I. Eguíluz. "Armónicos en sistemas de potencia". Servicio de publicaciones de la
Universidad de Cantabria. 1994.
stela, 1993.