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EL IMPACTO DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA VICENT RIBERA I GÓMEZ Investigador del área de CEM laboratorios@ite.es CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis Calidad de la energía eléctrica CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis Costes de la falta de calidad Pérdidas en la producción Interrupción p de la p producción Puesta en marcha Deterioro del producto Mano de obra Reducción de vida útil en equipos Pérdidas energéticas Pérdidas de datos Pérdidas de programación / configuración Averías Otras Seguridad Imagen CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis Normativa UNE 50160/2008. Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución. UNE 61000-3-2/2006. Límites para las emisiones de corriente armónica (equipos con corriente de entrada ≤16 A por fase). UNE 61000-3-12/2009. Límites para las corrientes armónicas producidas por los equipos conectados a las redes p públicas de baja j tensión con corriente de entrada >16 A y ≤75 A por fase. IEEE 519 519. R Recommended d d practices ti and d requirements i t for harmonic control in electrical power systems. CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa Perturbaciones eléctricas Interrupciones Causas Efectos P t b i Perturbaciones Diagrama de tendencias 250 Elementos singulares g 200 Mitigación Análisis Voltios s 150 100 50 0 A Vrms 12:00 15/10/2010 Viernes 18:00 00:00 16/10/2010 Sábado 06:00 Created with DranView 6.10.1 12:00 18:00 00:00 17/10/2010 Domingo CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa Perturbaciones eléctricas Huecos de tensión Causas Efectos Control P t b i Perturbaciones Diagrama de forma de onda/detalles Elementos singulares g 300 200 Mitigación Voltios s Análisis 100 0 -100 -200 200 -300 CV 12:50:06,8 29/10/2010 Viernes 12:50:06,9 12:50:07,0 Created with DranView 6.10.1 12:50:07,1 CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa Perturbaciones eléctricas Variaciones lentas de tensión Causas Efectos ¿Sobretensiones? P t b i Perturbaciones Diagrama de forma de onda/detalles Elementos singulares g 250 Voltios Mitigación 500 0 -250 -500 Análisis B-C V 450 440 Voltios s 430 420 410 400 390 380 B-C Vrms (val) 19:56:54,50 06/07/2010 Martes 19:56:54,55 19:56:54,60 Created with DranView 6.10.1 19:56:54,65 19:56:54,70 CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa Perturbaciones eléctricas Sobretensiones transitorias Causas Efectos ¿Tierras separadas / interconectadas? P t b i Perturbaciones Diagrama de forma de onda/detalles Elementos singulares g 300 200 Mitigación 0 Voltios Análisis 100 -100 -200 -300 -400 -500 AV 16:29:50,88 17/04/2011 Domingo 16:29:50,92 Created with DranView 6.10.1 16:29:50,96 CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa Perturbaciones eléctricas Deformaciones transitorias Causas Efectos P t b i Perturbaciones Diagrama de forma de onda/detalles Elementos singulares g 300 200 Mitigación Análisis Voltios 100 0 -100 -200 -300 C-A V 06:28:14,22 24/02/2011 Jueves 06:28:14,24 06:28:14,26 Created with DranView 6.10.1 06:28:14,27 CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa Perturbaciones eléctricas Perturbaciones de alta frecuencia Causas Efectos Compatibilidad electromagnética P t b i Perturbaciones Diagrama de forma de onda/detalles Elementos singulares g 300 200 Mitigación Análisis Voltios 100 0 -100 -200 -300 AV 07:42:00,910 27/04/2010 Martes 07:42:00,920 07:42:00,930 Created with DranView 6.10.1 07:42:00,940 CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa Perturbaciones eléctricas Distorsión armónica (armónicos) Causas Efectos P t b i Perturbaciones Diagrama de forma de onda/detalles Mitigación 7.5 5.0 2.5 Amperiios Elementos singulares g 0.0 -2.5 -5.0 -7.5 AI Análisis 06:34:59,84 24/02/2011 Jueves 06:34:59,86 06:34:59,88 Diagrama de DFT % 125 100 75 50 25 0 THD H03 H02 H05 H04 H07 H06 H09 H08 H11 H10 H13 H12 A IArmo Created with DranView 6.10.1 H15 H14 H17 H16 H19 H18 H21 H20 H23 H22 H25 H24 CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Perturbaciones eléctricas Distorsión armónica (armónicos) Causas - La distorsión armónica está motivada por dispositivos no lineales presentes en el sistema eléctrico. - Armónicos A ó i en ttensión ió vs armónicos ó i en corriente. i t Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Corriente Senoidal pura + Análisis Caída de tensión en la red Impedancia no lineal Tensión V I Corriente distorsionada Tensión distorsionada - CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis Perturbaciones eléctricas Distorsión armónica (armónicos) Efectos - Condensadores corrección factor de potencia – Sobrecalentamiento debido a un incremento del valor eficaz de la corriente de la corriente. – La corriente armónica de orden n en el condensador, tiene por expresión: In (%)= n Un (%). – la actuación de las protecciones en una batería de l ó d l b í d condensadores es a menudo síntoma de problemas armónicos. - Cables: calentamientos debidos a – Efecto pelicular. – Efecto proximidad. Efecto proximidad. – Suma en el neutro de los armónicos homopolares (múltiplos de 3). I N ( h=3 k ) = 3 ⋅ I F( h=3 k ) CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Perturbaciones eléctricas Distorsión armónica (armónicos) Efectos - Transformadores: calentamientos debidos a – Conductores de los arrollamientos. – Pérdidas en el hierro. Pé did l hi – Flujo homopolar producido por armónicos múltiplos de 3, que se cierra por la carcasa del transformador. - Motores eléctricos Mitigación Análisis – Sobrecalentamiento, pares pulsantes y ruido. - Interferencias con líneas de comunicación y de control. – Inducción en bucles – Aumenta con la frecuencia - Relés de protección – Ej: Interruptores diferenciales. Ej: Interruptores diferenciales. CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis Perturbaciones eléctricas Distorsión armónica (armónicos) Efectos - Equipos de medida – Medida incorrecta del valor eficaz. - Equipos E i electrónicos l tó i – Múltiples pasos por cero pueden alterar medida de tiempos, y dispositivos que toman como referencia el paso por cero para la conmutación. – Un allanamiento de la forma de onda puede reducir la tensión de la etapa de continua, provocando el fallo o haciendo al equipo vulnerable ante pequeños huecos de tensión. - Interruptores p magnetotérmicos g – El calentamiento adicional puede provocar disparos intempestivos. CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis Perturbaciones eléctricas Otras perturbaciones Fluctuaciones de tensión ((flicker)) Variaciones de frecuencia Desequilibrios Transmisión de información por la red CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa Elementos singulares Variadores de frecuencia Ahorro energético g Emisor y susceptor Selección P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Recti ficador RED Circuit o interm edio Ondulador M oto otor Análisis Señal es de cont rol d el operador Cont rol S eñales de control del m ot or CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis Elementos singulares Cogeneración Huecos de tensión CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa Mitigación Medidas preventivas Adecuada concepción p de la instalación Selección de equipos Red de tierra P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis Medidas correctoras Dispositivos de protección Filtros Fuentes de alimentación de calidad Actuaciones en circuito de control CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa Mitigación Filtros de armónicos Sobredimensionamiento transformadores - Factor K (UNE 21428-4) e ⎛ I1 ⎞ K = 1+ ⎜ ⎟ 1+ e ⎝ I ⎠ P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis ⎛ ⎛ I ⎞2 ⎞ ⎜ nq ⎜ n ⎟ ⎟ ∑ ⎜ ⎜⎝ I1 ⎟⎠ ⎟ n=2 ⎝ ⎠ 2 n= N – I= valor eficaz corriente. – e= pérdidas cortocircuito/pérdidas vacío. – q= 1,7 (trafos con conductores redondos o rectangulares). – 1,5 (trafos con conductores de lámina en BT). 1,5 (trafos con conductores de lámina en BT). Sobredimensionamiento condensadores - En tensión (Ej. 110%) - En corriente (Ej. 130%) CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis Mitigación Filtros de armónicos Sobredimensionamiento conductores - Conductor de neutro: Doblar sección recomendada. Sobredimensionamiento motores Modificación condensadores - Modificando su valor (ej. resonancia serie). - Dividiendo en módulos más pequeños pequeños. - Cambiando punto conexión. Aumento p potencia cortocircuito - Características transformador. Consideraciones carga lineal CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa Mitigación Filtros de armónicos Instalación bobinas. - En serie con las cargas. P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Disttorsión de la corriente e de entrada (%) Análisis 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 0 % 1 % 2 % 3 % B o b in a d e c h o q u e (% ) 4 % 5 % CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis Mitigación Filtros de armónicos Mejora j en los p propios p equipos q p - Normativa. - Modificaciones. – Sistema de control pulsos. – Filtros. – Circuitos electrónicos. Transformadores de uso exclusivo - Separar cargas. - Grupo de conexión. Para múltiplos de tres - Circuitos sin neutro neutro. - Zig-zag. - Transformadores. - Filtros serie. CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Mitigación Filtros de armónicos Filtros p pasivos Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis Filtro sintonizado Primer orden paso alto Segundo orden paso alto Tercer orden paso alto CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Mitigación Filtros de armónicos Filtros activos Normativa P t b i Perturbaciones Cargas Elementos singulares g Red de potencia Mitigación Análisis Filtro activo CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Interrupciones de suministro Sistemas de alimentación ininterrumpida p SAI ((UPS)) - Baterías - Rendimiento - Condiciones de instalación - Potencia By-pass Mitigación Análisis Carga Red Rectificador Inversor Batería Interruptor estático Alimentación normal Alimentación con perturbación Doble conversión CONTENIDO Mitigación Calidad de la energía eléctrica Interrupciones de suministro Sistemas de alimentación ininterrumpida p SAI ((UPS)) Costes Normativa P t b i Perturbaciones Interruptor estático Interruptor estático Filtro / estabilizador Red Elementos singulares g Inversor Inversor Mitigación Alimentación normal Batería Análisis Carga Red Carga R tifi d Rectificador Alimentación normal Alimentación Ali t ió con perturbación Alimentación con perturbación p Batería Interactivo con línea Pasivo en reserva Cargas no críticas Red Cargas crític as Grupo electrógeno SAI CONTENIDO Mitigación Calidad de la energía eléctrica Interrupciones de suministro Sistemas de alimentación ininterrumpida p SAI ((UPS)) - Agrupaciones redundantes de SAIs. Costes Normativa P t b i Perturbaciones RED Elementos singulares g RED By-pass Rectificador Rectificador Interruptor estático Mitigación Inversor Inversor Batería Batería Interruptor estático Análisis Interruptor estático Interruptor estático Interruptor estático Interruptor estático Carga crítica Carga crítica Carga crítica CONTENIDO Calidad de la energía eléctrica Costes Normativa Mitigación Interrupciones de suministro Sistemas de alimentación ininterrumpida p SAI ((UPS)) Grupos motor-generador Volante de iinercia d i P t b i Perturbaciones Red Elementos singulares g Carga protegida Motor eléctric o Alternador Mitigación Análisis SAI dinámico In te rru p to r e s tá tic o R e d p r o te g id a R ed de a lim e n ta c ió n In v e rs o r M o to r- g e n e ra d o r M G V o la n te d e in e rc ia a a lta v e lo c id a d CONTENIDO Mitigación Calidad de la energía eléctrica Perturbación Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g Mitigación Análisis Dispositivo Interrupción larga Grupo electrógeno Grupo motorgenerador SAI Sistemas dinámicos de alimentación ininterrumpida Compensadores de huecos Filtros de armónicos Protectores de sobretensiones transitorias Estabilizadores de tensión Transformadores de ultraaislamiento Filtros de alimentación (EMI) ■ Hueco de tensión Interrupción breve ■ ■ ■ ■ ■ ■ □ ■ ■ □ Distorsión armónica Sobretensión transitoria Sobretensión Subtensión Perturbaciones Alta Frecuencia □ □ □ □ □ □ ■ ■ □ ■ □ ■ □ ■ CONTENIDO Análisis Calidad de la energía eléctrica CONOCER SITUACIÓN DE PARTIDA Costes Normativa P t b i Perturbaciones Elementos singulares g ALIMENTACIÓN ELECTRICA ANALIZAR ACTIVIDADES EQUIPAMIENTO PERTURBADO ACTIVIDADES - MEDIR -ANALIZAR -DETERMINAR ORIGEN -DEDUCIR CAUSA -COMPROBAR COINCIDENCIAS -ANALIZAR RESPUESTA -LOCALIZAR PUNTOS CRÍTICOS -ESTUDIAR POSIBILIDADES -REALIZAR ENSAYOS -CONSULTAR CON FABRICANTE. FABRICANTE -EVALUAR DAÑOS Mitigación Análisis PERTURBACIÓN INCIDENCIA - CARACTERÍSTICAS - ORIGEN - CAUSAS - FRECUENCIA DE APARICIÓN - PUNTOS CRÍTICOS - RESPUESTA ELEMENTOS SENSIBLES - TOLERANCIA DEL PROCESO - POSIBILIDAD DE INMUNIZAR O MITIGAR SOLUCIÓN EL IMPACTO DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA VICENT RIBERA I GÓMEZ Ingeniero Industrial
