PERTURBACIONES CP-CHEC v5 humberto bianey

Report
+
PERTURBACIONES
DE CALIDAD DE POTENCIA
Ing. Humberto López
+
Introducción
 El
advenimiento de la electrónica de potencia, las
múltiples interconexiones, los nuevos requisitos en
cuanto a optimización de energía, han hecho que
los sistemas de potencia sean más seguros, más
estables pero, más sensibles a las perturbaciones
de calidad de potencia.
+
Perturbación de CP
Una definición:

“Cualquier ocurrencia manifestada en desviaciones de
voltaje, corriente o frecuencia que ocasione fallas o salidas
de operación de los equipos eléctricos.” Dugan, 1996
+
Compatibilidad electromagnética
Definición:
La CEM es la capacidad de un equipo, equipamiento o sistema
para
funcionar
satisfactoriamente
en
un
ambiente
electromagnético libre de introducir disturbios electromagnéticos
a otros equipos en ese ambiente.
La serie de normas IEC-61000 tratan el tema de la compatibilidad
electromagnética. Dentro de dicha serie aparece en la sección 4:
Técnicas de medición y Análisis , la IEC-61000-4-30 que trata
específicamente el tema de monitoreo de Calidad de Potencia y la
IEC-61000-4-15 trata la medición del flicker.
+
Clasificación de fenómenos que
afectan a la calidad del suministro
Múltiples criterios:
*duración de la perturbación
(transitoria, corta duración, larga duración)
* forma de la perturbación
(armónicos, flicker, desbalances, etc.)
* fuente del problema
(convertidores, maniobras, etc)
* espectro de frecuencias
(audio y radio frecuencia)
* perturbaciones conducidas y radiadas.
* forma de la perturbación: síncronos y asíncronos
Categoría + atributos = descripción de la perturbación
+

Clasificación de las perturbaciones
IEEE 1159, Monitoring Electric Power Quality
 Descripción de los diferentes fenómenos



Técnicas e instrumentos de medición
Interpretación de resultados
IEC 61000-3-4, es el par europeo.
+

Clasificación IEEE 1159
Clasificaciones de los fenómenos de acuerdo con los criterios: Según la
duración, forma de la perturbación y espectro de frecuencia.
+
Clasificación IEEE 1159
+
Perturbaciones
Tipos de perturbaciones electromagnéticas según IEEE 1159 1995 Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Transitorios Electromagnéticos (TEM)
Variaciones de Corta duración (VCD)
Variaciones de Larga Duración (VLD)
Desbalance (D)
Distorsión de la Forma de onda (DF)
Fluctuaciones (F)
Variaciones de la Frecuencia Industrial (VFI)
+
Perturbaciones
p .u .
log t
1. TEM
2. VCD
3. VLD
4. D
5. DF
6. F
7.VFI
. VFI
+
Perturbaciones
20%
Ruido
Picos
Sobre tensión







Diseño /Ingeniería
Tierra
Descargadores
Interrupciones
Armónicos
Mantenimiento
Supresión de Transitorios
+
Consideración sobre soluciones

Las soluciones pueden estar del lado del distribuidor o del lado del
usuario.

Las soluciones del lado del distribuidor son usualmente más costosas
y difíciles de implementar.

Las soluciones del lado del usuario son prácticas porque atacan la
fuente del problema y se evita que las perturbaciones viajen por el
sistema de distribución ocasionándole problemas a los otros usuarios
conectados.

La presentación se enfocará en las soluciones del lado del usuario.
+ Pirámide de soluciones
+ Onda ideal de tensión
2
1.5
0.5
-0.5
-1
-1.5
-2
TIEMPO (ms)
1 ciclo = 16 ms
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
MAGNITUD (P.U.)
1
+
1. Transitorios

Fenómenos indeseados de corta duración.
 Son
cambios repentinos en la señal instantánea de tensión,
corriente o ambas y pueden ser de tipo impulso u oscilatorio.
 Pueden
clasificarse en Impulsivos u Oscilatorios
Causas:

Tormentas atmosféricas

Operación de los sistemas de protección

Operaciones de conmutación de corte y reconexión de cargas en
ciertos intervalos de tiempo,.

Suicheo de condensadores que se hacen en la red de energía
(oscilatorios)
+
1. Transitorios
Unipolar
200
Positive
Bipolar
Notching
Oscillatory
100
0
-100
-200
Negative
Multiple Zero Crossings
+
1. Transitorios
Efectos:

Su efecto es que pueden quemar componentes electrónicos
conectados en ese momento a la red .

Destrucción de los componentes eléctricos y electrónicos
Destrucción de las pistas de los circuitos impresos.
Destrucción de los equipos de telecomunicaciones. Perjuicios
directos por el tiempo de reemplazo.

Cadena de destrucción sobre programas informáticos,
memoria de proceso. Envejecimiento prematuro de los
componentes eléctricos y electrónicos. Pérdida de datos de
información. Bloqueo de programas informáticos.
+
1. Transitorios
Oscilatorios
 Los transitorios oscilatorios pueden ser de alta (>500 kHz), media (5-500 kHz) y
baja frecuencia (< 5 kHz).
Se presentan como respuesta del
sistema
a
conmutación
de
capacitores o a transitorios tipo
impulso.
+
1. Transitorios
Soluciones

Sobre el lado del usuario:

Instalación de pararrayos de alta corriente de descarga para limitar el voltaje transitorio
sobre el barraje del usuario.

Puede insertarse una inductancia en serie con el banco de condensadores, lo cual hace
decrecer el transitorio de voltaje sobre el barraje del usuario a niveles aceptables.

Instalación de DPS (TVSS) en varios puntos de la instalación categorías A, B Y C, con la
tecnología adecuada y el nivel de disipación energético requerido.
2. Variaciones de corta duración
Huecos y micro-interrupciones


Disminución de la Tensión a valores entre el 10 y el 90%, Con duración de 10 ms a 1 m.
Pueden ser Instantáneas, Momentáneas y Temporales
Origen:






CLASIFICACIÓN DE LOS SAGS
Según el Perfil de Tensión
SEGÚN LA DURACIÓN IEEE 1159
Tipo
Duración
Tipo
Característica
General
Instantáneo
0.5-30 ciclos
Rectangular
Debidos a fallas
Momentáneo
30 ciclos a 3 seg.
Temporal
3 seg. –1 min.
Arranque
de
motores
NO
RECTANGULAR
Cortocircuitos
CONEXIÓN DE CARGAS GRANDES ( cargas que requieren altas corrientes de arranque)
Conexiones intermitentes en el cableado eléctrico de potencia
Maniobras
Conexiones de todo o parte de un sistema después de una falla.
ETC.
Nombrados como: Caídas de tensión (huecos) –en USA se llaman Sags , en la literatura IEC son denominados Dips
2. Variaciones de corta duración
Las variaciones de corta duración pueden ser:



Las depresiones (Sag o Dip), también conocidas como valles o
huecos consisten en una reducción entre 0,1 y 0,9 p.u. en el valor
R.M.S. de la tensión o corriente con una duración de ½ ciclo a un
minuto.
Subidas de tensión (jorobas)
Interrupciones:

Causan la pérdida momentánea completa del voltaje (típicamente entre 2 y 5 s)
+
2. Variaciones de corta duración
En la figura se observa un SAG causado por un fallo monofásico de
una línea sobre otra línea de otro alimentador en la misma
subestación
2. Variaciones de corta duración
Huecos (sags -usa /dips- iec).
Efectos:
Los efectos pueden ser diferentes de acuerdo a la susceptibilidad del equipo:
EJ: Controladores lógicos programables se afectan con tensiones menores al 50-90% de la
tensión nominal , durante tiempos superiores a 8-20 segundos
EQUIPOS
Arrancadores de Motores
Controladores lógicos programables PLC
Inversores para Variadores de velocidad
Rectificadores para Variadores de velocidad
Controladores de procesos
Controladores de cc
Contactores
Interruptores electromagnéticos
Relés y arrancadores electromagnéticos
Carga sensible alimentada con transformador ferrorresonante
Equipo médico
Vmin (%)
50
50-90
82
50-80
70
88
50-60
50
50-60
50
60
Tmax (ms)
40
8-20
1.5
2-3
<8
<8
20-30
10
15-40
500
130
Tolerancia típica Tiempo - Nivel de tensión en diferentes equipos.
+
2.
Variaciones
de
corta
duración
Huecos (Sags -USA /Dips- IEC).
Soluciones:

Las medidas mitigadoras se pueden emprender o realizar en cualquiera de los
involucrados, Usuario, empresa distribuidora o fabricante de equipos.
Agente distribuidor:














Programas de mantenimiento para reducir las fallas monofásicas por vegetación.
Usar ahuyenta aves.
Aislar conductores desnudos.
Usar más descargadores en los alimentadores.
Usar cable de guarda.
Mejorar la puesta a tierra.
Mantenimiento en los aisladores (lavado).
Instalación de reconectadores a lo largo de la línea (agregado de reconectadores).
Eliminación de la reconexión rápida de reconectadores e interruptores.
Reducción del tiempo de recierre ( o reconexión instantánea), esto es reducir la duración del
hueco en lo posible.
Agregado de Esquemas mallados.
Modificación del diseño del alimentador. Busca disminuir la corriente de falla y por ende que el
hueco sea menor en magnitud.
La velocidad de actuación de las protecciones debe ser la mayor posible, en pro de reducir la
duración del hueco.
La empresa de distribución también puede usar hasta 38 KV en los sistemas de distribución
tecnología Custom Power.
+
Variaciones de corta duración
HUECOS (Sags -USA /Dips- IEC).
Soluciones:
Usuario:
El usuario deberá usar dispositivos de mitigación basados en electrónica de potencia como:
•UPS.
•Transformador ferroresonante.
•Moto generadores.
•Suiches de conmutación estáticos rápidos (cierre antes de apertura, para transferência)
•Sistem Storage Device (Dispositivos de almacenamiento de energia).
•Dentro de la Tecnologia Custom Power: Compensador estático serie (SSC),
•Regulador estático de voltaje (SVR)
•Suiche estático de transferencia (STS),
+
2. Variaciones de corta duración
Interrupciones
La tensión se hace inferior a 0,1 p.u. , T < 1 minuto
Causas:





Cortocircuitos
Fallos de equipos
Control erróneo
Reconexión automática: interrupción menor de 0,5 s
Algunas interrupciones vienen precedidas de un voltaje SAG, cuando las interrupciones
son debidas a fallas en las fuentes del sistema (generadores). El SAG ocurre entre el
tiempo que se produce la falla y el tiempo en que opera la protección.
En caso de despeje de falta algunas interrupciones van precedidas de un hueco (caso de
faltas con arco a tierra).
-
Efectos: Energía No suministrada, Para de Procesos. Lucro cesante.
Soluciones: Usar Fuentes alternas de Energía. UPS, Plantas de Emergencia Standby
+
2. Variaciones de corta duración
SWELL (JOROBAS)
En la figura un SWELL causado por una falla monofásica a
tierra
+
2. Variaciones de corta duración
Swell (jorobas)
Incremento de V entre 1,1 Y 1,8 p.u y una duración entre 10ms Y 1 min.
Causas:




Cortocircuitos en otras fases (CC fase-tierra), se aumenta la tensión en las otras
fases no falladas
Desconexión de cargas grandes
Conexión de grandes bancos de condensadores.
Magnificación de voltajes por efectos de condensadores (resonancias)
El Swell se caracteriza por su magnitud RMS de voltaje y su duración. La severidad del
Swell depende de la localización de la falla, impedancia del sistema y de la puesta a
tierra, Así pues una falla monofásica, incrementa el voltaje en las demás fases cerca de
ella, pero es poco probable que se de en la misma magnitud cerca de la subestación y
en la subestación misma, además de la conexión delta-Y del trafo de la subestación que
provee el camino de baja impedancia para las corrientes de secuencia a tierra más la
puesta a tierra misma de la subestación.
+
2. Variaciones de corta duración
Swell (jorobas)
Efectos:
En general causan mala operación de equipos sensibles como:
 Relés (conmutaciones indeseadas).
 Equipos de control relevos,
 Equipos de fotomecánica,
 Instrumentos de análisis químico.
Mitigación:

Las técnicas de mitigación del lado del usuario son aquellas basadas en el uso de
equipos de mitigación como las UPS, transformadores de voltaje, SVC, SVR, entre otros.

Del lado de la empresa distribuidora se pueden usar SVR, y el manejo de Taps de
transformadores.

El uso de dispositivos custom power del lado del usuario y de la empresa de
distribución hasta 38 KV, también es posible.
+
3. Variaciones de larga duración
Las variaciones de Tensión de larga duración abarcan las
desviaciones del voltaje a la frecuencia del sistema(60HZ) para
periodos de tiempo mayores a 1 minuto (ANSI C84.1 especifica
las variaciones de voltaje tolerables en estado estable para un
sistema eléctrico). NO SE CONSIDERAN CAUSADAS POR FALLAS
DEL SISTEMA ELECTRICO.
 Interrupción sostenida: Mayor a 1 min, voltaje 0.00 P.U.
- Se asocia a confiabilidad/ continuidad del servicio.
+
3. Variaciones de larga duración
Causas
de las variaciones de tensión de larga duración:
Es normal que durante la operación del sistema de potencia se presenten
desviaciones del voltaje RMS nominal, esto es sobrevoltajes o subvoltajes debidas
fundamentalmente a:
Caídas de tensión en transformadores y alimentadores.
Cambiadores de Taps.
Efecto Ferranti.
Compensación reactiva,
Cambios de generación y carga.
Operación de pararrayos.
Operación de elementos de interrupción, etc.
Operaciones de suicheo sobre el sistema
Las variaciones de larga duración pueden ser sobrevoltajes o subvoltajes o una
interrupción sostenida. Los sobrevoltajes y subvoltajes de larga duración por lo
general no son el resultado de fallas L-G o L-L L-G. En general se deben a
variaciones de carga en el sistema y operaciones de suicheo del sistema.
+
3. Variaciones de larga duración
Sobretensiones/sobrevoltajes:
Superior al 110%.
Causas:
 pueden deberse a incorrecta posición de taps, o porque el sistema es débil en algún
momento para regulación del voltaje.
 Desconexión de grandes cargas
 Conexión de condensadores
 Suicheo de equipo eléctrico
Efectos:
Fallas
inmediatas de equipos durante las condiciones de sobrevoltaje.
Los
transformadores, cables, barrajes, interruptores, CTS, PTS y máquinas rotativas no fallan
inmediatamente, pero hay pérdida de vida útil.

Una condición de sobrevoltaje puede traducirse en operaciones indeseadas de operación de relés.
Incremento
del grado de luminosidad (luxes/candelas) producidas por las lámparas durante una
condición de sobrevoltaje, pero disminuyendo la vida útil de las lámparas.
+
3. Variaciones de larga duración
Subtensión/Subvoltaje: Puede estar originado artificialmente para reducir carga. Tensión entre
0.8 -0.9 P.U, tiempo > 1 min
Causas: El resultado de eventos contrarios a la sobretensión
- Desconexión de banco de condensadores
- Desconexión de grandes cargas.
- Sobrecargar los circuitos de distribución
Efectos:
En general puede traer efectos adversos para el funcionamiento de los equipos.
Salida
de operación de los controladores de motores, PCs, PLCs
Calentamiento
Cambios de
y pérdidas en los devanados de los motores debido al aumento de las corrientes.
velocidad en maquinas de inducción.
Mal
funcionamiento de bancos de condensadores pues la salida de potencia reactiva es función
de la tensión aplicada.
Disminución
de los niveles de iluminación en lámparas.
+
3. Variaciones de larga duración
MITIGACION DE VARIACIONES DE TENSION DE LARGA DURACIÓN:

Regulación de la tensión y el uso de equipos adecuados para ello.

En general la solución se enfoca en ambos casos a compensar la impedancia, Z o
compensación de la caída de voltaje causada por la impedancia.
Lado Empresa Distribuidora:

Adicionar reguladores de voltaje, los cuales estimulan o inyectan el voltaje aparente V en la
red.

Aumentar la capacidad de las líneas para reducir la impedancia, Z.

Modificar las impedancias del transformador, en aras de reducir la impedancia.

Adicionar Static Var Compensation, los cuales tienen el mismo propósito que los
condensadores para cambios rápidos de carga.

Gestión Volt/Var usando controles autoadaptivos de reguladores y bancos de capacitores en
las líneas de distribución.
+
3. Variaciones de larga duración
Lado Usuario:

Del lado del usuario los capacitores pueden ser usados con las siguientes ventajas:











Reducen la cuenta del servicio de energía ( factor de potencia, energía reactiva)
Reducción de pérdidas I2R y calentamiento en las líneas y transformadores
Estabilización del voltaje.
Control de sobrevoltajes
Incremento de la transferencia de potencia.
Mejora de la estabilidad transitoria.
Amortiguamiento de las oscilaciones de potencia y voltaje.
Optimización en la utilización de plantas industriales
Reducción de los costos de producción en la industria
Balance de cargas por fase
Sin embargo estos también pueden ser fuente de problemas como:



Resonancia con el sistema a una frecuencia armónica.
Transitorios durante las operaciones de maniobra.
Magnificación de sobretensiones al operar otros bancos de condensadores.
+
4. Desbalance de tensión






Ej. Si las tensiones de línea son 448, 440 y 439, el desbalance
será:
Promedio: 442.3 Máxima desviación: 448 – 442.3 = 5.7
Desbalance = 5.7 / 442.3 x 100 = 1.3%
Desbalances hasta del 2% se consideran normales y son
producidos generalmente por cargas monofásicas.
Por encima del 5% pueden ser resultado de fallas en bancos de
capacitores o pérdida de una fase.
Los valores de desbalance de tensión se encuentran dentro de los
valores aceptables a nivel internacional (IEC 61000-2, EN-50160,
IEEE 1159).
+
4. Desbalance de tensión
CAUSAS:





Cargas desequilibradas
Cargas monofásicas en circuitos trifásicos
Rectificadores de media onda (componente contínua)
Fusible quemado en una fase
Quema de fusible o fusibles en las fases de condensadores
CONSECUENCIAS:





Grandes corrientes en motores y transformadores.
Mayores corrientes sobre barrajes, cables, etc
Incremento de pérdidas en la red.
Actuación de fusibles en baterías de condensadores
Etc.
+
4. Desbalance de tensión
MITIGACION:

La principal actuación para corregir el problema parte de
balancear las fases de toda la instalación. Procurando
desbalances menores al 2%.

También es posible el que se mantenga vigilancia, o
teleseñalización de las pérdidas de fusibles en las fases de los
bancos de baterías y en los interruptores, se revise o monitoree
la operación adecuada de los polos de los interruptores
+
5. Distorsión de la forma de onda

Es definido como la desviación en estado estable de la onda
senoidal a la frecuencia del sistema, caracterizada
principalmente por el contenido espectral de la desviación.

Hay cinco tipos primarios de distorsión de onda:





- DC offset
- Armónicos
- Interarmónicos
- Notching
- Noise
+
5. Distorsión de la forma de onda
D.C OFFSET:

Es la presencia de corriente o voltaje D.C en un sistema eléctrico A.C.

CAUSAS: Fenómenos geomagnéticos.
 Uso de rectificadores de media onda

CONSECUENCIAS:
 Puede causar efectos de saturación parcial en el núcleo de
transformadores cuando estén en operación normal.
 Causan calentamiento adicional y pérdidas en el transformador,
disminuyendo la vida útil del transformador.
 La corriente directa en un circuito AC, puede causar
erosión
electrolítica de electrodos de tierra y otros conectores.
+
5. Distorsión de la forma de onda
Armónicos
DEFINICIÓN:
Distorsión de la onda sinusoidal
debida a componentes de frecuencia
múltiplos de la fundamental
CAUSAS:
• Suministros eléctricos conmutados
• Cargas no lineales
60 Hz
180 Hz
300 Hz
+
5. Distorsión de la forma de onda

Sistema con cargas lineales
Transformador
V n-g
1
Corriente de Fase A
0.
50
0.51
1
Corriente de Fase B
0.
5
0
0.5
1
1
0.
5
0
Corriente de Fase C
0.
51
1
0.
5
0
Conductor de Neutro
0.
51
Balance de
corrientes
canceladas en el
neutro
+
5. Distorsión de la forma de onda

Sistema con cargas NO Lineales
V n-g
Transformador
2
1
0
Corriente de Fase A
1
2
2
1
Corriente de Fase B
0
1
2
2
1
Corriente de Fase C
0
1
2
2
1
0
Conductor de Neutro
1
2
Desbalance de corrientes en el
neutro + tensiones
Neutro tierra +distorsión
en la señal
+
5. Distorsión de la forma de onda
Armónicos
IEEE 519 de 1992
•
Establece límites aplicables al usuario y límites para las empresas
de energía
•
Los índices se miden en la frontera entre el usuario y la empresa
suministradora de energía PCC (Point of common coupling)
•
Distorsión armónica individual de corriente
Di 
Ii
 100 %
In
•
Distorsión armónica individual de tensión
Dv 
Vi
Vn
 100 %
+
5. Distorsión de la forma de onda
IEEE 519 de 1992
Índices de distorsión
Distorsión armónica total de corriente
THD
I

 

2  1
I
 n
n2
 I1

Distorsión armónica total de tensión
THD
V

 

2  1
 Vn 
n2
 V1

+
5. Distorsión de la forma de onda
IEEE 519 de 1992
Índices de distorsión
Distorsión armónica total de corriente demandada
Se usa (IEEE519) TDD total demanda distortion, es semejante a THD, pero la distorsión es
expresada como un por ciento de una parte de la tasa de corriente de la misma carga en
lugar de un % de la magnitud de la corriente fundamental (en relación con la corriente
real demandada de la carga)

TDD  



n2
 1
I 
 I D
2
n
Normalmente los equipos miden THDv o THDi y no TDD
+
5. Distorsión de la forma de onda
IEEE 519 de 1992
Límites de distorsión armónica total de tensión para usuarios y
suministradores en el PCC
T e n sió n e n la fro nte ra
D isto rsió n in d ivid u a l d e
te n sió n %
D isto rsió n a rm ó n ica d e
T e n sió n T H D (% )
69 kV o m enos
3 ,0
5 ,0
69 a 161 kV
1 ,5
2 ,5
M ás de 161 kV
1 ,0
1 ,5
+
5. Distorsión de la forma de onda
IEEE 519 de 1992
Límites de distorsión armónica total de corrientes para
usuarios y suministradores en el PCC (120 V a 69 kV)
Isc/I L
A rm ó n ico s
In d ivid u a le s (% )
TDD
<11
11h<17
17h<23
23h<35
35h
<20
4 ,0
2 ,0
1 ,5
0 ,6
0 ,3
5 ,0
20<50
7 ,0
3 ,5
2 ,5
1 ,0
0 ,5
8 ,0
50<100
1 0 ,0
4 ,5
4 ,0
1 ,5
0 ,7
1 2 ,0
100<1000
1 2 ,0
5 ,5
5 ,0
2 ,0
1 ,0
1 5 ,0
>1000
1 5 ,0
7 ,0
6 ,0
2 ,5
1 ,4
2 0 ,0
+
5. Distorsión de la forma de onda
Armónicos de tensión

De la IEE 519 se puede concluir que:

THDu < 5%: Situación normal.

5% < THDu < 8%: Contaminación significativa, por lo que podrá
existir algún funcionamiento defectuoso.

THDu > 8%: Contaminación importante por lo que es probable que
el funcionamiento sea defectuoso: se hace necesario análisis de uso
de un dispositivo de atenuación.
+
5. Distorsión de la forma de onda
Efectos a corto plazo

Disparo intempestivo de las protecciones.

Perturbaciones inducidas de los sistemas de corriente baja
(telemando, telecomunicaciones).

Vibraciones y ruidos anormales.

Deterioro por sobrecarga térmica de condensadores.

Funcionamiento defectuoso de las cargas no lineales.

Errores en la medida
+
5. Distorsión de la forma de onda

Ruido audible en transformadores debido a cambio de las dimensiones de
un material ferromagnético por la acción de un campo magnético.

Armónicos en tensión y corriente

Sobrecalentamiento de los conductores de neutro en circuitos conectados
en wye. Esto ocurre porque 3er armónico y otros multiplos de 3 no se
cancelan en el neutro como si lo hacen las otras corrientes armónicas.

Estas altas corrientes a 180 Hz llevan a sobrecalentamiento del hilo del
neutro.

Las soluciones contemplan sobredimesionamiento de conductores de neutro
o filtro de corrientes armónicas.
+
5. Distorsión de la forma de onda
Soluciones para la atenuación de armónicos


Básicas

Instalación de las cargas no lineales aguas arriba en el sistema

Agrupación de las cargas no lineales

Creación de fuentes separadas

Transformadores con conexiones especiales

Instalación de inductancias
Filtros

SOLUCIONES:

Pasivos Desintonizados


Pasivos Sintonizados

Reactor de línea

Activos

Filtros activos, pasivos, sintonizados

Híbridos

Transformadores ferrorresonantes
Estabilizador UPS en línea
+
5. Distorsión de la forma de onda
+
5. Distorsión de la forma de onda
INTERARMÓNICOS:
Múltiplos NO enteros de la frecuencia fundamental,
Pueden encontrarse en redes de cualquier nivel de
voltaje.
CAUSAS:
•Convertidores estáticos
•Motores de inducción.
•Equipos de arco.
•Sistemas electrónicos usando PWM.
•Interacción de equipos de potencia y Control.
•Power line communications.
186 hertz
+
5. Distorsión de la forma de onda
Notching

Es un disturbio de la forma de onda normal de tensión, con una duración inferior a
medio ciclo, que inicialmente posee polaridad opuesta a la forma de onda de tensión,
siendo por ello restada de la onda senoidal. Los principales generadores de las
muescas son los dispositivos electrónicos de potencia, especialmente los
convertidores. Tales dispositivos producen un cortocircuito momentáneo entre fases
cuando la corriente es conmutada entre dos de ellas.
V
IL
Notching
+
5. Distorsión de la forma de onda
Notching

Soluciones:

Se debe disminuir el notching antes de que llegue al equipo sensible y por lo
tanto una solución es crear un divisor de tensión en la red entre la fuente del
notching (por ejemplo SCR) y los equipos sensibles cuando estos están en el
mismo alimentador del perturbador.

Adicionar una reactancia inductiva en serie con la fuente perturbadora entonces
el Voltaje Notching podría distribuirse por si mismo a través de la misma
impedancia (reactancia) y la impedancia del alimentador preexistente de la
fuente.

La eliminación de las muescas de tensión implica el aislamiento, de los equipos
sensibles, de la fuente que las está produciendo.
+
5. Distorsión de forma de onda
Ruido
• Radiación electromagnética
estaciones de radio
de
motores
y
• Motores en el edificio
• Compresores
• Banco de condensadores
• Equipos usando electrónica de potencia
• Circuitos de control
• Equipos de
soldadura)
Arco
(ejemplo
máquinas
de
• Cargas con rectificadores de estado sólido
• Fuentes suicheadas
• Se ve incrementado por construcción impropia de
sistemas de puesta a tierra que no permiten
evacuar el noise fuera del sistema eléctrico.
+
5. Distorsión de la forma de onda
Ruido

El ruido eléctrico es una señal eléctrica indeseable, que
produce efectos impredecibles en los equipos susceptibles.

Ancho de banda 200 Khz.

Se superpone sobre la señal de corriente o voltaje entre los
conductores de fase o entre el conductor de fase y el neutro (
ruidos en
modo diferencial) o pueden ocurrir entre
conductores de fase y tierra (ruido en modo común).
+
5. Distorsión de la forma de onda
Ruido



El efecto principal es que causa mal funcionamiento de equipos como:

Controladores programables

Microprocesadores.

Computadores.

Equipos de comunicación y de control.
El ruido y los impulsos pueden ocasionar mal funcionamiento en cargas
con circuitos electrónicos, especialmente equipos de cómputo. El mal
desempeño puede ocasionar que el equipo se detenga, se pasme, se
inhiba.
Este alto en el funcionamiento se puede manifestar como un error de
paridad, un teclado bloqueado, un error de lectura / escritura o pérdida
de archivos.
+
5. Distorsión de la forma de onda
Ruido

SOLUCIONES

Uso de transformadores de aislamiento con doble o triple blindaje para
reducir noise de modo común y un filtro para reducir el ruido de modo
normal. Esta tecnología es muy eficiente (98%) y es recomendable para
el uso de salas de computo.

Uso de transformadores ferro resonantes para eliminar el ruido de modo
común y normal en lugares industriales donde existe disipación de calor
(60-90% eficiente).

En cualquier caso, el transformador debe estar localizado muy cerca de
la carga para que sea efectivo contra el ruido.
+
6. Fluctuaciones de tensión
FLUCTUACIÓN DE VOLTAJE:
Son variaciones sistemáticas del voltaje, o son series
de cambios aleatorios del voltaje(magnitud), su
magnitud no excede los rangos de voltaje de 0.9 a 1.1
p.u dados en ANSI C84.1-1982 IEC-1000-3-3 describe
varios tipos de fluctuaciones de tensión.
+
6. Fluctuaciones de tensión
FLUCTUACIÓN DE VOLTAJE:
FLICKER ( voltaje flicker):




Es una medida repetitiva de las variaciones de la tensión, que conduce a una
sensación psicológica de disconformidad en la visión como resultado de un
efecto sobre la luz incandescente.
Flicker o parpadeo de Luz. Es un fenómeno de origen fisiológico visual que
acusan los usuarios de lámparas alimentadas por una fuente común a la
iluminación y una carga perturbadora.
La molestia del parpadeo se manifiesta en las lámparas a baja tensión. Sin
embargo las cargas perturbadoras pueden estar conectadas a cualquier nivel de
tensión.
En el origen de este fenómeno están las fluctuaciones bruscas de la tensión de
red. La definición del flicker sólo incluye las fluctuaciones:


de amplitud < 10%,
de período < 1 hora.
+
6. Fluctuaciones de tensión
IEEE 1159: son variaciones sistemáticas
(cíclicas) o aleatorias de la envolvente
de voltaje, la magnitud (amplitud) de
tales variaciones generalmente no
exceden los rangos de 0.95-1.05 PU.
+
6. Fluctuaciones de tensión
Descripción de las fluctuaciones de tensión en el origen del
flicker
 Las
variaciones de tensión periódicas y rápidas

Estas variaciones periódicas o erráticas permanentes tienen una
descomposición espectral en una banda desde 0,5 Hz a 25 Hz.

Se deben a cargas (o conjunto de cargas) cuya utilización se
caracteriza por una constante variación de su demanda de potencia
(por ejemplo: hornos de arco, equipos de soldadura).
+
6. Fluctuaciones de tensión

Medida de Flicker.
Define y valora un criterio que expresa el grado de irritación por la medida de las
variaciones del voltaje y simula el comportamiento del lazo-cadena:
Lámpara-Ojo_ Cerebro
Diagrama funcional del flickérmetro UIE
(según IEC 868 ver IEC 61000-4-15).
+
6. Fluctuaciones de tensión
INDICES PARA LA MEDICION:

P
INDICE DE SEVERIDAD DE CORTO
PLAZO PST
st

0 , 0314  P0 ,1  0 , 0525  P1 s  0 , 0657  P3 s  0 , 28  P10 s  0 , 08  P50 s
Donde:
P01, P1s, P3s, P10s, P50s son las probabilidades de que
Este es obtenido a partir de las estadísticas
de tiempo y nivel de flicker observado en la
función de probabilidad acumulativa
para
el nivel de parpadeo supere los valores de la curva de
sensibilidad durante el 0,1%, 1%, 3%, 10% y 50% del
tiempo durante el periodo de observación.
intervalos de observación base de diez
Los valores numéricos 0,0314, 0,0525, 0,0657, 0,28, 0,08
minutos (10’).
son factores de ponderación que representan una
respuesta humana al efecto de parpadeo (flicker).
+


6. Fluctuaciones de tensión
INDICE DE SEVERIDAD DE LARGO PLAZO
PLT
El índice de severidad de largo plazo Plt es
usado para equipos perturbadores con ciclos de
servicio largos (tiempos mayores a 30 minutos) y
variables como por ejemplo hornos de arco, el
Plt es obtenido a partir de los niveles de
severidad de corto plazo Pst y es relacionado
con el ciclo de servicio de la carga o el periodo
en el cual un observador puede reaccionar al
flicker. El intervalo de observación es de
usualmente unas pocas horas en múltiplos del
intervalo de Pst, definido en IEC 1000-3-3 como
dos (2) horas como intervalo de observación.
N
Plt 
3

3
Psti
i 1
N
Donde:
Psti (i=1, 2, 3....) son lecturas consecutivas
del índice de severidad de corto plazo.
N es el número de medidas Pst en el periodo
de observación.
+
6. Fluctuaciones de Tensión.
CAUSAS DE FLICKER
La causa principal se debe a cargas que para su funcionamiento toman de la red
grandes corrientes variables, esta condición hace que se presente modulación del
voltaje en la barra de carga y en barras remotas.
Entre las fuentes de flicker encontramos:

Transitorios debidos a maniobras.

Arranque de grandes motores.

Trenes de laminación (proceso de laminación).

Trituradores para procesos mineros.

Generación eólica distribuida - Generación distribuida

Soldadores eléctricos. (Maquinas de soldadura)

Hornos de inducción (0.5 a 30 Hz)
+
6. Fluctuaciones de Tensión.
EFECTOS:

Disminución del desempeño en equipos que usan condensadores.

Perturba el funcionamiento de equipos de protección.

Perturba a equipos de control.

Inestabilidad de tensión y de corriente en equipos electrónicos.

Disminución de vida útil de equipos electrónicos, equipos de rayos catódicos,
lámparas incandescentes y fluorescentes..

Mal funcionamiento de phase-locked loops (PLLs).

Pérdida de sincrónismo en UPS.

Efecto flicker
+
6. Fluctuaciones de Tensión.
Mitigación:
La más lógica, elegir las fuentes de iluminación menos
sensibles al flicker.
 Fluorescentes en lugar de incandescentes
 Conversor síncrono
 Modificación del perturbador
 Conversor rotativo
 Compensador estático SVC

+
Sensibilidad de los equipos

Para establecer si un disturbio en particular ocasionará daños y /o
mala operación del computador ( o un equipo sensible, pues el uso
de las curvas se ha generalizado), bastará con superponer las
características del disturbio con la curva de análisis, si se produce un
cruce de esta curva muy seguramente ocurrirá un mal
funcionamiento del equipo ante el disturbio considerado.

Algunas curvas son: CBEMA (1978), ITIC (1996), SEMIF47,FIPS
Sensibilidad de los equipos
V a ria c ió n d e te n s ió n /tie m p o a d m is ib le p ro p u e s to p o r la C .B .E .M .A .
(C o m p u te r B u s in e s s E q u ip m e n t M a n u fa c tu re s A s s o c ia tio n )
P e rtu rb a c io n e s
P e rtu rb a c io n e s T ip o II
P e rtu rb a c io n e s T ip o I
+200%
Te n sió n en % d e la n o m in a l. V a lor e ficaz
+
T ip o III
A re a d e
s u c e p tiv id a d
tip o I
L ím ite d e
+100%
s o b re te n s io n e s
+30%
+6%
-1 3 %
-3 0 %
-4 2 %
A re a d e
s u c e p tiv id a d
tip o II
L ím ite d e
-7 0 %
s u b te n s ió n
0 .0 1
100 
0 .1
1m
0 .5
8 .3 3 m
1
10
0 .1
100
100
0 .5
2
C ic lo s
Segundos
G E N E L E C 0 /T E O R ÍA /S O B R E T E N S IO N E S /S O B R E T E N S IÓ N .P R E
+
Evaluación de eventos
1. ALTOS PERO ADMISIBLES
3. NO ADMISIBLES
2. MUCHOS PERO ADMISIBLES
Conclusiones

La calidad de la energía se ve “afectada” por perturbaciones que vienen de afuera
o se dan adentro de la instalación.

En general las perturbaciones se generan por las cargas. Pero ellas “viajan” por la
red del distribuidor afectando a otros usuarios aguas abajo del PCC o sobre el
PCC.

Se debe gestionar la CPE, pues las faltas de calidad de la energía producen
pérdidas que llegan a ser millonarias para los industriales.

Una perturbación electromagnética queda caracterizada si se conoce: Su categoría
+ sus atributos.
+
Conclusiones

Las soluciones del lado del usuario son las ideales, pues en general son más
económicas y se ataca la fuente, evitando el “viaje de la perturbación” por las
redes de distribución de energía.

El avance de la tecnología (electrónica y electrónica de potencia) genera un
nuevo escenario que puede generar problemas.

Los SAG y los SWELL en general son los problemas más frecuentes.

Al comprar equipos sensibles debe tenerse en cuenta el concepto de Ride
Through.

El sistema de Puesta a tierra es fundamental a fin de garantizar seguridad y
CEM.

Las soluciones se pueden dar del lado de la empresa de distribución o del lado
del usuario.
+
Direcciones de Interés

Dranetz-BMI:

www.dranetz.com

GERS S.A.

www.gers.com.co

Electrotek Concepts

www.electrotek.com
PREGUNTAS.
?

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