Calidad de Energía Eléctrica

Dr. Armando LlamasIng. Jesús Baez

Agosto, 2003

Carga crítica. Aquella que al dejar de funcionar o al funcionar inapropiadamente pone en peligro la seguridad del personal y/o ocasiona grandes perjuicios económicos Por ejemplo, un paro no programado en un molino de laminación es muy costoso, mientras que la pérdida de un centro de informaciónen un banco o el mal funcionamiento de los sistemas de diagnóstico en un hospital pueden ser catastróficos.

Carga sensible. Aquella que requiere de un suministro de alta calidad, esto es, libre de disturbiosEl equipo electrónico es mas susceptible a los disturbios que el equipo electromecánico tradicional.

Cargas críticas y sensibles

Tabla 2 IEEE 1159. Categorías y características de fenómenos electromagnéticos en sistemas de potencia

CategoríaContenido Típico

EspectralDuración Típica

Magnitud Típica del

Voltaje1.0 Transitorios 1.1Impulsos 1.1.1 Nanosegundos 5 ns de elevación <50 ns 1.1.2 Microsegundos 1 µs de elevación 50 ns - 1 ms 1.1.3 Milisegundos 0.1 ms de elevación > 1 ms 1.2 Oscilatorios 1.2.1 Baja Frecuencia < 5kHz 0.3 - 50 ms 0 - 4 pu 1.2.2 Frecuencia Media 5 - 500 kHz 20 µs 0 - 8 pu 1.2.3 Alta Frecuencia 0.5 - 5MHz 5 µs 0 - 4 pu2.0 Variaciones de Corta duración 2.1 Instantáneas 2.1.1 Sag 0.5 - 30 ciclos 0.1 -0.9 pu 2.1.2 Swell 0.5 - 30 ciclos 1.1 - 1.8 pu 2.2 Momentáneas 2.2.1 Interrupción 0.5 ciclos - 3 seg < 0.1 pu 2.2.2 Sag 30 ciclos - 3 seg 0.1 -0.9 pu 2.2.3 Swell 30 ciclos - 3 seg 1.1 - 1.4 pu 2.3 Temporal 2.3.1 Interrupción 3 seg - 1 min < 0.1 pu 2.3.2 Sag 3 seg - 1 min 0.1 -0.9 pu 2.3.3 Swell 3 seg - 1 min 1.1 - 1.2 pu3.0 Variaciones de larga duración 3.1 Interrupción sostenida > 1 min 0.0 pu 3.2 Bajo voltaje > 1 min 0.8 -0.9 pu 3.3 Sobrevoltaje > 1 min 1.1 - 1.2 pu4.0 Desbalance en voltaje Estado Estable 0.5 - 2%5.0 Distorsión de Forma de Onda 5.1 Componente de directa Estado Estable 0 - 0.1% 5.2 Contenido armónico 0 -100th H Estado Estable 0 - 20% 5.3 Interarmónicas 0 - 6 kHz Estado Estable 0 - 2% 5.4 Muescas en el voltaje Estado Estable 5.5 Ruido Banda amplia Estado Estable 0 - 1%6.0 Fluctuaciones de Voltaje < 25 Hz Intermitente 0.1 - 7%7.0 Variaciones en la Frecuencia <10 seg

-180

-90

0

90

180

0 0.04 0.08 0.12

volta

je (

V)

1/2 ciclo a 3600 ciclos

Impulsos y Disminuciones momentáneas de voltaje

-250

0

250

-0.05 -0.025 0 0.025 0.05tiempo (s)

volta

je (

V)

0

50

100

150

200

250

300

350

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000tiempo en ciclos de 60 Hz

% d

e vo

ltaje

nom

inal (0.006,300)

(0.06,200)

(0.5,130)(120,106)

(0.5,0)

(1,30) (30,70)(120,87)

(6,58)

(a)

(b)

(d)

(c)

Perfil de duración permisible a variaciones de voltaje (CBEMA)

-180

-90

0

90

180

0 0 .008 0 .016

tiem p o (s)

volta

je (

V)

C a p t u r a : T H M 5 6 5 , C E T E C I T E S M M t y

"Notches"

Hendiduras (“Notches”) en el voltaje

-100

-50

0

50

100

0 90 180 270Grados Eléctricos

Co

rrie

nte

(A

mp

)

-200

-100

0

100

200

Vo

ltaj

e (V

olt

s)

Distorsión armónica

Equipo para mejorar la calidad de Energía Eléctrica

uFiltros de Armónicas (pasivos y activos)

uTransformadores de Aislamiento

uTransformadores Ferroresonantes

uFuentes ininterrumpibles(UPS)

uCompensadores estáticos

uInterruptor automático de estado sólido

EQUIPO UTILIZADO PARA MEJORAR LA CALIDADDE LA ENERGIA ELECTRICA

LABORATORIO DE CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICA(I.T.E.S.M.)

DESARROLLOS

SISTEMA DE MONITOREO DE ENERGIA EN TIEMPO REAL (INTERNET)

MODELO A ESCALA DE UNA PLANTA INDUSTRIAL (RESONANCIA)

GENERADOR DE DISMINUCIONES MOMENTANEAS DE VOLTAJE

DISEÑO DE FILTROS DE ARMONICAS

BANCO AUTOMATICO DE CAPACITORES

SISTEMA DE CONTROL DE DEMANDA

DESARROLLO DE SOFTWARE PARA ANALISIS DE ARMONICAS

-250

0

250

-0.05 -0.025 0 0.025 0.05

tiempo (s)

volta

je (

V)

Impulsos

Captura: TekScope THS710.

Voltaje con ruido

Carga NoLineal

+

Vs(t)

-

i (t)

+

VL(t)

-

Voltaje de la Fuente Voltaje de la Carga(distorsionado)

Corriente de la carga

Distorsión de Voltaje Provocada por cargas no lineales

+ ∆V -

VL = Vs - ∆∆V

∆∆V= ∆∆V1 sen (ωωt+αα1) + ∆∆V3 sen(3ωωt + α α 3)+...+ ∆∆Vn sen(nωωt + α α n)

Voltaje en el bus de 480V (caso base)

0 10 20 30 40-600

-400

-200

0

200

400

600

Tiempo (mS)

Voltaje (V)

Z vs. w (caso base)

0 6 12 18 240.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Frequencia (H pu)

Z(Ohms)

Condición Original (480V)

AC

Zeq= j ω Lsc

Lsc

Ih

V(t)

Circuito equivalente

scLZeq ω=

ω.vsZeq

Lsc: Inductancia correspondienteal nivel de corto circuito calculadoen el nodo donde se conectan los capacitores

Voltaje en el bus de 480V con banco de capacitores

0 10 20 30 40-600

-400

-200

0

200

400

600

Tiempo (mS)

Voltaje (V)

Abs:RMS:CF :FF :

Z vs. w (Banco de capacitores)

0 6 12 18 240.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Frequencia (H pu)

Z

Conectando banco de capacitores (480V)

Zeq

Lsc

C Ih

V(t)

RESONANCIA

Circuito equivalente

ω.vsZeq

CL

CLZeq

sc

sc

ωω /1/

−=

MVAR

MVAschr =

hr

Voltaje en el bus de 480V (Instalando Filtros)

0 10 20 30 40-600

-400

-200

0

200

400

600

Tiempo (mS)

Voltaje (V)

Instalando filtros

0 6 12 18 240.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

Frequencia (H pu)

Z

Instalando filtros (480V)

V(t)

Zeq

Lsc

C

L f

Ih

Zeq vs ωω

Circuito equivalente

Voltaje en el bus de 480V (caso base)

0 10 20 30 40-600

-400

-200

0

200

400

600

Tiempo (mS)

Voltaje (V)

Voltaje en el bus de 480V con banco de capacitores

0 10 20 30 40-600

-400

-200

0

200

400

600

Tiempo (mS)

Voltaje (V)

Abs:RMS:CF :FF :

Voltaje en el bus de 480V (Instalando Filtros)

0 10 20 30 40-600

-400

-200

0

200

400

600

Tiempo (mS)

Voltaje (V)

480V

13.8 kV

CARGA NO LINEAL

480V

13.8 kV

CARGA NO LINEAL

Banco decapacitores

480V

13.8 kV

CARGA NO LINEAL

Filtro

Instalando filtros

0 6 12 18 240.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

Frequencia (H pu)

Z

Z vs. w (Banco de capacitores)

0 6 12 18 240.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Frequencia (H pu)

Z

Z vs. w (caso base)

0 6 12 18 240.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Frequencia (H pu)

Z(Ohms)

Z vs ωω v(t)

Capacitores

Filtros

Sin correción

LABORATORIO DE CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICA(I.T.E.S.M.)

EQUIPO PARA MEDICION DE ENERGIAPOWER LOGIC (SQUARE-D)MEDIDORES ALPHA (ABB)OMNIPOTENCIHORIMETRO

EQUIPO PARA MEDICION DE FENOMENOS QUE AFECTANLA CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA OSCILOSCOPIOS DIGITALESPOWER LOGICREGISTRADORES DE EVENTOS

SOFTWARE PARA ANALISIS DE SISTEMAS ELECTRICOSSYSTEM MANAGERPOWER TOOLSETAPSUPERHARMATP

-180

-90

0

90

180

0 0.04 0.08 0.12

volta

je (

V)

1/2 ciclo a 3600 ciclos

-100

-50

0

50

100

0 90 180 270Grados Eléctricos

Co

rrie

nte

(A

mp

)

-200

-100

0

100

200

Vo

ltaj

e (V

olt

s)

-250

0

250

-0.05 -0.025 0 0.025 0.05tiempo (s)

volta

je (

V)

VoltajeCorrienteFundamentalQuinta

-200

-100

0

100

200

.000 .040 .080 .120

tiempo (s)

volta

je (

V)

1/2 ciclo a 3600 ciclos

Incrementos momentáneos de voltaje (“swells”)

-180

-90

0

90

180

0 0.04 0.08 0.12tiempo (s)

Vol

taje

(V

)

0

0.04

0.08

0.12

0 2 4 6 8

armónica

impe

danc

ia (

ohm

s)

hf

har

-100

-50

0

50

100

0 90 180 270Grados Eléctricos

Co

rrie

nte

(A

mp

)

-200

-100

0

100

200

Vo

ltaj

e (V

olt

s)

-250

0

250

-0.05 -0.025 0 0.025 0.05tiempo (s)

volta

je (

V)

0

25

50

75

100

0 5 10 15 20 25 30tiempo en ciclos de 60 Hz

% d

e vo

ltaje

nom

inal

CBEMA

ASD

Contactor

Límites de bajo voltaje para diferentes equipos

fase a

neutro

tierravng

+

-

vag

+

-

ITESM

-180

-90

0

90

180

0.0000 0.0083

tiempo (s)

voltaje (V)

vag

vng

fase a

neutro

tierra

-

+ ITESM

-200

-100

0

100

200

0 0.004167 0.008333 0.0125

tiempo (s)

voltaje (V)

van

van

Ruido de modo común y de modo diferencial