gestión de la potencia en media tensión 2

Gestión de la Potencia en Media Tensión

Schneider Electric 2

El dilema de la energía

El dilema de la energía está para quedarse

vs Demanda energética hasta 2050

Demanda Energía Eléctrica hasta 2030

Emisiones de CO2 para evitar cambios climáticos drásticos

Los hechos Las necesidades

Fuente: IEA 2008 Fuente: IPCC 2007, figure (vs. 1990 level)

La Gestión integral de la energía es la clave para abordar el dilema


Schneider Electric


Producción & transmisión de Energía

Uso de Energía

Especialista global en gestión de Energía

Cubre el

Del consumo Mundial de

Energía

Hacer energía: •Segura •Confiable •Eficiente •Productiva •Verde

Ciclo para hacer gestión Energía


Definir y medir

● Que medir y como medir lo difícil

● Requiere una clara comprensión del consumo de energía actual y en particular del consumo excesivo

● Requiere un pronóstico preciso para identificar el consumo excesivo

● Datos de tiempo de inactividad y producción son necesarios para predecir con exactitud


Analizar y comprender

● Los datos deben ser recolectados para un análisis detallado de las causas de los picos de energía

● Los datos confiables permiten a los administradores tomar decisiones que estén alineadas con los objetivos de los KPIs corporativos y consumo de energía


Mejorar

●Una solución energética debe apoyar la evaluación comparativa del consumo de energía, hecha en varios sitios y plantas de procesamiento, una clave de mejoramiento

●Datos confiables, validados y oportunos son necesarios para reportes y realización de mejoras

●El consumo de energía debe ser visible por departamento, shift or facility


Operar y Controlar

● Se requiere información para apoyar: � El Tiempo Real de la acción correctiva � El seguimiento de los resultados de la acción

● Para mantener la mejora continua, se necesitan procesos automatizados para: � Capturar de datos � Visualizar los datos



Gestióóóón de Energíííía involucrando el concepto Smart Grid

Hidro

nfra estructura

Industria

Evolución del transfer de energía a Grid Amplia generación Consumidores

Centrales eléctricas

Fabricas

Residencial Construcción

Power Flows

Construcción Industrial

I

Red de Transmisión

Red de Distribución


an as

Evolución del transfer de energía a Grid

Generación distribuida Amplia generación Consumidores

Parque Eólicos

Centrales eléctricas

Plantas Diesel

Fabricas CHP

Residencial

Construcción Industrial Micro-generación

Almacenamiento Energía

Pl t generación virtual

Power Flows


Sou

rce:

EU

Nueva ecuación de Grid - detallada

aceleradores conductores

Creciente demanda eléctrica

Necesidad de reducir emisiones CO2 Gobierno & reguladores activos

Usuarios finales Activos

Disponibilidad de Tecnología

Restricción en redes existentes

Hacer que Smart Grid sea una realidad


Transmisión sobrecargada & infraestructura obsoleta• Apagones• Pico de situaciones criticas • Volatilidad de Precio• Problemas de Cyber-seguridad

Creciente demanda de energía… y perdidas• Pico de situaciones criticas• Robo de energía

Creciente demanda de energía

•Creciente consumo•Congestión en Transmisión •Emisiones de CO2

No regulación & Distribución de Generación• Competencia en el suministro• Integración de fuentes de energía renovables• Redes cada vez mas restringidas

Modernización infraestructura de Distribución• Redes subterráneas• Perdidas• Competencia en el suministro• Automatización

Los parámetros de la ecuación varían en


Transmisión sobrecargada & infraestructura obsoleta • Apagones • Pico de situaciones criticas • Volatilidad de Precio • Problemas de Cyber-seguridad

Creciente demanda de energía… y perdidas • Pico de situaciones criticas • Robo de energía

Creciente demanda de energía

•Creciente consumo •Congestión en Transmisión •Emisiones de CO2

No regulación & Distribución de Generación • Competencia en el suministro • Integración de fuentes de energía renovables • Redes cada vez mas restringidas

el mundo. … Que necesitamos?

Modernización infraestructura de Distribución • Redes subterráneas • Perdidas • Competencia en el suministro • Automatización

SmartGrid : 5 aéreas claves para SE

Soluciones Automatización

Transmisión Distribución

Comercial & Industrial

Residential Efficient Home

Empresas Eficientes

Generación centralizada

Utilidad de la red Consumidores

Plantas Energía renovable

Distributed Generation

Industria

Buildings

Data Centres

Residential

Infrastructure

Utilidad de la red

Empresas Eficientes (incl. EV charging

infrastructure)

Smart Generación (bulk, distributed & renewable)

Respuesta a la demanda

Viviendas Eficientes (incl. EV charging

infrastructure)

Distribución Flexible


Fu

ncc

ion

es

Funcionalidades de Smart Grid serán implementadas gradualmente

Fase 3 : De 5 a 10 años

�Gestión distribuida completa & Apertura del mercado

Fase 2 : Próximos 5 años

�Integración & flexibilidad de red

Fase 1 : Pasado para países maduros Presente para los emergentes

� Confiabilidad


PRESENT FUTURO EPASADO

Seguridad


RETIE:

• Artículo 17.9.2 define “Las celdas de media tensión, también denominadas cuadros, paneles, consolas o armarios, deben cumplir los requisitos de una norma técnica internacional, tal como IEC 62271-1, IEC 62271-200, de reconocimiento internacional como la UL347, ANSI-IEEE C37 o NTC que le aplique y demostrarlo mediante un certificado de conformidad de producto”


RETIE:

� Para prevenir accidentes por arcos internos, se deben cumplir los siguientes criterios:

•Las puertas y tapas deben tener un seguro para permanecer cerradas.

•Las celdas deben permitir controlar los efectos de un arco (sobrepresión, esfuerzos mecánicos y térmicos), evacuando los gases hacia arriba, hacia los costados, hacia atrás o dos metros por encima

•Las piezas susceptibles de desprenderse, tales como chapas o materiales aislantes, deben estar firmemente aseguradas.

•Cuando se presente un arco, no debe perforar partes externas accesibles, ni debe presentarse quemadura de los indicadores por gases calientes.

•Conexiones efectivas en el sistema de puesta a tierra.


IEC University y publicaciones de IEEE”

“Entre cinco y diez veces al día ocurre explosiones de arco en los Estados Unidos”

“Cada año, mas de 2000 personas son tratados en centros de quemaduras con daños severos de ARC-flash”


Introducción �� AArrccoo eellééccttrriiccoo....??

�� EEss llaa cciirrccuullaacciióónn ddee ccoorrrriieennttee aa ttrraavvééss ddee uunn mmeeddiioo ffííssiiccoo..

�� GGeenneerraallmmeennttee ssee pprreesseennttaa ccuuaannddoo ffaallllaa eell aaiissllaammiieennttoo eennttrree ddooss ppuunnttooss ccoonn ddiiffeerreennttee ppootteenncciiaall


Origen de fallas – Arco Interno

�� OlOlvviiddoo ddee uunnaa hheerrrraammiieennttaa ddeessppuuééss ddeell mmaanntteenniimmiieennttoo

�� AAmmbbiieennttee mmuuyy ccoorrrroossiivvoo

�� FFoorrzzaarr llooss iinntteerrbbllooqquueeooss

�� SSoobbrreetteennssiioonneess

�� FFaallllaa ddeell ssiisstteemmaa ddee pprrootteecccciióónn

�� FFaallllaa ddee uunn ccoommppoonneennttee

�� CCiieerrrreess ffoorrzzaaddooss


Consecuencias de fallas – Arco Interno

�� SSoobbrreeccaalleennttaammiieennttoo iimmppoorrttaannttee ((2200,,000000 °°CC))

�� CCrreeaacciióónn ddee ggaasseess ccaalliieenntteess yy ddee ppaarrttííccuullaass iinnccaannddeesscceenntteess

�� EElleevvaacciióónn ddee llaa pprreessiióónn

�� DDeetteerriioorroo yy ddeessttrruucccciióónn ddee ppiieezzaass

�� EExxppuullssiióónn ddee eelleemmeennttooss ((ggaasseess,, ccoommppoonneenntteess))

�� RRaaddiiaacciióónn ttéérrmmiiccaa IInntteennssaa

�� VVaappoorriizzaacciióónn ddee ccoommppoonneenntteess aaddyyaacceenntteess.. EEll ccoobbrree ssee eexxppaannddee 6677,,000000 vveecceess

�� IIggnniicciióónn ddee MMaatteerriiaalleess FFllaammaabblleess


Obligaciones para el equipamiento – Arco Interno

●Debe resistir stresses mecánicos y térmicos.

●Debe proteger al operador contra todo riesgo resultante de los efectos devastadores de un posible arco interno.

●El diseño del cubículo debe permitir contener los efectos de arcos. (extinción interna, resistencia mecánica y térmica)

� Selección de materiales no inflamables.

� Canalización de gases calientes.


ARC Flash



Square D (D.R.)

ARC Flash� ¿Qué es la energía incidente?

� Es la cantidad de energía térmica por unidad de área recibida en una superficie localizada a unadistancia específica de un arco. Se mide en cal/cm2.

� Qué es una quemadura? � Posicionando un dedo sobre la llama de un

encendedor (de Cigarrillos), durante un segundo, la exposición iguala a 1 cal/cm²

� La exposición de energía de 1 a 2 cal/cm2 causará una quemadura 2do grado en la piel humana


ARC Flash

● No se deben realizar trabajos en partes vivas o energizadas a menosque :

� Desenergizar genere una condición de riesgo adicional o mayor

� No sea posible debido al diseño del equipo o a las limitaciones en la operación

● De otra manera se presentan riesgos de:� Descarga

� Explosión� Quemaduras por calor

Cortesía de Bussman (R)aSquare D (R)


� Los estudios de flameo por arco son realizados para:

� Definir los límites de Flameo de arco

� Definir las distancias de trabajo

� Calcular la energía incidente� Seleccionar el equipo de protección

personal adecuado (EPP)� Definir e implementar políticas de

seguridad

ARC Flash


G

Sistema

IccIcc==ΣΣ IIcontribucicontribucióónn

� Estudios eléctricos de Cortocircuito� ¿Porqué es requerida la información de los estudios de cortocircuito?

ARC Flash


0.5 1 10 100 1K 10K0.01

0.10

1

10

100

1000

CURRENT IN AMPERES

mine.tcc Ref. Voltage: 480 Current Scale x10^0

TIM

E IN

SE

CO

ND

S

G

Sistema

� Estudios eléctricos de Coordinación de Protecciones� ¿Porqué es requerida la información de los estudios de coordinación

de protecciones?

Arc Flash


G

Sistema

IccIcc==ΣΣ IIcontribucicontribucióónn

tt33==f(If(Ifallafalla 33))

CaloriasCalorias==f(I,tf(I,t))

tt11==f(If(Ifallafalla 11))

tt22==f(If(Ifallafalla 22)) tt44==f(If(Ifallafalla 44)) 1515 2525 6060

ARC Flash� Estudios eléctricos de Arc Flash

� ¿En qué consiste el estudio de Arc Flash?


Arc Flash

� Los límites de riesgo de flameo por arco eléctrico se calculan para evitar que personas sin la protección adecuada trabajen dentro de las áreas de riesgo

� Los límites de riesgo de flameo por arco eléctrico se calculan para evitar que personas sin la protección adecuada trabajen dentro de las áreas de riesgo


Confiabilidad


Confiabilidad en sistemas de distribución


Productividad


El fenómeno del ArcoEl ARCO crece en tiempo de un milisegundo.La Resistencia durante la descarga del ARCO puede variar.La Energía liberada es proporcional a ~ I² x t. (véase IEEE 1584)

0 100 200 400 ms

Incendio de Cables(~600°C)

Incendio deCobre(~1100°C)

Fundición demetales(~1550°C)

I²t, kA² s

Tiempo total para cortarcon protección de ARCO:7 + (50 .. 80) ms


El daño causado por el ARCO depende de la corriente del ARCO y del TIEMPO.

0 100 200 500 ms

Poco o ningúndaño para los equipos

Equipos sufren daños

Daño extensivo al equipo

I²t, kA² s


ConsecuenciasMuchas veces el daño para los equipos es extenso:

• Pérdida del Proceso•Daño a los Equipos•Heridas

TENAGA BLAST: una persona murió y otra fue herida cuando una celda en Tenga Nasional Berhad’s 33 kV en Sungei Petani, Kedah, explosionó cuando se llevaba un trabajo de inspección el Martes.Las noticias informaron que el Sr. BalrajSingh, 29 años, ingeniero, falleció por quemaduras serias en el hospital de SungeiPetani, mientras que el Sr. Jamaludin Isamil, 44 años, sufrió quemaduras en su rostro.


Daños extensivos de celdas …


Métodos para disminuir el tiempo de arco:

• Protección convencional de sobrecorriente

• Protección diferencial de barras (87B)

• Protección basada en detección de Luz (& Corriente)


Ipre IpostIfault

• Muestreo 15-30 ms• Contacto 5 ms• Retardo 30 - 350 ms• Interruptor 50 - 80 ms

Tiempo completo de interrupción:- Salida 15+5+30+80 = 130 ms + AR - Entrada 15+5+350+80 = 450 ms

Red aterrizada con resistencia:

- Tiempos de operaciones elevados!

Subestación típica de MT/BT con protección convencional

50/51, 50/51N

50/51, 50/51N

50/51, 50/51N

50/51, 50/51N

87


Protección de Barras de alta impedancia (87B)

• TCs Extras y cableado• Ingeniería complicada incluyendo dimensionado de resistores

• Tiempo de operación típicamente :15 – 50 ms

Tiempo total típico de eliminación de la falla: 15 ms (prot)+ 80 ms (CB) = 95 ms

50/51, 50/51N

50/51, 50/51N

50/51, 50/51N

50/51, 50/51N

87

87B


Uso de sensores ópticos para la protección contra el arco eléctrico

Operación basada en• Luz & Corriente• Luz solamente

Tiempo de Operación• 2 – 7ms / sistema dedicado de protección contra arco• 15 ms / integrado en los relés numéricos de protección

&L >

I >Trip

&L > Trip


Interruptor y sección de barras dañados

Experiencia en campo, Eskom- África del Sur:ANTES de implementar protección de arco


Daño limitado a compartimento de cables

Experiencia en campo, Eskom- África del Sur:DESPUÉS de implementar protección de arco


Pruebas en laboratorio de Kema / USA:50 kA - 500 ms corto circuito sin protección de arco


Pruebas en laboratorio de Kema / USA:50 kA corto circuito con protección de arco (57 ms)


Pruebas en laboratorio de Kema / USA:50 kA corto circuito con protección de arco (50 ms)


Características del relé VAMP:•Disparo por Luz y Sobrecorriente o solamente Luz

•Medición de corriente de fases y neutro (opcional)

•Operación en zonas

•Conexión hasta 16 unidades esclavos

•Tiempo de operación 7 ms con relé

de disparo electromecánico

•Display informativo

•Supervisión Interna Completa


X1 X4

VAMP 221

AB

Zone 1 Zone 2 X3 X4X2

Zone 1Zone 2Zone 3

4c

VX001VX001

VX001

3L 3L

Zone 3

CBFP (L> & I> int) CBFP (L> & I> ext)

2 Incomers 3 ARC Zones

X1

VAMP 221

X4X1 X4

A B

Zone 1 Zone 2 X3 X4X2

VX001VX001

VX001

3L 3L

Zone 3

CBFP (L> & I> int) CBFP (L> & I> ext)

X1

4c

Aplicaciones


• Selectividad para sistemas de varias entradas• Sensor puntual, fácil instalación y reemplazo, localización de falla • Sensor fibra óptica para celdas de BT y ductos de barras

Aplicaciones


Ejemplo de instalación de los sensores


Sensor Portátil

- Seguridad Extra durante el trabajo


Sensores de humo pueden ser conectados a las entradas de los relés de arco


Protección de Arco en el relé de protección


Situación normal:El transformador principal alimenta la barra.

I>

&

El sensor transfiere la información de luz al relé en 1ms.

El flujo de corriente de falla.

Luz y corriente :DISPARO!

La falla de arco sucede en elcompartimiento de cablesSolamente se dispara el alimentador fallado. La barra y otros alimentadores continúan energizados.

Ejemplo 1


I> &El sensor de compartimiento de interruptor transfiere la información de luz al relé en 1 ms.

Luz y corriente:DISPARO!

La falla sucede en el interruptor de salida

El relé de salida no mide la corriente de falla. Entonces, la información de luz es transferida a la entrada principal.

El flujo de corriente de falla.Se dispara el interruptor principal por que el interruptor de salida falló.

Ejemplo 2 Situación normal:El transformador principal alimenta la barra.


I> &

El sensor transfiere la información de luz a la unidad maestro vía la unidad de esclava en 1 ms.Luz y corriente:DISPARO!

La falla de arco sucede en la barra.

El flujo de corriente de falla.

Se dispara el interruptor de la entrada principal porque la falla esta en la barra.

Ejemplo 3 Situación normal:El transformador principal alimenta la barra.


�Auto- supervisión total del sistema:• Unidades• Sensores de arco !!!• Cables• Indicación en caso de falla

�Selectividad:• Alimentador• Zona

�Localización de falla:• Indicación de posición

Confiabilidad del sistema


CONCLUSIONES:• Disparo por Luz y Sobrecorriente o solamente Luz

• Medición de corriente de fases y neutro

• Operación en zonas

• Tiempo de operación 7 ms con reléde disparo electromecánico

• Display informativo

• Supervisión Interna Completa

• Puede ser combinado con otros relés de VAMP


Eficiencia


Transformadores de Distribución en Aceite (ODT)Alta Eficiencia ( HE+)Hasta 1250kVA 36Kv, 50/60Hz


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gestión de la potencia en media tensión 2

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