CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO...

CALIDAD DEL SERVICIO CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICOELÉCTRICO““EFECTOSEFECTOS””

Magda Liliana Ruiz Ordóñez

OBJETIVOSOBJETIVOS••ObjetivosObjetivos

••IntroducciónIntroducción

••InterrupcionesInterrupciones

••HuecosHuecos

••SobretensionesSobretensiones

••ArmónicosArmónicos

••ConclusionesConclusiones

Reconocer los diferentes eventos que alteran

la calidad del servicio eléctrico.

Estudiar el impacto “los efectos” de los

eventos en los equipos eléctricos.

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN••ObjetivosObjetivos



••HuecosHuecos




INTRODUCINTRODUCCCIIÓÓNN••ObjetivosObjetivos



••HuecosHuecos




“Cualquier perturbación que se manifieste en

tensión o corriente o las desviaciones de

frecuencia que tengan como resultado un fallo o

mala operación de un equipo”

R.C. Dugan, M.F. McGranaghan, H.W.. Beaty

“Electrical Power Systems Quality” McGraw-

Hill 1996

Definición de un problema de Definición de un problema de calidad de potenciacalidad de potencia

••ObjetivosObjetivos



••HuecosHuecos




Parámetros Asociados a la Parámetros Asociados a la Calidad de ondaCalidad de onda

Parámetros que definen la onda de

tensión

Amplitud Variaciones de amplitud

LentasRápidas

HuecosImpulsos

Simetría Desbalance de fases

Frecuencia Exceso o defecto de capacidad

Forma Deformación de la onda

Armónicos

Perturbaciones que le afectan




••HuecosHuecos




Comparativo de PerturbacionesComparativo de Perturbaciones

HUECOS DE TENSIÓN57%

CORTES BREVES7% SOBRETENSIONES

15%

T.IMPULSIONALES21%

28

0

75

87

10

20

75

66

5

14

3

13

03

04

02

0

52

0 04

03

0

6

1

6

02

0 0 0

12

3 4

0

8

2 36

23

2

85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

EVEN

TOS

JUN

IO

JULI

O

AGO

STO

SEPT

IEM

BRE

OC

TUBR

E

NO

VIEM

BRE

DIC

IEM

BRE

ENER

O

FEBR

ERO

MAR

ZO

ABR

IL

MAY

O

HUECOS DE TENSIÓN

CORTES BREVES

SOBRETENSIONES

T.IMPULSIONALES

Perturbaciones durante un añoPerturbaciones durante un año

InterrupcionesInterrupcionesDefinición

Existencia o no de tensión en el punto de conexiónSe tienen en cuenta las > de 3 minutos

Suelen necesitar reparación de tramos,

elementos o al menos inspección




••HuecosHuecos




InterrupcionesInterrupciones

Númeroy

Duración

$TIEPI NIEPI

∑∑

==PI

HPITIEPI

k

iii

1

∑∑

==PI

PINIEPI

k

ii

1




••HuecosHuecos




InterrupcionesInterrupciones

Clasificación N° Horas N° Interrupcioneszona urbana 4 8zona semiurbana 8 12zona rural concentrada 12 15zona rural dispersa 16 20

Clasificación N° Horas N° Interrupcioneszona urbana 6 12zona semiurbana 10 15zona rural concentrada 15 18zona rural dispersa 20 24

Media tensión (de 1 a 36 Kv)

Baja tensión (menor o igual a 1 Kv)




••HuecosHuecos




Evolución de la energía no Evolución de la energía no suministradasuministrada

0

200

400

600

800

1000

1994 1995 1996 1997 1998

MWh

0.00

0.60

1.20

1.80

2.40

3.00min

Energía no suministrada (MWh)Tiempo de interrupción medio (min)

Evolución de la energía no suministrada y

del tiempo medio de interrupción en España (fuente REE)••ObjetivosObjetivos



••HuecosHuecos




COSTECOSTECoste de consecuencia directa (en un industria la parada de un proceso productivo, la pérdida de bienes como alimentos congelados)Importante también son costes directos las medidas que se tomen para paliar el efecto de la falta de calidad (la instalación de un sistema de alimentación ininterrupida SAI)

COSTECOSTEEl suministro de electricidad también es un suministro de comodidad:

Cuánto se valora poder subir o no uno, dos o más pisos en ascensor?

Tener que poner una y otra vez todos los despertadores conectador a la red

PROBLEMAS PROBLEMAS Determinar los costes ocasionados a los clientes (que tipo de cliente?)Según el tipo de cliente son distintosPrimera distinción:

SOLUCIÓNSOLUCIÓNValorizar la falta de calidad utilizada como criterio de FIABILIDAD en planificación de los sistemas de energía eléctrica.Índice elegido

Solo incluye el aspecto de continuidad del suministro, no tiene valorización distinta entre cada cliente, dando un único valor

MetodologíaMetodologíaCuánto invertiría en pólizas de seguros para proteger la producción de las interrupciones?Que cuantía?Qué medida tomaría para protegerse frente a eventuales interrupciones: velas, linternas, SAI,...

MetodologíaMetodologíaNormalizar el Customer Interrupction Costs (CIC)Cómo?

1. Obtener la demanda punta o le energía consumida por el cliente CDF (Customer Damage Function)

2. Calcular SCDF (Sector Customer Damage Funtion): coste medio que sufre un cliente del tipo considerado

Costo estimado de energía no Costo estimado de energía no consumidaconsumidaMes 1997 1998 1999 2000 2001

Enero 271,594 318,123 344,388 373,648Febrero 280,502 323,531 352,309 380,710Marzo 287,795 326,572 358,333 386,344Abril 296,141 329,119 361,916 390,787Mayo 300,761 330,699 363,798 392,428Junio 304,430 331,625 363,726 392,585Julio 305,861 332,653 363,580 392,585Agosto 305,953 334,316 364,744 392,585Septiembre 306,840 335,420 366,312 392,585Octubre 307,914 336,594 366,861 392,585Noviembre 265,2 308,437 338,209 368,072 392,585Diciembre 266,81772 311,244 340,002 369,765 392,585

datos suministrados por SSD CI $/kWh

Coste de inversiones en Coste de inversiones en mejora de la calidadmejora de la calidad




••HuecosHuecos




Curva de costes de inversión en función de lasvariables de decisión de las Distribuidoras

Cos

tes

de in

vers

ión

(Pta

)

Inversiones de primeramagnitud

Inversiones de segundamagnitud

1 sub..........n sub 1 lin .... .. .. ... n lin 1 sel ... ... .. .. .. n sel

Curva de mejora del TIEPICurva de mejora del TIEPI

10,75

0,61 0,53

00,20,40,60,8

11,2

0 1 2 3 4

Decisiones de inversión de la Dsitribuidora

TIEP

I (p.

u.)

Inversiones de primeramagnitud

Inversiones de segundamagnitud

sel sel sel

FUNCIONES VECFUNCIONES VECVALORACIÓN ECONÓMICA DE LA CONTINUIDAD (VEC)Se asocia a cada aspecto de calidad un coste, de forma que se puedan sumar los costes de los distintos índices y obtener por tanto un valor único de coste para la calidad.La ENS es incompleta solo tiene en cuenta la duración de las interrupciones sin tener en cuenta el número

PI: Potencia isntaladaTIEPINIEPIDMI: duración media de una interrupciónA(DMI): Coeficiente de coste del kVA interrumpido, valora el # de interrupcionesB: coeficiente de coste del kVA no suministrado, valora el tiempo de interrupción

FUNCIONES VECFUNCIONES VEC( ) ( ) PITIEPIBPINIEPIDMIADMINIEPITIEPIfVEC +=,,

HuecosHuecos

0 100 200 300 400 500020406080

100120

HUECO DE TENSIÓN

TIEMPO (ms)

VOLT

AJE

EFIC

AZ (%

)

U∆t∆

HU

Definición ••ObjetivosObjetivos



••HuecosHuecos




66

1 0 0

97

20

6 3

18

5

14

5 7 6 3 4 70 2

80 1 0 2 3 1 1

9

0

1 0

20

30

40

50

60

70

80

90

1 00

0,01 a 0,1 seg. 0,1 a 0,5 seg. 0,5 a 1 seg. 1 a 3 seg. 3 a 20 seg. 20 a 60 seg. 60 a 1 80 seg.

10% a 30% 30% a 60%

60% a 100% <100% (c.breve)

HuecosHuecos

HuecosHuecos

HuecosHuecos1ϕ




••HuecosHuecos




Rizado de la tensión DC

Tensión DC durante el periodo de descarga

Tiempo de tolerancia

CV2PT

20

=ε

( )Tt41VtV 0 ε−−=

T4V1t

2min

max ε−

=

HuecosHuecos••ObjetivosObjetivos



••HuecosHuecos




HuecosHuecosCurvas de Tolerancia

0.1 1 10 100 1000

0

20

40

60

80

100

120

140

Duración en ciclos (60 Hz)

Mag

nitu

d en

por

cent

aje

del v

alor

nom

inal

CBEMA ITIC




••HuecosHuecos




HuecosHuecos

HuecosHuecosCurvas de Tolerancia (ejemplos)

0102030405060708090

1 2.5 5 7 10 20Ciclos

Mag

nitu

d en

por

cent

aje Ctrl Temp agua

Ctrl Temp agua

Ctrl AC

Ctrl de motor

PLC

PLC

Ctrl AC




••HuecosHuecos




HuecosHuecosControl AC3ϕ

50Hz 50Hz ACAC AC

DC

DC

AC

Frecuencia Frecuencia variable variable

PWMPWM

LC

Ctrl

2

2

fV

MAX =τ




••HuecosHuecos




Huecos balanceados

HuecosHuecos

( ) tCPVtV 22

0 −= ( )2202 MINVV

PCt −=

( ) ( ) ( )( )mSt

VVKWFt

81.1

560620862

4400 22

=

−=µ

Un controlador tiene un V nominal de 620 V y

una capacitancia de 4400 µf. Potencia de 86

KW y un hueco de 560 V




••HuecosHuecos




Tamaño del CondensadorHuecosHuecos

( )22

0

2MIN

MAX

VVtPC

−=

( )( )( ) ( )

FmSKWC 12.1560620500862

22 =−

=

V=620 V; C=4400 µf; P=86 KW; Sag=560 V; para un tiempo de 500 mS

Costo 1.12F es $ 200.000

área=2.5x18 m2 y 60 cms de altura




••HuecosHuecos




Huecos desbalanceadosHuecosHuecos

1

0.8

0.6

0.4

1

0.5

-0.5

-1

0

1

0.5

-0.5

-1

0

1

0.8

0.6

0.4

100%

66%

91%

50%

C grande C pequeño Sin C

BUS DC

BUS AC

Fase R Fase S Fase T




••HuecosHuecos




Influencia del tamaño del condensador

HuecosHuecos

dtdVV

PC0

=

C grande C pequeño Sin C




••HuecosHuecos




HuecosHuecosHuecos Balanceados

El hueco causa una caída de tensión en los terminales del motor

( )mechelecJdtd ττωω −=

2

21

0

0

ωωω −

=s

tHVt

dtdss ∆

−=∆=∆

21 2ω f angular a υn

H cte inercia




••HuecosHuecos




HuecosHuecos

2.5 ciclos 5 ciclos 7.5 ciclos 10 ciclos

Para H=0.96 sec

tHVt

dtdss ∆

−=∆=∆

21 2

Huecos desbalanceados

C grande da balance a los terminales del motor




••HuecosHuecos




HuecosHuecosControlador DC

50Hz 50Hz ACAC AC

DC

AC

DC

AC

DC

Field

Armature

Firing angle

Firing angle

fff IRV = aaa IREV += fma IkEV ω=≈

f

af

m VV

kR

=ω




••HuecosHuecos




HuecosHuecosBalanceados

Ia If υDesbalanceados

υ




••HuecosHuecos




HuecosHuecosSalto en el ángulo de fase

0 1 2 3 4 5-1

-0.5

0

0.5

1

Tiempo en ciclos

Tens

ión

enpu




••HuecosHuecos




HuecosHuecosEquipos sensibles a los huecos

Ordenadores

Iluminación

PLC’s

Controladores de robotica

Motores

Controladores

Disparo de relés de mínima tensión




••HuecosHuecos




0 0 .0 2 0 .0 4 0 .0 6 0 .0 8 0 .1-1 .5

- 1

-0 .5

0

0 .5

1

1 .5

V

Ciclos

SobretensionesSobretensionesDefinición ••ObjetivosObjetivos



••HuecosHuecos




Fase aFase b

Fase c

210 kA

70 kA / fase35 kA en cada dirección

Punto de impacto del rayo

Autoválvula de descarga (21 kA)

Conjunto de casas u oficinas

14 kA hacia la casa / oficina

SobretensionesSobretensiones

SobretensionesSobretensiones

SobretensionesSobretensionesRedes eléctricas y equipos

Tensión dechoque




••HuecosHuecos




SobretensionesSobretensionesEquipos receptores

Rectificadores con diodos

Controladores de velocidad•Tiristores•Triacs•GTÓ’s

Instrumentación




••HuecosHuecos




ArmónicosArmónicosDefinición

Los armónicos son perturbaciones de baja frecuencia que se presentan en la forma de onda




••HuecosHuecos




ArmónicosArmónicos( ) ( )∑ ++=

∞

=100 cos

kkk tkDatf θω

22

kkk CBD +=

Simetría de media ondaSimetría de media ondaDependiendo de la simetría algunos coeficientes son cero

( )

±−=

2Ttftf

parkBparkC

k

k

00

==




••HuecosHuecos




Amplitud

Amplitud

FrecuenciaFrecuencia

Amplitud

Amplitud

TiempoTiempo

Dominios del Tiempo y de la Frecuencia (jDominios del Tiempo y de la Frecuencia (jωω))

t

A

ArmónicosArmónicos

Fundamental

3 armónico

50 Hz1 rango 150 Hz

3 rango




••HuecosHuecos




ArmónicosArmónicosLa distorsión de la sinusoide fundamental, ocurre en múltiplos de la frecuencia fundamental

Hznfarmónica 50×=

3 armónico f=3 x 50=150 Hz

Señal resultante

Fundamental 50 Hz

t




••HuecosHuecos




ArmónicosArmónicos

Superposición de una fundamental (50 Hz) y dos armónicos (3 y 5)




••HuecosHuecos




ArmónicosArmónicosCaracterización

00 0.0050.005 0.010.01 0.0150.015 0.020.02 0.0250.025 0.030.03 0.0350.035--150150

--100100

--5050

00

5050

100100

150150

δδMAXMAX

Tens

ión

Tens

iónff

(( vol

tvo

lt ))

tiempo (tiempo (segseg))

Forma de la onda distorsionada Forma de la onda distorsionada y fundamental y fundamental

1

2

2

V

VIDA

n

ii

V

∑= =

1

2

2

I

IIDA

n

ii

I

∑= =




••HuecosHuecos




ArmónicosArmónicosCargas lineales

i(t)

v(t) R

TiempoTiempoC

orri

ent

Cor

rien

tee

Cargas no lineales

¿Cómo se generan los armónicos?••ObjetivosObjetivos



••HuecosHuecos




Compatibilidad Compatibilidad Electromagnética Electromagnética o CEMo CEM

Habilidad de un equipo o sistema de funcionarsatisfactoriamente en su entorno electromagnético sin producir perturbaciones electromagnéticas intolerables en dicho ambiente




••HuecosHuecos




Nivel de Susceptibilidad Nivel de Susceptibilidad (mal funcionamiento)

Nivel de perturbación

Nivel de Nivel de emisiónemisión

00

Nivel de inmunidad Nivel de inmunidad (puede soportar)

Margen de inmunidadMargen de inmunidad

Nivel de CEMNivel de CEM

Compatibilidad Compatibilidad Electromagnética Electromagnética o CEMo CEM

El nivel de inmunidad de cada aparato debe ser tal que su entorno no lo perturbe y su nivel de emisión debe ser lo suficientementebajo como para no perturbar a los aparatos situados en su entorno electromagnético




••HuecosHuecos




ArmónicosArmónicosEfectos

( )2

fpu fpuI R ( )2

hpu hpuI R∑

2

dimfpu

base

I RI

Pérdidastotales

Pérdidasfundamental + Pérdidas

armónicos =

+ =

Reducción de Dimensionamiento en Conductores••ObjetivosObjetivos



••HuecosHuecos




ArmónicosArmónicosMedición incorrecta de reactiva

Potencia instantánea en cuadraturaPotencia instantánea en cuadratura

0 1 2 3 4 5 6 7-400-300-200-100

0100200300400

t

pq(t)

Potencia instantánea desfasadaPotencia instantánea desfasada

0 1 2 3 4 5 6-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

t

pd(t)

La potencia activa =288W

Qf = V*Iq = 251,1063

0973,38222 =+= fQPS

Qd = V*Id = 205,1343

5875,35322 =+= dQPS




••HuecosHuecos




ArmónicosArmónicosOperación incorrecta de protecciones

V(t)

VC(t)

Coincidencia

θ

θ

El Relé DEBERÍA OPERAR

Θ < 90°

Pueden causar coincidencias menores de 4 mS, provocando que el Relé NO OPERE CUANDO DEBIERA.




••HuecosHuecos




En transformadoresArmónicosArmónicos

Calentamiento por flujos••ObjetivosObjetivos



••HuecosHuecos




Interferencia en líneas telefónicasArmónicosArmónicos

21

1

2TIFHIIT Producto

∑

=•=

H

h

21

1

2TIFHkVkVT Producto

∑

=•=

Hh

Influencia en Corriente

Influencia en Tensión




••HuecosHuecos




ArmónicosArmónicosSuperposición de torque en los motores

max

max

max

( 120)( 120)

a

b

c

i I Cos wti I Cos wti I Cos wt

== −= +

)120(cos)120(cos)120(cos)120(cos

coscos

máx1

máx1

máx1

++=−−=

=

wtFFwtFF

wtFF

c

b

a

θθ

θ

Corrientes del estator(frecuencia fundamental)

Fuerzas magnetomotrices




••HuecosHuecos





)120(3)120(3

3

33

33

33

+=−=

=

wtCosIiwtCosIi

wtCosIi

cc

bb

aa

)3603(cos)120(cos)3603(cos)120(cos

3coscos

33

33

33

++=−−=

=

wtFFwtFF

wtFF

mc

mb

ma

θθ

θ

( )3 3 3 31( , ) 02 a b cF t F F Fθ = + + =

Armónico 3 ••ObjetivosObjetivos



••HuecosHuecos





Armónico 5

)120(5)120(5

5

55

55

55

−=+=

=

wtCosIiwtCosIi

wtCosIi

mc

mb

ma

)1205(cos)120(cos)1205(cos)120(cos

5coscos

55

55

55

−+=+−=

=

wtFFwtFF

wtFF

mc

mb

ma

θθ

θ

]5 5 5 5 53( , ) [cos ( 5 )2a b c mF t F F F F wtθ θ= + + = +




••HuecosHuecos




] [ ]

[ ]

máx 5

7

3 3( , ) [cos ( ) cos( 5 )2 2

3 cos( 7 )2

m

m

F t F wt F wt

F wt

θ θ θ

θ

= − + + +

− +K

Fuerza Magnetomotriz

Corriente del Rotor

rItF *),(θατ

1 5 7cos cos(6 ) cos(6 )r r r rI I swt I s wt I s wt= + − + + +K





••HuecosHuecos




Probabilidad de resonancias serie y paraleloProbabilidad de resonancias serie y paralelo

Envejecimiento y reducción de vida útil de equiposEnvejecimiento y reducción de vida útil de equipos

Probabilidad de operación incorrecta deProbabilidad de operación incorrecta deRelésRelésControladoresControladoresContadores Contadores

Incremento de pérdidasIncremento de pérdidas

Incremento de ruido e interferenciaIncremento de ruido e interferencia

Existencia de torques vibratorios y de frenadoExistencia de torques vibratorios y de frenado

Saturación de TransformadoresSaturación de Transformadores

Reducción de la eficiencia del sistemaReducción de la eficiencia del sistema

ArmónicosArmónicos••ObjetivosObjetivos



••HuecosHuecos




ConclusionesConclusiones

El principal efecto de la falta de calidad es la salida de sistemas de control de procesos con ordenes erróneas.

La interrupción de estos procesos causan grandes pérdidas de tipo económico.

La apertura de relés hacen que se detengan procesos industriales.




••HuecosHuecos




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