calidad de la energía. medición de prácticas actuales, (ica-procobre, sep. 2016)
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CALIDAD DE LA ENERGÍA MEDICIÓN DE PRÁCTICAS ACTUALES
Mtro. Enrique Balan Romero
30 de septiembre de 2016
2
Acerca de la International Copper Association
Asociación Internacional que tiene como objetivo promover el uso y
consumo de aplicaciones de cobre mediante una adecuada gestión y
aplicación de información, en beneficio de la sociedad y del medio
ambiente.
•Organización líder en la promoción del cobre a nivel mundial.
•La red ICA lleva funcionando mas de 90 años.
•50 años integrando actividades a nivel mundial.
•43 empresas miembro de nivel mundial.
•Empresas mineras de cobre que representan 60 % de la producción
mundial.
•11 de los fabricantes que utilizan el cobre y sus aleaciones mas
grandes del mundo.
•La red ICA abarca casi 500 socios a nivel mundial.
•31 oficinas en 29 países en 5 continentes
3
Acerca de la International Copper Association
Principales iniciativas
Energía sustentable (Eficiencia energética y Energías Renovables).
Construcción.
Salud, Ambiente y Desarrollo Sustentable.
Desarrollo Tecnológico y Transferencia.
Funciones de apoyo
Comunicaciones.
Inteligencia de Mercado, Datos y Cuantificación.
Apoyo Técnico y de Mercado.
Financiamiento (Estrategia de Ingresos).
Administración.
Contenido
4
• Introducción ……………………………………….. 5
• Calidad de la energía ……………….................... 9
• Solución a problemas de calidad de la energía. 13
• Prácticas actuales ……………………………....... 18
Esta presentación fue elaborada por Soluciones Integrales en Alta Tecnología en colaboración con Procobre Centro
Mexicano de Promoción del cobre A.C., con el propósito de difundir y diseminar diferentes aspectos relacionados con
ventajas y beneficios para quienes adopten o implementen las recomendaciones aquí expuestas. Ha sido preparado y
revisado por personas conocedoras del tema, sin embargo, el Centro Mexicano de Promoción del Cobre y otros
organismos participantes no se responsabilizan de su aplicación ni de la profundidad en relación al contenido aquí
expuesto, ni por cualquier daño directo, incidental o consecuencial que pueda derivarse del uso de la información o de
los datos aquí contenidos.
Introducción
5
Los disturbios eléctricos son variaciones de los parámetros eléctricos,
amenazan la operación del equipo eléctrico.
Vp sen t
Se definen en términos de amplitud, forma y duración.
Por su origen se clasifican en:
Internas Dentro de las instalaciones del usuario.
Externas Agentes externos a las instalaciones del usuario.
Fundamental
-200.0
-150.0
-100.0
-50.0
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
Fundamental
Introducción
6
Presencia de los disturbios:
Mientras se utiliza la energía eléctrica se pueden presentar cambios en
sus características básicas: Nivel y forma.
Corriente y Tensión.
Impacto hacia la carga:
Depende de la magnitud del disturbio y del tiempo de exposición a él.
No todos los equipos son sensibles a todos los disturbios. Un disturbio
eléctrico puede pasar inadvertido o puede causar un problema a cierto
equipo o tipo de equipos en particular.
Disturbio eléctrico: Evento capaz de producir anomalía o daño
en el funcionamiento de equipo eléctrico.
Introducción
7
Contenido de energía del disturbio
La mayoría de los disturbios no tiene energía o duración suficiente para
causar daño.
Protección interna del equipo del usuario (carga)
Cuentan con elementos de protección interna que permiten cierta
inmunidad a una gran variedad de disturbios, actualmente se construyen
para tolerar algunas desviaciones de los parámetros eléctricos.
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
Introducción
8
El desconocimiento del posible daño causado a la electrónica de los
medios de producción pueden conducir a la pérdida del equipamiento o
incurrir en gastos de sustitución tan elevados que pueden vulnerar la
competitividad de las empresas y poner en riesgo su permanencia en el
mercado al elevar los costos de producción o incumplir los tiempos de
entrega de productos y servicios.
Es necesario tomar medidas correctivas o de limitación
del nivel y duración de los disturbios eléctricos.
Calidad de la energía
9
La energía eléctrica se produce, generalmente, a grandes distancias del
usuario final, se transporta y distribuye después de haber pasado por
varios transformadores y no sin antes realizar un recorrido de muchos
kilómetros. Durante su transporte puede sufrir algún tipo de afectación
debido a efectos climáticos, por falla en el equipo eléctrico o por la
acción del hombre.
Calidad de la energía
10
La energía eléctrica es materia prima en la producción, debe estar a
disposición de la carga en el momento en que esta lo necesite,
cumpliendo ciertos requisitos.
• Nivel
• Forma
• Frecuencia
Si la energía eléctrica al ser recibida por la carga no cumple las
características solicitadas (dentro de cierta tolerancia) puede dañarla, no
importando esta condición, el usuario no puede regresar ésa energía al
productor, este tampoco puede retirar esa energía de la red eléctrica.
VP sen t
Es común que no se analice la fuente del daño, sólo se sustituye el equipo
Calidad de la energía
11
Definiciones
• Ausencia de interrupciones, sobretensiones, deformaciones,
variaciones de voltaje en la onda senoidal original.
• Es estabilidad de voltaje, de frecuencia y continuidad del servicio
eléctrico.
• Tensión y frecuencia dentro de límites preestablecidos
• Cualquier manifestación en tensión, corriente o frecuencia que cause
falla u operación errónea de equipo eléctrico
• Vp sen t
Calidad de la energía
12
Variables del daño o mal funcionamiento a equipo eléctrico
Magnitud del disturbio.
Duración del disturbio.
Repetibilidad del disturbio.
Aparatos eléctricos susceptibles a dañarse
Motor eléctrico.
Transformador.
Equipo de procesamiento de datos.
Impresoras.
Equipo de comunicaciones.
Aparatos eléctricos domésticos, industriales, comerciales, militares.
Algunos disturbios deterioran lentamente a la carga,
no causan falla inmediata.
13
• La solución puede no ser única.
• Para cada problema pueden existir varias soluciones con resultado
similar.
• Pueden coexistir dos o mas problemas eléctricos.
• Las soluciones adoptadas deben ser compatibles con otros
componentes del circuito.
• Es común que el mismo problema tenga diferente solución en redes
eléctricas diferentes.
• La solución debe ser óptima para los problemas presentes,
esperando que prevalezcan en el futuro.
Solución a problemas de calidad de la energía
www.cda.orgm
14
• La carga eléctrica no es estática:
Diferencias en ciclos de trabajo de la carga.
Diferencias en patrones de operación.
• La magnitud y número de armónicas en la red eléctrica de un
edificio de oficinas cambia durante una jornada laboral.
• El costo de los problemas eléctricos, su solución y grado de
atención dependen del tipo de industria.
• Tiempo de recuperación de la inversión 2-3 años.
• Costo inicial de la prevención 10-20% del costo del problema
generado.
Solución a problemas de calidad de la energía
www.leonardo.com
15
Solución a problemas de calidad de la energía
¿Porqué 180 Hz?
¿Se puede comparar con la señal de 60 Hz?
¿Cuál sería la magnitud de la THDf?
¿Porqué no hay señal de 60 Hz?
La red a la que pertenece es trifásica a 60 Hz
Medición de corriente en el neutro, fundamental 180 Hz.
Identificando el tipo de disturbio:
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Identificando la fuente del disturbio
De la red de suministro:
• Descarga atmosférica.
• Capacitores de corrección de factor de potencia.
• Conmutación de líneas en centrales de distribución.
• Otros usuarios.
De la red del usuario:
• Característica individual de consumo eléctrico de la carga.
• Cableado.
• Característica de operación del centro de consumo.
Solución a problemas de calidad de la energía
17
1ª Recomendación: enfocarse a los conductores y al sistema de tierra
física (IEEE).
IEEE Standard 1100-xxxx* IEEE Standard 142-xxxx
2ª Recomendación: Evitar interacción entre cargas (separar circuitos y
separar cargas) (www.leonardo.org).
Solución a problemas de calidad de la energía
* xxxx, año de publicación.
Prácticas Actuales
18
La Calidad de la Energía y el diseño de la instalación eléctrica
Consulta elaborado por Qualitative Responses para ICA Procobre
México
La muestra:
- Perfil: Empresas dedicadas a proyectos de instalaciones
eléctricas.
- Tamaño: 100.
- Ubicación: Nuevo León; Cd., de México; Edo., de México,
Jalisco; Chihuahua; Chiapas; Quintana Roo; Puebla.
Prácticas Actuales
19
25,8%
54,8%
14,5%
4,8%
18,2%
74,5%
5,5% 1,8%
13,5%
67,6%
13,5%
5,4%
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
70,0%
80,0%
N < L (Neutro menorque línea)
N = L (Neutro igual alínea)
N > L (Neutro mayorque línea)
(Neutro mayor o igualal doble de la línea)
OFICINAS
SERVICIOS
INDUSTRIA
¿Cómo selecciona la sección transversal del conductor neutro?
Prácticas Actuales
20
Transporta las corrientes de desbalance en sistemas polifásicos y las
corrientes armónicas denominadas triples producidas por cargas no
lineales. La selección del calibre del neutro es importante para mantener
la caída de tensión, la temperatura de operación y la diferencia de
tensión entre conductores Neutro y Tierra en niveles aceptables.
La corriente en el Neutro determina
la tensión Neutro – Tierra.
Se recomienda el Neutro del doble (diámetro) comparado con sus
fases (para casos de alto contenido de corrientes armónicas).
El conductor neutro en la calidad de la energía
Prácticas Actuales
21
51,6%
33,9%
11,3%
3,2%
56,4%
25,5%
14,5%
3,6%
45,9%
21,6% 21,6%
10,8%
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
Si No Al doble que las fasespara circuitos trifásicos
No aplica
OFICINAS SERVICIOS INDUSTRIA
En circuitos con cargas no lineales: ¿selecciona el neutro
tomando en cuenta las corrientes armónicas?
El conductor neutro en la calidad de la energía
Prácticas actuales
22
Tensión Tierra - Neutro
Refleja la caída de tensión en el neutro, debido a la IN.
Caída de tensión en el conductor de puesta a tierra por corrientes de falla
y alta impedancia en la conexión neutro – tierra.
Efecto en el equipo Causas típicas
- Operación errática. - Conexión floja en neutro.
- Baja resolución. - Conexión floja en tierra.
- Sistema no responde. - Conductor de neutro de alta Z.
- Error de paridad. - Calibre de conductor bajo.
- Reinicialización de equipo. - Corriente excesiva en neutro.
- Fallas de aislamiento.
- Corriente excesiva en conductor
de puesta a tierra.
Prácticas actuales
23
Posibles Soluciones:
- Solucionar problemas de cableado.
- Corregir falla de aislamiento.
- Incrementar el calibre del neutro.
- Agregar transformador de aislamiento.
Prácticas actuales
24
Lo podemos definir, medir y analizar
Es cualquier tensión entre los conductores neutro y tierra. Refleja la
pérdida de tensión en el neutro debido a la corriente circulante. Su valor
depende de la impedancia de la línea y la magnitud de la corriente: E = I Z
Medir Analizar
Prácticas Actuales
25
En eventos de falla de aislamiento, un conductor bajo en calibre
comparado con las fases de circuito puede generar tensión elevada entre
las líneas de neutro y tierra (se espera lo mas cercana posible a cero
volts), impactando negativamente otros equipos del usuario y los sistemas
de monitoreo de parámetros eléctricos.
Conductores de puesta a tierra de
mayor calibre disminuyen la tensión
Neutro – Tierra en eventos de falla de
aislamiento y propician el actuar de los
dispositivos de protección contra sobre
corriente.
El conductor de puesta a tierra en la calidad de la energía
Prácticas Actuales
26
Sección transversal del
conductor de puesta a tierra
59,0%
29,5%
11,5%
54,5%
40,0%
5,5%
75,7%
21,6%
2,7%
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
70,0%
80,0%
Por la tabla 250-122 de NOM-001-SEDE-2012 Igual al conductor de fase Mayor al conductor de fase
OFICINAS SERVICIOS INDUSTRIA
Tabla 250-122, NOM-001-SEDE-2012 Igual al conductor de fase Mayor al conductor de fase
Prácticas Actuales
27
electrodo electrodo
Conductor de puesta a tierra común
a diferentes sistemas o niveles.
Fuerte interacción entre equipos en
caso de corrientes de falla.
Conductor de puesta a tierra individual
por sistema, nivel o área de trabajo.
Disminuye o elimina interacción entre
diferentes sistemas o cargas del
usuario.
El conductor de puesta a tierra en la calidad de la energía
Prácticas Actuales
28
El conductor de puesta a tierra en la calidad de la energía
Conductor de puesta a tierra individual por carga. Disminuye
la interacción entre equipos en caso de falla de aislamiento.
Prácticas Actuales
29
El conductor de puesta a tierra en la calidad de la energía
En sus diseños y/o instalaciones ¿disminuye la tensión entre los
conductores neutro - tierra? ¿De qué forma?
45,9% 45,9%
8,2%
48,1% 46,3%
5,6%
54,1%
37,8%
8,1%
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
No aplica Incrementando la sección delneutro
Otro no especificado
OFICINAS SERVICIOS INDUSTRIA
¡en falla de aislamiento!
Prácticas Actuales
30
El conductor de puesta a tierra en la calidad de la energía
¿Qué valor de resistencia a tierra en sus cálculos?
OFICINAS SERVICIOS INDUSTRIA
25 Ohm 32.3% 23.6% 29.7%
10 Ohm 24.2% 41.8% 24.3%
5 Ohm 30.6% 23.6% 35.1%
Otro valor 8.1% 9.1% 2.7%
No aplica 4.8% 1.8% 8.1%
Prácticas Actuales
31
OFICINAS SERVICIOS INDUSTRIA
Mayor a 5% (menor
inversión inicial) 35.5% 25.5% 21.1%
Hasta 5 % (3% + 2%)
(¿normativo?) 33.9% 45.5% 28.9%
(NMX-AA-164-SCFI-2013) hasta
2.5 % (1.5 % + 1.0 %) 27.4% 27.3% 44.7%
Otro valor 0.0% 0.0% 2.6%
No aplico este criterio (utiliza
tablas de corriente) 3.2% 1.8% 2.6%
Conductores de fase, caída de tensión (alimentador + derivado)
Conductores de mayor calibre incrementan la eficiencia en
la transmisión de energía.
Prácticas Actuales
32
La separación de cargas evita o disminuye su interacción en corrientes de
arranque y operación normal. Algunos disturbios eléctricos cono variaciones de
tensión, impulsos de tensión y tensiones armónicas se ven reducidas con esta
práctica.
Alimentación a la carga del usuario
con alta interacción entre ellos.
Alimentación “mejorado”
con separación de cargas.
Cableado
Prácticas Actuales
33
La inclusión de transformadores de distribución y transformadores de aislamiento evitan la interacción entre cargas o sistemas diferentes.
Alimentación a las cargas con transformadores de distribución
separados y uso de transformador de aislamiento.
Cableado
Prácticas Actuales
34
61,3%
63,6%
86,5%
38,7%
36,4%
13,5%
OFICINAS
SERVICIOS
INDUSTRIA
Base: 62 casos (Oficinas) Base: 55 casos (Servicios) Base: 37 casos (Industria)
64,5%
76,4%
89,2%
35,5%
23,6%
10,8%
OFICINAS
SERVICIOS
INDUSTRIA
Si No
En baja tensión: ¿Proyecta el uso de
transformadores de aislamiento para
separar cargas? (Por ejemplo: Aire
acondicionado, elevadores y motores
separados de cargas críticas como
UPS, cómputo, telecomunicaciones,
robots).
En media tensión: ¿Proyecta el uso
de varios transformadores para
separar cargas? (Por ejemplo: Aire
acondicionado, elevadores y motores
separados de cargas críticas como
cómputo, telecomunicaciones, robots)
Transformadores
Prácticas Actuales
35
Base: 62 casos (Oficinas) Base: 55 casos (Servicios) Base: 37 casos (Industria)
85,5%
89,1%
97,3%
14,5%
10,9%
2,7%
OFICINAS
SERVICIOS
INDUSTRIA
87,1%
87,3%
91,9%
12,9%
12,7%
8,1%
OFICINAS
SERVICIOS
INDUSTRIA
Si No
En BT (Baja Tensión) ¿proyecta el uso de
diferentes tableros para separar cargas?
(Por ejemplo: aire acondicionado,
elevadores y motores separados de
cargas críticas como UPS, cómputo,
telecomunicaciones, robots, equipo
médico)
Pensando en cada carga crítica
(cómputo, telecomunicaciones, robots,
equipo médico) ¿utiliza un circuito
independiente aunque estén alimentados
por la misma fuente: Transformador o
UPS o regulador?
Centros de carga
Prácticas actuales
36
Casi todos los disturbios eléctricos (depende de los procesos productivos)
son causados en la red eléctrica interna del usuario.
Transformador
de servicio
Centro de carga Circuito multiderivado
¿Cuál es el problema, carga eléctrica,
cableado, modo de conexión, puesta
a tierra, capacidad de la fuente?
Conclusiones
37
Daño por problemas en la calidad de la energía:
Daño inmediato. Transitorios de gran magnitud como las descargas atmosféricas a
menudo resultan en daño instantáneo y catastrófico a la electrónica.
Daño latente. El calentamiento, sobre voltaje y sobre corriente, acumulan fatiga
eléctrica en la unión de semiconductores que posteriormente causará mal
funcionamiento o falla.
Molestias al sistema. El ruido eléctrico y las armónicas causan funcionamiento errático
en dispositivos electrónicos sensibles.
Objetivo de tomar acciones ante disturbios eléctricos:
Continuidad en los procesos productivos.
PARA MAYOR INFORMACIÓN:
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