8. Calidad de la potencia

8. Calidad de la potencia
Anibal T. De Almeida
Día 2
1
Temario
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•
•
•
Niveles de tensión
Desequilibrio de la tensión
Factor de potencia
Armónicos
ISR-Universidad de Coímbra 2
Calidad de la potencia
1.
Mantener los niveles de
tensión
Cuando se trabaja a menos del
95% de la tensión de diseño, es
normal que los motores pierdan
entre 2 y 4 puntos de eficiencia.
Hacer funcionar un motor por
debajo de su tensión de diseño
también reduce su factor de
Efecto de la variación de tensión en el
potencia y su eficiencia
rendimiento de los motores
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Calidad de la potencia
REDUCCIÓN DE LA AMPLITUD LA TENSIÓN
EFECTOS: REDUCCIÓN DE LA EFICIENCIA,
CAMBIOS EN PAR-VELOCIDAD, REDUCCIÓN DE LA
VIDA ÚTIL DEL MOTOR SI ESTÁ FUNCIONANDO A
PLENA CARGA.
TRANSITORIOS DE TENSIÓN
EFECTOS: REDUCCIÓN DE LA VIDA ÚTIL DEBIDO
A LAS SOBRETENSIONES Y A LAS DESCARGAS
PARCIALES.
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Calidad de la
potencia
2.
Mantener un factor de
potencia alto
Un factor de potencia bajo reduce
la eficiencia del sistema de
distribución eléctrica tanto dentro
como fuera de la instalación. Un
factor de potencia bajo surge
cuando se operan los motores de
inducción a una carga inferior a la
plena carga.
Típica curva del factor de
potencia en función de la
carga
Fuente: IEC 60034-31
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Calidad de la potencia
Sistema equilibrado
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Desequilibrio de la tensión
Definición:
El desequilibrio de la tensión está dado por:
%𝑉𝑉 =
𝑚á𝑥. 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑 𝑙𝑙 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑑𝑑 𝑙𝑙 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
× 100
𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
7
Ejemplo
L1 = 600 V
L2 = 585 V
L3 = 609 V
600 + 585 + 609
𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 =
= 598 V
3
𝑀á𝑥. 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑 𝑙𝑙 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 598 − 585 = 13 𝑉
𝟏𝟏
𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫 𝒅𝒅 𝒍𝒍 𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕 =
× 𝟏𝟏𝟏 = 𝟐, 𝟏𝟏𝟏
𝟓𝟓𝟓
8
Calidad de la potencia
3. Minimizar el desequilibrio de fase
DERRATEO (%)
Un sistema desequilibrado aumenta las
pérdidas del sistema de distribución y
reduce la eficiencia de los motores.
DESEQUILIBRIO DE LA TENSIÓN(%)
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Ejercicio
• Supongamos que tenemos un motor de 100 kW que
funciona al 75 % de la carga, 8000 horas al año y a un
desequilibrio de tensión del 2,5 %
• Calcular los ahorros si se adoptaran medidas correctoras
10
Ejercicio
Ahorros = 100 x 0,75 x 8000 x (1/0,939 - 1/0,952 ) =
= 9000 kWh
11
Calidad de la potencia
4. Mantener la calidad de la potencia
POTENCIA DISPONIBLE
(%)
El uso de potencia con formas de onda distorsionadas
degrada la eficiencia del motor.
FACTOR DE TENSIÓN ARMÓNICO (%)
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Calidad de la potencia
La distorsión de la tensión puede cuantificarse mediante la distorsión armónica
total, THD:
n
THD =
2
V
∑ k
k =2
VRMS
CAUSAS: Variadores de velocidad, rectificadores, controladores de tensión, cargas de impedancia
variable, carga de núcleo saturado (transformadores).
EFECTOS: factor de potencia bajo; mayores pérdidas y menor vida útil de cables y líneas;
aumento de la corriente de neutro; aumento de las pérdidas en la maquinaria eléctrica;
aumento de las vibraciones y del ruido acústico de los motores.
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Tipos de armónicos
• Secuencia negativa - 5º, 11º, 17º...
• Secuencia positiva - 7º, 13º , 19º...
En sistemas desequilibrados con conductor neutro
• Triple (homopolar)-3º, 6º, 9º ...
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Calidad de la potencia
5.
6.
7.
Seleccionar transformadores eficientes
Instalación de transformadores reductores eficientes y del tamaño
adecuado. Los transformadores antiguos, subcargados o sobrecargados
suelen ser ineficientes.
Identificar y eliminar las pérdidas del sistema de distribución
Compruebe regularmente que no haya conexiones malas, ni tomas a
tierra deficientes, ni cortocircuitos a tierra. Este tipo de problemas suelen
originar pérdidas de energía y peligros y reducen la fiabilidad del sistema.
Minimizar la resistencia del sistema de distribución
En las construcciones nuevas o cuando se renueva el cableado, hay que
dimensionar adecuadamente los cables eléctricos que alimentan a los
motores y están activos a casi plena carga durante muchas horas. Esta
práctica minimiza las pérdidas de las líneas y las caídas de tensión.
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Costos de la calidad de la potencia
Costos directos
•
Daños en el equipo
•
Pérdidas en la producción y en la materias primas
•
Costos salariales durante los periodos no productivos
•
Costos de nueva puesta en funcionamiento
Costos indirectos
•
Incapacidad para cumplir con los plazos
•
Pérdida de encargos futuros
Problemas no materiales
•
Inconvenientes que no pueden expresarse en dinero, como no poder
escuchar la radio o mirar televisión
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Costos de la calidad de la potencia
•
Business Week (1991) – 26 mil millones de USD al año en los Estados
Unidos
•
EPRI (1994) – 400 mil millones de USD al año en los Estados Unidos
•
Departamento de Energía de los Estados Unidos (1995) – 150 mil
millones de USD al año para Estados Unidos.
•
Fortune Magazine (1998) - Cerca de 10 mil millones de USD al año en los
Estados Unidos
•
E Source (2001) - Entre 6.000 y 80.000 USD anuales por instalación para
industrias de procesos continuos, servicios financieros y procesamiento de
alimentos en los Estados Unidos.
•
European Copper Institute (2001) – 10 mil millones de EUR al año en la
UE en la industria y el comercio.
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Costos de la calidad de la potencia
Mínimo
Industrial
Fabricación de automóviles
Goma y plásticos
Textiles
Papel
Impresión (prensa)
Petroquímica
Fabricación de metales
Vidrio
Minería
Procesamiento de alimentos
Farmacéutica
Electrónica
Fabricación de semiconductores
Servicios
Comunicación, procesamiento de la
información
Hospitales, bancos, servicios públicos
Restaurantes, bares, hoteles
Tiendas comerciales
Máximo
5
3
2
1,5
1
3
2
4
2
3
5
8
20
7,5
4,5
4
2,5
2
5
4
6
4
5
50
12
60
2
3
0,5
0,1
1
1
0,5
10
Costo de la interrupción
momentánea (1 minuto)
en $/demanda de kW
Fuente: Electrotek Concepts
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Costos de la calidad de la potencia
Costos de las interrupciones con respecto a la duración
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Gracias
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