Informe Calidad Energía

INFORME TÉCNICO

MEDICIÓN TRIFÁSICA DE CALIDAD DE ENERGÍA Sub-Estación de Estación de Bombeo Nº 2

CLIENTE: EMPRESAS CONSORCIO ACIDUCTO S.A.

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TAB LA DE CONTENIDOS CONTENIDOS

01.- Antecedentes 02.- Medición de frecuencia (Hz) 03.- Medición de Voltaje (Fase-Neutro) 04.- Medición de Voltaje (Fase-Fase) 05.- Medición de corriente (A) 06.- Potencia (KVA, KW y KVAR) 07.- Energía (Kwh) 08.- FP Y DFP 09.- Distorsión Total de Armónicos de Voltaje (T HDv) 10.- Distorsión Individual de Armónicos de Voltaje (Uh) 11.- Distorsión Total de Armónicos de Corriente (THDi) 12.- Distorsión Individual de Armónicos de Corriente (Ah) 13.- Conclusiones Generales

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1.- ANTECEDE NTES 1.1.- I ntr oducción En el marco de las mejoras y mantenimiento que realiza periódicamente la empresa Consorcio Aciducto S.A., a sus instalaciones, ha requerido el servicio de mediciones de calidad de energía eléctrica en la Sub-Estación de 150 KVA asociada a la Estación de Bombeo Nº 2. Las mediciones fueron realizadas entre los días 18 y 25 de agosto de 2015 Las instalaciones de la empresa Consorcio Aciducto S.A se  encuentran emplazadas entre Chuquicamata y Radomiro Tomic, II Región.

1.2.- L ugar específico de la medición La medición fue realizada aguas abajo de la Sub-Estación de 150 KVA y a la entrada del TDF que suministra energía a la Estación de Bombeo Nº 2.

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1.3.- Pr opósito de l as mediciones de cali dad de energía La proliferación de equipos de control, electrónica de potencia y automatización han aumentado los problemas de confiabilidad en la producción. Los equipos electrónicos son una fuente de perturbaciones para la calidad d e la energía eléctrica, debido a que distorsionan las ondas de tensión y corriente. Por otro lado los equipos de control y automatización son muy sensibles a la distorsión o magnitud de la onda de tensión, por lo que una variación en la calidad de la energía eléctrica, puede ocasionar fallas que podrían parar la producción, ocasionando tiempo perdido y costos de producción inesperados. El estudio de calidad de energía es indispensable para identificar y medir las perturbaciones que pudiesen existir en la red eléctrica, luego es posible dar soluciones precisas a cada caso.

1.4.- Nor mas A continuación se enumeran las normas y decretos que serán considerados en la elaboración del presente análisis.  

D.S.N° 327/1997 IEEE 519

1.5.- Etapas del presente estudio de cal idad de energía elé ctr ica El estudio se realiza en las siguientes etapas: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Levantamiento en terreno de los puntos a medir Instalación de instrumentos de medida Retiro de instrumentos de medida Análisis de datos registrados Edición del informe técnico Entrega y explicación del informe técnico al cliente.

1.6.- In str umento uti li zado Se utilizó el siguiente analizador trifásico de calidad de en ergía: 

Marca: AEMC, Modelo PowerPad 8335 (USA)

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2.- MEDICIÓN DE FRE CUE NC IA (Hz) 2.1.- Defi ni ción En un sistema eléctrico, la generación y la demanda deben ser iguales en todo momento. La frecuencia mide el equilibrio entre la generación y la demanda. La frecuencia del sistema es resultado de la velocidad de los rotores de los generadores. Si la generación fuera mayor que la demanda la frecuencia aumentaría. Por el contrario, si la generación fuese menor que la demanda la frecuencia disminuiría.

2.2.- Val ores de Referenci a Decreto Supremo N° 327/1997, Rango aceptado: Entre 49,8 y 50,2 el 94 % del periodo de 7 días de medición.

2.3.- Causas que ori gin a variaciones de frecuenci a  En condiciones normales de funcionamiento, la capacidad de generación conectada a una red eléctrica es superior al consumo. Para ello, se mantiene una reserva de energía ro dante, es decir, una capacidad no utilizada que puede compensar las variaciones bruscas de carga y mantener la frecuencia dentro de un margen de tolerancia. No obstante, son posibles condiciones excepcionales en las que se produzca un desequilibrio importante entre la generación y la carga, dando lugar a una variación de la frecuencia. Pueden darse los siguientes casos: 1. L a carga es superi or a la generación . En este caso, la frecuencia disminuye. Su velocidad de caída dependerá: a. De la reserva de energía rodante.  b. De la constante de inercia del conjunto de los generadores conectados a la red.

2. L a carga es inf eri or a la generación. En este caso, la frecuencia aumenta. El equilibrio se restablece mediante un proceso análogo al anterior, actuando sobre los sistemas de regulación de los alternadores  para disminuir su capacidad de generación. El equilibrio se alcanza de forma mucho más sencilla que en el caso anterior.

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2.4.- Gr áfico de F recuencia (H z)

2.5 Observaciones y/o comentar ios de la M edici ón de Fr ecuencia La frecuencia se mantuvo dentro del rango de 49,8 y 50,2 Hz más de un 94 % del tiempo de medición que establece el D.S. 327/1997, por lo tanto esta variable cumple las exigencias establecidas por norma. Sin embargo se pueden apreciar variaciones de frecuencia en el gráfico anterior, estas variaciones no están relacionadas con el consumo en la sub-estación bajo prueba, sino que, es por conexión y desconexión de grandes cargas conectadas en otro punto aguas arriba a la misma red de media tensión. Cabe hacer presente que en esta aplicación, no hay conectados aguas abajo equipos electrónicos que utilicen la frecuencia como referencia de tiempo, el motor conectado lo hace a través de un VDF, evitando variaciones de velocidad, vibraciones y potencia.

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3.- MED ICIÓN DE VO L TA J E (FAS E - NEUTRO) 3.1.- Defi ni ción La estabilidad de voltaje se define como la capacidad que tiene un Sistema Eléctrico de Potencia para mantener una magnitud de voltaje estable en todos los nodos del sistema, bajo condiciones normales de operación y después de estar sujeto a  perturbaciones.

3.2.- Val ores de Referenci a Decreto Supr emo N° 327/1997 A rt ícu lo 243 .-   La norma técnica fijará las magnitudes de la tensión nominal de 50 Hz. El proveedor del servicio deberá indicar explícitamente a cada usuario, la tensión en el  punto de conexión entre ambos, en adelante punto de conexión. Las variaciones u holguras permitidas de la tensión nominal en el punto de conexión, serán las siguientes: a) En Baja Tensión (BT):    Excluyendo períodos con interrupciones de suministro, el valor estadístico de la tensión medido de acuerdo con la norma técnica correspondiente, deberá estar dentro del rango de -7,5% a +7,5% durante el 95% del tiempo de cualquier semana del año o de siete días consecutivos de medición y registro. b) En Med ia Tensión (MT):   Excluyendo períodos con interrupciones de suministro, el valor estadístico de la tensión medido de acuerdo con la norma técnica correspondiente, deberá estar dentro del rango -6,0% a +6,0% durante el 95% del tiempo de cualquiera semana del año o de siete días consecutivos de medición y registro.

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3.3 Gráfico de Vol taje, fase R (azul ), F ase S (negro) y F ase T (r ojo)

3.4 Observaciones y/o Comentar ios de la M edici ón de Vol taje El voltaje entre Fase y Neutro cumple los límites establecido por el DS 327/1997 (203,5 a 236,5 VAC). En el gráfico se puede apreciar series de fluctuaciones esporádicas o repetitivas, estas son  producidas por cambios cíclicos o aleatorios de cargas en la red, en este caso aguas arriba de la red, debido a que estas se mantienen en los momentos en que el aciducto se encuentra detenido. La manera de proteger los equipos electrónicos y de control es a través de UPS´s robustas de doble conversión Online, lo que permitirá mantener a la entrada del sistema de control un voltaje constante y una onda sinusoidal pura con una distorsión total de armónicos de voltaje (THDv) < 5 %, lo que permitirá aumentar la vida útil del sistema de control y del mismo modo aumentar la confiabilidad y disponibilidad del p roceso. Por otra parte, es recomendable instalar supresores de transientes trifásicos en la barra del tablero de distribución, esta mejora permitirá no exponer al VDF, UPS y equipos electrónicos a transitorios de alto voltaje de origen atmosférico, caídas de postes que soportan la línea de media tensión o por transitorios de voltajes provocados en procesos existentes en otras  plantas conectadas aguas arriba en la misma red eléctrica.

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4.- MED ICIÓN DE VO L TA J E (FAS E - FAS E) 4.1.- Defi ni ción La estabilidad de voltaje se define como la capacidad que tiene un Sistema Eléctrico de Potencia para mantener una magnitud de voltaje estable en todos los nodos del sistema, bajo condiciones normales de operación y después de estar sujeto a  perturbaciones.

4.2.- Val ores de Referenci a Decreto Supr emo N° 327/1997 A rt ícu lo 243 .-   La norma técnica fijará las magnitudes de la tensión nominal de 50 Hz. El proveedor del servicio deberá indicar explícitamente a cada usuario, la tensión en el  punto de conexión entre ambos, en adelante punto de conexión. Las variaciones u holguras permitidas de la tensión nominal en el punto de conexión, serán las siguientes: a) En Baja Tensión (BT):    Excluyendo períodos con interrupciones de suministro, el valor estadístico de la tensión medido de acuerdo con la norma técnica correspondiente, deberá estar dentro del rango de -7,5% a +7,5% durante el 95% del tiempo de cualquier semana del año o de siete días consecutivos de medición y registro. b) En Med ia Tensión (MT):   Excluyendo períodos con interrupciones de suministro, el valor estadístico de la tensión medido de acuerdo con la norma técnica correspondiente, deberá estar dentro del rango -6,0% a +6,0% durante el 95% del tiempo de cualquiera semana del año o de siete días consecutivos de medición y registro.

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4.3 Gráfico de Vol taje, fase R (azul ), F ase S (negr o) y F ase T (r ojo). Se captur a el cor te de energía.

4.4 Gráfico de Vol taje, fase R (azul), F ase S (negro) y F ase T ( rojo). Se captur a la conexi ón de voltaje.

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4.5 Observaciones y/o Comentar ios de la M edici ón de Vol taje El voltaje cumple los límites establecido por el DS 327/1997 (351,5 a 408,5 VAC), en el gráfico 4.4 se puede apreciar que el nivel de voltaje durante la conexión es correcto. En el gráfico se puede apreciar series de fluctuaciones esporádicas o repetitivas, estas son  producidas por cambios cíclicos o aleatorios de cargas en la red, en este caso aguas arriba de la red, debido a que estas se mantienen en los momentos en que el aciducto se encuentra detenido. La manera de proteger los equipos electrónicos y de control es a través de UPS´s robustas de doble conversión Online, lo que permitirá mantener a la entrada del sistema de control un voltaje constante y una onda sinusoidal pura con una distorsión total de armónicos de voltaje (THDv) < 5 %, lo que permitirá aumentar la vida útil del sistema de control y del mismo modo aumentar la confiabilidad y disponibilidad del p roceso. Por otra parte, es recomendable instalar supresores de transientes trifásicos en la barra del tablero de distribución, esta mejora permitirá no exponer al VDF, UPS y equipos electrónicos a transitorios de alto voltaje de origen atmosférico, caídas de postes que soportan la línea de media tensión o por transitorios de voltajes provocados en procesos existentes en otras  plantas conectadas aguas arriba en la misma red eléctrica.

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5.- MEDICIÓN DE CO RRIEN TE (A ) 5.1 Gráfico de Corr iente Fase R (A zul ) F ase S (Negro) y F ase T (Roj o) 

5.2 Observaciones y/o Comentar ios de la M edici ón de Corr iente Es posible apreciar que el consumo de corriente es d e un 45,2 % respecto a la capacidad total de la sub-estación, por lo tanto, se puede concluir que la vida útil del transformador no está siendo afectada por consumos superiores a su capacidad.

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6.- POTENCIA (K VA Y K W) 6.1.- Gráfico de Potenci as Acti va (Azul ), Apar ente (Negro), Reactiva (Roj o)

6.2 Observacion es y/o Comentar ios de la M edición de Potenci as

Es posible apreciar que la potencia máxima demandada es de 63,2 KVA lo que equivale a u n 42 % respecto a la capacidad de la Sub-Estación, quedando una potencia disponible de 87 KVA.

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7.- ENERGIA (Kw h) 7.1.- Gr áfico de Energía

7.2 Observaciones y/o Comentar ios de la M edici ón de Ener gía Con sumida El consumo de energía durante el periodo de mediciones fue de 5,62 Mwh, por lo tanto, se  podría inferir que el consumo aproximado mensual de la estación de bombeo Nº 2 es de 24 Mwh.

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8.- F P y DPF 8.1.- Defi ni ciones

Factor de potencia de desplazamiento (DPF):  

Es la componente de desplazamiento del factor de potencia. Es la relación de la potencia activa de la onda fundamental (W) y la potencia aparente de la onda fundamental (VA).

DPF = V1*I1 Cos (θv1 – θi1) ------------------------V1*I1 Factor de Potencia: DFP * Distorsión del factor de potencia

Distorsión del FP:

P V1*I1 Cos (θv1 – θi1) ------------------ = ---------------------------- = VI*Cos (θv-θi1) V1IS*Cos (θv-θi1)

I1 I1 ------ = ----------Is I1√(1+THDi2)

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8.2 Gráfico de PF (Roj o) y DPF (A zul ) 

8.3 Observaciones y Comentar ios de la M edici ón de Factor de Potencia De acuerdo a los resultados obtenidos, se puede apreciar que el Cos ᴓ (DFP) es de 0,99. Respecto al factor de potencia (PF) donde se incluyen los armónicos es de un 0,929, esta situación no se explica por la existencia de cargas inductivas, sino que está correlacionada en la potencia armónica consumida por el VDF, principal carga conectada a la sub-estación, la que es de tipo no lineal.

La norma limita el Cos ᴓ (DFP) a un valor ≥0,93, el que se cumple sin observaciones.

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09.- Disto rsión Total de A rm ónic os de Voltaje (THDv) 09.1.- Val ores de Referenci a La norma IEEE 519 y el Decreto Supremo 327/1997establece para una tensión en la acometida < a 69.000 VAC los siguientes límites: 



Para armónicos individuales: Establece que estos deben ser < a 3% respecto a la tensión de la frecuencia fundamental (50 Hz) Para la THDv: Establece que su valor debe ser menor o igual a un 5% respecto a la tensión de la frecuencia fundamental.

09.2.- Gr áfico de TH Dv (%)

09.3 Observaciones y/o Comentar ios de la M edici ón de Ar móni cos de Vol taje En el gráfico 9.3 se puede apreciar que la distorsión total de armónicos de voltaje (THDv) en el punto de medición, no cumple el estándar IEEE –  519 y DS 327/1997 (límite establecido con la línea roja), donde el valor recomendado es < 5%. Mientras el aciducto se encuentra

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en operación el THDv se mantiene alrededor de un 6 % y cuando está detenido o fuera de servicio el THDv se encuentra alrededor de un 2,5 %. Respecto a la distorsión existente mientras el aciducto está detenido, esta distorsión viene de la fuente, o sea desde Codelco, la que cumple las normativas nacionales e internacionales que regula el parámetro THDv. La distorsión provocada durante la operación del aciducto, tiene su origen en el VDF asociado a la bomba de la Estación de Bombeo Nº 2. En la siguiente tabla se ev alúa el efecto sobre los equipos que son sensibles a la distorsión de la forma de onda de voltaje: Equipo Banco de condensadores Equipos de control

Motores eléctricos Equipos de medida

Efecto Calentamiento y falla

Evaluación No hay

Afecta (Si/No) No

Pérdida de La alimentación se  No información y datos hace a través de UPS erróneos Vibraciones y pérdida  No se alimenta  No de eficiencia directo a la red Errores de lectura No hay No

Por lo anteriormente expuesto, esta variable a pesar de encontrarse un 1 % por sobre la norma no afecta la vida útil de los dispositivos eléctricos y electrónicos conectados a la red, por lo tanto no es necesario realizar mejoras a parte de instalar UPS´s robustas Online de doble conversión.

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10.- Disto rsión ind ivid ual de arm ónic os de Voltaje (Vh) 10.1.- Val ores de Referenci a La norma IEEE 519 y el Decreto Supremo 327/1997establece para una tensión en la acometida < a 69.000 VAC los siguientes límites: 



Para armónicos individuales: Establece que estos deben ser < a 3% respecto a la tensión de la frecuencia fundamental (50 Hz) Para la THDv: Establece que su valor debe ser menor o igual a un 5% respecto a la tensión de la frecuencia fundamental.

10.2.- Gr áfico de Vh (%)

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10.3 Observaciones y/o Comentar ios de la M edici ón de Ar móni cos de Vol taje En el gráfico 10.2 se puede apreciar que la distorsión individual de armónicos de voltaje en el punto de medición no cumple el estándar IEEE - 519 y DS 327/1997 (límite establecido con la línea roja), donde el valor recomendado es < 3%. En el grafico anterior es posible identificar que la frecuencia armónica predominante el quinto armónico, o sea 250 Hz, el que alcanza un valor de un 4,8 %, superando el límite establecido por norma (3 %). Sin embargo como se explicó en el punto anterior esta condición no afecta este proceso en  particular.

11.- Distorsión Total de Armónicos de Corriente (THDi) 11.1.- Valores de referencia

Respecto a la distorsión total de armónicos de corriente (THDi). El decreto supremo N° 327/1997 y Norma IEEE 519 establecen los siguientes límites de la THDi para cargas no lineales en el punto común de acoplamiento con otras cargas, para voltajes entre 120 – 69.000 VAC. Máxima Distorsión Armónica Impar de Corriente, en % del Armónico Fundamental.

ISC/IL