LUIS MOYA 76 LOCAL “A” COL. CENTRO C. P. 06070 MEXICO, D .F. TELS: (01) 5518-2260 AL 63 Fax: (01) 5510-1351 Email:
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Seminario de ABC de la Calidad de Energia
Octubre 2014 Cd. Mexico
ABC de Calidad de Energía y sus Herramientas de Diagnostico Presenta:
OBJETIVOS La presente información tiene • Gerencia de ventas como finalidad: • Que el asistente maneje los conceptos básicos que involucran a la Calidad de Energía • Que el asistente comprenda la importancia del estudio de la Calidad de Energía en su entorno laboral, anteponiendo una NORMA
• Juventino Pérez
• Tel. 01 (55) 534014 73 •
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OBJETIVOS • Que el asistente adquiera el criterio necesario para solucionar problemas de Calidad de Energía
• Gerencia de ventas
• Que los asistentes aprendan a cuestionar a sus proveedores acerca de las soluciones de Calidad de energía y de los equipos que compran
•
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• Juventino Pérez • Tel. 01 (55) 534014 73
OBJETIVOS • Que los usuarios aprendan a interpretar un estudio de Calidad de Energía y en función de ello, exijan a sus proveedores el valor de su dinero o en su caso valorarlos por su capacidad de resolver problemas • Justifiquen los conceptos de Distorsión armónica, Valor RMS, Valor Medio, y Factor de Potencia Factor K entre otros como parámetros indispensable para el estudio de la Calidad de la energía
• Gerencia de ventas • Juventino Pérez • Tel. 01 (55) 534014 73 •
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OBJETIVOS • Aprenda a seleccionar las herramientas de medición correctas para solucionar problemas de calidad de energía y la adecuada interpretación de resultados • Que los asistentes comprendan la relevancia de comprobar ante su cliente el ahorro de energía, mediante la facturación de este servicio
• Gerencia de ventas • Juventino Pérez • Tel. 01 (55) 534014 73 •
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OBJETIVOS • Que los asistentes demuestren a su cliente la notoria atenuación de sus problemas de calidad de energía, haciendo evidente la reducción de paros NO programados por paros programados mediante la detección oportuna de síntomas • Que los asistentes comprendan que los armónicos, el desbalance, la potencia reactiva lineal, la longitud de los conductores eléctricos y la corriente de neutro son sinónimos de perdidas en la red eléctrica
• Gerencia de ventas • Juventino Pérez • Tel. 01 (55) 534014 73 •
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OBJETIVOS • Encuentre en FLUKE, una • Gerencia de ventas herramienta de diagnostico • Juventino Pérez para Calidad y Ahorro de Energía haciendo • Tel. 01 (55) 534014 73 mediciones seguras
•
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Problema ¿Qué criterío se debe seguir para evaluar Calidad de Energía? ¿Qué tensión eléctrica existe en el contacto eléctrico de su estancia? o ¿Cuánto debería haber? ¿Qué dice el contrato del proveedor del servicio? ¿Qué tensión eléctrica se compromete a entregar? ¿Conectaría su preciada carga a una tensión de 110 volts? ¿y su contrato? ¿Conectaría su preciada carga a una tensión de 138 volts? ¿y su contrato?
¿Cuándo decir que se tienen problemas de Calidad de Energía? Cuando el usuario nota que: • El tiempo de vida de los equipos se acorta (el mantenimeinto correctivo se incrementa) • Equipo crítico se daña inesperadamente • Pérdida total de Energía • Hay paros de línea inexplicables • Mucho del presupuesto es asignado a mantenimeinto es para reparaciones externas. • Hay muchas llamadas para servicio técnico de una variedad de equipos, incluso de diferentes marcas • El usuario tiene la convicción de que así se debe de trabajar • La planta empieza a perder competitividad
¿Qué esperar de una buena Calidad de Energía? • No interrupciones en el servicio eléctrico • Buena regulación de la ténsión eléctrica • Distorsión armonica de acuerdo a NORMA • No eventos que requieren el reinicio de equipo sensible o de procesos • Disminución o atenuación significativa de transitorios de tensión que dañan equipos sensible • Reducción del manteniemitno correctivo e incremento del proactivo • Excelentees bonificacicones por part del proveedor por alto factor de potencia
¿Cómo NO solucionar problemas de calidad de energía? 1.
No conocer la física que se esta estudiando (tensión por corriente)
2.
No conocer la aplicación (¿que nivel de potencial o de intensidad debo encontar?
3.
Aplicar el: Yo creo, yo supongo, yo me imagino, yo pienso, yo sospecho, me parece, yo estoy casí seguro, yo tengo la teoría, tengo una corazonada, posiblemente, aparentemente, he escuchado, en mi opinion, se me ocurre que ,yo siento, me da la impresión , pudiera ser, a mi me han dicho ….. sin tener evidencia alguna (no siempre el que grita mas fuerte tiene la razón)
4.
Mandar hacer un estudio de Calidad de energía y pagarlo.
5.
No pedir referencias cuándo se contrata la solución del problema.
6.
Muchos usuarios piensan que al adquirir un equipo de calidad de energía resuelve sus problemas. Comprar un equipo de calidad de energía pudiera ser el inicio de otro problema
Solucionar problemas de Calidad de Energía no es una tarea fácil, ¿Que se necesita?: Aquí el TOP FIVE: 1. Tener solidos conocimientos de física 2. Ser análitico y estadístico 3. Conocer como funciona la aplicación y a que es sensible 4. Saber como funciona el medidor que se utiliza para diagnosticar (manejo de teclas) y como lo hace (algoritmos matemáticos) 5. Ser sumamente criticos constructivos y exigentes con nuestros proveedores
Conceptos básicos
Tensión Eléctrica • En una fuerza electromotriz (FEM) que representa una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial entre dos puntos. • Es el trabajo por unidad de carga ejercido por un campo eléctrico sobre una particuca para moverla entre dos puntos • Es el potencial eléctrico que se requiere para hacer que un dispositivo eléctrico ó electrónico funcione correctamente • Sus unidad es el Volts, de ahí su sobre nombre: VOLTAJE • ¿y la NOM-008-SCFI-1993?
Intensidad de Corriente Eléctrica • Es la rapidez de las cargas eléctricas con respecto al tiempo i(t)=dq/dt. • Representa en forma simple la cantidad de energía efectiva que demanda una carga. (Un foco, equipo de computo, un motor etc). • Su unidad es el amper (con frecuencia a esta magnitud se le nombra como amperaje)
¿Corriente alterna ó directa? • Tanto la tensión como la corriente eléctrica pueden ser del tipo alterno ó directo. • La energía eléctrica se distribuye del modo alterno y a altas tensiones para minimizar caídas de tensión. • ¿Sabe usted y su multimetro lo que esta midiendo? • ¿Cuántos amper de tensión alterna demanda su carga?
Frecuencia • Es el numero de ciclos que se generan por unidad de tiempo (Por segundo). • Su unidad es el Hertz (Hz.) • A veces se le confunde con ω, la cual es velocidad angular • En nuestro país la frecuencia de la línea eléctrica es de 60 Hz. En alguno países como Argentina, España, Portugal entre otros, la frecuencia es de 50 Hz.
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
V
v(t)= Vp Sen(ωt)
T
T
0
0
Pdt
Pdt
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
V
V(t)= Vp Sen(wt)
T
T
o
0
VIdt
v ( t ) i ( t ) dt
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
T
T
o
0
v ( t ) i ( t ) dt
VIdt T
V V dt 0 R T
v(t ) ( ) v t dt 0 R
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
T
0
2
V dt R 2 T
V R
dt 0
T
v ( t ) i ( t ) dt 0 T
2
v (t ) dt 0 R
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio) 2 T
V R
dt 0
2
V ( )T R
T
(V p Sen(t ))
0
T
R 2
2
dt
Vp 2 Sen ( t ) dt 0 R
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
2
V ( )T R
2 T p
V R
Sen ( t ) dt 0
2
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
2
V ( )T R
2 T p
1 1 ( Cos ( 2 t )) dt R 0 2 2
V
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
2
V ( )T R
2 p
T V T1 dt Cos ( 2 t ) dt 0 0 R 2
2 p
V T 0 R 2
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
2
V ( )T R
V
2 p
2R
T
Igualando ambas expresiones, notamos que T y R se eliminan
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio) Extraemos la raíz a ambos miembros y finalmente nos queda, que el potencial de la batería es la tensión pico de la función seno sobre la raíz de dos, que es lo que se quería demostrar
2 p
V V 2 2
2 p
V V 2 2
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
V
v(t)= Vp Sen(ωt)
Vp V 2
¿Cual es el Valor RMS de la función Cuadrada?
V T
T
o
o
Pdt
Pdt
¿Cual es el Valor RMS de la función Cuadrada?
V T
T
o
0
VIdt
v ( t ) i ( t ) dt
¿Cual es el Valor RMS de la función Cuadrada?
V
V V dt 0 R T
T
v(t ) v t dt ( ) 0 R
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
T
0
2
V dt R 2
V ( )T R
T
2
v (t ) dt R 0
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
T 1 T /2 2 2 Vp dt ( Vp ) dt 0 / 2 T R
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
T 1 T /2 2 2 Vp dt Vp dt 0 / 2 T R
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
T 1 2 T /2 2 Vp dt Vp dt 0 T /2 R
1 2T T 2 Vp Vp T 2 2 R
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
1 2T 2 T Vp Vp 2 R 2
1 2 Vp T R
¿Cual es el Valor RMS de la función Cuadrada?
V 2
V ( )T R
1 2 Vp T R
¿Cual es el Valor RMS de la función Cuadrada?
V Extraemos la raíz a ambos miembros y finalmente nos queda, que el potencial de la batería es la tensión pico de la función cuadrada, que es lo que se quería demostrar
¿Cual es el Valor RMS de la función Cuadrada?
V
V Vp
¿Cual es el Valor RMS de la siguiente función?
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
I
i(t)= Ip Sen(wt)
T
T
0
0
Pdt
Pdt
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
I
2
V ( )T R
i(t)= Ip Sen(wt)
T
Pdt 0
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
I
2
V ( )T R
i(t)= Ip Sen(wt)
T
2
v (t ) dt 0 R
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio) Al igual ambas expresiones, se cancela R, y la T pasa dividiendo del primero al segundo miembro
2
T
1 2 V ( )T = v (t )dt R0 R
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio) Finalmente, se extrae la raíz a ambos miembros de la igualdad y se obtiene …….
T 1 2 2 V = T 0 v (t )dt
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio)
Finalmente
V
1 T 2 = v ( t ) dt T 0
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio) ¿Cómo lo definimos? Se define como el valor de una corriente eléctrica, rigurosamente constante que al circular por un determinado resistor puro, produce los mismo efectos caloríficos (disipación de energía) que una corriente variable. El valor eficaz de una corriente sinusoidal se mide por el calor que proporciona a un resistor cuando pasa la corriente eléctrica por el, y es equivalente al mismo calor que suministraría una fuente de corriente continua, al ser la intensidad de esta corriente variable una función continua i(t) se puede calcular de la siguiente forma:
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio) para la tensión eléctrica v(t)
1 T to 2 Vef v ( t ) dt to T
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio) para la corriente eléctrica i(t)
1 T to 2 I ef i ( t ) dt to T
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio) para cualquier función f(t)
1 T to 2 Fef f ( t ) dt to T
Ejemplo valor eficaz: Calcule el valor RMS de la siguiente expresión aplicando la formula anterior
f(t)=
{
180 Sen(wt) para 0≤ t ≤ 2¶ 160 Sen(wt) para 2¶ < t ≤ 4¶ 100 Sen(wt) para 4¶ < t ≤ 6¶
¿Cual es el Valor RMS de la función diente de sierra?
V Tarea: Para mañana
Representación en Valor instantáneo de Tensión y Corriente en un sistema Monofásico • El valor instantáneo de una función seno esta dado por: F(t)= Asen(ωt+ α) Donde A= Valor Pico de la señal
ω = Velocidad angular α = Angulo de defasamiento
Representación fasorial de Tensión y corriente en un sistema Monofásico • El valor instantáneo de una función seno puede ser representado mediante un fasor dador por: F= A/√2 α Donde A/√2= Valor RMS de la señal
ω = Velocidad angular α = Angulo de defasamiento
Representación en Valor instantáneo de Tensión y Corriente en un sistema Trifásico • El valor instantáneo de una función seno esta dado por: v(t)= Vp Sen(ωt+ α) Donde Vp= Valor Pico de la señal
ω = Velocidad angular α = Angulo de defasamiento
Representación fasorial de Tensión y corriente en un sistema Trifasico • El valor instantáneo de una función seno puede ser representado mediante un fasor dador por: V= Vp/√2 α Donde Vp/√2= Valor RMS de la señal W= Velocidad angular α = Angulo de defasamiento
Valor Medio • Este tipo de instrumentos están diseñados parea medir con precisión señales eléctricas cuya función se i(t)= ipsen(ωt + α) • Si la señal eléctrica presenta distorsión armónica, le medición pierde precisión • Si la señal eléctrica es diferente a 60 Hz la medición también perderá precisión.
Valor RMS (Raíz Cuadrático Medio) • Representa la cantidad de energía eléctrica que una fuente de C.A suministra a un resistor, y que es equivalente a una fuente de C.C (batería) en un tiempo o periodo igual • Con este concepto involucramos los armónicos de la señal • Si la señal eléctrica es diferente a 60 Hz la medición también perderá precisión, ello estará en función de su ancho de banda
El truco esta en el ancho de banda y para lo que el multimetro fue diseñado Y que es el ancho de banda?
Ancho de Banda • Es la especificación mas importante de un osciloscopio • Describe la respuesta en frecuencia del sistema vertical de un osciloscopio
Amplitude
(%)
• -3dB es el punto en el que la frecuencia muestra en el display el 71% de la verdadera señal presente en la entrada
100% 3dB 71%
Roll-off 20dB/decade 6dB/octave
200MHz
Frequency (MHz)
• ¿cómo se ve la señal a 200 MHz?
True Signal Amplitude
• -3dB = Aproximadamente el 71% de la amplitud verdadera
• Una atenuación a 3dB especifica el ancho de banda
Displayed Signal Amplitude
El ancho de banda es directamente proporcional al muestreo Ancho de Banda y Velocidad de Muestreo
Modelo
FLUKE 190-504 FLUKE 190-204 FLUKE 190-104
Ancho Banda
Velocidad Muestreo
500 MHZ 200 MHZ 100 MHZ
5 GS/s 2.5 GS/s 1.25 GS/s
Problema • Se pretende medir la tensión eléctrica que recibe un motor eléctrico trifasico mediante un variador de velocidad, no obstante las mediciones no coinciden; las medicones se hacen con multimetros FLUKE tanto de valor eficaz como de valor medio • ¿Cómo podriamos explicar cada resultado? • ¿En que medición podríamos confiar? • ¿Que multimetro es el adecuado para hacer esta medición?
Medición Vpwm Medir la salida de tensión que ve el motor no es fácil, aquí esta un ejemplo de la medición de varias marcas de Multímetros
Bien, aquí están los resultados: Rango de 154 V a 1001 V
Potencia Aparente • Es el resultado de multiplicar la tensión eléctrica por la corriente. Ejemplo: La capacidad de un transformador eléctrico, esta dada en KVAs. • Los transformadores de distribución especifican su capacidad en esta unidades y no en Watts
Potencia Activa y Reactiva • La Potencia Activa es la que se aprovecha en forma real, se expresa en Watts y para el caso que nos ocupa es de suma importancia. • La Potencia Reactiva representa perdidas eléctricas en la línea de transmisión eléctrica. • Potencia activa ó Real es la clave para enfocar nuestro ahorro de energía.
Medición de FP Método de los 2 wattmetros
kW1 = 1.74 kW kVA = 1.85 kVA
kW2 = 0.62 kW kWMOTOR = kW1 + kW2
1.74 + 0.62 = 2.36kW
kVAMOTOR = kVA x 1.73
(1.85) (1.73) = 3.20kVA
PF = kWMOTOR ÷ kVAMOTOR
2.36kW ÷ 3.20kVA = 0.74
Medición de FP: Método Y aterrizada
PFMOTOR = PFPHASE kWMOTOR = 3 x kWPHASE
Triángulo de las Potencias (hace 30 años)
Potencia Aparente KVA
Cos Φ
Potencia Activa KW
Potencia Reactiva KVAR
Triángulo de las Potencias en el PLANO Bidimensional Potencia Aparente KVA
Cos Φ
Potencia Activa KW
Potencia Reactiva KVAR
Hablemos más claro: De algo agradable
Espuma = VARs
Tres tipos de Potencia en AC • Potencia Activa ó Verdadera (W) – Trabajo util
• Potencia Reactiva (VAR) Cerveza = Watts
– Potencia de casmpos magneticos y cargas capacitivas
• Potencia Aparente (VA) Tarro = VA
– Capacidad del Sistema
FP Watts /(Volt. Amp)
¿Y para las damas? Head = VARs
Potencia Real (W): Trabajo útil
Beer = Watts
Glass = VA
Potencia reactiva (VAR): Necesario sobre calentamiento Potencia Aparente (VA): Capacidad del sistema PF = Watts / VA
Triangulo de Potencias Motors require “lagging” VARs
Caps supply “leading” VARs
Triángulo de Potencias ¿Qué se espera con la corrección del factor de potencia?: a) Ahorrar energía b) Evitar la penalización c) Disminuir la corriente eléctrica d) Disminuir los KVAS
Motors require “lagging” VARs
Caps supply “leading” VARs
Corrección de Factor de Potencia
Problema 1 de Factor de potencia 1. Se tiene un motor monofasico que trabaja a una tensión eléctrica 120 Volts, se sabe que la potencia activa instantáneas es de 1440 Watts. • Calcule su impedancia en forma polar como en rectangular • Calcule el valor de su inductancia • Calcule su factor de potencia si se sabe que la corriente es de 16.97 amper • Calcule el valor de KVAR y capacitancia para mejorar el factor de potencia a 0.9, 0.95 y 1
Concepto de energía eléctrica
T
Pdt 0
Problema 2: Energía 1. Se tiene un sistema trifasico configuración estrella a 4 hilos, están conectadas diferentes cargas mismas que se apagan y se enciende como se muestra en la siguiente taba anexa. 2. Calcule la grafica de potencia y energía contra tiempo para cada fase así como las totales
Problema 2: Energía 12000
Potencia (Watts)
Fase 1 Fase 1 Fase 1
11000 10000 9000 8000 7000 6,000 5000 4000 3000 2000 1000
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
24:00
Tiempo
Problema 2: Energía 30000
Potencia (Watts)
TOTAL
27500 25000 22500 20000 17500 15000 12500 10000 7500 5000 2500
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
24:00
Tiempo
Problema 2: Energía Energia en KWh 230
Fase 1 Fase 1 Fase 1
220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
24:00
Tiempo
Problema 2: Energía Energá (KWh) 500
TOTAL
450 400 350 250 300 200 150 100 50
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
24:00
Tiempo
Concepto de energía eléctrica (graficamente es más fácil)
Problema 3 de factor de potencia y consumo de energía
• • • • • •
Calcule el factor de potencia facturable de acuerdo al siguiente recibo de energía: Considere para su calculo KVAh, KWh, KVARh Justifique el resultado del proveedor aprendiendo como calcular el factor de potencia Calcule la bonificación o multa a la que se hace acreedor el usuario ¿A que conclusiones llego? ¡No olvide concluir!
Problema 4 de factor de potencia y consumo de energía
• • • • •
Calcule el factor de potencia facturable de acuerdo al siguiente recibo de energía: Considere para su calculo KVAh, KWh, KVARh Justifique el resultado del proveedor aprendiendo como calcular el factor de potencia Calcule la bonificación o multa a la que se hace acreedor el usuario ¿A que conclusiones llego?
Problema 5 de factor de potencia y consumo de energía • •
• • •
Usted desea entrar de lleno al negocio de la venta de energía eléctrica y para ganar clientes su compromiso es cobrar como lo hace el proveedor de energía, la multa por bajo factor de potencia será por KVAR inductivos acumulados Su planta de emergencia demanda 50 galones mensuales de diesel para abastecer la carga del cliente que es constante de 7 kilowatts por fase a una tensión de 120 Volts, una corriente de 58.33 amper y con un factor de potencia unitario (cero KVARS) durante un mes. A la mitad del mes el diesel prácticamente se agoto, se observa en el equipo de medición que el factor de potencia es de 0.5 atrasado y así estuvo durante los primeros 15 días. El cliente alarmado compensa con un banco condensadores de tal forma que el efecto ahora es diametralmente opuesto (0.5 adelantado) para los próximos 15 días, para tratar de inyectar kvar capacitvos y así evitar un cobro adicional ¿Fue negocio para usted?¿A que conclusiones llego?
Problema 6: Calcule el factor de potencia que aparecera en la factura. ¿A quien penalizaria usted? ¡¡El cliente esta en sus manos!!
Figura A
Figura B ¡¡Hagamos una encuesta!!
Problemas 7 de factor de potencia: Calcule el factor de potencia que aparecera en la factura. ¡¡Intentelo de nuevo!!
Problema 8 de factor de potencia: Calcule el factor de potencia que aparecera en la factura. ¡¡una vez mas!!
¿Cómo llegamos a CERO KVARs?
Problema 9: Calcule el factor de potencia que aparecera en la factura. Finalmente
Figura A Figura B Así es como el proveedor nos factura
Problema 6: Calcule el factor de potencia que aparecera en la factura. ¿A quien penalizaria usted? ¡¡El cliente esta en sus manos!!
Figura A
Figura B ¿Repetimos la encuesta?
Problema 10 de Factor de potencia 1. Se requiere de 10 KVAR para mejorar el factor de potencia de una red eléctrica que trabaja a 220 Volts, no obstante al hacer la respectiva instalación, se descubre que el factor de potencia no se corrige de acuerdo a los cálculos. ¿Qué podría estar sucediendo si los capacitores están especificados como: Potencia reactiva: 10 KVAR Frecuencia: 60 Hz Tensión de operación: 440 Volts • ¿Cuántos KVAR se están corrigiendo en realidad? • ¿Encuentre la relación que nos permita hacer la conversión adecuada
Problema 10 de Factor de potencia Recordando el concepto de potencia compleja
Problema 10 de Factor de potencia Recordando el concepto de potencia compleja
V A : Watts VAR V V Watt VARV Z 2 /V / VAR Zc
Como los capacitores son reactancias tienen impedancia pero no potencia real
Problema 10 de Factor de potencia 2
2
/V / VAR Zc 1 1 Zc c 2fc
/V / VAR 1 c 2 /V / VAR 1 2 fc
Problema 10 de Factor de potencia
FINALMENTE
2fc / V / VAR VAR c 2 2f / V / 2
Problema 10 de Factor de potencia • •
Recordemos que el calculo de la potencia reactiva dependerá de la tensión de operación y al margen de ello tendremos un valor de C en faradios. Por lo que el calculo a una tensión e 440 V y 220 V quedaría de la siguiente manera:
VAR220V c 2 2f / V220V /
Igualando ambas expresiones
VAR440V c 2 2f / V440V /
Problema 10 de Factor de potencia • •
Recordemos que el calculo de la potencia reactiva dependerá de la tensión de operación y al margen de ello tendremos un valor de C en faradios. Por lo que el calculo a una tensión e 440 V y 220 V quedaría de la siguiente manera:
VAR440V VAR220V 2 2 2f / V440V / 2f / V220V / Haciendo simplificaciones
Problema 2 de Factor de potencia FINALMENTE
VAR220V
220V220V 2 ( ) (10VAR440V ) 440440V
VAR220V
1 ( )(10) 2.5 4
Concepto de energía eléctrica
T
Pdt 0
¿Se ve complicado?
¿Qué es la Calidad de Energía?
• Es toda aquella infraestructura necesaria para que un aparato eléctrico ó electrónico funcione de manera óptima
• Es el resultado de las buenas prácticas en la generación y distribución de la energía eléctrica por parte del proveedor • Del lado del consumidor, es el resultado de las buenas prácticas de mantenimiento, la correcta instalación de equipos y el buen uso de los dispositivos de protección y corrección de disturbios.
¿Como sería una mala calidad de energía?
¿Como se sería una mala calidad de energía?
Principales problemas de Calidad de Energía • Distorsión
Armónica/ Armónicos • Desbalance (en tensión y corriente electrica) •Surges/Sobretensión • Dips /Sags/Bajadas de Tensión • Swell/ Subidas de Tensión • Cortes/Apagones/Interrupciones •Flicker • Impulsos transitorios (Ruido) • Cambios de Frecuencia
¿Cómo comprobar que se tienen problemas de Calidad de Energía? Cuando se rebasan los límites permitidos por una norma en un proceso de medición: • IEEE519 (Practicas recomendadas y requerimientos para el control de armónicas en sistemas eléctricos de potencia • EN50160 • CFE (L0000-45 Perturbaciones permisibles en las formas de onda de tensión y de corriente del suministro de energía eléctrica) • La que su institución exija, o la que su carga necesite
Normativas aplicables a la Calidad de Energía UNE: EN50160 y CEI: 61000-4-30 Campo de aplicación: • Esta norma describe en el punto de entrega al cliente (acometida), las características principales de la tensión suministrada por una red general de distribución en baja tensión y en media tensión en condiciones normales de operación Baja tensión: Hasta 1 KV Media tensión: Desde 1KV hasta 35 KV • Da los limites o los valores de las características de la tensión que todo cliente tiene derecho a esperar
Normativas aplicables a la Calidad de Energía: UNE: EN50160 y CEI: 61000-4-30 Campo de aplicación: El objetivo de esta norma es definir y describir los valores que caracterizan a la tensión de alimentación suministrada • Frecuencia • Amplitud • Forma de onda • Simetria Estas características estan sujetas a variaciones debido a: • Modificación de carga de la red • Perturbaciones emitidas por ciertos equipos • Efectos debido a causas externas
Limites para la EN50160
CEI: 61000-4-30 a) Técnicas de ensayo y de medida. b) Métodos de medida de la calidad eléctrica • Define los métodos de medida, y la interpretación de los resultados, de los parámetros que definen la calidad eléctrica en los sistemas de alimentación a 50 o 60 Hz • Se trata de definir métodos de medida que permitan obtener resultados fiables, repetibles y comparables, independientemente de los instrumentos utilizados y de sus condicones ambientales • Esta norma define procedimientos de medida, pero no establece limites (ver norma EN50160 • Aunque la norma EN50160 no hace mención a esta norma, es previsible que en futuras revisiones si se tome este requisito
CEI 61000-4-30: Técnicas de ensayo y de medida. Métodos de medida de la calidad eléctrica • Intervalos de agregación para la medidas
Ejemplo: Calcule el valor eficaz de la siguiente expresión de acuerdo a la norma CEI 61000-4-30 180 Sen(wt) para 0≤ t ≤ T
f(t)=
{
200 Sen(wt) para T< t ≤ 2T 100 Sen(wt) para 2T< t ≤ 3T 80 Sen(wt) para 3T< t ≤ 4T 200 Sen(wt) para 4T< t ≤ 5T 20 Sen(wt) para 5T< t ≤ 6T
CEI: 61000-4-30: Técnicas de ensayo y de medida. Métodos de medida de la calidad eléctrica
• Clases de requerimientos en la medida • Para cada parámetro a medir, se establecen dos clases de requerimeintos en la medida Clase A: Es el requerimeinto de medida más exigente y se debe utilizar cuando sean necesarias medidas precisas. Por ejemplo, en aplicaciones de tipo contractual, para verificar el cumplimiento de normas para dirimir disputas, etc Clase B: El nivel de exigencia en la medida es menor. Resulta adecuado para hacer diagosticos o hacer un seguimeinto de Calidad de Energía en un a instalación etc.
CEI: 61000-4-30: Técnicas de ensayo y de medida. Métodos de medida de la calidad eléctrica (Diferencias entre u equipo Clase A y B)
CEI: 61000-4-30: Técnicas de ensayo y de medida. Métodos de medida de la calidad eléctrica
• Aviso de alerta (Flagging) •
Cuando se presenta un hueco, una sobretensión o una interrupción, los algoritmos de medida de otros parametros eléctricos pueden fallar.
•
Por ejemplo, en presencia de una interrupción, no hay posibilidad de medir frecuencia , y el algoritmo de medida del analizador generara un valor muy fuera de los límites aceptables. Por lo tanto al evento del hueco se le añadira un evento de frecuencia (e igualmente otros eventos como flicker, armónicos, desbalance, etc.)
•
Para evitar contabilizar como varias perturbaciones lo que en realidad es una sola, en presencia de huecos, sobretensiones e interrupciones , las medidas de frecuencia, tensión, flicker, desbalances, armónicos, interarmonicos y transmisión señales se acompañaran de una señal de aviso (flag= bandera)
Por su intervalo de duración de acuerdo a la IEEE 1159
Por su intervalo de duraión de acuerdo a la IEEE 1159
Por su intervalo de duraión de acuerdo a la IEEE 1159
Definamos cada problema de Calidad de Energía:
Distorsión Armónica
¿Que es la Distorsión Armónica?
¿Que es la Distorsión Armónica? • Es el grado de deformación que tiene una señal periódica en comparación con una función Senoidal Pura, expresado en por ciento
¿Quién la genera? • Cargas NO lineales en general como son: • Sistemas de Iluminación (Balastros electrónicos) • Motores eléctricos de ca que operan con Variadores de velocidad • Motores de cd que operancon tiristores • Fuentes ininterrumpidas (UPS) • Equipo de computo • Hornos de inducción y de arco
¿Porqué debemos ocuparnos de la Distorsión Armónica? • La electrónica de Potencia esta jugando un papel importante en el mercado Industrial y de Control así como el Médico, Computo y por supuesto el de la iluminación eficiente
• ¡¡Es inevitable el uso de estos equipos!!
¿Qué es mas importante, ocuparnos de la Distorsión Armónica en V o en I?
¿Qué consecuencias acompañan a la Distorsión Armónica? • Sobrecalentamiento de Hilos Neutros • Disparo inesperado de Interruptores termo magnéticos • Saturación de transformadores • Fallas repentinas en equipos de computo • Resonancia • Caída drástica del “Factor de Potencia” • Multas por parte de la compañía suministradora
Algunos otros efectos nocivos por corrientes armónicas son: • Aumento en perdidas por efecto Joule I2R • Sobrecalentamiento de motores, generadores, transformadores y cables • Vibración en motores y generadores • Falla de bancos de capacitores • Interferencia en sistemas de telecomunicaciones
¿Que consecuencias acompañan a la Distorsión Armónica? • Sobrecalentamiento de Hilos Neutros • Disparo inesperado de Interruptores termo magnéticos • Saturación de transformadores • Resonancia • Fallas repentinas en equipos de computo • Caída drástica del “Factor de Potencia” • Multas por parte de la compañía suministradora
¿Y cómo se calcula?
Primero: Es necesario involucrar a la Serie de Fourier • Nos dice que toda función que cumpla con las condiciones de Dirichlet puede descomponerse en una sumatoria infinita de funciones Senos y Cosenos. • Las condiciones son: Que la función tenga un valor medio finito en el periodo T Que la función tenga un número finito de discontinuidades Que la función tenga un número finito de máximos y mínimos f(t)= Ao +A1Cos(wt) + A2Cos(2wt) +....+AnCos(nwt) +....B1Sen(wt) B2Sen(2wt) +..... + BnSen(nwt) Donde n es un numero entero múltiplo de la frecuencia fundamental. Ao, A1, A2,…, An, B1, B2, B3 son constantes a calcular
Armónicos: Forma de onda distorsionada a) Función senoidal de corriente o tensión electrica con frecuencia fundamental frequency b) Función senoidal de tensión o corriente: Tercer armónico c) Combinación de (a) y (b), resultando una forma de onda distorsionada
Segundo: Una vez que se encuentran los coeficientes, se procede a calcular el valor eficaz mediante la definición
1 Ief T
T
(I1Sen(wt) I3Sen(3wt) I5Sen(5wt) .... InSen(nwt))2dt 0
!!Pero ahorita!!
Quedando: I ef I 2f I32 I52 I 72 I92 .... I n2
• Ief o I RMS es la corriente eléctrica en valor eficaz • If es la corriente eficaz de fundamental • In es la corriente eficaz de la armónica n
Y tomamos los valores eficaces de la fundamental y de cada armónico
Y para nuestro ejemplo quedaría
I ef
2 2 2 2 0.092 0.069 0.044 0.035 2 2 2 0.029 0.018 0.014
Algorítmo para calcular la Distorsión Armónica Total %RMS para Tensión e Intensidad de corriente Eléctrica Matemáticamente se expresa como:
%THDi
2 I 2f I RMS
I RMS
X 100
Algoritmo para calcular Distorsión Armónica Total % Fundamental para Tensión e Intensidad de corriente Eléctrica Matemáticamente se expresa como: I2 I2 %THDi
RMS
If
f
X 100
También es posible generar la forma de onda en EXCEL considerando los porcentaje de cada armónico con respecto a la fundamental
f(t)= i(t)= 100Sen(wt) +76.6Sen(3wt) + 48.6Sen(5wt) +38Sen(7wt) + 32.9Sen(9wt)+ 19.6Sen(11wt) + 15.9Sen(13wt)
Armónicos: Circuito equivalente
¿Y qué es KF? •
Factor K: Es un indicador de la capacidad de transformador para soportar contenido armónico, mientras se mantiene operando dentro de los limites de temperatura de su sistema de aislamiento.
• Los transformadores con factor K tienen capacidades UL de K-4, K-13, K-20, K30 y K-40 • Los armónicos de orden superior influyen mas sobre el factor K que los de orden inferior • ¿Cuánto vale el KF si no hay armónicos? • ¿El factor K es directamente proporcional al THD? • ¿Por qué los armónicos de orden superior influyen mas que los inferiores?
KF
n I n 1
2 2 n
I n 1
2 n
Diferencias en un transformador con KF y un ordinario •
Sobredimensionamientos de los conductores primarios para soportar las corrientes de circulación reflejadas de los armónicos “tripplens”.
• Las secciones de neutro y sus conexiones se dimensionan para corriente del doble de la línea. • El núcleo está diseñado para una menor densidad de flujo. Se emplea menor cantidad de material, pero de mejor calidad, por ejemplo acero magnético M6 • Las perdidas por corrientes Foucault en los conductores de los transformadores se pueden reducir empleando varios conductores paralelos aislados entre sí. • Tienen una capacidad térmica especial
KF
n I n 1
2 2 n
I n 1
2 n
Reducción en la capacidad de transformadores con
% de capacidad del transformador en KVA
relación a la carga no lineal que alimenta
Factor de Cresta Es un indicador del nivel de distorsión Armónica en nuestro Sistema Eléctrico , el Factor de Cresta para una onda Sinusoidal es de 1.414 ; un FC cercano a 2 indica alto nivel de Armónicos. No confundir con FK
Factor de Cresta FC CF = 1.43
CF = 2.39
CF = 4.68
Con la aparición de la Distorsión Armónica se considera un Tercer Vector, dando lugar a un nuevo Triangulo de las Potencias ahora en plano Tridimensional Potencia Reactiva KVAR de armónicos Potencia Aparente KVA Totales Potencia Reactiva KVAR Fundamental Potencia Aparente KVA Fundamental
Cos Φ Potencia Activa KW Fundamental
Factor de Potencia Total (FP)
La THD y el Factor de Potencia (F.P) juegan un papel Medular de nuestro trabajo: • La serie de Fourier juega un papel importante en el análisis de la calidad de energía. • Recordemos que: Factor de Potencia=Potencia activa /Potencia Aparente F.P=KW/KVA • Hoy en día F.P≠ Cos(Φ) Debido a la presencia de distorsión armónica
La THD y el Factor de Potencia (F.P) juegan un papel Medular de nuestro trabajo: • La serie de Fourier juega un papel importante en el análisis de la calidad de energía. • Y recordemos también que: • El Cos(Φ) es el cociente de KWf/KVAf cuyo valor es identico al DPF (desplazamiento del Factor de Potencia) en forma monofasica • Por su parte (Φ) es el defasamiento entre las fundamentales de tensión y de corriente. Encontrándose un ángulo para cada fase • Por su parte el DPF total en un sistema trifasico no pierde su concepto DPF=KWtf/KVAtf • El Cos(Φ) total no existe en un sistema trifasico a 4 hilos
• Pot.Aparente =KVA • Donde A I I I I • Es importante analizar lo que sucede cuando se eliminan ciertos componentes armónicos 2 f
2 3
2 5
2 7
I .... I 2 9
2 n
Centro de carga Mediciones en el alimentador Corriente de fase: • Carga • Balance de Fase
Centro de carga:Alimentador General
ØA
ØB
ØC
¿Cuanta corriente espera sobre el hilo neutro?
Centro de Carga: Corriente de Neutro
Corriente de neutro Forma de onda de 180 Hz 40.57A
Fundamental 3.71A
Tercer armónico 37.35A
Centro de Carga
400
Tercer armónico
200
300
100
ØA
0
• Sobre un sistema de 3fases/4-hilos, los armónicos triplen (secuencia cero) los armónicos se sumaran algebraicamenteen en el hilo neutro. • El tercer armónico esta en fase. No hay cancelación vectorial como lo hay con la corriente (Las cuales estan defasadas 120°).
-100 0
100
200
300
400
-200 -300 -400 400 300 200 100
ØB
0 -100 0
100
200
300
400
100
200
300
400
-200 -300 400 -400 300
200 100 0 -100 0 -200 -300 -400
ØC
Medición trifasica
Alimentador de corriente
¿Con qué o cómo quiere medir usted?
¡¡Simplemente una medición contundente!!
¿Por qué el F.P de potencia es bajo con la presencia de la distorsión armónica? • Por que el incremento de las corrientes Armónicas hace que la Potencia Aparente se incremente, y por consecuencia la relación KW/KVA disminuye • Es muy importante reconocer cuando un Factor de Potencia F.P es bajo debido a la distorsión Armónica de la Corriente ó por el ángulo (fi) de existente entre la Tensión y la Corriente • ¡¡Muy importante!!: Por cada VOLT-AMPER que suministra el transformador de distribución el abonado debe de pagar en forma ideal 1 WATT.
Problema 8: Identifique el factor el factor de potencia instantaneo y el facturable suponiendo 10 horas de carga constante Compare Cos(ø) con DPF y FP
Figura A
Figura B
Conclusiones para THD •
Los problemas causados por la distorsión armónica en corriente ocurren cuando la carga no lineal rebasa mas del 20% de la total y por la presencia de bancos de capacitores se presentan condiciones de resonancia.
•
Generalmente cuando la carga no lineal representa menos del 20% de la carga total, la distorsión armónica en corriente estará dentro de los límites establecidos en IEEE 519, sin que exista la necesidad de efectuar algún tipo de filtrado.
•
En una red eléctrica en la que la proporción de cargas no lineales con relación a la carga total es superior al 10%, NO se deben instalar capacitores ya que la distorsión armónica se incrementará, provocando problemas en los equipos.
Conclusiones para THD •
Se puede dar el caso que un usuario que solo tiene cargas lineales, experimente fallas en sus capacitores y distorsión armónica en corriente debido a la importación de armónicas de otro usuario que se alimente de la misma red de alta tensión.
•
La distorsión en tensión eléctrica es el resultado de una corriente eléctrica distorsionada pasando a través de rutas de alta impedancia
•
Distorsión en corriente eléctrica puede NO significar problemas graves, ello dependerá de la magnitud de la carga y de la impedancia de la fuente
Desbalance (en tensión y corriente eléctrica) Problemas: En un sistema trifásico salida estrella, se mide con un amperimetro de gancho de valor eficaz 10 amper en cada fase. ¿El sistema esta balanceado? a) Si b) No En un primer caso se sabe que las cargas son puramente resistivas En un segundo caso se sabe que en la fase 1 hay un resistor, en la fase 2 un capacitor y en la fase 3 un inductor
Desbalance (en tensión y corriente eléctrica) Problemas: Genere para cada caso su diagrama vectorial y aplique suma de vectores ¿Qué encontró? ¿A qué conclusiones llego? ¿Es funcional la ley de Kirchoff de corriente?
Desbalance (en corriente originado por la fuente o por la carga)
Desbalance (en tensión y corriente eléctrica) • Es mejor verificar el desbalance a carga completa. Los motores de inducción sin carga tienen desbalances altos. • Un motor de inducción cargado completamente no debería tener mas de un 3% de desbalance en corriente. • Un desbalance de 1% en voltaje causara un 8% de desbalance en corriente • Los desbalances causan que la temperatura del motor aumente y esto ocasiona fallas en los devanados • Hay que redistribuir las cargas de una fase y verificar que las conexiones de las cargas estén apretadas • Medir con pinza amperimétrica ó DMM + accesorio de pinza
Desbalance de Fase • El desbalance de fase ocurre típicamente cuando a un sistema que originalmente estaba balanceado, se le agregan cargas de una fase sin balancearlas adecuadamente • Entre mayor sea el desbalance de las fases mayor será el incremento en la temperatura • Un desbalance de 3% causara un 50% de incremento en la temperatura del motor
Y ¿como mediaría usted el desbalance?, y ¿Cómo lo calcularia?
Desbalance de tensión eléctrica) Un desbalance de un 3% ocasiona que un motor trabaje al 90% de su potencia nominal • El Motor debe ser re-clasificado • Hay que redistribuir las cargas de una fase para balancear
Y ¿para la corriente eléctrica? % Desbalance Corriente =
Encontrar
Por ejemplo: Promedio L1= 14.5A 1 L2= 16.2A L3= 15.5A = 46.2A
2
46.2A = 15.4A 3
Máx. Desviación de Corriente Prom. Promedio de las 3 corrientes
Encontrar la Máx Desviación
315.4A-14.5A=.9A
X 100
Determinar el desbalance .9A 4 15.4AX 100 = 5.8 %
¿Comentarios de cómo medir?
Desbalance (En tensión y corriente eléctrica) La norma EN50160 dice: • Promedio de la (Vinversa/Vdirecta) de cada ciclo durante 10 minutos • Limite: ‹2% • Porcentaje de medidas dentro del limites durante el intervalo: 95% La 61000-4-30 dice: • El equipo con el que se haga la medición debe de aplicar el método de las componentes simétricas
Método de las componentes simétricas El teorema o método de componentes simétricas, también llamado teorema de Fortescue establece que todo sistema polifásico no balanceado, este puede descomponerse en n sistemas de vectores equilibrados Para nuestro casos se empleara el un sistema trifásico del cual se generaran tres sistemas de fasores balanceados llamados: • Componentes de secuencia positiva • Componentes de secuencia negativa • Componentes se secuencia homopolar
Método de las componentes simétricas • Componentes de secuencia positiva: Consisten en tres fasores de igual magnitud defasados uno de otro por una fase de 120° y tienen la misma secuencia de fase que son las originales (secuencia ABC, 123, RST)
• Componentes de secuencia negativa: Consisten en tres fasores iguales en magnitud desplazados en fase uno de otro en 120° y que tienen una secuencia de fases contraria a las originales (ACB, 132, RTS)
• Componentes de secuencia cero (homopolares): Consisten de tres fasores iguales en magnitud y con un desplazamiento de fase cero uno del otro
Método de las componentes simetricas En la figura se muestra la descomposición de los tres fases en igual numero de sistemas balanceados (secuencias positiva, negativa y homopolar
Método de las componentes simetricas Hagamos un análisis de vectores para comprender mejor el problema
Método de las componentes simétricas (análisis matemático)
V1 V1 V1 V1H V2 V2 V2 V2 H V3 V3 V3 V3 H
Método de las componentes simétricas (análisis matemático)
V1 / V1 / 000 / V1 / 000 / V1H / 0 V2 / V2 / 120 / V2 / 120 / V2 H / 0 V3 / V3 / 120 / V3 / 120 / V3 H / 0
Método de las componentes simétricas (análisis matemático) Dado que las magnitudes de cada secuencia (positiva, negativa y homopolar son iguales, podemos establecer el sistema como una multiplicación de dos matrices
/ V1 / / V2 / / V3 / / V1 / / V2 / / V3 / / V1H / / V2 H / / V3 H /
Método de las componentes simétricas (análisis matemático) Dado que las magnitudes de cada secuencia (positiva, negativa y homopolar son iguales, podemos establecer el sistema como una multiplicación de dos matrices
V1 1 000 1 000 1 000 V1 V 1 120 1 120 1 000 V 2 1 V3 1 120 1 120 1 000 V1H
Método de las componentes simétricas (análisis matemático) Hacemos:
a 1120
y elevamos hasta la cuarta potencia dando como resultado la siguiente matriz
a 1 120 a
2
1 240 1 120
a 3 1 360 1 0 1 a
4
1 480 1 360 120 1 120 a
Método de las componentes simétricas (análisis matemático) Quedando:
V1 1 2 V a 2 V3 a
1 a a
2
1 / V1 / 1 / V1 / 1 / V1H /
Método de las componentes simétricas (análisis matemático) Convertimos la matriz en A y procedemos a calcular la matriz inversa:
V1 / V1 / V A / V / 1 2 V3 / V / 1 H
Para de esta forma obtener:
V1 / V1 / / V / A1 V 2 1 V3 / V1H /
Método de las componentes simétricas (análisis matemático) Donde la matriz inversa es:
1 a 2 1 1 A 1 a 3 1 1
a 2 a 1
Método de las componentes simétricas (análisis matemático) Tarea: demostrar que 1 la matriz A es en verdad cierta para la matriz A
Consejo: La solución del problema se llega cuando se encuentra la matriz identidad I
Método de las componentes simétricas (análisis matemático) Simplificando:
1 3 1 1 A 3 1 3
a2 3 a2 3 a 3
a2 3 1 3 1 3
Método de las componentes simétricas Una forma de comprobar que la matriz inversa es la correcta, multimplicamos por la martriz A original y debemos obtener la matris identidad:
1
Método de las componentes simétricas
AA1
1 a a 2
1 3 1 1 1 2 a 1 3 a 1 1 3
a2 3 a2 3 a 3
a2 3 1 3 1 3
Método de las componentes simétricas AA1
1 A A1 a a 2
1 1 1 a 2 1 2 a 1 1 a 3 a 1 1 1
1 a a 2
1 a2 a
1 1 3 1 1 3 1 1 3
a2 3 a 3 1 3
a 1 0 0 2 a 0 1 0 1 0 0 1
a 3 1 0 0 a2 0 1 0 3 1 0 0 1 3
Método de las componentes simetricas Situación sin componentes de secuencia negativa ni homopolar
Método de las componentes simétricas Situación con componentes de secuencia positiva y negativa
Método de las componentes simetricas Situación con componentes de secuencia positiva y homopolar
Primer problema de desbalance
•
Calcule el desbalance de la red eléctrica si las corrientes eléctrica con su respectivo fasor son las siguientes:
I1 282 8 I 2 221 136 I 3 227 241
Medición de desbalance (corriente eléctrica)
Segundo problema de desbalance •
Compruebe el desbalance de la red eléctrica si las tensiones eléctrica con su respectivo fasor son las siguientes:
V1 115.7 0 V2 89.8 122 V3 90.0 240
Medición de desbalance (tensión eléctrica)
Medición de desbalance integral OK
Alimentador de corriente
Picos de Tensión Eléctrica Transitorios Son picos rápidos de la forma de onda de tensión o corriente . Los transitorios pueden tener tanta energía que los equipos eléctricos sensibles pueden verse afectados o incluso dañarse
Picos de Tensión Eléctrica
Picos de Tensión Eléctrica
Picos de Tensión Eléctrica
Picos de Tensión Eléctrica
¿Quién los genera?
Subidas y Bajas de Tensión Eléctrica Swells & Sag Las subidas y bajadas son desviaciones rápidas de la tensión normal. Pueden alcanzar una magnitud de 10 a cientos de voltios y su duración puede variar de medio ciclo hasta unos segundos conforme se define en EN61000-4-30. Durante una bajada la tensión desciende y en una subida aumenta. En sistemas Trifásicos una bajada comienza cuando la tensión de una o mas fases cae por abajo del umbral de bajada y termina cuando todas las fases son iguales al umbral de bajada mas la histéresis. Las condiciones de disparo para las “subidas y bajadas” son el umbral y la histéresis.
Subidas y Bajas de Tensión Eléctrica
Subidas y Bajas de Tensión Eléctrica Cambios rápidos de tensión: Son transiciones rápidas de la tensión RMS producidas entre dos estados estables. Estos cambios se capturan de acuerdo con la tolerancia de tensión estable, el tiempo de estabilidad, el incremento mínimo detectable y la frecuencia mínima (%/s)
Subidas y Bajas de Tensión Eléctrica
Subidas y Bajas de Tensión Eléctrica
Subidas y Bajas de Tensión Eléctrica
¿Quién los genera?
Apagones
Definiciones Técnicas para Calidad de Energía Interrupciones En una interrupción la tensión disminuye notablemente debajo de la tensión nominal. En los sistemas trifásicos , una interrupción comienza cuando todas las fases están por debajo de el umbral y termina cuando una fase iguala o supera al umbral de interrupción mas la histéresis
¿Quién los genera?
¿Quién los genera?
Cambios de Frecuencia 60-50-60 Hz
¿Quién los genera? Sistemas de Energía Alternos: Soportes de Energía: • UPS • No Breaks • Soportes de Energía • Respaldos de Energía
¿Quién los genera? • Plantas Generadoras de Energía Eléctrica.
Flicker (Parpadeo) Termino que cuantifica la fluctuación de Luminancia de la lámparas provocada por las variaciones de tensión en la alimentación. Esta medición cumple con la norma EN61000-4-15 y se basa en un modelo perceptivo del sistema sensorial del cerebro y ojo humano
Flicker (Parpadeo) Es considerado muchas veces como un sinónimo de fluctuaciones de tensión, parpadeo de tensión, parpadeo de luz.
Flicker (Parpadeo) El fenómeno puede ser definido como un fluctuación de tensión que puede resultar en cambios observables por el ojo humano en la salida de una lámpara. Es un problema que el ojo humano observa y es usualmente un problema de percepción
Flicker (Parpadeo) Hay no obstante casos raros donde el parpadeo de tensión puede afectar la operación de algún equipo como variadores de velocidad y sistemas ininterrumpibles de energía
Flicker (Parpadeo)
Flicker (Parpadeo) Principales fuentes • Hornos de Arco • Soldadoras • Hornos de inducción
Se caracterizan por generar fluctuaciones de tensión y alto nivel de armónicos en corriente
¿Para que nos sirve un equipo de Calidad de Energía? •Para comprobar lo que nosotros ya sabemos • De ninguna manera se trata de un equipo de investigación: La seguridad es primero •Un equipo de medición es un equipo que se utiliza para comprobar lo que ya sabemos, mas no para investigar cuanto hay
¿Qué debe incluir un informe de Calidad de Energía? ETAPA 1 de 2 1. Objetivos y o Alcances 2. Normas aplicadas 3. Descripción cuantitativa del equipo de medición calibrado así como sus numeros de serie Analizadores de Calidad de Energía y Termografia
¿Qué debe incluir un informe de Calidad de Energía? ETAPA 1 de 2 4. Graficas de mediciones eléctricas en los puntos críticos, resaltando los problemas encontrados (Como estaba)
¿Qué debe incluir un informe de Calidad de Energía? ETAPA 1 de 2 5. Fotografías termograficas (Como estaba) 6. Recomendaciones y sugerencias para la solución del problema
¿Qué debe incluir un informe de Calidad de Energía? ETAPA 2 de 2 7. Graficas de mediciones en los puntos críticos resaltando la desaparición o atenuación considerable de los problemas encontrados (Como quedo) 8. Fotografias termograficas (como quedo) 9. Conclusiones y recomendaciones finales
¿Cómo se hace un estudio de Calidad de Energía? Etapa 1 de 2 1. Entrevista con el cliente para conocer problemática. 2. Visita al sitio para determinar la cantidad de equipos a utilizar y buscar una posible anomalía evidente como: cableado desordenado, suciedad, alta temperaturas, agua, así como algún comentario del operador
¿Cómo se hace un estudio de Calidad de energía? Etapa 1 de 2 3. Cotizar el servicio del estudio de Calidad de energía, el cual deberá mencionar las fechas en las que se ejecutaran las etapas de conexión y desconexión de los equipos, dejando pendientes las fechas de implementación de la solución y la etapa de conexión.
¿Cómo se hace un estudio de Calidad de energía? Etapa 1 de 2 4. Una vez aprobada la cotización, se procederá a la conexión y programación de los equipos. 5. Una vez terminado el periodo de monitoreo, se procede a retirar los equipos, se recomienda mucho descargar la información en sitio.
¿Cómo se hace un estudio de Calidad de energía? Etapa 1 de 2 6. Se entregara al cliente un informe detallado y convincente acerca de los problemas encontrados si es que existen, además de hacer una presentación de los trabajos realizados y mostrando aspectos verdaderamente relevantes al equipo de ingeniera
¿Cómo se hace un estudio de Calidad de Energía? Etapa 2 de 2 1. Se acordaran las fechas en que el cliente implementara las recomendaciones del informe así como la nueva la fecha para la reconexión y programación de los equipos de los equipos
¿Cómo se hace un estudio de Calidad de Energía? Etapa 2 de 2 2. Al igual que en la etapa 1, una vez terminado el periodo de monitoreo, se descargara la información y se retiraran los equipos
¿Cómo se hace un estudio de Calidad de Energía? Etapa 2 de 2 3. Se entregara un segundo informe por escrito, en donde se evidenciara de manera clara y objetiva la solución del problema así como una segunda exposición al equipo de ingeniería
Problemas de Calidad de Energía
1.- Problemas de Calidad de Energía 1.
2.
• • •
Se tiene un interruptor termomagnético cuya capacidad es de 10 amper, trabajaba en forma normal, pero desde que se instalo un variador de velocidad, dicho interruptor, se esta abriendo de manera frecuente. Se midió la corriente eléctrica con un amperímetro FLUKE modelo 30 y la medición fue de 8.4 amper. Se procedió a cambiar el interruptor por otro de igual capacidad, mas sin embargo el problema se volvió a presentar; se autorizo nuevamente un cambio de interruptor y el problema continuo. Como medida drástica se mando llamar al proveedor de la marca y se sustituye el amperímetro por otro modelo mas reciente, no obstante la lectura fue prácticamente la misma. ¿Cuáles son las posibles causas por las que este interruptor este abriendo, si en apariencia esta bien especificado? ¿Qué esta sucediendo? ¿Qué recomendaría usted al cliente?
1.- Problemas de Calidad de Energía
1.- Problemas de Calidad de Energía
2.- Problemas de Calidad de Energía 1. Un usuario compro un soporte de Energía, debido a que en su negocio constantemente sufría de interrupciones eléctricas que provocaron que su computadora frecuentemente fuera al centro de servicio. 2. En menos de un mes su computadora se daño nuevamente a pesar de contar un soporte de Energía • ¿Cuáles son las posibles causas por las que se pudo haber dañado su equipo de computo? • ¿Qué herramientas necesita usted para dar un buen diagnostico? • ¿Qué recomendaría usted al cliente?
Formas de ONDA
Haciendo un análisis más detallado
3.- Problemas de Calidad de Energía 1. El comprador de una tienda de autoservicio de reciente apertura, reporto el daño físico de mas de 200 balastros de aditivo metálico, mismos que se reclamaron en garantía. 2. Se hizo una ligera investigación de la tensión eléctrica de 8:00 AM hasta las 10:00 PM y los niveles de tensión fueron los siguientes: Vmin= 210 Volt; Vmax= 235 Volt, Vpro= 228 Volts • ¿Cuáles son las posibles causas por las que se pudieron haber dañado los balastros? • ¿Qué herramientas necesita usted para dar un buen diagnostico? • ¿Que recomendaría usted al cliente?
3.- Problemas de Calidad de Energía • Un completo Análisis de Calidad de Energía es aquel que comprende el TIEMPO en que las cargas a estudiar están trabajando. • Para nuestro caso se encontró que la frecuencia de operación en un intervalo de 11PM a 6:00 AM fue de 50 Hz
3.- Problemas de Calidad de Energía • Basta recordar que I= V/Z • Donde Z= jωL • Z= Impedancia de la carga • L= Inductancia de la bobina • ω= Velocidad Angular • ω= 2 П f • Si f disminuye ω también, pero I aumenta.
¿Qué nos dice el graficador?
¿Qué nos dice el graficador?
Observe la forma de Onda de V é I Figura A1: ¿Qué recomendaría usted a su cliente?
Observe el Factor de Potencia (F.P) Figura A2
Se trata de un centro de carga que alimenta balastros marca SOLA BASIC
Observe la forma de Onda de V é I Figura B1 ¿Y aquí?
Observe el Factor de Potencia (F.P) Figura B2
Observe la forma de Onda de V é I Figura C1 ¿Cuál es la solución?
Observe el Factor de Potencia (F.P) Figura C2
Se trata de un balastro electromagnético marca OSRAM
Observe la forma de Onda de V é I Figura D1
Observe el Factor de Potencia (F.P) Figura D2
Observe la forma de Onda de V é I Figura E1
Observe el Factor de Potencia (F.P) Figura E2
Observe la forma de Onda de V é I Figura F1
Observe el Factor de Potencia (F.P) Figura F2
Se trata de un balastro electrónico marca GE
Observe el desbalance Figura G1
Observe la forma de Onda de V é I Figura H1
Observe el Factor de Potencia (F.P) Figura H2
Se trata de un balastro electrónico marca TRIAD
Observe la forma de Onda de V é I Figura I1
Observe el Factor de Potencia (F.P) Figura I2
Se trata de un balastro electrónico marca TECNO LITE
Observe la forma de Onda de V é I Figura J1
Un Multímetro no es capaz de suministrar la suficiente información • A pesar de que mida valor Eficaz en corriente y/o tensión eléctrica. • Muestre Doble lectura en Pantalla Se requiere de equipos que ayuden al usuario a resolver su problema de calidad de energía • Deberá mostrar en pantalla el tipo de señal que esta midiendo y poder hacer su análisis . • Gran capacidad de memoria además de poder documentar la información • Deberá mostrar imágenes termograficas que ayuden a identificar problemas de una manera convincente.
Requerimientos para evaluar THD en un sistema monofásico • Poseer un instrumento que mida THD • Que mida Valor RMS • Que este calibrado (Certificado con datos) • Elaborar: Un Primer Diagnostico Profesional donde involucre el F.P encontrado y más. • Elaborar: Un Segundo Diagnostico donde involucre el F.P dejado y más.
¿Qué mediciones se deben de involucrar para el estudio de Ahorro de Energía? • Monitoreo del Factor de Potencia, y DPF durante las horas pico y no pico (Así estaba)
¿Qué mediciones se deben de involucrar para el estudio de Ahorro de Energía? • Monitoreo del Factor de Potencia, y DPF durante las horas pico y no pico (Así quedo)
Fluke Power Quality Una canasta completa de opciones para PQ
Herramientas de diagnóstico: Analizador de calidad de Energía FLUKE 434 y 435
• Medición de Potencia, FP, Energía,Tensión Corriente, Armónicos, Flicker y mucho más... • Diagnósticos y Solución a los problemas de Calidad de Energía en un solo instrumento
Analizador Trifásico de Calidad de Energía Viene listo para trabajar!!! El paquete completo incluye todo lo necesario para comenzar: 4 pinzas amperimétricas, 5 cables de prueba y pinzas de tensión, un adaptador de red/cargador de baterías y un estuche rígido , software y cable Interfaz para PC (F-434)
Usando el Fluke 434-II y 435-II
Fluke 1750 Power Recorder
El registrador de propósito general que hace todo el trabajo por tí
Verique en segundos La interfase inalambrica PDA habilita una segura y fácil verificación – Instantáneamente muestra una ventana dentro de las mediciones – Configura e intercambia canales a una distancia segura
Soluciones para Termografía
Soluciones Industriales y entregada de reportes profesionales Con la serie Ti40 y Ti50 de Fluke de es posible llevar a cabo inspecciones en cualquier momento y en cualquier lugar con la mejor calidad y nítides en la imagen, además de un rango de temperatura mas amplio. Algunas aplicaciones son: - Sistemas de distribución - Equipo electromecánico - Monitoreo de procesos - Mantenimiento de la instalación - Diseño electrónico - Mucho más
Ti200, Ti300, Ti400 Cámaras Termográficas de Avanzado Desempeño
EFICIENCIA O TIEMPO MUERTO LOS RESULTADOS IMPORTAN
Y1
Diapositiva 282 Y1
UPTIME OR DOWNTIME YOUR RESULTS MATTER™ Yennia, 01/10/2013
3 nuevas cámaras termográficas • 3 nuevos modelos para la industria y diagnóstico de edificios – Ti400, Ti300, Ti200
• Las inovaciones de Fluke desarrollan beneficios incomparables. – LaserSharp™ enfoque automático para tomar imágenes perfectamente enfocadas. Fácil. Simple. Ahorro de Tiempo. – Rápida y directa transferencia de imágenes con comunicación inalámbrica directo con la PC y Apple® iPhone®, o iPad® con la nueva aplicación móbil de SmartView® – Detecte y reporte los problemas más rápido con el modelo IR-Fusion® con AutoBlend™ de Fluke – Robusta, de alta resolución 640x480, capacidad de pantalla táctil para una rápida navegación por el menú. – Más opciones avanzadas en la pantalla para tener más detalles en la cadena de video a la PC o con un monitor de alta definición (USB y HDMI)
¿Quién la usa? – – – – – – – – –
Profesionales del mantenimiento Técnicos en mantenimiento predictivo. Eléctricos comerciales e industriales Técnicos de HVAC Gerentes de Planta Especialistas en Impermeabilización Auditores de Energía Inspectores de Edificios—comerciales y residenciales Profesionistas en restauración
¿Dónde la usan? – – – – – –
Plantas Industriales Edificios Comerciales Plantas eléctricas y de agua Escuelas Hospitales Inmobiliarias
La termografía revela problemas rápidamente Electromecánico •
Sistemas sobre cargados desbalanceados con corriente excesiva
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Conexiones flojas o con corrosión
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Fallas de aislamiento
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Fallas de Componentes
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Procesos Industriales •
Fallas estructurales causadas por desgaste o fugas en tuberías y aislamiento térmico
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Flujo anormal de calor y gradientes de temperatura
Errores en el cableado
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Defectos en válvulas o trampas de vapor
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Componentes mal especificados
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Fugas de gas o vapor
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baleros desgastados
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Niveles de tanques y estancamientos de lodo
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Condiciones de Lubricación de baleros
Inspección de Edificios. •
Aislamiento inadecuado o pérdida del mismo
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Pérdida de calor debido a fallas de sellos en ventanas multi panel
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Daños en ducto de calor y fugas en la línea de vapor
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Sellos defectuosos en puertas y ventanas
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Problemas con la instalación de Aire Acondicionado, Ventilación y Calefacción
¿Por qué el enfoque es tan crítico en una imágen térmica? El enfoque es el punto más importante para asegurar un buen manejo en la inspección termográfica • Un enfoque inapropiado puede llevarnos a mediciones de temperatura erróneas (dependiendo de la cámara puede significar hasta 20 grados de temperatura de diferencia), la falta de detalles en temperaturas críticas y señales térmicas y falta de diagnóstico en áreas con verdaderos problemas. Pérdida de tiempo del usuario y dinero. • Diferentes cámaras usan diferentes tipos de enfoque- cada una con sus pros y contrasexcepto la opción de LaserSharp™ auto enfoque de Fluke, la cual captura imagenes perfectamente enfocadas. En cada momento.
¿Como trabaja? El LaserSharp™ auto focus es extremadamente fácil de usar
El láser siempre estará a una distancia aproximada de 2” del centro de la imágen manteniendose constante a diferentes distancias
1. Aprieta y sostiene el gatillo negro — para iluminar el láser 2. Posiciona el láser en el objetivo, suelta el gatillo – para enfocar la imagen Éste proceso puede usarse de manera independiente a la toma de imágenes con la cámara, ofreciento la mejor flexibilidad al usuario
Fluke IR-OptiFlex™
Enfoque libre • • •
Conveniencia Simplicidad Rápido en la localización de fallas
• • • • •
• Conveniencia • Simplicidad Rápida identificación • de fallas • Mejor precisión y calidad de imagen • Flexibilidad de enfoque manual o autoajustable
Fluke LaserSharp™ Auto Focus Conveniencia Simplicidad Rápida identificación de fallas Mejor precisión y calidad de imagen El láser proporciona una referencia exacta y manejo del enfoque en todo momento
Puntos de Diferenciación… • Calidad de imagen superior • • • •
Tecnología patentada IR-Fusion® Display de alta resolución 640x480 Líder en la industria por su resolución espacial Mayor sensibilidad térmica
• Fácil de Usar • Precisión en la mezcla de imagen termográfica con IR-Fusion ® • Uso con una sola mano • Con posibilidad de uso de lentes auxiliares para las aplicaciones industriales
• Robustez • A prueba de caída de 2 mts • tapa de lente integrada y con correa para mano • display HD protegido
Conclusiones para Calidad de Energía El éxito de la aplicación de la Calidad de Energía radica en: •
Aplicar Mantenimiento Proactivo utilizando la herramientas necesarias
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Corregir el Factor de Potencia, distinguiendo si se deben de instalar bancos de condensadores o filtros de armónicos
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Instalar reactores de línea a la entrada de variadores de velocidad y por el lado del motor a la salida de variadores de velocidad y a la entrada de motor eléctrico
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Sustituir balastros de baja energía o de bajo factor de potencia, por electrónicos de alta eficiencia, alto factor de potencia y baja distorsión armónica
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Instalación de Reguladores y Soportes de Energía ON LINE en cargas extremadamente delicadas y que son necesarias para la vida productiva de la planta
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Y mucho, pero mucho mas..... (Por ejemplo encontrar a un buen cliente)
Repasando algunos “Principios Básicos” • La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma • La compañía de suministradora factura energía (KWH) • Reducir la corriente no necesariamente quiere decir que ahorremos energía
• Fianza: Es una garantía para nuestro cliente, en caso de no dar cumplimiento a lo acordado • Lo barato sale caro • Una medición vale mas que mil palabras y 100 años de experiencia y es contundente
Conclusiones para Ahorro de Energía El éxito del ahorro de energía radica en: 1. Sustituir motores de ordinarios por Alta eficiencia 2. Instalar sensores de presencia en lugares convenientes 3. Sustitución de sistemas de aire acondicionado obsoletos por eficientes
4. Sustituir balastros de baja energía o de bajo factor de potencia, por: electrónicos de alta eficiencia 5. Sustituir lámparas de baja eficiencia por alta eficiencia T8 o T5, o LED´s 6. Suministrar mantenimiento a valeros o chumaceras de motores eléctricos 7. Y mucho mas.....
Gracias por su asistencia
