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1 Factor de Potencia y Calidad de la Energ í a Ponente Eugenio Téllez Ramírez.

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1 1 Factor de Potencia y Calidad de la Energ í a Ponente Eugenio Téllez Ramírez

2 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 2 Operar con un bajo factor de potencia, compromete la capacidad de los equipos de transformación y distribución eléctrica e incrementa el costo de la energía. Factor de Potencia

3 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 3 Factor de Potencia El factor de potencia es la relación entre la potencia que desarrolla una trabajo útil o potencia activa (P) y la potencia total (S). FP = Potencia Activa (P) Potencia Aparente (S)

4 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 4 Factor de Potencia La relación entre el factor de potencia activa P, la potencia reactiva Q y la resultante que es la potencia aparente S, se puede representar por el triangulo de potencias. y se derivan las siguientes expresiones para el factor de potencia. FP = P = cos Ø S FP = cos (arctan (Q/P))

5 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 5 Factor de Potencia El á ngulo Ø y por lo tanto cos Ø dependen de la proporci ó n entre la potencia activa P y la potencia reactiva Q. Q FP=cos Tipo de carga Q=00°1Resistiva Q=P45°0.7071Resistiva - Inductiva Q>>P~90°~0Inductiva

6 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 6 Factor de Potencia Comportamiento cargaTransformador P (kW)FPS (kVA)kVA nom% carga % % CargaConductor P (kW) (V)FP (%) (Amp)(AWG)Long (mts) P é rdidas (kW) / / / / En general, como valores menores de factor de potencia implican mayores corrientes en los circuitos, la operación en estas condiciones presenta los siguientes inconvenientes:

7 7 Factor de Potencia Deficiente regulación de voltaje Se incrementa la caída de tensión en el sistema de distribución Incremento en la facturación de energía El suministrador de la energía penaliza económicamente al usuario que operan con un factor de potencia inferior a 0.9 para cubrir los mayores costos ocasionados por las pérdidas excedentes en su sistema de transmisión y distribución. Porcentaje de penalización, en función del factor de potencia

8 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 8 Factor de Potencia Para FP superiores a 0.9 se otorga una bonificación directa en la factura sobre el importe de energía y demanda. Porcentaje de bonificación, en función del factor de potencia

9 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 9 Factor de Potencia Compensación del Factor de Potencia La compensación del factor de potencia en un sistema se consigue al reducir el consumo de potencia reactiva proporcionado por la compañía suministradora, pudiendo aplicarse las siguientes medidas: Evitar el uso de motores sobredimensionados (% carga < 50%) Evitar que los equipos operen innecesariamente o en vacío Instalación de bancos de capacitores, donde aplique Instalación de filtros de armónicas, donde aplique

10 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 10 Factor de Potencia Bancos de capacitores Para compensación del FP en sistemas lineales Banco fijo de capacitores

11 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 11 Factor de Potencia Banco automático de capacitores a) Arreglo de banco automático de capacitores b) Conexión al sistema de distribución

12 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 12 Factor de Potencia

13 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 13 Calidad de la Energ í a

14 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 14 Calidad de energía Es el concepto de alimentación y de puesta a tierra de equipo electrónico sensible en una manera que sea adecuado para su operación. Disturbio Cualquier desviación del valor nominal o de un límite seleccionado en la tolerancia de la carga, en las características de entrada de la energía de CA. IEEE 1100 IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment

15 15 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Sesibilidad del Equipo

16 16 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Disturbios sin daño visible en equipos, que degradan sus componentes siendo un punto latente de falla. Fallas al procesar la información que puede requerir la intervención del personal para restaurar la operación. Falla del equipo, requiriendo su reemplazo y ocasionando la indisponibilidad del equipo. Daño consecuente causado por un equipo afectado y que sus errores de procesamiento o falla provocan que otros equipos queden indispuestos. Impacto de Disturbios en la Operación

17 17 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Condición Disturbios que provocan el paro de los procesos de fabricación y daños a componentes Efecto Afecta operación Requiere identificar elementos dañados, repararlos o reemplazarlos Puede implicar tiempos de entrega prolongados Actividad Las relacionadas con preparación y arranque de producción Determinación de elementos dañados Localización y adquisición de partes Costo Tiempo productivo (reparación, tiempo entrega de componentes) Material defectuoso Técnicos especializados (internos / externos) Costo de componentes Impacto de la Calidad de Energía en las Empresas

18 18 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Transitorios Variaciones de voltaje de corta duración Variaciones de voltaje de larga duración Interrupción de energía* Distorsión Armónica Desequilibrio de voltaje Fluctuaciones de voltaje Variaciones en frecuencia IEEE 1159 Fenómenos electromagnéticos

19 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico 19 Transitorios

20 20 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Transitorio: Conceptos (transient o surge) Disturbio que ocurre en la forma de onda de CA con una duración inferior a medio ciclo y que es evidente por la abrupta discontinuidad que presenta. Se sobrepone a la señal sinusoidal.

21 21 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Transitorios: Conceptos 1.0 Impulsos Alta Energía Rayos en líneas de distribución aéreas Rayos propagados en líneas subterráneas Operación fusibles, involucran energía en inductancia del sistema Conmutación bancos de capacitores 2.0 Oscilatorios Propagación típicas en instalaciones interiores y baja tensión 3.0 Ráfagas (EFT) Apertura de circuitos por contactores Onda combinada estándar 1.2/50 s (V)-8/20 s (I) Onda oscilatoria estándar 0.5 ms-100 kHz IEEE C

22 22 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Nivel Exposición – Baja Áreas con baja actividad de rayos Poca carga Poca conmutación de capacitores – Media Áreas con actividad de rayos media y alta Conmutaciones significativas – Alta Instalaciones excepcionales Transitorios: Conceptos Categoría Localización ABC Receptáculos Cargas Lejanas Alimentadores Tableros cercanos Cargas cercanas Líneas aéreas Líneas subterráneas Acometida IEEE C

23 23 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Voltajes y Corrientes Esperadas Categorías de Localización A y B Exposiciones Baja, Media y Alta Onda oscilatoria estándar 0.5 s-100 kHz Categoría de Localización Exposición del Sistema Voltaje kV Corriente kA A1Bajo A2Medio40.13 A3Alto60.2 B1Bajo20.17 B2Medio40.33 B3Alto60.5 Voltajes y Corrientes Esperadas Categorías de Localización B y C Exposiciones Baja, Media y Alta Onda combinada estándar 1.2/50 s-8/20 s Categoría de Localización Exposición del Sistema Voltaje kV Corriente kA B1Bajo21 B2Medio42 B3Alto63 C1Bajo63 C2Medio1015 C3Alto2010 Transitorios: Conceptos B: Alimentadores, Tableros cercanos, Cargas cercanas C: Líneas aéreas, Líneas subterráneas, Acometida A: Receptáculos, Cargas Lejanas B: Alimentadores, Tableros cercanos, Cargas cercanas Valores establecidos por consenso para guiar y uniformizar procedimientos de prueba IEEE C

24 24 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Transitorios: Protección TVSS (SSTT) NOM-001-SEDE-2005 Artículo Supresor de sobretensiones transitorias (SSTT): Dispositivo de protección que limita las tensiones transitorias Desvía o limita sobrecorrientes Evita el flujo continuo de la corriente resultante Después de operar, mantiene la capacidad de repetir sus funciones. Tensión de operación hasta 600V

25 25 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Transitorios: Protección

26 26 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Efecto de 1 y 2 etapas de protección Transitorios soportados respecto a la capacidad del supresor Transitorios: Protección

27 27 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Transitorios: Protección Transitorio sin TVSSTransitorio con TVSS

28 28 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Variaciones de Voltaje

29 29 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Variaciones de corta duración: Conceptos Depresión (sag) Re ducción en el valor eficaz (rms) del voltaje, con duración entre medio ciclo a algunos segundos. (IEC:dip) Elevación (swell) Incremento en el valor eficaz (rms) del voltaje, con duración entre medio ciclo a algunos segundos.

30 30 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Bajo voltaje (undervoltage) Re ducción en el valor eficaz (rms) del voltaje, con duración mayor a algunos segundos. Sobre voltaje (overvoltage) Incremento en el valor eficaz (rms) del voltaje, con duración mayor a algunos segundos. Variaciones de corta duración: Conceptos

31 31 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico DisturbioCausas Depresión (Sag) Arranque de grandes cargas Corto circuito remoto Swicheos del suministrador Elevación (Swell) Apagado temporal de grandes cargas Reparto de cargas por el suministrador Sobre voltajeReducción significativa de carga interna / externa (Fin de semana) Posición inadecuada de tap del transformador Bajo voltajeSobre carga en transformadores Caída de tensión excesiva en conductores Posición inadecuada de tap del transformador Variaciones de Voltaje: Causas

32 32 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Segregación de cargas Variaciones de Voltaje: Soluciones

33 33 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Regulador de voltaje electrónico por pasos Circuito de PotenciaEfecto en Cambio de Tap Voltaje a la salida Regulador Electrónico por Pasos Variaciones de Voltaje: Soluciones

34 34 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Regulador ferroresonante FuncionamientoRegulación de voltaje Variación de voltaje Sin regulador / Con regulador Variaciones de Voltaje: Soluciones

35 35 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Ruido Eléctrico

36 36 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Ruido Señales eléctricas no deseadas de baja amplitud, baja corriente y alta frecuencia que producen efectos indeseables en los circuitos de control. Ruido: Conceptos

37 37 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Causas Cargas no-lineales Otras cargas Puesta a tierra inadecuada Cables sueltos Interferencia electromagnética Ruido: Causas

38 38 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Ruido modo común: Soluciones Transformador de aislamiento

39 39 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Segregación de cargas Ruido: Soluciones

40 40 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Condiciones de instalación NOM-001-SEDE-2005 Instalaciones eléctricas, utilización NOM-022-STPS-2008 Electricidad estática en los centros de trabajo-Condiciones de seguridad Especificaciones del fabricante Envolventes Separación de conductores Cables blindados Mantenimiento Termografías Apriete de conexiones Integridad de instalaciones ante crecimientos Ruido: Soluciones

41 41 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Ruido: Soluciones Filtros RFI

42 42 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Ruido: Soluciones TVSS Con filtros para atenuación de ruido. Filtering Attenuation Frequencies 500Hz1000Hz5000Hz1Mhz5Mhz10Mhz50Mhz100Mz 47dB50dB37dB 38dB47dB53dB

43 43 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Interrupción

44 44 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Interrupción: Conceptos Interrupción Pérdida completa de voltaje por un lapso de tiempo. Interrupción local Interrupción remota (suministrador)

45 45 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico UPS (Fuente de alimentación ininterrumpida) Equipos que proporcionan energía a la carga, aun cuando no exista suministro de red. Cuentan con baterías, cargador de baterías e inversor. Para equipos de cómputo el UPS debe cerrar el proceso informático de la misma forma que se efectuaría al final la jornada. Interrupción: Conceptos

46 46 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Interrupción: Soluciones UPS Topologías

47 47 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Topologías Interrupción: Soluciones UPS

48 48 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Distorsión Armónica

49 49 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Distorsión Armónica: Definición Distorsión periódica de la onda, definida como la suma de señales sinusoidales de diferentes frecuencias Componente fundamental5ª armónica7ª armónica11ª armónica

50 50 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Distorsión Armónica: Causas Cargas no-lineales Dispositivos electrónicos Hornos de inducción de media / alta frecuencia Rectificadores, Controladores de fase Drives motores CD Drives motores CA UPS, Computadoras, Impresoras, etc PLC, Servomotres, etc Dispositivos productores de arcos eléctricos Hornos de arco eléctrico Máquinas de soldadura Dispositivos ferro-magnéticos Transformadores sobreexitados

51 51 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Distorsión Armónica: Soluciones Reducción mediante filtros Amplia diversidad de soluciones Aplicación: Tipos de cargas no-lineales Objetivo de la solución Inversión

52 52 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Tipos de filtros Filtro monofásico 3ª armónica Reactor de línea Filtro pasa – bajas Filtro desintonizado (rechazo) Filtro sintonizado (absorción) Filtro activo Distorsión Armónica: Soluciones

53 53 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Distorsión Armónica: Soluciones Filtro monofásico 3ª armónica Aplicación: Cargas monofásicas con fuentes de alimentación conmutadas Desempeño: Atenuación hasta de 80% en 3ª armónica y 50% en armónicas mayores, incluyen supresores de transitorios Conexión: En serie con la carga Versiones: Fijo Capacidades: Unidades de 3,5,10 y 15 A, voltajes 120 y 240 V Voltajes: Baja tensión Protección: Fusibles

54 54 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Reactor de línea Aplicación: Alimentación a variadores de frecuencia Desempeño: Reduce THDi de 80-90% a 35-45% en función de %Z Conexión: En serie a la alimentación del VDF Versiones: Fijo Capacidades: De acuerdo al VDF/ carga. Z=3% a 5% Voltajes: Baja tensión Protección: La del VDF Filtro pasa-bajas Aplicación: Alimentación a variadores de frecuencia (VDF) Desempeño: Reduce distorsión armónica <12% y protege a VDF Conexión: En serie a la alimentación del VDF Versiones: Fijo Capacidades: De acuerdo al VDF Voltajes: Baja tensión Protección: La del VDF Distorsión Armónica: Soluciones

55 55 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Distorsión Armónica: Soluciones Filtro desintonizado (rechazo) Aplicación: Cargas no-lineales menor a 30% de la carga total Desempeño: Compensación FP d con ligera absorción de 5ª armónica Conexión: En paralelo al sistema de potencia Versiones: Fijo, semiautomático y automático Capacidades: Unidades de 10 a 100 kVAR, pudiendo formarse arreglos de múltiples unidades Voltajes: Baja y media tensión Protección: Fusibles o interruptores Filtro sintonizado (absorción) Aplicación: Cargas no-lineales mayor a 30% de la carga total Desempeño: Compensación FP d y absorción de armónica sintonizada Conexión: En paralelo al sistema de potencia Versiones: Fijo, semiautomático y automático Capacidades: Unidades de 10 a 100 kVAR, pudiendo formarse arreglos de múltiples unidades Voltajes: Baja y media tensión Protección: Fusibles o interruptores

56 56 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico Filtro activo Aplicación: Cargas no-lineales mayor a 30% de la carga total Desempeño: Compensación de armónicas 2 a 50, ajustable Conexión: En paralelo al sistema de potencia Versiones: Automático Capacidades: Unidades de A pudiendo formarse arreglos de múltiples unidades Voltajes: Baja tensión Protección: Fusibles Distorsión Armónica: Soluciones

57 57 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y Correo electrónico GRACIAS POR SU ATENCI Ó N Ing. Eugenio Téllez Ramírez Calidad de la Energía Eléctrica


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