Factor de Potencia y Calidad de la Energía

Presentación del tema: "Factor de Potencia y Calidad de la Energía"— Transcripción de la presentación:

1 Factor de Potencia y Calidad de la Energía
Ponente Eugenio Téllez Ramírez

2 Factor de Potencia 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. 2 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

3 FP = Potencia Activa (P)
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) 3 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 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)) 4 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

5 Factor de Potencia El ángulo Ø y por lo tanto cos Ø dependen de la proporción entre la potencia activa P y la potencia reactiva Q. Q f FP=cosf Tipo de carga Q=0 0° 1 Resistiva Q=P 45° 0.7071 Resistiva - Inductiva Q>>P ~90° ~0 Inductiva 5 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

6 Factor de Potencia En general, como valores menores de factor de potencia implican mayores corrientes en los circuitos, la operación en estas condiciones presenta los siguientes inconvenientes: Comportamiento carga Transformador P (kW) FP S (kVA) kVA nom % carga 420 0.8 525 500 105% 0.95 442 88% Carga Conductor P (kW) (V) FP (%) (Amp) (AWG) Long (mts) Pérdidas (kW) 115 440 1 151 2/0 100 1.84 0.9 168 2.28 0.8 189 2.88 0.7 216 3.76 6 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

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 7

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 8 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

9 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 9 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

10 Banco fijo de capacitores
Factor de Potencia Bancos de capacitores Para compensación del FP en sistemas lineales Banco fijo de capacitores 10 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

11 Factor de Potencia Banco automático de capacitores
a) Arreglo de banco automático de capacitores b) Conexión al sistema de distribución 11 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

12 Factor de Potencia 12 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

13 Calidad de la Energía 13 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

14 IEEE 1100 “IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment”
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. 14 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

15 Sesibilidad del Equipo
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16 Impacto de Disturbios en la Operación
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. 16 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

17 Impacto de la Calidad de Energía en las Empresas
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 17 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

18 IEEE 1159 Fenómenos electromagnéticos
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 18 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

19 Transitorios 19 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

20 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. 20 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

21 1.0 Impulsos Alta Energía 2.0 Oscilatorios 3.0 Ráfagas (EFT)
Transitorios: Conceptos IEEE C 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 ms (V)-8/20 ms (I) Onda oscilatoria estándar 0.5 ms-100 kHz 21 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

22 Categoría Localización
Transitorios: Conceptos IEEE C Categoría Localización 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 A B C Receptáculos Cargas Lejanas Alimentadores Tableros cercanos Cargas cercanas Líneas aéreas Líneas subterráneas Acometida 22 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

23 Transitorios: Conceptos IEEE C62-41-1991
Voltajes y Corrientes Esperadas Categorías de Localización A y B Exposiciones Baja, Media y Alta Onda oscilatoria estándar 0.5 ms-100 kHz Categoría de Localización Exposición del Sistema Voltaje kV Corriente kA A1 Bajo 2 0.07 A2 Medio 4 0.13 A3 Alto 6 0.2 B1 0.17 B2 0.33 B3 0.5 Voltajes y Corrientes Esperadas Categorías de Localización B y C Exposiciones Baja, Media y Alta Onda combinada estándar 1.2/50 ms-8/20 ms Categoría de Localización Exposición del Sistema Voltaje kV Corriente kA B1 Bajo 2 1 B2 Medio 4 B3 Alto 6 3 C1 C2 10 15 C3 20 A: Receptáculos, Cargas Lejanas B: Alimentadores, Tableros cercanos, Cargas cercanas B: Alimentadores, Tableros cercanos, Cargas cercanas C: Líneas aéreas, Líneas subterráneas, Acometida Valores establecidos por consenso para guiar y uniformizar procedimientos de prueba 23 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

24 Transitorios: Protección
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 TVSS (SSTT) NOM-001-SEDE-2005 Artículo 285-2 24 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

25 Transitorios: Protección
25 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

26 Transitorios soportados respecto a la capacidad del supresor
Transitorios: Protección Transitorios soportados respecto a la capacidad del supresor Efecto de 1 y 2 etapas de protección 26 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

27 Transitorios: Protección
Transitorio sin TVSS Transitorio con TVSS 27 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

28 Variaciones de Voltaje
28 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

29 Variaciones de corta duración: Conceptos
Depresión (sag) Reducción 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. 29 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

30 Variaciones de corta duración: Conceptos
Bajo voltaje (undervoltage) Reducción 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. 30 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

31 Variaciones de Voltaje: Causas
Disturbio Causas 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 voltaje Reducción significativa de carga interna / externa (Fin de semana) Posición inadecuada de tap del transformador Bajo voltaje Sobre carga en transformadores Caída de tensión excesiva en conductores 31 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

32 Variaciones de Voltaje: Soluciones
Segregación de cargas 32 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

33 Variaciones de Voltaje: Soluciones
Regulador de voltaje electrónico por pasos Circuito de Potencia Efecto en Cambio de Tap Voltaje a la salida Regulador Electrónico por Pasos 33 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

34 Variaciones de Voltaje: Soluciones
Regulador ferroresonante Funcionamiento Regulación de voltaje Variación de voltaje Sin regulador / Con regulador 34 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

35 Ruido Eléctrico 35 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

36 Ruido: Conceptos Ruido Señales eléctricas no deseadas de baja amplitud, baja corriente y alta frecuencia que producen efectos indeseables en los circuitos de control. 36 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

37 Causas Ruido: Causas Cargas no-lineales Otras cargas
Puesta a tierra inadecuada Cables sueltos Interferencia electromagnética PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

38 Ruido modo común: Soluciones
Transformador de aislamiento 38 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

39 Ruido: Soluciones Segregación de cargas 39
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40 Condiciones de instalación
Ruido: Soluciones 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 40 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

41 Filtros RFI Ruido: Soluciones 41
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42 Con filtros para atenuación de ruido.
Ruido: Soluciones TVSS Con filtros para atenuación de ruido. Filtering Attenuation Frequencies 500Hz 1000Hz 5000Hz 1Mhz 5Mhz 10Mhz 50Mhz 100Mz 47dB 50dB 37dB 38dB 53dB 42 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

43 Interrupción 43 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

44 Interrupción: Conceptos
Pérdida completa de voltaje por un lapso de tiempo. Interrupción remota (suministrador) Interrupción local 44 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

45 Interrupción: Conceptos
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. 45 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

46 Interrupción: Soluciones UPS
Topologías 46 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

47 Interrupción: Soluciones UPS
Topologías 47 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

48 Distorsión Armónica 48 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

49 Distorsión Armónica: Definición
Distorsión periódica de la onda, definida como la suma de señales sinusoidales de diferentes frecuencias Componente fundamental 5ª armónica 7ª armónica 11ª armónica 49 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

50 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 50 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

51 Distorsión Armónica: Soluciones
Reducción mediante filtros Amplia diversidad de soluciones Aplicación: Tipos de cargas no-lineales Objetivo de la solución Inversión 51 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

52 Distorsión Armónica: Soluciones
Tipos de filtros Filtro monofásico 3ª armónica Reactor de línea Filtro pasa – bajas Filtro desintonizado (rechazo) Filtro sintonizado (absorción) Filtro activo 52 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

53 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 53 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

54 Distorsión Armónica: Soluciones
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 54 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

55 Distorsión Armónica: Soluciones
Filtro desintonizado (rechazo) Aplicación: Cargas no-lineales menor a 30% de la carga total Desempeño: Compensación FPd 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 FPd 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 55 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

56 Distorsión Armónica: Soluciones
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 56 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico

57 GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Ing. Eugenio Téllez Ramírez Calidad de la Energía Eléctrica 57 PAESE Av. San Rafael 211A Col. Santa Cecilia Tel. (55) Exts y 96561 Correo electrónico