Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 1 POWER QUALITY CALIDAD DE LA POTENCIA NOVIEMBRE DE 2015 Ing. Jairo Flechas Villamil CONCEPTOS BÁSICOS.

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1 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 1 POWER QUALITY CALIDAD DE LA POTENCIA NOVIEMBRE DE 2015 Ing. Jairo Flechas Villamil CONCEPTOS BÁSICOS

2 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 2 ENERO 2013

3 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 3 El buen manejo de la energía eléctrica, es vital para reducir costos de operación y lograr una mayor eficiencia de sus procesos. LA ENERGÍA ELECTRICA Recurso valioso e indispensable para las empresas.

4 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 4 Cadena de Valor de la Energía Eléctrica Procesos Productivos Instalaciones Productivas Suministro Energía Eléctrica CompetitividadMEJORA EL PAIS !! PARA QUÉ? LA ENERGIA ELÉCTRICA DEBE SER VISTA COMO UN INSUMO NO COMO UN COSTO !!

5 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 5 Representación básica Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 CARGAS GENERADORES El sistema eléctrico

6 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 6 La cadena de la bicicleta que conecta todos los elementos del sistema, es el equivalente a la red de transporte eléctrica. Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 CADENA RED DE TRANSPORTE ENERGIA = El sistema eléctrico

7 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 7 El sistema eléctrico Velocidad Constante Frecuencia fija de la redSin tensión mecánica Neutro de la redTensión mecánica constante Nivel de tension de la redMovimiento de los eslabones Corriente de la red Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 FASE NEUTRO

8 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 8 La energía proveniente del pedaleo de las figuras rojas se transmite por la cadena a través de un sistema de engranajes, los cuales representan el transformador entre el momento que aporta la turbina en una estación generadora la red de alta tensión. TRANSFORMADOR El sistema eléctrico

9 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 9 Algunas de las estaciones generadoras no pedalean a plena potencia, conservando algo de su energía para ser capaces de aplicarla y dar fuerza adicional cuando se requiera. Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 El sistema eléctrico

10 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 10 Si alguna silueta roja sufre un calambre y para de pedalear (Si una estación generadora experimenta problemas técnicos tiene que apagarse). Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 El sistema eléctrico

11 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 11 Cuando otra silueta azul salta repentinamente a la bicicleta (otra carga se conecta a la red). Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 El sistema eléctrico

12 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 12 Posee una onda sinusoidal con una frecuencia normal y un nivel de tensión normal, pero está retrasada en comparación con la onda principal de la red. Potencia reactiva y su compensación Una carga inductiva se puede representar como siluetas azules inclinándose hacia un lado Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 El sistema eléctrico

13 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 13 – Las bobinas de un motor eléctrico. – Lámparas Fluorescentes con reactancias Potencia reactiva y su compensación Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 El sistema eléctrico

14 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 14 Potencia reactiva y su compensación Carga inductiva no tendrá influencia en la tensión mecánica de la cadena, tampoco en la velocidad de la bicicleta, pero si no se compensa puede causar la caída de la bicicleta – Igual nivel de tensión de la red. – Igual frecuencia de la red. Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 El sistema eléctrico

15 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 15 Compensación de la Potencia reactiva Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 Se necesita una silueta roja que se incline hacia el otro lado para compensarla, la estación de generación necesita producir potencia reactiva; la misma potencia con el mismo retraso que la onda sinusoidal de la carga. El sistema eléctrico

16 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 16 Potencia reactiva y su compensación Esto conlleva las siguientes consecuencias: – La compensación tiene que ser inmediata y exacta o la red se caerá. – Las estaciones deben aportar fuerza adicional. – Perdidas adicionales en la red. Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 El sistema eléctrico

17 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 17 Para contrarrestar estas consecuencias, las grandes cargas inductivas generalmente se compensan cerca de su origen con: – Condensadores Activos o Pasivos Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 Potencia reactiva y su compensación El sistema eléctrico

18 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 18 Distorsión armónica El movimiento de una carga representaría una carga armónica, la cual presentaría una frecuencia que es un múltiplo de la nominal, Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 ARMÓNICOS El sistema eléctrico

19 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 19 Distorsión armónica – Tv. – Ordenadores. – Lámparas fluorescentes – Motores eléctricos con convertidores. Fuente: Lennart Soeder, Explaining Power System Operation to Non-engineers, IEEE Power Engineering, April 2002 El sistema eléctrico

20 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 20 Distorsión armónica Los filtros armónicos pueden ser vistos como si fueran unos sillines con pistones que se mueven, de tal manera que neutralizan el movimiento del ciclista hiperactivo. El sistema eléctrico

21 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 21 PCC I gn InIn M 3~ OTROS USUARIOS Este tipo corrientes deberían ser compensadas mediante el uso de filtros de armónicos cerca de su fuente. Distorsión armónica El sistema eléctrico

22 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 22 Mantenimiento de la tensión y la frecuencia constantes Se puede producir una disminución en la tensión si no se conectan gradualmente las cargas a la red. Cuando una carga pesada se desconecta repentinamente, puede darse un pico en la tensión. El sistema eléctrico

23 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 23 Mantenimiento de la tensión y la frecuencia constantes Resbalón fuera del pedal Apagón de sistema de control repentinoPedales siguen girando Red externa mantiene la frecuenciaBaja de velocidad Baja FrecuenciaCaída de tensión mecánica Caída de tensión en la redZapatos resbaladizos Hueco de tensión Sag Dificultad de ciclista para volver a pedalear Dificultad de la estación generadora para volverse a conectar a la red El sistema eléctrico

24 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 24 Tipos de estaciones generadoras Conectadas directamente a la red a través de un transformador. Ciclista rojo está directamente conectado con la cadena con un solo engranaje. Grandes centrales generadoras. Centrales nucleares. El sistema eléctrico

25 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 25 Tipos de estaciones generadoras Estaciones generadoras con un sistema de cambio de marchas que transforma la velocidad o un convertidor de onda de la frecuencia de la red. – INTERCONEXION DC HV El sistema eléctrico

26 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 26 Tipos de estaciones generadoras Estaciones generadoras conectados mediante una caja de cambios o/y un convertidor para contrarrestar las variaciones en la velocidad del viento. Pequeñas siluetas rojas que pedalean únicamente cuando el clima es favorable. Aerogeneradores El sistema eléctrico

27 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 27 Tipos de cargas Carga de resistencia, la cual produce calor o luz a partir de la energía eléctrica. – Bombilla Incandescente – Sistemas de calefacción eléctrica. Ciclista azul sin pedales pero pulsando continuamente los frenos. El sistema eléctrico

28 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 28 Tipos de cargas Carga reactiva, es el ciclista azul sin freno ni pedales, pero que se inclina hacía un lado de la bicicleta. El sistema eléctrico

29 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 29 Tipos de cargas Motor eléctrico, transforma la energía eléctrica en energía rotatoria. El sistema eléctrico

30 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 30 R C L V GENERADOR RESISTENCIACODENSADORREACTANCIA o BOBINA I El sistema eléctrico

31 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 31 VI WR VOLTIOS OHMIOSVATIOS AMPERIOS IxR V/R W/I W/R WxR V/I W/I 2 V 2 /W VxI V 2 /R I 2 xR W/V LEYES DE LA ELECTRICIDAD LEY DE OHM R= V / I LEY DE JOULE W= V x I = I 2 x R Ohmio = Voltio / Amperio Vatio = Voltio x Amperio El sistema eléctrico

32 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 32 Cadena de Valor de la Energía CompetitividadMEJORA EL PAIS !! PARA QUE AHORRAR ENERGIA ? LA ENERGIA DEBE SER VISTA COMO UN INSUMO !! Suministro Energía Eléctrica Procesos Productivos Instalaciones Productivas y Eficientes MEJORA LA SOCIEDAD !! Generalmente le medimos Solo la cantidad.

33 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 33 Como ? Midiendo su calidad y especificaciones 120 V 60 Hz 1 Fase3 Fases LA ENERGIA DEBE SER VISTA COMO UN INSUMO !!

34 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 34 Como ? Comparando con Normas UL CE CSA LA ENERGIA DEBE SER VISTA COMO UN INSUMO !!

35 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 35 Índices de consumo: Energía consumida / Producción realizada Energía consumida / Servicios prestados Energía consumida / Área construida Índices de Eficiencia:  Energía teórica / Energía real  Energía producida / Energía consumida Índices Económico-Energéticos:  Gastos Energéticos /Gastos Totales  Energía total consumida/Valor de la producción total realizada (Intensidad Energética) kW.h/Ton kW.h/kg kW.h/m kW.h/caja Como ? ESTABLECIENDO LA ENERGIA DEBE SER VISTA COMO UN INSUMO !!

36 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 36 PUNTO DE CONEXIÓN COMUN (PCC) Es el punto de conexión individual entre el SDL o el STR y el usuario final. (Es el punto de medida de energía). Fuente: Segelectrica OR PCC USUARIO FINAL

37 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 37 ONDA IDEAL DE TENSIÓN Valor r.m.s. Amplitud (V) Forma de onda Senoidal Frecuencia 60 Hz T = 1/f = 16,6 ms Valor pico

38 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 38 CORRIENTE ALTERNA +100 V - 100 V 0 V 50 V rms

39 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 39 TENSIÓN TRIFÁSICA BALANCEADA TENSIÓN TRIFASICA

40 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 40 PARÁMETROS IDEALES DE CALIDAD  FRECUENCIA  AMPLITUD  FORMA DE ONDA  CONTINUIDAD  DESBALANCE O ASIMETRÍA  60 CICLOS POR SEGUNDO  SEGÚN NORMA PARA CADA APLICACIÓN.  SINUSOIDAL PURA  ENERGÍA DISPONIBLE SIEMPRE  ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA BALANCEADA (TRIFÁSICOS).

41 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 41 PERTURBACIONES CALIDAD DE POTENCIA INTERRUPCIÓN SAG FLICKER SWELL TRANSITORIO VARIACIÓN DE FRECUENCIA ARMÓNICOS

42 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 42 a) Tensíón normal; b) Impulso; c) Transitório Oscilante; d) Hundimiento Momentáneo; e) Interrupción Momentáneo; f) Elevación Momentánea; g) Distorción Armónica; h) Recorte en la Tensión Principales Fenómenos que Inciden en la Calidad de la Energía Eléctrica Fuente: Ing. Herivelto S. Bronzeado

43 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 43 ANTECEDENTES  El desarrollo de nuevas tecnologías, especialmente en aplicaciones de la electrónica en todos los campos.  Nuevas estrategias comerciales basadas en microelectrónica y sistemas de comunicación.  Desarrollo global de las empresas a través de procesos cada vez más automatizados.  Normas de calidad ISO-9000/ISO-14000/ISO-18000  Preocupación por el medio ambiente.  Búsqueda de la eficiencia, la eficacia y la rentabilidad.  Modernización del Sector Eléctrico. DE LA CALIDAD DE POTENCIA

44 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 44 Ley de Kirchhoff de las Corrientes La suma de las corrientes que entran en un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen de él. TEORIA DE CIRCUITOS ELECTRICOS

45 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 45 Ley de Kirchhoff de las Tensiones La suma algebraica de las tensiones (Voltios) en una trayectoria cerrada ó lazo es igual a cero. TEORIA DE CIRCUITOS ELECTRICOS

46 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 46 REALIDAD DE CIRCUITOS ELECTRICOS

47 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 47 REALIDAD DE CIRCUITOS ELECTRICOS

48 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 48 REALIDAD DE CIRCUITOS ELECTRICOS

49 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 49 REALIDAD DE CIRCUITOS ELECTRICOS

50 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 50 SOLUCIONES IMPROVISADAS Este vehículo funciona !!! Pero con que nivel de seguridad y confiabilidad y confort?

51 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 51 Algunas personas deciden encomendarse a la Virgen para resolver sus problemas eléctricos !! SIN PLANEACION, NI DISEÑO

52 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 52 COSTOS POR LA CALIDAD DEL SERVICIO EN ESTADOS UNIDOS 2005 Estimativo de los costos por la mala calidad del servicio por tipo de cliente en EEUU Comercial 72% Industrial 26% Residencial 2% US$ 57 Billones US$ 20 Billones US$ 2 Billones Estimativo de costos por la mala caldiad del servicio por tipo de interrupción en EEUU US$ 52 Billones Interrupciones Momentáneas 67% Interrupciones Permanentes 33% US$ 27 Billones Costos totales US$ 79 Billones Interrupciones Momentáneas ≤ 5 minutos Interrupciones Permanentes > 5 minutos Ref: “Understanding the Cost of Power Interruptions to U.S.” EOL BNL

53 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 53 IMPACTO DE LA CALIDAD DEL SERVICIO POR SECTOR PRODUCTIVO Ref: PQ INVESTIGATIONS AND INDUSTRY CONTACTS

54 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 54 Impacto de la Calidad de la Potencia en la industria Fuente: DANE, 2003. ANDI.

55 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 55 Problemas más frecuentes con la Calidad de la Energía Eléctrica

56 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 56 Soluciones más normales en la Calidad de la Energía Eléctrica

57 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 57 LAS ALTERNATIVAS TÉCNICAS PARA REDUCIR EL NÚMERO Y SEVERIDAD DE LOS PROBLEMAS DE CALIDAD DE POTENCIA VAN DESDE LOS PROPIOS EQUIPOS DEL USUARIO HASTA LA EMPRESA DE SERVICIOS 4 3 21 Contactores Motores Otros cargas: Rect-Variadores- SOLUCIÓN EN LA EMPRESA DE SERVICIOS PROTECCIÓN COMPLETA DENTRO DE LA PLANTA. PROTECCIÓN DE CONTROLES ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS : INMUNIDAD. PC TENDENCIA DE LOS COSTOS PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CALIDAD DEL SERVICIO $ $$$$$$$$$ INCREMENTO DE LOS COSTOS PARA LA CORRECCIÓN DE LA CALIDAD DE LA POTENCIA

58 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 58 NminNrefNopt Nivel de Calidad del Servicio Modelo Teórico de la Calidad del Servicio en Sistemas Eléctricos Costos Vs. Calidad del servicio Costos Vs. Calidad del servicio MODELO GENERAL APLICADO Costos resultantes para la EMPRESAS por la calidad del servicio Costos resultantes para el CLIENTE por la calidad del servicio Costos totales de la calidad del servicio = Costo para el CLIENTE + costo para la EMPRESA Costos Resultantes ($)

59 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 59 SOLUCIONES DE PQ

60 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 60 FUENTE: ALLEN-SEGAL IBM Study 1974 ESTADÍSTICAS INTERNACIONALES

61 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 61 ESTADÍSTICAS GENELEC - 1995-1998

62 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 62 ESTADÍSTICAS GENELEC - 1995-1998

63 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 63 Etapa I : Generación Etapa II : Transmisión Etapa III: Distribución Etapa IV: Centros de Consumo Etapa IV: Centros de Consumo CONFIGURACION SISTEMA ELÉCTRICO

64 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 64 SISTEMA TIPICO DE TRANSMISION Y DISTRIBUCION M OTROS GENERADORES OTROS DISTRIBUIDORES TRANSMISION DISTRIBUCION UTILIZACION A.T. M.T. B.T. M.T. GENERACION

65 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 65 Nivel 4: 220kV >Vnom ≥ 57,5 kV Nivel 3: 30 kV ≤ Vnom < 57,5 KV Nivel 2: 30 kV > Vnom ≥ 1 kV Nivel 1: Vnom < 1 kV Niveles de Tensión GREG 097 – 2008 Los sistemas de Transmisión Regional y/o Distribución Local se clasifican por niveles, en función de la tensión nominal de operación, según la siguiente definición: Modificó a la CREG-070-1998 GREG 082 – 2002

66 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 66 ESQUEMA INFRAESTRUCTURA OPERADOR RED Unidades Generadoras G G G G SISTEMA DE TRANSMISIÓN NACIONAL- STN U.F.: Usuario Final >220 kV 57,5 kV -220 kV Nivel IV U.F OPERADOR DE RED (OR) 30-57,5 kV Nivel III U.F 1- 30 kV Nivel II U.F < 1 kV Nivel I U.F OPERADOR DE RED (OR) Nivel IV SISTEMA DE TRANSMISIÓN REGIONAL- STR SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN LOCAL- SDL CREG-082-2002

67 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 67 Necesidades de Confiabilidad FUENTE: : RPM RELIABLE METERS Pero qué es un sistema confiable? 99 %

68 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 68 Necesidades de Confiabilidad

69 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 69 Necesidades de Confiabilidad en sistemas eléctricos FUENTE: : RPM RELIABLE METERS

70 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 70 Necesidades de Confiabilidad en sistemas eléctricos

71 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 71 FUENTE: : RPM RELIABLE METERS Necesidades de Confiabilidad en sistemas eléctricos

72 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 72 Factura de Energia Electrica

73 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 73 CALIDAD DEL SUMINISTRO DE ENERGIA ELECTRICA (CASEL) CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA (CEL) CALIDAD DEL SERVICIO (CAS) ATENCION AL CLIENTE PERCEPCION DEL SERVICIO DISPONIBILIDAD Y CONFIABILIDAD CALIDAD DE LA POTENCIA ELECTRICA (CPE)

74 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 74 DEFINICIÓN DEL EPRI ( Electric Power Research Institute) " CUALQUIER PROBLEMA DE POTENCIA MANIFESTADO EN LA DESVIACIÓN DE LA TENSIÓN, DE LA CORRIENTE O DE LA FRECUENCIA, DE SUS VALORES IDEALES QUE OCASIONE FALLA O MALA OPERACIÓN DEL EQUIPO DE UN USUARIO." DEFINICIONES CALIDAD DE LA POTENCIA ELECTRICA

75 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 75 “ UNA CARACTERÍSTICA FÍSICA DEL SUMINISTRO DE ELECTRICIDAD, LA CUAL DEBE LLEGAR AL CLIENTE EN CONDICIONES NORMALES, SIN PRODUCIR PERTURBACIONES NI INTERRUPCIONES EN LOS PROCESOS DEL MISMO ”. DEFINICIONES CALIDAD DE LA POTENCIA ELECTRICA DEFINICIÓN DE LA IEC (1000-2-2/4) y LA CENELEC (EN 50160)

76 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 76 “EL TÉRMINO SE REFIERE A UNA AMPLIA VARIEDAD DE FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS QUE CARACTERIZAN LA TENSIÓN Y LA CORRIENTE ELÉCTRICAS, EN UN TIEMPO DADO Y EN UNA UBICACIÓN DADA EN EL SISTEMA DE POTENCIA”. DEFINICIONES CALIDAD DE LA POTENCIA ELECTRICA DEFINICIÓN DE LA IEEE 1159 [1995] R 2001 “Es el concepto de energizar y conectar a tierra equipo sensible de una manera que es conveniente para el funcionamiento de ese equipo”.

77 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 77 “SE RELACIONA CON LAS DESVIACIONES DE LOS VALORES ESPECIFICADOS PARA VARIABLES DE TENSIÓN Y LA FORMA DE LAS ONDAS DE TENSIÓN Y CORRIENTE”. DEFINICIONES CALIDAD DE LA POTENCIA ELECTRICA DEFINICIÓN DE LA CREG 070 - 1998 CPE

78 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 78 Para efectos de esta resolución, se define como el conjunto de calificadores de fenómenos inherentes a la forma de onda de la tensión, que permiten juzgar el valor de las desviaciones de la tensión instantánea con respecto a su forma y frecuencia estándar, así como el efecto que dichas desviaciones pueden tener sobre los equipos eléctricos u otros sistemas. DEFINICIONES CALIDAD DE LA POTENCIA ELECTRICA DEFINICIÓN DE LA CREG 024 - 2005

79 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 79 DEFINICIÓN DE LA NORMA ICONTEC DE-152/04 " Conjunto de características de la electricidad en un punto dado de un sistema de potencia en un momento determinado, que permiten satisfacer las necesidades requeridas por el usuario de la electricidad. Estas características son evaluadas con respecto a un conjunto de parámetros técnicos de referencia “. DEFINICIONES CALIDAD DE LA POTENCIA ELECTRICA

80 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 80 Energía eléctrica de buena calidad es aquella que garantice el funcionamiento contínuo, adecuado y seguro de los equipos eléctricos y procesos, sin afectar el medio ambiente y el bienestar de las personas (HB) Concepto de la Calidad de la Energía Eléctrica Calidad de la Energía Eléctrica  Calidad de la Tensión DEFINICIONES

81 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 81 El término “Calidad de la Energía Eléctrica” puede tener significados diferentes Europa: Voltage Quality USA: Power Quality África do Sul:Quality of Supply Brasil: Qualidade da Energia Elétrica Colombia:Calidad de la Energía Eléctrica, Calidad de la Potencia Eléctrica Concepto de la Calidad de la Energía Eléctrica

82 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 82 Concepto de la Calidad de la Energía Eléctrica

83 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 83 El nível de la “calidad” de la energía eléctrica es relacionado con el mantenimiento de una tensión de suministro próxima a sus condiciones ideales. La “calidad” de la energía eléctrica depende tanto de las empresas y de sus consumidores y fabricantes de equipos eléctricos. La sensibilidad de la carga es un de los factores determinantes para el nível de la “calidad” de la energía eléctrica. Concepto de la Calidad de la Energía Eléctrica

84 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 84 MEDIDAS CLASE A Deben emplearse medidores Clase A de acuerdo a la norma IEC 61000 - 4- 30, cuando se requiere de medidas precisas para efectos de aplicaciones contractuales, verificación del cumplimiento de los valores de referencia estipulados en ésta norma o en el caso de resolver reclamaciones o disputas entre un operador de red y un cliente. METODOS DE MEDIDA

85 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 85 MEDIDAS CLASE B Medidores Clase B podrán emplearse para investigaciones estadísticas, estudios de diagnóstico en instalaciones y otras aplicaciones donde no se requiere una alta precisión o baja incertidumbre. METODOS DE MEDIDA

86 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 86 Normas A lineación de las Normas

87 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 87

88 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 88 CLASIFICACION DE LAS PERTURBACIONES SEGÚN LAS SIETE CATEGORÍAS 1. TRANSITORIOS (Impulsos y oscilaciones) 2. VARIACIONES DE CORTA DURACIÓN (Sags y Swells) 3. VARIACIONES DE LARGA DURACIÓN (Interrupciones, Sub y Sobretensiones) 4. DESBALANCES DE TENSIÓN (Simetria) 5. DISTORSIÓN EN LA FORMA DE ONDA (Armónicos, Interarmónicos, ruidos, d.c. Offset) 6. FLUCTUACIONES DE TENSIÓN (Flicker) 7. VARIACIONES EN LA FRECUENCIA IEEE 1159 [1995] R 2001 LAS 7 CATEGORÍAS

89 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 89 PERTURBACIONES CALIDAD DE POTENCIA INTERRUPCIÓN SAG FLICKER SWELL TRANSITORIO VARIACIÓN DE FRECUENCIA ARMÓNICOS

90 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 90 FUENTE : GERS PERTURBACIONES CALIDAD DE POTENCIA

91 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 91 a) Tensíón normal; b) Impulso; c) Transitório Oscilante; d) Hundimiento Momentáneo; e) Interrupción Momentáneo; f) Elevación Momentánea; g) Distorción Armónica; h) Recorte en la Tensión Principales Fenómenos que Inciden en la Calidad de la Energía Eléctrica Fuente: Ing. Herivelto S. Bronzeado

92 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 92 CLASIFICACIÓN DE PERTURBACIONES según IEEE- 1159 (R 2001)

93 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 93 CLASIFICACIÓN DE PERTURBACIONES IEEE- 1159 (R 2001)

94 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 94 0.5 CICLOS 30 CICLOS 0,5 Segundo 3 Segundos 1 min Vn = 1 0.9 1.1 0.8 1.4 1.2 1.8 Instantáneas TEMPORALES LARGA DURACIÓN Elevaciones de Tensión (Swells) Caídas de Tension (Sags) Interrupciones (Interruptions) 0.1 VARIACIONES DE TENSIÓN IEEE-1159 -1995 (R-2001) Instantáneas Momentáneas Temporales Larga Duración Magnitud de Tensión en P.U. Tiempo (log) P.U. Subtensiones Sobretensiones Transitorias FLUCTUACIONES DE TENSION Fluctuaciones Interrupciones Momentáneas

95 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 95 CURVA ITI

96 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 96 Region Prohibida APLICABILIDAD 120V de Tensión Nominal obtenido de sistemas 208Y/120V, y 120/240V, 60Hz. Information Technology Industry Council (ITI)

97 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 97 CLASIFICACIÓN DE PERTURBACIONES IEEE- 1159 (R 2001)

98 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 98 Vn = 120 V RANGO DE FLUCTUACIONES DE TENSION +5 % -5 % DISTANCIA DEL ALIMENTADOR ANSI C84.1-1989 TENSION A BAJA CARGA SIN COMPENSACION TENSION A PLENA CARGA Mts TENSION A BAJA CARGA CON COMPENSACION IEEE 141-1992 RED BOOK VARIACIONES DE TENSIÓN ESTADO ESTABLE

99 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 99 Vn = 120 V VARIACIONES DE TENSIÓN ESTADO ESTABLE RANGO DE FLUCTUACIONES DE TENSION +5 % -5 % DISTANCIA DEL ALIMENTADOR ANSI C84.1-1989 TENSION A BAJA CARGA SIN COMPENSACION TENSION A PLENA CARGA Mts TENSION A BAJA CARGA CON COMPENSACION IEEE 141-1992 RED BOOK

100 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 100 Regulación de Tensión

101 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 101 Regulación de Tensión

102 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 102 Regulación de Tensión

103 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 103 Regulación de Tensión

104 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 104 Regulación de Tensión

105 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 105 Fuente: UNIV de GUATEMALA tesis métodos de regulación de tensión Regulación de Tensión

106 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 106 ESQUEMA INFRAESTRUCTURA OPERADOR RED Unidades Generadoras G G G G SISTEMA DE TRANSMISIÓN NACIONAL- STN U.F.: Usuario Final >220 kV 57,5 kV -220 kV Nivel IV U.F OPERADOR DE RED (OR) 30-57,5 kV Nivel III U.F 1- 30 kV Nivel II U.F < 1 kV Nivel I U.F OPERADOR DE RED (OR) Nivel IV SISTEMA DE TRANSMISIÓN REGIONAL- STR SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN LOCAL- SDL CREG-082-2002

107 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 107 SOBRETENSIONES IMPULSO

108 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 108 SOBRETENSIONES OSCILATORIAS CORTES DE ENERGIA SAGS SWELLS FLICKER FACTOR DE POTENCIA ARMONICOS

109 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 109 Eventos Transitorios Tipo Oscilatorio Tipo Impulso

110 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 110 EVENTOS TRANSITORIOS - Tipo Impulso Es un transitorio aleatorio que varía en una frecuencia diferente a la del sistema en Estado Estable de la tensión, corriente o ambos, con la característica de ser unidireccional en su polaridad (negativos o positivos).

111 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 111 EVENTOS TRANSITORIOS - Tipo Oscilatorio Es un transitorio que varía su valor instantáneo y polaridad rápidamente. Son el resultado de respuestas de circuitos RLC de potencia y efectos de ferroresonancia en transformadores (baja frecuencia).

112 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 112 Variaciones de tensión (EN-50160) ¡Necesitamos un cable mayor para reducir la caída de tensión! El 95 % de los valores medios (10 min.) durante una semana deben estar en +/- 10% de la tensión nominal.

113 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 113 Sags y Swells SAG SWELL

114 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 114 CAIDAS DE TENSIÓN - HUECOS - SAGS - DIPS Es un transitorio de corta duración de frecuencia nominal, en donde el valor instantáneo de la tensión disminuye por debajo del 90%, estos son asociados con entrada y salida de grandes cargas en el sistema o arranque de motores.

115 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 115 Huecos de tensión y pulsos (EN-50160) ¡La corriente de arranque de un motor provoca un hueco de tensión! Se define como hueco o pulso un valor mayor de +/- 10% de la tensión nominal del valor RMS calculado en medio ciclo (10ms).

116 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 116 Variador de velocidad EVENTOS DENTRO DEL CUADRO CAUSARAN PROBLEMAS CARTAS DE HUNDIMIENTOS (Sags) IEEE 1346

117 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 117 SUSCEPTIBILIDAD DE LAMPARAS APAGADO DE LAMPARAS EN LOCALES COMERCIALES METALHALIDE

118 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 118 0.9 1.0 Vrms [p.u.] Timpo Magnitud hueco trifásico Duración del hueco 0.4 0,2 s Caracterización del hueco de tensión LAMPARA METAL HALIDE CAIDAS DE TENSION DE CORTA DURACION- SAGS

119 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 119 Caracterización del hueco de tensión LAMPARA METAL HALIDE 0.9 1.0 Vrms [p.u.] Timpo Magnitud hueco trifásico Duración hueco 0.5 0,8 s CAIDAS DE TENSION DE CORTA DURACION- SAGS

120 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 120 0.9 1.0 Vrms [p.u.] Tiempo Magnitud hueco trifásico Duración hueco 0.6 5 s Caracterización del hueco de tensión LAMPARA METAL HALIDE CAIDAS DE TENSION DE CORTA DURACION- SAGS

121 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 121 MAL FACTOR DE POTENCIA

122 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 122 ALTO FACTOR DE POTENCIA DE LA CARGA MAL FACTOR DE POTENCIA

123 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 123 Estas son cartas que presentan la frecuencia de ocurrencia de los hundimientos (sag), por magnitud y duración, en un intervalo de tiempo. IEEE P1564 Carta Iso-Sag y superposición:

124 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 124 Superponiendo la carta, con la curva de susceptibilidad de un equipo (CBEMA, EPRI, etc), se obtiene el numero de veces que el equipo es susceptible a operar incorrectamente. IEEE P1564 Carta Iso-Sag y superposición:

125 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 125 CURVAS ISO-SAGS

126 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 126SAGS

127 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 127 ELEVACIONES MOMENTÁNEAS Swells Es un transitorio de corta duración de frecuencia nominal, en donde el valor instantáneo de la tensión aumenta por encima del 110%, estos son asociados con fallas en los sistemas de potencia, estos son menos comunes que las depresiones.

128 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 128 INTERRUPCIONES Las interrupciones son la pérdida del servicio causada generalmente por la operación de interruptores o fusibles en el momento de una falla o cualquier otro componente del sistema. Estas son definidas técnicamente como caídas de los niveles de tensión por debajo de 0.1 p.u.

129 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 129 Interrupciones de tensión La tormenta ha causado una interrupción ! Se define como interrupción la caída de tensión por debajo del 10% de la nominal.

130 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 130 INTERRUPCIONES INTERRUPCIÓN

131 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 131 Flicker FLICKER

132 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 132 Flicker IEC 868 (Pst & Plt) IEC 61000-4-15 ¡Los valores altos de flicker causan parpadeo en la luz de las bombillas! El valor del factor de flicker de larga duración (Plt) no será mayor de 1 durante el 95% de 1 semana.

133 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 133 ARMÓNICOS IEEE-519 Tensiones o corrientes armónicas son aquellas tensiones o corrientes cuyas frecuencias son un múltiplo entero de la frecuencia fundamental. Estos fenómenos se expresan generalmente como un porcentaje de la corriente o tensión fundamental.

134 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 134 Armónicos e Interarmónicos ¡El 5º armónico sobrepasa el límite. Se debe reducir la impedancia de la red! Hay un limite para cada armónico individual que no se debe sobrepasar durante el 95% de 1 semana.

135 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 135 ARMÓNICOS

136 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 136 Para reflexión Existe corriente en el conductor neutro en un sistema alimentando en una carga trifásica equilibrada? Corriente en el Conductor Neutro Fuente: Ing. Herivelto S. Bronzeado

137 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 137 Frecuencia y Desequilibrio ¡Desequilibrios y variaciones de frecuencia generalmente no dan problemas ! Desequilibrio: Sist. Positivo / Sist. negativo < 2%. Frecuencia: 60Hz +/- 1% (95 % de 1 semana) VARIACIÓN DE FRECUENCIA

138 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 138 Rizado de Señales de Control El rizado de la señal de control no debe superar el límite marcado para su frecuencia en % de la tensión nominal (por ejemplo: 725Hz - > límite 5 %). ¡La amplitud debe ser suficiente para control del receptor!

139 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 139 DEMO DE CALIDAD DE POTENCIA

140 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 140 LAS 5 TÉCNICAS DE PARA CONTROLAR PERTURBACIONES ABSORBER ENERGÍA. EQUIPOTENCIALIZAR. FILTRAR. APANTALLAR. SISTEMA DE PUESTA A TIERRA. SOLUCIONES PQ Fuente: Ing Alan Duque Henao

141 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 141 Responsabilidad con la Calidad de la Energía Eléctrica Consumidor Empresa Energía Eléctrica Fabricantes Equipos Responsabilidad con la Calidad de la Energía Eléctrica CREG

142 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 142 Parques de Navarra España

143 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 143

144 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 144 Un ambicioso tejado solar con más de 11.000 placas fotovoltaicas situado en la mayor zona de radiación de España, en Andújar (Jaén). Potencia: 1.200 kW Producción: 2.000.000 kWh/año Fecha de conexión: Junio 2012 Aportación medioambiental 1.680 Toneladas de CO2 Efecto depurativo equivalente a 86.100 árboles Consumo de más de 630 hogares Instalación Solar ”Villa Franca” España

145 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 145 Un ambicioso tejado solar con más de 11.000 placas fotovoltaicas situado en la mayor zona de radiación de España, en Andújar (Jaén). Potencia: 1.200 kW Producción: 2.000.000 kWh/año Fecha de conexión: Junio 2012 Aportación medioambiental 1.680 Toneladas de CO2 Efecto depurativo equivalente a 86.100 árboles Consumo de más de 630 hogares Instalación Solar "Guadalquivir” España

146 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 146

147 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 147

148 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 148

149 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 149

150 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 150

151 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 151

152 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 152

153 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 153 PREGUNTAS

154 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 154 MUCHAS GRACIAS POR SU AMABLE ATENCIÓN ESPERAMOS QUE ESTA PRESENTACION CONTRIBUYA EN EL FUTURO A UNA MAYOR PRODUCTIVIDAD Y COMPETIVIDAD DE NUESTRO PAIS Y A UN MUNDO MÁS VERDE Y SOSTENIBLE. ING. JAIRO FLECHAS VILLAMIL gerencia1@genelec.net Cel 315-3340 761

155 Copyright: 2014 Eng Jairo Flechas V. 155 Comprometidos con el desarrollo permanente y sostenible de nuestros Grupos de Interés. Comprometidos con el desarrollo permanente y sostenible de nuestros Grupos de Interés. Cr 49A No 84- 16 Bogotá - Colombia PBX (+ 571) 623 7400 JAIRO FLECHAS VILLAMIL Cel 315-3340 761 www.genelec.net servicios@genelec.net