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• Daniel Giraldo

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1 ANÁLISIS CALIDAD DE LA ENERGÍA TRANSFORMADOR DE 630 KVA SECO, 480/277 V ELABORADO POR: COINSI S.A.S. COINSI ÁREA:

PARA:

LADRILLERA ASOCIADOS

Para COINSI S.A.S, es muy importante la satisfacción de nuestros clientes; la garantía, el acompañamiento y el respaldo que ofrecemos deben cumplir con los más altos estándares de calidad y servicio. COINSI S.A.S está implementando acciones para reducir el consumo de los recursos naturales, entre ellos el papel, por lo que te invitamos a verificar que documentos son indispensables en físico, nuestro compromiso ambiental es una realidad, únete!

MEDELLÍN NOVIEMBRE DE 2018

Contenido 1.

2.

Datos generales .................................................................................................................................... 3 1.1.

Lugar donde se realizó las medidas (Pcc).................................................................................... 3

1.2.

Interesado .................................................................................................................................... 3

1.3.

Variables de medición ................................................................................................................. 3

1.4.

Tiempo de medición .................................................................................................................... 3

Generalidades ....................................................................................................................................... 3 2.1

Equipo utilizado........................................................................................................................... 3

2.2

Medida ......................................................................................................................................... 4

2.3

Cálculo......................................................................................................................................... 4

2.4

Características técnicas del analizador MI 2892: ........................................................................ 5

2.4.1.

Medida de tensión ................................................................................................................... 5

2.4.2.

Medida de corriente................................................................................................................. 5

2.4.3.

Clase de precisión (Clase A) ................................................................................................... 5

3.

Unidades y convenciones ..................................................................................................................... 5

4.

Resultado y análisis de las medidas ..................................................................................................... 6

4.

4.1.

Comportamiento de los niveles de tensión Línea –Neutro. ......................................................... 6

4.2.

Comportamiento de los niveles de tensión Línea – Línea. .......................................................... 7

4.3.

Comportamiento de los eventos de tensión ................................................................................. 8

4.4.

Análisis de Curva ITI/CBEMA ................................................................................................... 8

4.5.

Comportamiento de los niveles de Corriente............................................................................. 11

4.6.

Corrientes Máximas de Línea .................................................................................................... 12

4.7.

Distorsión total armónica (THD):.............................................................................................. 13

4.8.

Límites recomendados para %THD V....................................................................................... 14

4.9.

Distorsión armónica de tensión ................................................................................................. 17

4.10.

Distorsión armónica de corriente. .............................................................................................. 17

4.11.

Potencia Activa .......................................................................................................................... 24

4.12.

Potencia Reactiva ...................................................................................................................... 25

4.13.

Potencia Aparente ...................................................................................................................... 26

4.14.

Factor de Potencia ..................................................................................................................... 27

Conclusiones ...................................................................................................................................... 29

2

1. Datos generales 1.1.

Lugar donde se realizó las medidas (Pcc)

La medida se realizó aguas abajo del totalizador principal del transformador de 630 kVA seco 480/277 V, el cual esta protegido con un totalizador 1000 A marca Schneider. 1.2.

Interesado

El estudio se realiza por solicitud de LADRILLERA ASOCIADOS con la finalidad de conocer el estado del sistema. 1.3.

Variables de medición

Medida de tensión de fase, corrientes de línea, factor de potencia, potencia activa, potencia reactiva, potencia aparente y distorsión armónica. 1.4.

Tiempo de medición

La medición se realizó en dos intervalos de tiempo los cuales comprenden: Primera medición (realizada en intervalos de 3 segundos): Inicio de la medida: 26/10/2018, 15:51:42 Finalización de la medida: 28/10/2018, 15:51:40 Segunda medición (realizada en intervalos de 10 segundos): Inicio de la medida: 30/10/2018, 15:35:30 Finalización de la medida: 03/11/2018, 11:12:10

2. Generalidades 2.1

Equipo utilizado

Analizador de Redes MI 2892 de marca METREL de fabricación SLOVENIA.

3

Figura 1 Analizador de Redes MI 2892 marca METREL.

Los analizadores de redes son instrumentos de medida programables que miden y registran en memoria todos los parámetros eléctricos de la red de alimentación, de un circuito en especial. El analizador MI 2892 es un instrumento de medida programable que MIDE, CALCULA, Y REGISTRA EN MEMORIA los principales parámetros eléctricos en redes industriales. 2.2

Medida

Esta se realiza mediante 3 pinzas “tipo caimán” que captan la señal de tensión, conectadas en cada Fase, L1, L2, L3, neutro (Ln) y Tierra (LE). Además de 3 pinzas “tipo Rogowski”, que captan la señal de corriente alterna, conectadas en cada una de las tres fases L1, L2, L3, y neutro. Las anteriores pinzas tanto las 3 de tensión como las 3 de corriente van conectadas al analizador de redes. 2.3

Cálculo

Con el registro de las medidas básicas de tensión y corriente en el tiempo, el equipo MI 2892, tiene la capacidad de obtener el resto de las variables eléctricas, como lo son: Factor de potencia, potencias: aparente, activa y reactiva, consumo de energía: activa y reactiva, armónicos de corriente y voltaje, desbalance, eventos atípicos en el servicio de energía, entre otros. El proceso termina en un riguroso análisis de todos los datos arrojados por el equipo, realizado por un ingeniero electricista. Para el adecuado manejo y presentación de tablas y graficas se

4

utiliza software Excel, además de gráficos dados por el programa Metrel Power View v3especial. 2.4

Características técnicas del analizador MI 2892:

2.4.1. Medida de tensión Rango de medida:

0 a 690 V

Cambio de escala:

Automático

Frecuencia:

40 a 70 Hz.

2.4.2. Medida de corriente Rango de Medida:

Pinzas Flexibles 1 a 3000 A (corriente pico 10000 A)

2.4.3. Clase de precisión (Clase A) Corriente:

0.01 % de la lectura

Tensión:

0.01 % de la lectura

3. Unidades y convenciones V

Voltios

A

Amperios

kVA

Kilovoltio amperios

kVAR

Kilovoltio amperios reactivos

kW

Kilovatios

S

Potencia aparente

P

Potencia activa

Q

Potencia reactiva

V1, V2, V3

Voltaje línea-neutro

I1, I2, I3

Corriente de línea

FP

Factor de Potencia

5

4. Resultado y análisis de las medidas 4.1.

6

Comportamiento de los niveles de tensión Línea –Neutro.

Figura 2 Grafica de tensión L-N

OBSERVACIÓN: En el gráfico de la figura 2 se observa el comportamiento de los niveles de tensión línea - Neutro, se aprecian 3 puntos donde se sobrepasan los límites establecidos por la resolución CREG 070-98 y modificado en la resolución CREG 024-2005 en la cual se establece que los límites no deben sobrepasar +10% y -10% del voltaje nominal. Estos valores pueden ser provocados por arranque de maquinaria de un consumo considerable para el sistema. Tabla 1 Tensión L-N VALORES DE VOLTAJE

U L1[V]

U L2[V]

U L3[V]

U N[V]

MAXIMO

282,670

282,930

284,490

0,729

MINIMO

242,950

237,130

241,050

0,000

PROMEDIO

271,610

271,604

272,845

0,186

4.2.

Comportamiento de los niveles de tensión Línea – Línea.

7

Figura 3 Grafica de tensión L-L

OBSERVACIÓN: En el gráfico de la figura 3 se observa el comportamiento de los niveles de tensión línea - línea, se aprecian 3 puntos donde se sobrepasan los límites establecidos por la resolución CREG 070-98 y modificado en la resolución CREG 024-2005 en la cual se establece que los límites no deben sobrepasar +10% y -10% del voltaje nominal. Estos valores pueden ser provocados por arranque de maquinaria de un consumo considerable para el sistema. Tabla 2 Tensión L-L VALORES DE VOLTAJE

U L1-2[V]

U L2-3[V]

U L3-1[V]

MAXIMO

489,12

492,04

491,23

MINIMO

413,29

414,24

421,03

PROMEDIO

469,68

472,41

471,36

4.3.

Comportamiento de los eventos de tensión

En la Figura 5 se observan comportamientos eventuales de los niveles de tensión. Los eventos se categorizados como “SAG” y “SWELL”, los cuales presentan variaciones de tensión por debajo y por encima del 10% de la tensión nominal respectivamente con un periodo de entre 8 ms y 1 min, estos fenómenos pueden ser causados por operaciones de cargas, perturbaciones electromagnéticas debido a fenómenos atmosféricos, acciones de terceros y en sí otros eventos de naturaleza fortuita.

4.4.

Análisis de Curva ITI/CBEMA

El origen de la curva CBEMA se remonta a 1977, cuando se solicitó al Grupo de Trabajo ESC3 de la “Computer Business Equipment Manufacturers Association” (CBEMA) que proporcionó un perfil de rendimiento energético para equipos informáticos, el cual fue propuesto para su publicación en IEEE Std 446. En esta grafica se aprecia que aquellos puntos por encima de la traza superior suponen causas de mal funcionamiento, tales como fallas en el aislamiento, disparos por sobretensión, y sobreexcitación. Los puntos por debajo de la traza inferior implican causas de pérdida de carga debido a la falta energía. La región de tensión de +/-10% se encuentra definida como margen de estado estable de suministro. Cualquier variación de tensión dentro del +/-10% no será evaluada como eventos ni perturbación.

8

Figura 4 Curva ICI/CBEMA

9

Figura 5 Curva ITIC/CBEMA

OBSERVACIÓN: Según los resultados mostrados en la figura 5, no se aprecian eventos perjudiciales para equipos que funcionen con electrónica sensible.

10

11 4.5.

Comportamiento de los niveles de Corriente

Figura 6 Grafica de corrientes

OBSERVACIÓN: Según se observa en la figura 6 las corrientes se aprecian valores que sobrepasan o se acercan al valor de la corriente nominal, pero en ningún momento sobrepasan el límite de corriente de la protección, se aprecia que el 31 de octubre se presentó un periodo de tiempo que pudo representar una sobrecarga en el transformador la cual no supera el 25%.

12

Tabla 3 Corriente de línea

4.6.

VALORES DE CORRIENTE

I L1[A]

I L2[A]

I L3[A]

I N[A]

MAXIMO

888,67

945,32

936,53

2,59

MINIMO

144,31

177,69

131,28

0,70

PROMEDIO

354,41

394,55

359,11

1,30

Corrientes Máximas de Línea

Figura 7 Grafica de corrientes de línea (valores máximos)

OBSERVACIÓN: Se aprecia un pico que sobrepasa el valor nominal y el de la protección, los cuales se pueden generar por el arranque de maquinaria.

4.7.

Distorsión total armónica (THD):

Cuando el voltaje o la corriente de un sistema eléctrico tienen deformaciones con respecto a la forma de onda sinusoidal, se dice que la señal está distorsionada. Los armónicos son tensiones o corrientes sinusoidales que poseen frecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental del sistema (Son los factores de medida del contenido de armónicos o el grado de distorsión de la onda de tensión o de corriente con respecto a la fundamental). La distorsión armónica es originada debido a las características no lineales de los equipos y cargas de un sistema de potencia. Figura 8 Señal fundamental+3er Armónico

Los valores de distorsión armónica están definidos en (%) de cantidades eléctricas, y estos valores son muy utilizados para conocer el grado de contaminación de las redes.

Donde:

13

Vn: Tensión rms de cada armónico In: Corriente rms de cada armónico V1: Magnitud de tensión rms de la fundamental I1: Magnitud de corriente rms de la fundamental 4.8.

Límites recomendados para %THD V

La norma que rige para la evaluación del contenido de armónicos es la IEEE 519 de 2014. Los límites máximos de distorsión de tensión que la norma recomienda están dados en la siguiente tabla. Tabla 4 Límites recomendados para %THDV (Tomada de IEEE 519 de 2014)

14

Tabla 5

15

Máxima corriente de distorsión en % de IL. Para armónicas impares. (Tomada de IEEE 519 de 2014.

Para el cálculo de Icc en el barraje se toma en cuenta la impedancia del transformador, esta se calcula de la siguiente forma:

𝒁% ∗ 𝑼𝟐𝑳 𝒁𝑻 = 𝟏𝟎𝟎 ∗ 𝑺𝑻 Donde: 𝒁𝑻 : Impedancia del transformador (mΩ) 𝒁%: Impedancia porcentual de cortocircuito del transformador (%) 𝐔𝐿 : Tensión entre fases del secundario del transformador(V) 𝑺𝑻 : Potencia nominal del transformador (kVA) Para este transformador se tomó como Z%=5%

𝑍𝑇 =

𝟓%∗𝟒𝟖𝟎𝟐 𝟏𝟎𝟎∗𝟔𝟑𝟎

= 𝟏𝟖. 𝟐𝟖𝟔𝐦 [Ω]

𝑰𝒄𝒄 =

𝑰𝒄𝒄 =

𝑽𝒍 √ 𝟑 ∗ 𝒁𝑻

𝟒𝟖𝟎 √𝟑 ∗ 𝟏𝟖, 𝟐𝟖𝟔𝒎

= 𝟏𝟓, 𝟏𝟓𝟓 𝒌[𝑨]

Se necesita saber el valor de corriente línea máxima del estudio

𝑰𝑳 = 𝟗𝟒𝟓, 𝟑𝟐 𝐀 Reemplazamos y obtenemos el siguiente valor: (Icc / IL) =15,155 kA /945,32 A = 16,03 De acuerdo a la tabla 6, tomada de la Norma IEEE 519 de 2014, modificada el 27 de marzo del 2014, tomo el tercer reglón, para los armónicos impares menores que 11, los armónicos de 3er, 5to y 7mo orden, son los más dañinos, siendo más severo el de 3er orden. Para armónicas pares se incrementa el límite en 25% de las impares. Tabla 6 Valores de distorsión individual para armónicas de corrientes impares. Seleccionados para analizar los resultados.

16

4.9.

Distorsión armónica de tensión

En la figura 9, se observan los valores de THD V, según las curvas se observa que presenta valores que sobrepasan lo recomendado por la norma, los cuales pueden ser provocados accionamiento de equipos con núcleo magnético saturado, rectificadores, fuentes conmutadas y otras cargas no lineales. Figura 9 Grafica de distorsión armónica de tensión (%) THD V Línea-Neutro

4.10. Distorsión armónica de corriente. En la figura 10 se observan los valores de distorsión armónica TDDI de corriente en porcentaje, se puede concluir presenta valores que sobrepasan los límites de la norma IEEE 519, lo cual indica que el sistema presenta armónicos de corriente que podrían estar afectando al sistema y al operador de red.

17

Figura 10

18

Grafica de distorsión armónica de corriente individual (%) TDD I

Conforme a la norma IEEE 519, si el 99% de las mediciones no superan el nivel permitido, se considera que el sistema se encuentra dentro de lo permitido por la norma. En la tabla 7 se aprecia el porcentaje de valores sobrepasan el rango permitido, por lo que se concluye que el sistema se encuentra dentro de los límites establecidos por la norma para el TDD. Tabla 7 Cantidad de mediciones que sobrepasan los límites establecidos por la norma IEEE 519 para el TDD I. % de valores que sobrepasan el 5% TDD I L1[%]

0,16%

TDD I L2[%]

0,14%

TDD I L3[%]

0,15%

TDD I N[%]

0,05%

En la figura 11 se encuentran las gráficas para los porcentajes de distorsión armónica para órdenes del 3 hasta el 11 armónico impar (sin incluirlo). En este caso se presentan valores de armónicos de los órdenes 5 y 7 que superan el porcentaje recomendado por la norma (4%) en las fases.

Figura 11 Grafica de porcentaje de distorsión individual por armónicos (3≤ h