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ESTUDIOS ELÉCTRICOS PARA ESTANDARIZACIÓN PLANTA Y CAMPAMENTO SALAR 17005-01-EE-ES-D012

ELECTRICIDAD-GENERAL ESTUDIO CALIDAD DE ENERGIA – CAMPAMETO PEINE

PARA

ALBEMARLE PREPARADO POR

CLOUDIN SPA Jefe de Especialidad

Elyzabeth Maldonado

Líder de Proyecto

Máximo Quezada

Cliente

Cristian Álvarez

REV.

EMITIDO PARA

PREPARADO POR

REVISADO POR

A

Emisión Cliente

YLL

MQL

CLIENTE

FECHA

28-02-2018

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A

INDICE 1 2 3 4

INTRODUCCION ...................................................................................................................... 3 OBJETIVOS ............................................................................................................................... 3 MARCO NORMATIVO............................................................................................................ 3 MEDICIONES REALIZADAS Y PROGRAMA UTILIZADO ............................................ 4

4.1

Mediciones realizadas: ............................................................................................................................................. 5

4.2

Análisis de las instalaciones. .................................................................................................................................... 5

4.2.1

Diagrama unifilar de la instalación: ................................................................................................................... 6

4.3

Características del sistema eléctrico ....................................................................................................................... 6

5

REGISTRO DE MEDICIONES. .............................................................................................. 7

5.1

Distorsiones Armónicas de voltaje THD-V ............................................................................................................ 7

5.2

Frecuencia de funcionamiento. ................................................................................................................................ 8

5.3

Variación del factor de potencia (PF). .................................................................................................................. 10

5.4

Variación de tensión de servicio. ........................................................................................................................... 11

5.5

Equilibrio de fases. ................................................................................................................................................. 12

6

7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................. 13

6.1

Situaciones encontradas ......................................................................................................................................... 13

6.2

Conclusiones............................................................................................................................................................ 13

6.3

Recomendaciones .................................................................................................................................................... 14

7 BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 15 ANEXO I ........................................................................................................................................... 16 EQUIPO DE MEDICION UTILIZADO ....................................................................................................................... 16 Equipo de medición empleado ........................................................................................................................................ 17 Metodología de Medición ................................................................................................................................................ 17

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1.0

INTRODUCCION Compañía Minera ALBEMARLE LTDA ha solicitado a CloudIn SpA realizar un estudio sistémico en régimen permanente del sistema eléctrico actual de las instalaciones de la Mina El Salar de ALBEMARLE, con el fin de verificar el estado actual del Sistema Eléctrico de Potencia.

2.0

LIMITE DE BATERIAS El presente documento se presenta como la primera parte del estudio de calidad de energía, esto en consecuencia de que los datos obtenidos en terreno corresponden al sistema de distribución del campamento Peine. Por lo que todos los análisis y resultados mostrados a continuación corresponde aguas abajo del tablero principal del campamento Peine.

3.0

OBJETIVOS El objetivo del presente documento es presentar los resultados de las mediciones en la calidad de energía correspondiente a la planta campamento PEINE, así también como la correspondiente revisión de filiación, selectividad y revisión de arco eléctrico.

4.0

MARCO NORMATIVO Las mediciones e inspecciones realizadas a las instalaciones se efectuaron en concordancia la las normas vigentes en nuestro país, dicho marco normativo se detalla a continuación. 

NCH Elec. 2/84 Instalaciones Interiores de baja tensión.



NCH Elec. 4/2003 Instalaciones interiores de baja tensión.



Calidad de Suministro Eléctrico, SEC.



DS Nº327/97 (Calidad de suministro), Reglamento de la Ley General de Servicios Eléctricos.

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5.0 5.1



Estándar IEEE (Power Quality).



NFPA 70E



ASTM D 120-02



IEC y Normas chilenas en general

ANTECEDENTES Base de datos y software ETAP 12.6 La base de datos a utilizar para el presente estudio fue realizada en el presente proyecto, la información utilizada como dato de entrada es la contenida en los planos y documentos facilitados por Albemarle, además del levantamiento fotográfico realizado en terreno.

5.2

5.3

Documentos 

Flujo de Potencia 17005-01-EE-ES-D003



Estudio de Corto Circuitos 17005-01-EE-ES-D015



Coordinación de Protección 17005-01-EE-ES-D015

Planos 

Unilineal General - Planta Salar



Diagrama Unilineal - Sala Eléctrica N°1 Planta Potasa



Diagrama Unilineal - Sala Eléctrica N°2 Planta Potasa



Diagrama Unilineal - Planta Carnalita



Diagrama Unilineal General - Planta Secado



Diagrama Unilineal - Planta Lixiviación 1



Diagrama Unilineal - Planta Lixiviación 2

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

6.0 6.1

Diagrama Unilineal - Planta Lixiviación 3

MEDICIONES REALIZADAS Y PROGRAMA UTILIZADO Mediciones realizadas: Durante el proceso de Análisis de calidad de energía. Se efectuaron mediciones de los principales parámetros eléctricos que muestran el comportamiento del sistema eléctrico, estos parámetros de medición son detallados a continuación.

6.2



Distorsión armónica THD% 3°, 5° y 7°.



Frecuencia del servicio.



Factor de potencia.



Tensión de servicio.



Corriente de funcionamiento (equilibrio de cargas).

Análisis de las instalaciones. Con motivo de mantener vigente y en correctas condiciones el funcionamiento del sistema eléctrico, se analiza la coordinación de las protecciones y nivel de arco eléctrico al interior del tablero general de las instalaciones, para lo cual se utiliza el programa ETAP 12.6 y a su vez se analizan las condiciones de montaje de acuerdo a la norma Chilena vigente.

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Ilustración 6.1 Diagrama unifilar de la instalación:

6.3

Características del sistema eléctrico 

Tensión Nominal del Sistema

:

400 V



Frecuencia Nominal del Sistema

:

50 Hz

El sistema energiza las siguientes instalaciones: 

Campamento Peine.



Policlínico y Colegio.



Bombas hidropack.



Casa Profesor.



Alumbrado general.

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7.0 7.1

REGISTRO DE MEDICIONES. Distorsiones Armónicas de voltaje THD-V De acuerdo a la normativa vigente en cuanto a las distorsiones armónicas en relación al voltaje se expresa lo siguiente: “DS Nº327/97, TITULO IX, DISPOSICIONES TRANSITORIAS, Artículo 25º. Se debe cumplir “para tensiones iguales o inferiores a 110 kV, que este índice deberá ser inferior a 8%”. En relación a este punto de la norma los resultados de las mediciones son las siguientes: Tabla 7.1: Distorsión 3º Armónica Voltaje

Máximo Conductor

Máxima

Mínima

permitido por

Observación

norma R (L1)

3.5%

1%

8%

S (L2)

2.3%

0.6%

8%

T (L3)

4.4%

1.4%

8%

N

0%

0%

73%

Cumple con la norma Cumple con la norma Cumple con la norma Cumple con la norma

Tabla 7.2: Distorsión 5º Armónica

Máximo Conductor

Máxima

Mínima

permitido por

Observación

norma R (L1)

0.9%

0%

8%

S (L2)

1.3%

0.2%

8%

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Cumple con la norma Cumple con la norma

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Máximo Conductor

Máxima

Mínima

permitido por

Observación

norma T (L3)

0.8%

0%

8%

N

0%

0%

29%

Cumple con la norma Cumple con la norma

Tabla 7.3: Distorsión 7º Armónica

Máximo Conductor

Máxima

Mínima

permitido por

Observación

norma

7.2

R (L1)

1.5%

0.3%

8%

S (L2)

0.8%

0%

8%

T (L3)

1.4%

0.2%

8%

N

0%

0%

46%

Cumple con la norma Cumple con la norma Cumple con la norma Cumple con la norma

Frecuencia de funcionamiento. De acuerdo a la normativa vigente en cuanto al valor de frecuencia se expresa lo siguiente: DS Nº327/97, DISPOSICIONES TRANSITORIAS, Artículo 242º La frecuencia nominal del voltaje, en sistemas eléctricos en que exista servicio público de distribución, es de 50 ciclos por segundo (Hz). En condiciones normales de operación, el valor promedio de la frecuencia fundamental, medida en intervalos de tiempo de 10 segundos durante todo período de siete días corridos, debe encontrarse en el rango siguiente:

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Sistemas con capacidad instalada en generación menor que 1,5 MW: 

Sobre 49,8 Hz y bajo 50,2 Hz durante al menos el 94% del período;



Entre 49,3 Hz y 49,8 Hz durante a lo más un 4,0% del período;



Entre 50,2 y 50,7 Hz durante a lo más un 4,0% del período;



Sobre 49,0 Hz y bajo 49,3 Hz durante a lo más el 2,0% del período;



Sobre 50,7 Hz y bajo 51,0 Hz durante a lo más el 2,0% del período.

Variación de Frecuencia 50,002 50 49,998 49,996 49,994 49,992 49,99 49,988 49,986 49,984

08:00:00 08:05:00 08:10:00 08:15:00 08:20:00

08:00:00 09:25:00 10:50:00 12:15:00 13:40:00 15:05:00 16:30:00 17:55:00 19:20:00 20:45:00 22:10:00 23:35:00 01:00:00 02:25:00 03:50:00 05:15:00 06:40:00 08:05:00 09:30:00 10:55:00 12:20:00 13:45:00 15:10:00

08:25:00 08:30:00 08:35:00

El registro muestra un comportamiento normal con respecto a la frecuencia con la que trabaja el sistema.

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7.3

Variación del factor de potencia (PF). De acuerdo a la normativa vigente en cuanto al índice de tensión se expresa lo siguiente: Norma n°4/2003, Las instalaciones deberán cumplir con un factor de potencia máximo de 0,92 medido de forma mensual.

1,05 1 0,95 0,9 0,85 0,8

08:00:00 09:20:00 10:40:00 12:00:00 13:20:00 14:40:00 16:00:00 17:20:00 18:40:00 20:00:00 21:20:00 22:40:00 00:00:00 01:20:00 02:40:00 04:00:00 05:20:00 06:40:00 08:00:00 09:20:00 10:40:00 12:00:00 13:20:00 14:40:00 16:00:00

0,75

El registro muestra un comportamiento normal con respecto a las variaciones correspondientes al factor de potencia, sin embargo se observan lapsus de tiempo desde las 00:00 horas hasta las 05:00 de la madrugada, en donde el factor baja hasta los 0.86, si bien esto no es grave, puede ocasionar mayores problemas en el futuro al verse expuesta la instalación a variaciones bruscas y constantes en el sistema.

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7.4

Variación de tensión de servicio. De acuerdo a la normativa vigente de seguridad de las instalaciones correspondiente a NSEG8_75v3: las variaciones admisibles en sistemas de distribución serán de +7,5% de la tensión nominal. 420 410 400 390 380 370 360 350 08:00:00 09:10:00 10:20:00 11:30:00 12:40:00 13:50:00 15:00:00 16:10:00 17:20:00 18:30:00 19:40:00 20:50:00 22:00:00 23:10:00 00:20:00 01:30:00 02:40:00 03:50:00 05:00:00 06:10:00 07:20:00 08:30:00 09:40:00 10:50:00 12:00:00 13:10:00 14:20:00 15:30:00

340

Si bien el punto más bajo observado en las variaciones corresponde a un valor de 364,5 V y no llega a los 351,5 V mínimos admisibles, si se recomienda revisar las causas de estas bajas debido a que pueden generar efectos adversos en los equipamiento eléctricos y/o electrónicos que no cuenten con fuentes de tensión regulables independientes (computadores, televisores, controladores, PLC, etc.) a su vez se observan periodos en los que la tensión supera los 408,5 V admisibles, llegando a valores de 411,9 V, esta situación de volverse reiterativa generará sobrecalentamiento de líneas y equipamientos, causando desgastes de las aislaciones en el cableado, conectores, uniones, bobinados, etc. Poniendo en riesgo tanto al equipamiento como a los usuarios finales de la instalación.

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7.5

Equilibrio de fases. Se analiza el consumo de corriente (A) durante los días de funcionamiento, lo anterior con la intensión de verificar que los consumos entre fases se mantengan estables y equilibrados, evitando de ésta forma que se generen sobrecalentamientos de líneas, errores de funcionamiento en maquinarias, daños en equipamientos de alumbrado, entre otros. 100 90 80 70 60 50

Series1

40

Series2

30

Series3

20 10 08:00:00 09:15:00 10:30:00 11:45:00 13:00:00 14:15:00 15:30:00 16:45:00 18:00:00 19:15:00 20:30:00 21:45:00 23:00:00 00:15:00 01:30:00 02:45:00 04:00:00 05:15:00 06:30:00 07:45:00 09:00:00 10:15:00 11:30:00 12:45:00 14:00:00 15:15:00

0

Al analizar la información medida se observan periodos de tiempo en los cuales la fase T se encuentra claramente sobrecargada en comparación con las fases R y S, encontrando a la primera con un consumo de 42 A v/s los 1 o 2 A de las segundas. De la misma forma existen horarios en los cuales las fases se ven funcionando de forma desequilibrada, especialmente en el periodo comprendido entre las 00:00 horas hasta las 15:00 horas.

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8.0 8.1

8.2

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Situaciones encontradas 

Se observa un aumento preocupante de la tensión en periodos específicos de tiempo, que si bien son cortos pueden volverse reiterativos.



Se observa un evidente desequilibrio de cargas en el sistema en horarios extensos de tiempo.



Se observan periodos de tiempo en que el factor de potencia es preocupantemente bajo.



Se observan una evidente falta de coordinación entre las protecciones.



Se observa errores en el uso y mezcla de tableros destinados a distinta funcionalidad.

Conclusiones Comparando los resultados obtenidos en las mediciones con la normativa expresada con anterioridad en cada uno de los puntos abordados, se concluye que: 1. Las instalaciones no cuentan con fallas que superen los valores normativos en lo que respecta a porcentajes de THD (Distorsión armónica). 2. Las instalaciones cuentan con variaciones de tensiones que pueden generar en el corto plazo daños en los equipamientos conectados a éstas. 3. Las instalaciones se encuentran desequilibradas con respecto al consumo de energía en las líneas. 4. Las instalaciones cuentan con variaciones en el factor de potencia que se alargan por periodos de tiempo mayores a los recomendados.

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8.3

Recomendaciones En función de las situaciones encontradas y mencionadas con anterioridad en éste informe, se recomienda lo siguiente:

1. Se deben revisar los bancos de condensadores en la instalación, verificando el tipo de control de éstos, condiciones de las botellas (verificar no se encuentren sulfatadas, verificar conexión de las botellas. 2. Se deben redistribuir los consumos de la instalación, procurando evitar que todas las fases se encuentren con el mismo consumo todo el tiempo, evitando que existan periodos de tiempo en los que una fase consuma más del 30% que las otras. 3. Una vez revisados los puntos anteriores, instalar nuevamente el analizador de red durante un tiempo mínimo de 7 días.

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9.0

BIBLIOGRAFÍA [1]

International Electrotechnical Commission, «IEC/TS 60815-2 Selection and dimensioning of high-voltage insulators intended for use in polluted conditions - Part 2: Ceramic and glass insulators for a.c. systems,» IEC, 2008.

[2]

International Electrotechnical Commission, «IEC 60071-2 Inssulation coordination - Part 2: Application guide,» 1996.

[3]

International

Electrotechnical

Commission,

«IEC

61936-1

Power

installations exceeding 1 kV a.c. - Part 1: Common rules,» IEC, 2010. [4]

Norma Chilena NSEG 5 E.n 55 Instalaciones eléctricas de corrientes fuertes, Santiago, 1955.

[5]

J. R. Martín, Diseño de Subestaciones Eléctricas, McGraw-Hill, 1987.

[6]

S.E.C., Norma Chilena NSEG 4/2003 Instalaciones de Consumo en Baja Tensión, Santiago, 2003.

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ANEXO I EQUIPO DE MEDICION UTILIZADO

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Equipo de medición empleado Para la actividad efectuada, se utilizó un instrumento para medición y registro de la calidad de energía marca AEMC 8335, el cual cuenta con las siguientes características de medición. Se entrega adjunto certificado de calibración del equipo. Metodología de Medición Para realizar una correcta medición de los contaminantes armónicos de la red, se instaló un equipo que realiza la medición y el registro de calidad del suministro eléctrico, este equipo cuenta con pinzas de medición de corriente y voltaje para cada fase Neutro incluida la tierra, el equipo se conecta realizado la siguiente secuencia de conexión, fase R se instala pinza de medición de corriente con el toroide de medición en dirección de la carga, luego se instala la pinza de voltaje de la misma fase, fase S se instala pinza de medición de corriente con el toroide de medición en dirección de la carga, luego se instala la pinza de voltaje de la misma fase, fase T se instala pinza de medición de corriente con el toroide de medición en dirección de la carga, luego se instala la pinza de voltaje de la misma fase, Neutro se instala pinza de medición de corriente con el toroide de medición en dirección de la carga, luego se instala la pinza de voltaje, Tierra se instala pinza de medición de corriente con el toroide de medición en dirección de la carga, luego se instala la pinza de voltaje. Esquema de conexión

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