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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CURSO: CALIDAD DE LA ENERGÍA TITULO: DERRATEO DE TRANSFORMADORES –FACTOR K PRESENTADO POR: Ing. AUGUSTO TUSAN SIU YUPANQUI. Ing. CHRISTIAN ROSAS ROMERO. Ing. JEAN CARLOS AQUINO QUISPE.

AREQUIPA – PERÚ 2019

MAESTRÍA EN CIENCIAS DE INGENIERÍA ELÉCTRICA CON MENCIÓN EN SISTEMAS DE POTENCIA

Contenido DERRATEO DE TRANSFORMADORES –FACTOR K ................................................................. 3 1.

GENERALIDADES.................................................................................................................... 3

2.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ................................................................................... 3

3.

OBJETIVOS. .............................................................................................................................. 3

4.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA. .......................................................................................... 4

5.

MARCO TEÓRICO. ................................................................................................................... 5 5.1.

QUE SON LOS ARMÓNICOS .......................................................................................... 5

5.2.

DESCRIPCIÓN DEL FACTOR K ..................................................................................... 5

5.3.

DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL VARIADOR DE VELOCIDAD ....... 6

5.4.

MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO PARA VARIADOR DE VELOCIDAD ..... 6

5.5. TÉCNICAS PARA LA MITIGACIÓN DE ARMÓNICOS POR EMPLEO DE VARIADORES DE VELOCIDAD ................................................................................................ 7 6.

7.

DERRATEO DE TRANSFORMADORES –FACTOR K. ...................................................... 10 6.1.

DETERMINACION DEL FACTOR K. ........................................................................... 10

6.2.

DETERMINACION DE LA POTENCIA DEL TRANSFORMADOR POR FACTOR K. 11

MODELAMIENTO DEL SISTEMA ELÉCTRICO EN SOFTWARE APLICATIVO. .......... 14 7.1.

MODELAMIENTO DEL SISTEMA ELÉCTRICO EN EL SOFTWARE PSCAD. ....... 14

7.1.1.

MODELAMIENTO DE LA RED EQUIVALENTE (CKT. THEVENIN). ............. 15

7.1.2.

MODELAMIENTO DEL TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO. ................. 15

7.1.3.

MODELAMIENTO DE VARIADOR DE VELOCIDAD DE 6 PULSOS. ............. 17

7.1.4.

MODELAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN (CARGA). .......................... 21

7.1.5. SIMULACION DEL SISTEMA DE POTENCIA (VARIADOR DE VELOCIDAD – MOTOR). .................................................................................................................................. 22 7.2.

MODELAMIENTO DEL SISTEMA ELÉCTRICO EN EL SOFTWARE ETAP. .......... 31

7.2.1.

MODELAMIENTO DEL SISTEMA DE POTENCIA EN ESTUDIO EN ETAP. .. 32

7.2.2.

SIMULACION DE FLUJO DE ARMONICOS. ...................................................... 33

7.2.3.

ESCENARIO DE OPERACIÓN CON UN SOLO TRANSFORMADOR. ............. 37

7.2.4.

CONFIGURACION DEL LOS FILTROS ARMONICOS 5º, 7º, 11º, 13º ORDEN.39

7.2.5. SIMULACIÓN FLUJO DE ARMÓNICOS ESCENARIO UN TRANSFORMADOR. .............................................................................................................. 41 7.2.6. 8.

COSTO APROXIMADO DE LA IMPLEMENTACIÓN DE FILTROS PASIVOS 45

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ....................................................................... 48

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DERRATEO DE TRANSFORMADORES –FACTOR K 1. GENERALIDADES. La implementación de la nueva tecnología en los sistemas eléctricos de potencia en forma masiva de equipos a base de electrónica de potencia, fabricados con materiales semiconductores (Si, Ge), estos materiales son no lineales y contaminan a la red eléctrica con distorsión armónica medida en THD (distorsión total de harmónicos), toma como consecuencia la distorsión en las ondas fundamentales de tensión y de corriente. En los sistemas eléctricos interconectados (SEIN), en las industrias, minerías, plantas petroleras, etc., se usan estos dispositivos con elementos semiconductores, que son inversores, rectificadores, variadores de velocidad, SVC, HVDC, etc., estos elementos son responsables de la introducción de fuentes armónicos tanto de corriente como de tensión, para lo cual el principal factor negativo de esta inyección de armónicos es que causa a los elementos del sistema de potencia (transformadores, motores, generadores, líneas de transmisión y cables) un sobrecalentamiento en forma de calor, el cual es dañino para el aislamiento interno de toda máquina. Por ello es importante el estudio y análisis de este fenómeno de armónicos, para ello no enfocaremos en las técnicas para poder controlar, minimizar o eliminar esta fuente armónica en los transformadores de potencia.

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. Los efectos que producen los armónicos en los transformadores de potencia son las pérdidas suplementarias debido al efecto pelicular, el cual provoca un incremento de la resistencia del conductor con la frecuencia, también habrá un incremento de las pérdidas por Histéresis y las corrientes de Eddy o Foucault (en el circuito magnético), estos efectos producen la reducción de la vida útil del equipamiento de potencia, así como la degradación de su eficiencia y funcionamiento en general. En resumen, el principal efecto a largo plazo de los armónicos es el calentamiento y toma la consecuencia la pérdida de aislamiento en los equipos eléctricos.

3. OBJETIVOS. El objetivo principal de este trabajo monográfico es realizar el correcto dimensionamiento de la potencia que debe tener un transformador debido a la presencia de armónicos en la red donde se encuentra instalada, determinando el valor del factor “K” del transformador. Los objetivos secundarios, es realizar el modelamiento de los equipos eléctricos que intervienen este análisis de armónicos (transformador de potencia, variador de velocidad y motor trifásico) en los softwares más utilizados del mercado (ETAP, PSCAD)

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4. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA. En una unidad minera a 4300 m.s.n.m., se produjo una falla temprana de uno de los transformadores asociados al sistema de bombas de minero ducto, el esquema se presenta en la Figura Nº1. Donde los variadores son de 6 pulsos y los motores de 1305kW. Se puede considerar una potencia de cortocircuito en el lado de alta de los transformadores de 70MVA.

Figura Nº1, configuración del sistema. El espectro armónico producido por cada VFD es mostrado en la tabla I. Asumir un Pecr=15%. ESPECTRO ARMÓNICO DE LOS VARIADORES ORDEN ARMÓNICO

MAGNITUD

1

100%

3

5%

5

38%

7

23%

9

7%

11

15%

13

12%

17

4%

Tabla Nº1: Espectro armónico

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5. MARCO TEÓRICO. 5.1. QUE SON LOS ARMÓNICOS Las cargas no lineales son todas aquellas que generan corrientes no sinusoidales, es decir, corrientes que además de la componente fundamental tienen otras que son múltiplos enteros de la fundamental y que se conocen como armónicos. La distorsión armónica es una forma de contaminación eléctrica que puede causar problemas de calentamiento y pérdida de aislamiento, si la suma de los armónicos sobrepasa cierto límite. Los armónicos de voltaje y corriente son creados por cargas no lineales conectadas a los sistemas de distribución de potencia. Todos los convertidores electrónicos de potencia utilizados en diferentes tipos de sistemas electrónicos pueden incrementar las perturbaciones armónicas con la inyección de armónicos de corriente directamente hacia la red de distribución. Cargas no lineales incluyen entre otros: Arrancadores suaves, variadores de velocidad, computadores, UPS y otros dispositivos electrónicos como iluminación, material de soldadura y sistemas de alimentación interrumpida. De acuerdo a la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), los niveles de armónicos se describen como la distorsión de armónicos total (THD) y es expresada como un porcentaje del voltaje o corriente total. En el estándar IEEE519 los armónicos se representan como la distorsión total demandada (TDD). 5.2. DESCRIPCIÓN DEL FACTOR K El factor K, es el factor de incremento de las pérdidas debidas a corrientes parásitas causadas por los armónicos de corriente toman como efectos el calentamiento del transformador. El factor K, es usado por fabricantes de transformadores para ajustar la clasificación del transformador en función de los armónicos generados por las cargas no lineales que este debe alimentar. La selección del factor K en función del porcentaje de armónicos en la carga, se muestra en la siguiente tabla:

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ITEM 1 2 3 4 5 5.3. DESCRIPCIÓN VELOCIDAD

CARGAS NO LINEALES Los armónicos producidos por las cargas representan