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Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos Agosto 2015 – Diciembre 2015 Nombre del Alumno:_____ Arias Javier. Apellido Paterno

_____________

Ramírez________

Apellido Materno

Nombre(s)

CARRERA: INGENIERIA ELECTRICA Asignatura: ANALISIS DE ARMONICOS

No. Control: 9° SEMESTRE

Grupo:

Nombre del Docente: RODOLFO_____________

10080475 AE

BARRIENTOS

Semestre:

MORALES

Apellido Paterno

Apellido Materno Nombre(s)

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PRESENTACIÒN Introducción Las interrupciones clásicos presentes en la red de distribución y el interior de las plantas industriales, la llegada de las computadoras digitales y otros tipos de controles electrónicos utilizados por las industrias para lograr la máxima productividad, el aumento del poder basado en las energías renovables y la reducción de la redundancia en las líneas y subestaciones, tiene un impacto negativo sobre la calidad de la tensión de distribución de media y baja potencia de la red, así como en las instalaciones de los clientes industriales. Para mejorar la calidad de la energía en los dos niveles de tensión, por lo menos para aquellos clientes que trabajan con procesos susceptibles a huecos de tensión e interrupciones breves, el mercado ofrece en la actualidad una amplia gama de productos, basada en la mejora de la tecnología tradicional o en el uso de técnicas de conversión con semiconductores de potencia. Sin embargo, en el futuro, soluciones económicamente más atractivas tendrán que hacer frente a un mercado eléctrico competitivo y no reglamentada.

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Definición Un hueco de tensión (Figura 1) es una reducción de corta duración en el voltaje rms causada por fallas en el sistema de alimentación y el arranque de grandes cargas, tales como motores.

Figura 1: Huecos de tensión. Se dice que un hueco de tensión se ha producido en un punto de la red eléctrica cuando la tensión en una o más fases cae de repente debajo de un límite establecido (generalmente un 90% de la tensión normal), y se recupera después de un corto período de tiempo (por lo general entre 10 ms y algunos segundos).

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Figura 2: Breve interrupción. El límite máximo de este período es probablemente el tema más controvertido sobre la definición de hueco de tensión: algunos autores consideran que existe un hueco de tensión, cuando su duración alcanza 1 minutos, o incluso 3 minutos. El número esperado de eventos durante un año puede oscilar entre diez y mil. Interrupciones cortas (Figura 2) causar una pérdida completa de la tensión y son un resultado común de las acciones tomadas por utilidades para borrar los fallos transitorios en sus sistemas; es decir, cuando la tensión en los puntos de suministro no excede de la 10% de la tensión normal. El número esperado de eventos durante un año puede oscilar entre diez y cientos algunas. Fuentes de huecos e interrupciones breves Sistemas avanzados tienen impedancias distintos de cero, por lo que cada aumento de la corriente provoca una reducción correspondiente en el voltaje. En general, estas reducciones son tan pequeñas que la tensión se mantiene dentro de las tolerancias normales. Pero cuando hay un gran aumento de corriente, o cuando la impedancia del sistema es alto, el voltaje puede reducirse significativamente. Por lo tanto conceptualmente, hay dos fuentes de huecos de tensión: 1.

Los grandes aumentos en la corriente.

2.

El aumento de la impedancia del sistema.

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Como una cuestión práctica, hunde más tensión son causados por el aumento de corriente. Es posible pensar en el sistema de potencia como un árbol, con la carga sensible del cliente conectado a una de las ramas. Cualquier caída de voltaje en el tronco del árbol, o en una rama que sale al cliente ramita, causará una caída de voltaje a su carga. Sin embargo, una salida de corto circuito en una rama distante puede causar la tensión del tronco para disminuir, por lo que incluso los fallos en una parte distante del árbol puede producir una bajada de tensión a carga del cliente. La causa de la mayoría de los huecos de tensión es una falla de corto circuito o que se produzca dentro de la instalación industrial en estudio o en el sistema de utilidad. La magnitud de la caída de tensión está determinado principalmente por la impedancia entre el bus de fallo y la carga, y por el método de conexión de los devanados del transformador. El hueco de tensión dura sólo el tiempo que tarda el dispositivo de protección para eliminar la condición de sobrecorriente (típicamente hasta 10 ciclos), por lo tanto la duración del hueco está determinado por el tiempo de despeje de fallas de ese sistema de protección adoptado. Por otra parte, si reenganche automático es utilizado por la utilidad, la condición de caída de voltaje puede ocurrir varias veces en el caso de un fallo permanente. Finalmente, dependiendo de su magnitud y duración, el hundimiento puede causar un viaje de equipo, convirtiéndose así en un problema de calidad de la energía. Las causas más comunes de origen centro-huecos de tensión son: 1.

Inicio de una gran carga, tal como un motor o un calentador resistivo.

2.

Alambrado suelto o defectuoso, tales como insuficientemente apretados tornillos de la caja de conductores de energía.

3.

Los fallos o cortocircuitos en otras partes de la instalación (árboles, animales, condiciones meteorológicas adversas como el viento o rayos). Huecos de tensión también puede originarse en el sistema de suministro de energía eléctrica. Los tipos más comunes de origen utilidad huecos de tensión son:

1.

2.

Los fallos en los circuitos distantes, que causan una reducción correspondiente de voltaje en el circuito. Fallos de tensión del regulador (mucho menos comunes).

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Principios Fundamentales de protección Varias cosas se puede hacer por la utilidad, cliente y el fabricante de equipo para reducir el número y gravedad de las caídas de tensión y reducir la sensibilidad del equipo a huecos de tensión. Figura 3 ilustra cuatro soluciones alternativas. En este gráfico indica, por lo general es menos costoso para abordar el problema en su nivel más bajo, cerca de la carga, porque las soluciones tales como especificaciones de los equipos mejorados cuestan unos pocos dólares ya que las piezas sensibles tienen corrientes nominales muy bajos. Como soluciones a altos niveles de potencia disponible se entretienen, las soluciones a menudo se vuelven más caros.

Figura 3: Soluciones a diferentes niveles y costos involucrados. Métodos para la Mitigación de Impacto Sag Toque Cambiar Transformers Grifo electrónico cambiante se logra mediante el uso de backto-back tiristores (SCR) con un grifo cambiando transformador. Tiene un tiempo de respuesta razonable (1 ciclo) y es muy popular para aplicaciones de potencia media (>3kVA). Sin embargo, control de alta resolución requiere gran número de SCRs (60 SCR para +/-3% regulación con +10/-20% rango de entrada); el control para una respuesta rápida se vuelve bastante complejo. Otro inconveniente de este sistema es su susceptibilidad a la corriente transitoria de altura con cargas de motor a los cambios de tap y su rechazo pobres transitorios de tensión. Reguladores del reactor saturable

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Este régimen controla la tensión de salida mediante la variación de la impedancia de un reactor saturable: es simple y tiene una buena línea rechazo transitorio. Los inconvenientes de esta técnica incluyen la lenta respuesta (10 ciclos), alta impedancia de salida que da a la distorsión de altura con cargas no lineales sensibles a la carga del factor de potencia, no se encargará de corrientes transitorias como motor de arranque y no suprimirá transitorios generados dentro de la planta..

Motorizado variacs Motor variacs accionados son accionados para mantener la regulación de tensión de salida. Este esquema puede manejar corrientes fuertes picos de uso frecuente en el entorno industrial debido a la capacidad de sobretensiones de alta. Por otra parte, que tiene una respuesta lenta (30 V / s) y no es adecuado para equipos sensibles. Además, cuenta con requisitos de fondo de mantenimiento y de supresión de pobres transitorios. Su respuesta lenta limita su eficacia. Fase Reguladores Controlados Esta técnica utiliza tiristores fase controlada con filtro LC para controlar la tensión de salida. Tiene una lenta respuesta, distorsión alto, especialmente con cargas no lineales, a través de filtros de tamaño, armónicos de entrada muy pobre de línea y no se encargará de corrientes transitorias como motor de partida. Este esquema tiene supresión transitoria línea buena, pero no va a suprimir los transitorios generados en el interior de la planta. Reguladores electrónicos de tensión Se trata de una nueva clase de reguladores de voltaje automáticos basados en la frecuencia de conmutación de alta tecnología del inversor. Puede proporcionar una respuesta rápida (1-2 ms), voltajes sinusoidales, y diseño compacto. Esta categoría de reguladores de voltaje potencialmente ofrece la solución de mayor rendimiento. Sin embargo, el diseño de la capacidad de sobrecarga adecuada puede hacer que el costo total inaceptablemente alto. A fin de lograr una respuesta rápida y un regulador electrónico de tensión de alto rendimiento con el menor costo de los regímenes más convencionales, una configuración híbrida utilizando componentes activos y pasivos.

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Soft Acondicionadores Cambio de línea Estos acondicionadores de línea combinar la respuesta rápida y de alto rendimiento de los acondicionadores de línea activos con el menor coste de las soluciones más convencionales. El corazón del acondicionador de línea de potencia es un IGBT basada en conmutación suave tecnología inverter, tales como el inversor resonante enlace dc, un inversor de alta eficiencia y alto rendimiento. Industriales reguladores automáticos de tensión de grado nominal de hasta 1 MVA se puede realizar utilizando el enfoque de conmutación suave. Estas unidades también se basan en una configuración híbrida utilizando componentes activos y pasivos para obtener una solución rentable. Se puede mantener la tensión de salida dentro de 1% de valor nominal con una amplia variación en la tensión de entrada. Respuesta a la entrada o fluctuaciones de carga se puede considerar casi instantánea de las cargas industriales servidas. En caso de cargas no lineales y cargas sensibles que requieren una rápida respuesta transitoria, reguladores electrónicos de tensión pueden ofrecer una solución rentable. Además, características avanzadas tales como filtrado activo puede también lograrse mediante estos esquemas. Regulador de voltaje estático (SVR) Este dispositivo, mediante el uso de cambiadores de tomas estáticas, simplemente regula la tensión a niveles de equipamiento operacionales. A diferencia de los cambiadores de tomas en carga, que están equipados con un conmutador de tomas con retardo de tiempo mecánico, cambiadores de tomas estáticas están diseñados para responder instantáneamente mediante la selección de la toma de tensión apropiado, sobre una base sub-ciclo, sin la necesidad de pasar a través de una serie de tomas de tensión inferiores.

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Figura 4: Regulador de voltaje estático. La SVR no requiere el uso de almacenamiento de energía, y que tiene una huella relativamente pequeña para la cantidad de carga que puede proteger. También, que está diseñado para ser instalado en el exterior por lo que no interfiere en el espacio de fabricación. La SVR es capaz de corregir las condiciones de tensión de pandeo (un 55% de la profundidad máxima tensión normal de) en un cuarto de un ciclos (4 ms), para permitir que incluso el equipo de fabricación más sensibles a las condiciones de viaje a través de huecos de tensión causados por fallas en la distribución de servicios públicos o los sistemas de transmisión. Ferroresonante Transformers (CVT) Ferroresonante transformadores, también llamado de tensión constante transformadores (CVT), puede manejar la mayoría de las condiciones de huecos de tensión (siempre bajo 20 kVA). De hecho, que son especialmente atractivos para la constante, cargas de baja potencia. Cargas variables, especialmente con altas corrientes de cierre, presentar más problemas para CVT porque del circuito sintonizado en la salida. La estructura de núcleo de transformador ferroresonante está diseñado de modo que el secundario funciona en flujo de saturación y el devanado secundario resuena con el condensador en un circuito sintonizado.

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Como resultado de este modo de funcionamiento saturada, cambiando la tensión primaria o línea puede cambiar la corriente, pero no van a variar el flujo o la tensión inducida secundaria. Las formas de onda de salida no son sinusoidales (onda cuadrada con un alto contenido en armónicos) especialmente con cargas no lineales. Un arrollamiento adecuadamente seleccionados neutralizantes anula la mayor parte del contenido armónico de la tensión de salida y se obtiene un satisfactorio de baja distorsión de onda sinusoidal.

Figura 5: Ferroresonante transformador de tensión constante. La operación del transformador puede ser sensible a la capacitancia del circuito y las desviaciones de frecuencia, y pueden colapsar bajo cargas pesadas. Esta técnica ofrece supresión transitoria línea buena, pero no va a suprimir los transitorios generados en el interior de la planta. El regulador ferroresonante tiene un tiempo de respuesta de alrededor 25 o ms 1.5 ciclos, buena fiabilidad, requerimientos mínimos de mantenimiento, costo razonable, bien de modo normal impulso atenuación, y una buena regulación. Debido al circuito sintonizado en la salida, que es sensible a las variaciones de frecuencia (1% cambio de frecuencia provoca 1.5% cambio de voltaje de salida), pero esto no es mucho de un problema con el control de frecuencia ajustado utilidad de red. Más importantes son su alta impedancia de salida (de nuevo hasta 30% de impedancia de carga), sensibilidad tanto principales y menos factores de carga de energía, y baja eficiencia a cargas parciales. En resumen, el regulador ferroresonante es útil en sistemas pequeños que no contienen grandes motores. Sintetizadores magnéticos

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Sintetizadores magnéticos se utilizan generalmente para cargas grandes (50 kVA o incluso más). Se utilizan para grandes ordenadores y otro equipo electrónico que es sensible al voltaje. Se trata de un dispositivo electromagnético que toma el poder entrante y regenera un lugar limpio, trifásico de corriente alterna de onda de salida con una distorsión armónica poco, independientemente de la calidad de potencia de entrada. El dispositivo, alimentación de la utilidad de línea de corriente alterna, no utiliza partes mecánicas móviles en el proceso de generación, y no utiliza elementos semiconductores en el trayecto de potencia. La forma de onda de salida está completamente aislado e independiente de la entrada en todos los parámetros excepto dos: la rotación de fase y la frecuencia. La rotación de fase de salida del dispositivo está regido por la dirección de la rotación de fase de entrada, mientras que la frecuencia de salida es precisamente la forma adecuada para la frecuencia de línea de entrada. No hay conexión eléctrica entre la entrada y la salida del dispositivo. Se compone únicamente de saturables reactores con núcleo de hierro y transformadores, junto con condensadores, y emplea los principios de ferrorresonancia para su operación.

Suministros de energía ininterrumpible (UPS); Almacenamiento de la batería) Estas unidades suelen utilizar baterías para proporcionar un suministro ininterrumpido de electricidad para alimentarse de la subestación de energía e iniciar los sistemas de energía de reserva. También aumentan la calidad de la potencia y fiabilidad para aplicaciones residenciales, comercial, y los clientes industriales, proporcionando copias de seguridad y paseo por-durante los cortes de energía. La batería estándar usada en aplicaciones de almacenamiento de energía es la batería de plomo-ácido. Una reacción de batería de plomo-ácido es reversible, permitiendo que la batería para ser reutilizado. Hay tres tipos de UPS que utilizan baterías para almacenar energía. En un grupo de continuidad on-line, la carga siempre se alimenta a través de los UPS. La entrada de corriente alterna es rectificada a corriente continua, que carga un banco de baterías. Esta corriente continua se invierte de nuevo en corriente alterna para alimentar la carga. Si la entrada de alimentación de CA falla, el convertidor se alimenta de las pilas. Este modelo proporciona un aislamiento muy elevado de la carga crítica de todas las perturbaciones eléctricas, pero puede ser

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bastante caro. Con un SAI en espera (también conocida como fuera de línea UPS), la línea normal se utiliza para alimentar el equipo hasta que se detecta una perturbación y un interruptor transfiere la carga al inversor con respaldo de batería. Un tiempo de transferencia de 4 ms podría garantizar la continuidad de la operación para la carga crítica. Finalmente, el híbrido UPS utiliza un regulador de tensión en la salida para proporcionar una regulación de la carga momentánea y paseo a través de-cuando la transferencia de la normal a la alimentación de UPS se hace. K. Volantes y Motor Generador- (M-G) Sets Un volante es un dispositivo electromecánico que las parejas un generador de motor con una masa giratoria de almacenar energía de corta duración. Volantes convencionales se carga y se descarga a través de un motor-generador integral. El motorgenerator obtiene la energía proporcionada por la red para hacer girar el rotor del volante de inercia. Durante un corte de energía, hueco de tensión, u otra perturbación del motor-generador proporciona energía. La energía cinética almacenada en el rotor se transforma en CC de la energía eléctrica por el generador, y la energía se entrega a una frecuencia constante y el voltaje a través de un inversor y un sistema de control. MG conjuntos consisten en un motor que acciona un generador de corriente alterna o el alternador para que la carga está completamente aislada eléctricamente de la línea de alimentación. Estos conjuntos vienen en una amplia variedad de tamaños y configuraciones. Tradicionales rotores de volante se construyen normalmente de acero y se limitan a una velocidad de giro de unos pocos miles de RPM. Volantes avanzados construidos a partir de materiales de fibra de carbono y cojinetes magnéticos pueden girar en vacío a velocidades de hasta 40,000 a 60,000 RPM. El volante de inercia proporciona energía durante el período entre la pérdida de energía de la red suministrada y, o bien el retorno del suministro eléctrico o el comienzo de un sistema de potencia suficiente respaldo. Volantes proporcionar 1-30 s de paseo-a través del tiempo, y generadores de emergencia son típicamente en línea dentro de 5-20 s. Superconductor de almacenamiento de energía magnética (PYMES) Un SMES utiliza un imán superconductor para almacenar la energía de la misma manera un UPS utiliza baterías para almacenar energía]. El sistema almacena la energía en una bobina superconductora (Nb-Ti). El sistema de refrigeración y el recipiente de helio mantener frío el conductor con el fin de mantener la bobina en el estado superconductor (en 4.2 º K). Utilidad de potencia alimenta el sistema de

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conmutación de alimentación y equipos de aire que proporciona energía para cargar la bobina, por lo tanto almacenar energía. Cuando una bajada de tensión o apagón momentáneo, las descargas a través de la bobina de conmutación y equipos de aire, la alimentación de energía condicionada a la carga.

Figura 6: Basic PYMES sistema esquemático.

PYMES diseños en la 1 a 5 Rango de MJ se llaman micro-PYMES, para distinguirlos de los tamaños grandes de energía. La principal ventaja de la microPYMES es el espacio reducido en gran medida física necesaria para el imán en comparación con las baterías. Menos conexiones eléctricas están involucrados con una micro-PYMES frente a un SAI, por lo que la fiabilidad debe ser mayor y menos requisitos de mantenimiento. Iniciales micropymes diseños están siendo probados en varios lugares, con resultados favorables. Los sistemas SMES son grandes y se utiliza generalmente de corta duración, tales como eventos de conmutación de servicios públicos. Ellos también reducir o eliminar el uso de medio ambiente hostil, llevar los sistemas de ácido de la batería y puede repetir los miles de secuencia de carga-descarga de veces sin ningún tipo de degradación del imán. SMES baja temperatura refrigerados por helio líquido está disponible comercialmente.

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PYME de alta temperatura (HTS: la bobina alcanza el estado superconductor a -175 º C) refrigerado por nitrógeno líquido se encuentra todavía en la etapa de desarrollo y puede convertirse en una fuente comercial viable de almacenamiento de energía en el futuro. Almacenamiento de energía utilizando condensadores. Supercondensadores Supercondensadores son fuentes de corriente continua de energía y debe ser conectado a la red eléctrica con un acondicionador de potencia estático. El supercapacitor proporciona energía durante las interrupciones de corta duración y caídas de tensión. Mediante la combinación de un supercondensador con un sistema de baterías a base UPS, la vida de las baterías se puede extender. Las baterías proporcionan energía sólo durante las interrupciones más largas, reducir el uso de ciclado de la batería. Los supercondensadores pequeños están disponibles comercialmente para extender la vida de la batería en el equipo electrónico, pero los supercondensadores grandes están todavía en desarrollo. Compressed Air Energy Storage (CAES) CAES utiliza aire a presión como medio de almacenamiento de energía. Un motor eléctrico del compresor se utiliza para presurizar el depósito de almacenamiento utilizando fuera de pico de energía y el aire se libera desde el depósito a través de una turbina durante horas onpeak para producir energía. La turbina es esencialmente una turbina modificada que también puede ser disparado con gas natural o combustible destilado. Lugares ideales para grandes depósitos de almacenamiento de aire comprimido de energía son los acuíferos, minas convencionales del rock duro, minadas hidráulicamente y cavernas de sal. El aire puede ser almacenado en tanques presurizados para pequeños sistemas. Restaurador de Tensión Dinámica (DVR) El DVR detectará y compensar, casi instantáneamente, huecos de tensión. En su fabricación, con una gama de potencias de 3 a 50 MVA en la actualidad, IGCT se utilizan; supone un tiempo de respuesta rápido (< 1 ms), menos de conducción y las pérdidas de conmutación, así como mejores características electrónicas. Este sistema puede proporcionar a huecos de capacidad para cerca de la 90% de cada perturbación en la red eléctrica.

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Figura 7: Esquema de un DVR.

El DVR se inyecta ac, trifásico, voltaje de magnitud y frecuencia controlable a través de un transformador de acoplamiento (impulsar). Así que el DVR es capaz de mejorar la calidad de la tensión en la carga (teniendo en cuenta la capacidad de la DVR: inyección de tensión, capacidad de almacenamiento, y ancho de banda) cuando la calidad de voltaje está fuera de los límites especificados. Para los grandes huecos de tensión, el DVR pueden suministrar parte de la potencia activa a la carga del sistema de almacenamiento de energía, que se recarga a través de la red durante las condiciones normales. Este sistema incluye sag, compensación de oleaje y sobretensión, compensación de voltaje armónico y equilibrado de la tensión de los sistemas asimétricos. Corrector Dinámico Sag (DySC)

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El sistema DySC es un nuevo dispositivo sin baterías y piezas móviles que corrige caídas de tensión hasta 50% de nominal, suministrar una salida de onda sinusoidal. Al llamar la alimentación de la tensión remanente, la DySC inyecta una tensión en serie para regular la salida para tensiones tan bajo como 50% duración nominal de 3 a 12 ciclos. Las unidades se pueden equipar con condensadores así para permitir la interrupción limitado a huecos de. Este producto viene en diseños monofásicos y trifásicos en los niveles de potencia que van desde 1,5- 2000 kVA. Los niveles de tensión de funcionamiento disponibles son 120, 208, 240, 277, y 480 Vac según el modelo utilizado. Este producto fue desarrollado en conjunto con el estándar SEMI y está dirigida a la industria de los semiconductores. El DySC de una sola fase se deriva de un circuito de voltaje de impulso patentado. El tiempo para detectar el hundimiento, conmutar los tiristores, y comenzar compensación es típicamente menor que 1/4 ciclo.