Post on 02-Jul-2015
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Claves para reducir los costes energéticos y controlar la calidad de la energía eléctrica
Jornadas Técnicas Barcelona 03.05.2012
Compensación de la energía reactiva y filtrado de armónicos
Instrumentos para la medida eléctrica y electrónica
Jornadas Técnicas Barcelona 03.05.2012
CYDESA
Fundada en 1976, CYDESA es la empresa decana en España en la
compensación de la energía reactiva y el
filtrado de armónicos
Mayor fabricante del mundo de
componentes pasivos
CHAUVIN ARNOUX
Fundada en 1893
119 años especializados en el diseño y fabricación de instrumentos para la medida eléctrica y electrónica.
Inventores entre otros de:
l 1895 Óhmímetro de magneto
l 1927 Controlador Universal, precursor del multímetro
l 1934 Pinza transformadora, primera pinza amperimétrica
l 1959 Lanzamiento de Miniascope, el primer osciloscopio portátil. Cabía en un porta-documentos
l 7 Marcas
l + 5.000 referencias
l 6 Centros de investigación
l 7 Sedes industriales
l 10 Filiales
l CHAUVIN ARNOUX IBÉRICA, S.A (1988)
CHAUVIN ARNOUX Group
l Quiero reducir mis costes energéticos, pero no sé por donde empezar...
l La factura eléctrica se ha incrementado notablemente, ¿qué puedo hacer?...
l Aprecio sobrecalentamiento en algunos componentes de mi instalación (motores, conductores, etc...), y me gustaría solucionarlo
l Saltan las protecciones de forma intempestiva y no encuentro una explicación
l Las máquinas y los sistemas de mi planta se cuelgan sin motivo aparente, incluso en circuitos protegidos por UPS y grupos de apoyo
l ¿Qué oportunidades de negocio nos ofrece la eficiencia energética?
¿Alguna de estas situaciones le resulta familiar?
Ingreso medio y coste medio de acceso (�€/MWhconsumido) Evolución del déficit de actividades reguladas y del déficit por peajes de acceso (M�€).
Entorno energético del sistema eléctrico en España
Fuente: Informe sobre el Sector Energético Español – CNE Comisión Nacional de Energía (07.03.2012)
Evolución de los ingresos y costes medios (�€/MWh consumido) de las actividades reguladas de electricidad, si no se incrementan los peajes de acceso ni se aplican medidas sobre los costes de actividades reguladas. Evolución del déficit de actividades reguladas (M€). Escenario base de ingresos y costes 2012-2020 con financiación del desajuste. Precios corrientes.
Entorno energético del sistema eléctrico en España
Fuente: Informe sobre el Sector Energético Español – CNE Comisión Nacional de Energía (07.03.2012)
Evolución de las anualidades para la financiación del déficit de liquidaciones y de la deuda viva del sistema si no se incrementan los peajes de acceso y no se aplican medidas en los costes de actividades reguladas. Escenario base de ingresos y costes 2012-2020 con financiación del desajuste (M€).
Entorno energético del sistema eléctrico en España
Fuente: Informe sobre el Sector Energético Español – CNE Comisión Nacional de Energía (07.03.2012)
CHAUVIN ARNOUX Las Mediciones
l Gestión de la demanda
l Compensación de reactiva
l Ineficiencia armónica
l Instrumentos de medida
Gestión de la demanda: La lectura del maxímetro y las curvas de carga
l Contratar la potencia adecuada a los consumos reales de nuestra instalación
l Evitar las penalizaciones por superar la potencia contratada
Compensación de reactiva
El cos φ nace del desfase entre la fundamental de la Tensión y la fundamental de la Corriente. En el caso de señales no distorsionadas se cumple que PF (factor de potencia) es:
Potencia activa
²² QPS +=
SPPF= = cos φ
Potencia aparente
P = U x I x cos φ
Compensación de reactiva
Para mejorar el PF y limitar las pérdidas debidas a Q2 y a D2
¿con qué herramientas contamos?
l Instalación de baterías de condensadores
l Reducción de la tasa de armónicos
Compensación de reactiva: Qc = P (tanϕ - tanϕ')
ϕ2 ϕ1 S2
S1
P
Q2
Qcap
Q1
Ineficiencia armónica
CARGAS LINEALES, lo habitual en el pasado... l La mayoría de las cargas utilizadas en el pasado en una red eléctrica eran
las llamadas cargas LINEALES, estas cargas consumen una corriente cuya forma es
idéntica a la tensión, es decir, casi senoidal como sucedía con las lámparas de
incandescendia.
Ineficiencia armónica
CARGAS DISTORSIONANTES, la realidad de hoy en día… l Los receptores presentes en la red distorsionan las señales eléctricas en corriente y tensión
l Las señales reales difieren de la hipótesis senoidal de partida
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Tensión distorsionada
Corriente absorbida
Regulador por tren de impulsos
Ineficiencia armónica
Descomposición armónica de una señal distorsionada
Una señal distorsionada es una suma
de componentes senoidales, de amplitud,
desfase y frecuencias múltiplos de la
frecuencia fundamental
Señal distorsionada
Ineficiencia armónica Ejemplos de espectros armónicos
Tipos de carga Elementos asociados
Corriente absorbida Espectro armónico característico
Receptores resistivos
- Hornos industriales con resistiencias reguladas mediante trenes de impulsos
- Lamparas de incandescencia, convec- tores, calentadores.
Iluminación
- Tubos fluorescentes,
- Lámparas a vapor.
Rectificador monfásico de diodos con filtro Alimentación commutada
- Micro-informática,
- Televisores y pantallas,
- Lámparas a balastos electrónicas.
Ineficiencia armónica Ejemplos de espectros armónicos
Rectificador trifásico de diodos con filtrado
- Variadores de velocidad de motores asíncronos. - Sistema de Alimentación Interrumpida (SAI)
Regulación monofásica (pilotada por ángulo de fase)
- Regulación de potencia de pequeños hornos con resistencias, - Dimmer para lámparas halógenas.
Rectificador trifásico a tiristores
- Variación de velocidad de motores de corriente contínua y de motores síncronos, - Galvanización.
Motor asíncrono
- Máquinas herramienta, - Electrodomésticos, - Ascensores.
Tipos de carga Elementos asociados
Corriente absorbida Espectro armónico característico
Ineficiencia armónica Problemática
Corriente distorsionada
Tensiones armónicas
Tensión de red no senoidal, que es común a todos los demás receptores de la red y afecta a su buen funcionamiento.
Impedancias de circuitos
La Presencia de cargas distorsionantes
Efectos perjudiciales de los armónicos
l Empeoramiento del factor de potencia
l Reducción de la potencia disponible para los motores
l Sobrecargas y pérdidas en los conductores, transformadores y motores, debido al efecto Joule y al efecto pelicular
l Disparos intempestivos de las protecciones
l Aumento del ruido en motores
l Necesidad de sobredimensionar ciertos componentes de la red: conductores de fases y neutro, baterías de condensadores
l En alternadores y SAIs, por su alta impedáncia, se produce importante presencia de polución armónica en tensión
l Interferencias en señales electrónicas de mando y automatismos
l Reducción de la vida mecánica y eléctrica de los motores
l Reducción de la vida de los transformadores
l Envejecimiento acelerado del aislamiento en dieléctricos
Inmediatos Medio y largo plazo
Calentamiento en conductores y equipos eléctricos
Al transportar las corrientes armónicas, por efecto Joule, se produce un calentamiento en conductores que debe sumarse al producido por la corriente fundamental. Sin embargo, estos armónicos, aportan potencia activa, sino que sólo probocan pérdidas y empeoramiento del factor de potencia de la instalación.
l Los armónicos son señales de alta frecuencia que
debido al efecto pelicular (Skin), disminuyen la
sección efectiva de los conductores
l Además los condensadores son muy sensibles
a la circulación de corrientes armónicas ya que su
impedancia decrece en proporción al orden de los
armónicos presentes en una señal distorsionada
Factores de cresta elevados
l Los armónicos son causa frecuente de los
disparos intempestivos de las protecciones, en
particular en aquellas instalaciones con un amplio
parque de material informático
l Lo que ocurre realmente es que la sección
magnética de las protecciones es disparada al
superarse su umbral de disparo debido a las
puntas de corriente de pico que son comunes en
señales distorsionadas con factores de cresta
importantes
Corriente Absorbida Tensión
Aplicada
Calentamiento del conductor de Neutro
l Las corrientes armónicas de orden 3 y sus
múltiplos son síncronas al paso por cero de
cada fase
l En la práctica su contribución a partir de
cada fase, se suma en el neutro, lo que
produce la circulación de altas corrientes y
sobrecalentamiento de este conductor
Ineutro = 3 x Iarmónicas (ord.3)
Secundario De la fuente
Receptor
Sobre la importancia de Medir…
La medición es el punto de partida, los instrumentos de medida son las herramientas que permiten obtener los datos necesarios para analizar correctamente las instalaciones y los procesos industriales. “Todo lo que se hace se puede medir, sólo si
se mide se puede controlar, sólo si se controla se puede dirigir y sólo si se dirige, se puede mejorar”
Dr. Pedro Mendoza A. (Médico-Cirujano)
Mantenimiento Preventivo
ó Problema
Actuar Supervisar
Medir Analizar
Más vale medir y “remedir” , que cortar y arrepentir
Síntoma
Exploración
Diagnóstico
Tratamiento
Revisiones
Una primera valoración de la instalación
Nuevas pinzas: F200 (600A) F400 (1.000A) F600 (2.000A)
l CAT IV 1000V
l 11 modelos, para cualquier aplicación.
l TrueInRush
l Medida Relativa y Diferencial
l AC, DC, AC+DC, TRMS
l Tensiones: 1000VAC/DC con autodetección AC/DC
l Gran pantalla de 10.000 cuentas
l Max TRMS 100ms, Peak 1ms
l Valores de potencia, THD y Armónicos
l Resistencia, continuidad, frecuencia, temperatura.
l IP54, resistencia a caídas de hasta 2 m y 3 años de garantía
Potencia, PF y armónicos
l Las pinzas F205, F405, F407, F605 y F607 realizan la
medición de potencias (activas, reactivas y aparentes), de
PF y del THD: La medida de la Distorsión Armónica Total
puede mostrar la necesidad de sobredimensionar la
instalación o de implementar soluciones de filtrado. El THD
es medido, según los dos métodos definidos en la
normativa IEC 61000-4-7:
l THDf: Distorsión Armónica total en relación con la
fundamental
l THDr: Distorsión Armónica total en relación con el
Verdadero Valor Eficaz de la señal
l Las pinzas F407 y F607 realizan además el análisis de
cada armónico hasta el orden 25 en pantalla de 3 líneas
Un análisis en profundidad con Qualistar+
l Registro trifásico (4U/4I)
l Almacena datos durante todos
los regímenes de trabajo
l Obtiene los datos necesarios
para solucionar los problemas
Ergonómico, intuitivo
y de fácil manejo
l Gran pantalla a color, fácil lectura
l Teclas de función directa
l Menús de ayuda
Diseñado para trabajar en
todas las condiciones:
l Carcasa robusta antichoque
l Batería de gran autonomía
l Maleta estanca opcional
Intuitivo Teclas función directa
Transitorios
Tendencia
Armónicos
Alarmas Potencias
Forma de onda
Toda la información disponible en pantalla
Indicación del modo de trabajo
Valores instantáneos en
el cursor
Funciones de tecla directa de acceso a otras
mediciones
Fecha/Hora, estado de la
batería
Curvas y medidas
disponibles
Selector de Curvas
mostradas
Forma de onda
l Muestra las formas de onda de tensión y corriente: Proporcionando una aproximación a la deformación de la señal l Comparación entre las amplitudes y visualización del desfase entre las fundamentales de cada fase, y entre corrientes y tensiones l Hoja resumen en formato texto de los valores mínino, máximo y promedio medidos l Verificación del conexionado correcto de las fases gracias a representación vectorial de fresnel l Cálculo del desfase entre fases y del valor absoluto
Modo potencias / energías
l Visualización de las potencias y de sus factores (factor de potencia, coseno y tangente de phi)
l Capacidad de integrar la potencia para hacer el recuento de energía
l Distinción entre energías consumidas y energías generadas directamente a través de un icono
Modo armónicos
l Representación en gráfico de barras de las tasas armónicas de tensión, corriente y potencias, orden por orden, hasta 50o
l Indicación del THD en %, de los valores RMS y del desfase de cada armónico.
l Las barras que representan armónicos tienen signo. Desde la visión de un receptor, los armónicos positivos son recibidos y los armónicos negativos son generados (icono dedicado)
l El modo experto permite distingir los armónicos que inducen una secuencia negativa, homopolar (suman en el neutro) o positiva. Así es posible analizar la influencia de los armónicos en el calentamiento del neutro o en máquinas rotativas
Diagnóstico y análisis completo y simultáneo
Memorización
Monitorización
Modo registro
l Representación en curvas o gráficos de barras de las diversas magnitudes registradas, de los valores mín. y máx. en función del tiempo
l Verificación de la estabilidad de la tensión de red l Monitorización de todas les magnitudes según transcurre el tiempo l Cálculo de las energías consumidas y aportadas a la red lDuración (p.ejemplo): todas las magnitudes a segundo durante casi un mes
Modo alarmas
l Logbook de las últimas 10.000 alarmas registradas a partir de los umbrales programados en la configuración
l Registro de cortes en la red desde un semi-ciclo hasta varias horas
l Identificación del rebasamiento en el consumo contratado de energía
l Detección de variaciones de la tensión de red
Modo transitorios
l Representación de las formas de onda capturadas a consecuencia de un transitorio
l A 50Hz, es posible capturar transitorios inferiores a 80µs
l Visualización de variaciones rápidas (cortes, …).
Modo corriente Inserción INRUSH
l Análisis de los arranques motor: registro de la curva durante más de un minuto@50Hz, con duración arranque y valores instantáneos l Representación de la curva en modo envolvente (PEAK) y en modo valor eficaz (RMS) de cada semiciclo l Capacidad para hacer múltiples zooms hasta visualizar cada ciclo
Configuración
l Una pantalla de configuración sencilla e intuitiva, sin sub-menús desplegables, que permite ajustar el equipo en función de cada necesidad
Copias de pantalla
l La tecla permite puntualmente guardar pantalla del analizador para su recuperación y consulta posterior
l El elemento guardado contiene un archivo BMP con la copia de la imagen, pero también todos los datos que el instrumento midió en ese instante
l Un C.A. 8335 es capaz de guardar hasta 50 pantallazos.
Sensores de corriente
Elección de los sensores de corriente en función de las necesidades del usuario l Varios tipos de sensor de corriente adecuados a los diversos rangos de medición (incluido DC) l Reconocimiento automático del sensor l Posibilidad de utilizar sensores distintos en cada canal
Análisis de los resultados
l El compañero perfecto para el C.A 8335. l Descarga y almacenamiento en el PC de los registros. l Visualización gráfica de las curvas y tendencias. l Generación automática de informes de medida personalizados. l Asistencia para la preparación de una campaña de medidas.
l Los condensadores CYDESA. ESTAprop® PhMKP
l La maniobra de los condensadores de potencia
l Las baterías CYDESA y su instalación.
- Características de las baterías de condensadores
- Tensión y potencia en los condensadores:
¿400V/440V?.
l La instalación Stand-by. Reguladores Masing®
l Las tarifas eléctricas respecto a la energía reactiva
l Los armónicos de potencia y las baterías de
condensadores
CYDESA La Solución
Condensadores CYDESA
Diseñados y producidos
según las normas: l VDE 0560, parte 46 + 47 (Alemana),
l EN 60831, parte 1 + 2 (Europea)
l IEC 60831, parte 1 + 2 (Internacional)
Para aplicaciones tan exigentes
como filtros de armónicos en
parques eólicos
Condensadores CYDESA
La esperanza de vida de los condensadores CYDESA, *En función de la temperatura de trabajo
≥ 150.000 * horas
Espe
ranz
a de v
ida (
h)
Temperatura (ºC)
En servicio
Condensadores CYDESA
En servicio
CERTIFICADO Protección por desconectador
de sobrepresión interna
Desconectado
Bobina Gas producido por
la perforación
Sobrepresión
Contactores de CYDESA para la maniobra de condensadores
R
R
Precontactos abiertos
Contactor Carcasa
Bobina
R
R
Precontactos Bloque de Precontactos
Resistencias
Contactos principales
Contactores de CYDESA para la maniobra de condensadores
Conexión sin resistencias hasta 250 x In
Conexión con resistencias
> 200.000 maniobras
El siguiente oscilograma muestra el incremento de la corriente cuando se conectan 12.5 kvar / 400V (In = 18A) con y sin resistencias de pre-inserción.
CONTACTOR ESTÁTICO Masing® M400
l Conexión instantánea, ideal para fluctuaciones de
carga rápidas y continuas: grúas, soldaduras…
l Silencioso, ausencia total de ruido tanto en la
conexión como conectado
l Detección de hueco de tensión, conexión suave:
sólo se conecta cuando se da la misma tensión en el
condensador y en la fase, sin picos.
l Formato contactor que facilita su mantenimiento
y sustitución
I + D + I CYDESA
Baterías de Condensadores CYDESA
CYDESA, decana en España en el campo de la compensación de la energía reactiva l Diseño y ensayos 100% por CYDESA l Dimensiones reducidas l Sencilla instalación - Acometida, espacio para el cableado
- Programación del regulador Masing ®
posibilidad de hacerlo mediante software
- Asesoramiento pre y post venta
l Producto 100% europeo l Flexibilidad en fabricar según las necesidades del cliente l Pérdidas < 1,2W / kvar
580 mm
1.98
0 m
m
Baterías de Condensadores CYDESA
Tensiones Asignadas, Nominales de los condensadores (Ur y Qr)
Potencia Reactiva Útil a la tensión de red (Ue y Qe)
r
2
r
ee Q
UUQ ⋅
=
¿Qué potencia reactiva necesito?
Baterías de Condensadores CYDESA
Instalación estándar
Equipos necesarios para una compensación estándar
Stand- by un avance tecnológico
Baterías de Condensadores CYDESA
Instalación Stand-by
La batería incluye fijo para el transformador
Stand- by un avance tecnológico
Baterías de Condensadores CYDESA
Stand- by un avance tecnológico
Instalación estándar Vs. Sistema
Stand-by
Ventajas del sistema Stand-by
®
Baterías de Condensadores CYDESA
Stand- by un avance tecnológico
l Ahorro económico en la batería
l Ahorro en la mano de obra del instalador
l Ahorro en protecciones
l Mejor protección en la instalación
Soluciones al aumento continuado de los costes energéticos
¿Quién paga reactiva? Pagan reactiva, las tarifas: 2.1 A y 2.1 DHA (10 kW < P ≤ 15kW) en B.T. 3.0 A en B.T. 3.1 A en A.T. No pagan reactiva, las tarifas: 2.0 A y 2.0 DHA de P ≤ 10kW en B.T.
¿Qué se paga de reactiva? TR = k · (E.reactiva - 0,33 · E.activa)
Soluciones al aumento continuado de los costes energéticos
¿Cuánto ha aumentado el recargo “k” por reactiva?
Orden IET 3586/2011 de 28 de Diciembre de 2011.
Soluciones al aumento continuado de los costes energéticos
* Valores utilizados para el cálculo de la batería de condensadores
Soluciones al aumento continuado de los costes energéticos
fPQActiva
activaarctg ⋅=→→= ϕϕ cosRe
Factor “f” 0,75, tabla en la página 58 de la LP2011. Para una instalación con cosφ de 0,8 si queremos llegar a
1, necesitamos el 75% de la potencia activa en reactiva.
Cálculo Manual de la batería
Soluciones al aumento continuado de los costes energéticos
Cálculo automático de la batería Plataforma de cálculo gratuita en www.cydesa.com
Soluciones al aumento continuado de los costes energéticos
Filtro activo
( )%T
C
SQ
( )%T
CONV
SS
¿Cuándo compensar con filtros? Nueva herramienta de cálculo
Soluciones al aumento continuado de los costes energéticos
Filtro activo
Máquina asíncrona con convertidor de tensión
Los valores consigna deben ser generados por el control del filtro activo en tiempo real
Fuente de corriente
Valores consigna
Presentación de casos
CYDESA ha sido la responsable de la implementación del sistema de compensación de reactiva para los sistemas HVAC del nuevo edificio corporativo
TORRE TELEFÓNICA DIAGONAL 00 en Barcelona El edificio de acero y cristal es obra del arquitecto Enric Massip y fue inaugurado el 12.01.2011 l 110 metros de altura en forma rombo/diamante l 34.000 m2 de superficie l 24 plantas más dos de sótano l 1.200 personas trabajan en el edificio que alberga el centro de I+D referente mundial en investigación multimedia e internet l Premio Leaf Awards al mejor edificio Comercial Corporativo
Comprobación del estado de la instalación
Datos obtenidos para validar la solución instalada
Datos claves para determinar la solución l Potencias
l cos φ
l THD
UTHD 2 %
Medición con la batería desconectada
Verificación de la medición sin la batería
Verificación tras la puesta en marcha
Retorno de la inversión
1 año, para la amortización de una instalación de las características
reseñadas en un caso como en el de la Torre Diagonal Telefónica 00
4.000 €
Retorno de la inversión
Automoción Industrial Telecomunicaciones
Entidades financieras Alimentación
CYDESA: Referencias por sectores
Públicas
CHAUVIN ARNOUX Referencias por sectores
Energía Industria
Certificación Infraestructuras Instalaciones / O&M
Muchas gracias por su atención
Jornadas Técnicas Barcelona 03.05.2012