Normas Técnicas Relacionadas con Calidad de Suministro Eléctrico

2008 Dr. Luis Morán T. 1

Normas Técnicas Relacionadas con

Calidad de Suministro Eléctrico


¿ Qué se normaliza ?¿ Qué se normaliza ?

Las desviaciones máximas toleradasdesviaciones máximas toleradas en los sistemas eléctricos están definidas por normasestán definidas por normas, las que varían dependiendo de los países o de las características de los sistemas de potencia.

La mayoría de las normasmayoría de las normas que se relacionan con la calidad de suministro tienen tienen carácter de recomendacióncarácter de recomendación y sólo en algunas partes son mandatorias.


Algunas normas están orientadas a los fabricantesorientadas a los fabricantes de equipos y establecen los valores máximos de armónicos de corriente que pueden generar los diferentes equipos eléctricos (IEC).

Otras están orientadas a los sistemas de distribuciónorientadas a los sistemas de distribución, estableciendo las desviaciones máximas toleradas en las señales de voltaje y corriente (Std. 519 IEEE ).

¿ Dónde se aplican las Normas ?¿ Dónde se aplican las Normas ?


El objetivo de las normas relacionadas con el nivel de distorsión armónico en las señales de voltaje y corriente, puede resumirse de la siguiente forma:

Controlar la distorsión de las formas de onda de corriente y voltaje a niveles que pueden ser tolerados por el sistema de potencia y equipos asociados.

Cumplir los requerimientos para que los consumidores que estén conectados al sistema sean provistos de un voltaje cuya forma de onda garantice el correcto funcionamiento de las cargas.

Asegurar que el sistema eléctrico no interfiere con la operación de otros sistemas (comunicaciones).


Variables de InterésVariables de Interés

1. Armónicos (clientes corriente) Armónicos (distribuidora voltaje)

2. Secuencia Negativa3. Factor de Potencia4. Regulación de Tensión5. Parpadeo (clientes)6. Transitorios < 3 minutos7. Frecuencia


Standard Standard 519 - 1992 del IEEE519 - 1992 del IEEE. Enfocada a limitar contenido armónico en los sistemas de potencia. Separa y fija el grado de distorsión armónico máximo en voltaje (responsabilidad responsabilidad del proveedordel proveedor) y el de corriente (responsabilidad del responsabilidad del consumidorconsumidor).

¿ Que normas hay disponibles ?¿ Que normas hay disponibles ?


Standard IEEE 519-1992Standard IEEE 519-1992

Tiene el propósito de recomendar límites de distorsión armónica según dos criterios:

Referencia para el usuario.

Referencia para el sistema de distribución.

Los límites se basan en el tamaño de consumidor respecto del distribuidor.

Establece límites de contaminación de voltaje.


IEEE-519 Máxima Amplitud para Armónicas de Corriente de Orden Impar

% Límite de la componente armónica ( Voltaje de la Barra al PCC < 69 KV)

ISC/I1 h<11 11<h<17 17<h<23 23<h<35 35<h TDD<20 4.0 2.0 1.5 0.3 0.3 5.0

20-50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.050-100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0

100-1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0>1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0

Notas:

TDD = Total demand distortion, distorsión armónica de la corriente en % de lacorriente de demanda máxima.

ISC = Corriente máxima de cortocircuito en el punto de común acoplamiento.

I1 = Corriente de carga máxima (componente a frecuencia fundamental) en elPCC.

Armónicas pares están limitadas al 25 % de las componentes impares.


IEEE-519 Máxima Distorsión Armónica de Voltaje Componentes Impares

Tabla 3. IEEE-519-1992Valores Límites Permitidos en la Distorsión de Voltaje

Voltaje en Barrade PCC

Distorsión ArmónicaIndividual

THDv (%)total

69 kV y menor 3.0 5.0

THDv = Distorsión de Voltaje Armónico.


Normas Europeas

IEC 61000-3-2 (1998-04): Compatibilidad Electromagnética (EMC) – Parte 3: Límites para emisión de corrientes armónicas (corriente de entrada a los equipos 16 A por fase). Equipos standard

IEC 61000-3-4 (1998-10): Compatibilidad Electromagnética (EMC) – Parte 3-4: Límite para la generación de corrientes armónicos en equipos y sistemas con corriente nominal mayor a 16 A. Equipos y sistemas standard.


IEC 61000-3-3 (1994-12): Compatibilidad Electromagnética (EMC) – Parte 3: Límites - Sección 3: Limitación en las fluctuaciones de voltaje y flicker en sistemas de distribución en baja tensión para equipos con corriente nominal menor o igual a 16 A.

IEC 61000-3-5 (1994-12): Compatibilidad Electromagnética (EMC) – Parte 3: Límites - Sección 5: Limitación en las fluctuaciones de voltaje y flicker en sistemas de distribución en baja tensión para equipos con corriente nominal mayor a 16 A.

Normas Europeas


IEC 61000 - 3 - 4

Etapa 1: Límites en contenido armónico generado por equipos simples y standard.

Orden de laArmónica

Amplitud PermitidaIn/I1, %


Amplitud PermitidaIn/I1, %

3 21.6 21 <=0.65 10.7 23 0.97 7.2 25 0.89 3.8 27 <=0.611 3.1 29 0.713 2 31 0.715 0.7 33 <=0.617 1.219 1.1 Even <=8/n or <=0.6


IEC 61000 - 3 - 4

Etapa 2: Conexión condicionada a características del equipo y del sistema de distribución.

Para equipos que no cumplan con los valores máximos tolerados, mayores valores pueden ser aceptados, siempre que la razón con la corriente de cortocircuito sea mayor a 33.

Factores de distorsiónlímite aceptados

%

Amplitudes Máximas ToleradasIn/I1, %

Mínima Razón deCortocircuito

THD PWHD I5 I7 I5 I5 I11 I13

66 25 25 23 11 8 6 5 4120 29 29 25 12 10 7 6 5175 33 33 29 14 11 8 7 6250 39 39 34 18 12 10 8 7350 46 46 40 24 15 12 9 8450 51 52 40 30 20 14 12 10600 57 57 40 30 20 14 12 10


IEC 61000 - 3 - 4

Etapa 2: Valores de Corrientes Armónicas Permitidas para Equipos Trifásicos Balanceados

Valores Admisibles deDistorsión Armónica de

Corriente%

Amplitud de la distorsión Armónica porComponente

In/I1, %

Razón deCortocircuito

THD PWHD I5 I7 I11 I13

66 16 25 14 11 10 8120 18 29 16 12 11 8175 25 33 20 14 12 8250 35 39 30 18 13 8350 48 46 40 25 15 10450 58 52 50 35 20 15600 70 57 60 40 25 15


Partial Weighted Harmonic Distortion (PWHD):

PWHD =

50

142

1

2n

n

n

I

In


IEC 61000 - 3 - 4

Etapa 3: Valores tolerados en la emisión de corriente para conexiones sujetas a condiciones especiales


Corriente ArmónicaAdmisible

In/I1, %


Corriente ArmónicaAdmisible

In/I1, %3 19.0 21 <=0.65 9.5 23 0.97 6.5 25 0.89 3.8 27 <=0.611 3.1 29 0.713 2.0 31 0.715 0.7 33 <=0.617 1.219 1.1 Pares <=4/n o <=0.6


El Proveedor es responsable por la distorsión de voltaje en el punto punto de común acoplamiento PCCde común acoplamiento PCC. En casi todos los casos (<69 kV) la distorsión armónica total de voltaje (THD)distorsión armónica total de voltaje (THD) debería ser menor a un 5%.

El Consumidor es responsable por los niveles individuales de los armónicos de corriente como de la distorsión de demanda total distorsión de demanda total TDDTDD en el punto de común acoplamiento PCCpunto de común acoplamiento PCC.

Reglamento Chileno.Reglamento Chileno.


• A contar de la Publicación en el Diario Oficial el 10 de septiembre de 1998, se encuentra disponible la Reglamentación de los niveles de perturbación permitida para las empresas de distribución y consumidores (Reglamento Eléctrico 327).

• Esta Norma define en el artículo 241, que las mediciones y el registro para determinar la calidad de suministro deberán ser polifásicas y simultáneas en cuanto a voltaje y corriente.

• Deberán utilizarse equipos adecuados para el rango de precisión esperado en las variables a obtener.

Normativa Chilena Vigente.


• El registro deberá efectuarse durante siete días consecutivos de cualquier período del año y deberá cumplir al menos con el 95% de los valores estadísticos de las corrientes o voltajes armónicos individuales más el Índice de Distorsión Total (I.D.T.).

• El valor estadístico de las corrientes armónicas y de su I.D.T. será obtenido después de evaluar los resultados del conjunto de mediciones con intervalos de 10 minutos durante todo el período.

ArmónicosSegún lo indicado en las disposiciones transitorias, artículo 18, en condiciones normales de operación:


Armónicos de corriente según reglamento vigente.


Límites establecidos para el THD de Corriente


Armónicos de voltaje según reglamento vigente

• Los valores de los voltajes armónicos se expresan en porcentaje del voltaje nominal

• Se deben cumplir las mediciones en forma idéntica al registro de armónicos de corriente.


Límites de distorsión de Voltaje.


Secuencia negativa del VoltajeSecuencia negativa del Voltaje

• Indica el nivel de desequilibrio de las fases de voltaje. Válido para clientes trifásicos.

• Repercute en contratorques que frenan las máquinas rotatorias. Ineficiencias.

• Desbalance repercute en la distribuidora con mayores pérdidas en el neutro.


Para puntos de entrega a clientes en tensiones iguales o inferiores a media tensión, se deberá cumplir que:

El 95 % de los valores estadísticos registrados en una semana la componente de secuencia negativa del voltaje, no deberá exceder el 2 % de la componente de secuencia positiva.

Para puntos de entrega en tensiones superiores a media tensión a clientes concesionarios de servicio público de distribución, que abastezcan usuarios sometidos a regulación de precios, se deberá cumplir que:

El 95 % de los valores estadísticos registrados en una semana la componente de secuencia negativa del voltaje, no deberá exceder el 1.5 % de la componente de secuencia positiva.

Componente de Secuencia Negativa


Factor de potencia

Definido para las siguientes categorías:

• Sistemas de Subtransmisión

• Sistemas de Transmisión Adicional

• Las Instalaciones de Clientes

Se deberá contar con el equipamiento necesario que permita el Control de Tensión y el suministro de potencia reactiva

el factor de potencia deberá ser medido en intervalos integrados de 60 minutos, en cualquier condición de carga.


Factor de potencia:

Sistemas de Subtransmisión y de Transmisión Adicional :

• 0,96 inductivo y 0,98 capacitivo para puntos de conexión con tensión nominal inferior a 100 [kV].

• 0,98 inductivo y 1,0 para puntos de conexión con tensión nominal igual o superior a 100[kV].


Factor de potencia

Las Instalaciones de Clientes

• FP 0,93 (i) y 0,96 (c) para puntos de conexión con tensión nominal inferior a 30 [kV].

• FP 0,96 (i) y 0,98 (c) para puntos de conexión con tensiones nominales iguales o superiores a 30 [kV] e inferiores a 100 [kV].

• FP 0,98 (i) y 1,0 para puntos de conexión con tensiones nominales iguales o superiores a 100 [kV].


REGULACION DE TENSIÓN

Nivel de tensión Porcentaje de Regulación

BT Vn<1[KV]

+ 7.5 %

MT 1[KV]<Vn<12[KV]

+ 6.0 %

AT Vn>12[KV]

+ 5.0 % sobre 154 [KV]+ 6.0 % bajo 154 [KV]

• Mediciones realizadas durante el 95% del tiempo de cualquiera semana del año o de siete días consecutivos de medición y registro.

• Se Excluyen períodos de interrupción de suministro.


Parpadeo o FlickerParpadeo o Flicker

• Limitar molestia (biológica) por iluminación incandescente.

• Provocada por variación brusca de carga que afecta la amplitud de la tensión en algunos ciclos (modula).

• Responsabilidad del cliente y de la firmeza de la barra.

• Se “mide” con instrumentos: evaluación comparando con umbral de molestia:

• Variación de la tensión

• Tasa de repetición


A partir de las mediciones de las tres tensiones se deberá evaluar las variables calculadas : Pst (10 minutos) y Plt (2 horas).

5010310,1 P0,08P0,28P0,0657P0,0525P0,0314Pst

3 3iPst

12

1Plt

Valores límites de los índices de severidad de la magnitud de parpadeo de tensión (Flicker).

Severidad de parpadeo de corto plazo (Pst):

Severidad de parpadeo de largo plazo (Plt):


Valores límites de los Pst (10 minutos) y Plt (2 horas)

PARA SISTEMAS O REDES ELÉCTRICAS

Nivel de Tensión Pst (10 minutos) Plt (2 horas)Menor o igual a 110 kV 1,0 0,8

Mayor que 110 kV 0,8 0,6

PARA SISTEMAS O REDES ELÉCTRICAS DE ZONAS RURALES

Nivel de Tensión Pst (10 minutos) Plt (2 horas)Menor o igual a 23 kV 1,25 1,0


Se tiene la señal de la red modulada sinusoidalmente, con una fluctuación de voltaje V/V de 0.250, y una frecuencia de modulación de 8.8 Hz:

Ejemplo Cálculo de Flicker

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

-200

0

200


Los índices de severidad de flicker se calculan a partir de los siguientes parámetros:

Tiempos de observación

Tst=10 min (tiempo de corta duración).

Tlt=N*Tst (tiempo de larga duración). Donde N es un número entero.

A partir de estos tiempos de observación se calculan los índices de severidad de corta (Pst) y larga duración (Plt).

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓNUNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓNFACULTAD DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA

DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICADEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA


El índice de corta duración se calcula a partir de:

donde los términos Pi indican los niveles de flicker excedidos a lo largo del i % del tiempo de observación. El sufijo s en la fórmula indica que deben usarse los valores alisados. Esto se hace para evitar cambios bruscos en los percentiles debido a pequeñas variaciones en los ciclos de trabajo de algunas cargas.



ssssst PPPPPP 50103110 080280065700525003140 ..... .




Los valores presentados en la ecuación anterior quedan como:

Si la señal es muestreada a una razón de 50 muestras por segundo durante un periodo de observación de 10 minutos, se obtiene un vector de 30.000 muestras.

3/)(

3/)(

5/)(

3/)(

5,117,01

432,23

1713108610

80503050

PPPP

PPPP

PPPPPP

PPPP

s

s

s

s




Estos valores se clasifican segun su ocurrencia, es decir si el valor 0.9 se repite durante el 30% del tiempo de observación, entonces el valor de P30 será 0.9.

De esta forma se obtienen lo valores de los percentiles y se ingresan en las ecuaciones respectivas.


El índice de larga duración se calcula a partir de:

donde Psti(i=1,2,3,...) son lecturas consecutivas de la

severidad del flicker a corto plazo, Pst.

31

3

N

PP

N

isti

lt


Para las condiciones indicadas, los niveles de severidad de flicker de corta y larga duración respectivamente son:

Pst=1

Plt=1

Esto significa que para una modulación sinusoidal, se obtienen los máximos niveles de flicker.


Para una modulación cuadrada de la señal de la red, con una fluctuación porcentual de voltaje de 0.725 y un número de repeticiones por minuto de 110.



1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8-400

-200

0

200

400


Condiciones de observación:

Tst=10 min

Plt=4 Pst

Para estas condiciones los valores resultantes son:

Plt=0.981

Plt=0.981




Fluctuaciones de voltaje (FV)Fluctuaciones de voltaje (FV)

• No se presentan en régimen permanente:

• falla• maniobras• rayos

• Aleatoriedad y repetibilidad

• Exige equipo de alta precisión, con memoria móvil.



Se clasificarán en dos categorías de acuerdo a su duración:

- Corta duración, 0,5 ciclos hasta un minuto

- Larga duración superiores a un minuto.

Las fluctuaciones de corta duración se clasificarán en:

i. Instantáneas: duración de 0,5 ciclos hasta 30 ciclos, magnitud entre 10% y 92,5% de Vn y entre 107,5% y 180%.

ii. Momentáneas: duración de 30 ciclos hasta 3 segundos, magnitud entre 10% y 92,5% de Vn y entre 107,5% y 140%.

iii. Temporales: duración de 3 segundos hasta un minuto, magnitud entre 10% y 92,5% de Vn y entre 107,5% y 120%



Las fluctuaciones de larga duración se clasificarán en:

i. Caída de voltaje, de duración típica mayor que un minuto y de magnitud típica entre 80% y 92,5% de la tensión nominal.

ii. Subida de voltaje, de duración típica mayor que un minuto y de magnitud típica entre 107,5 % y 120 %.


FrecuenciaFrecuencia

• Las distribuidoras traspasan la frecuencia recibida de los generadores.

• La medición basta realizarla en un sólo punto.

• 7 días, con promedios cada 10 minutos

• frecuencia nominal de 50 Hz

• 99% del tiempo en +/- 4% (SIC)

• 100% del tiempo en +/- 14% (SIC)

• Control en puntos de suministro.

• Tema de segunda prioridad.


FrecuenciaFrecuencia




Argentina:

Regulation regarding voltage disturbances has been established at the end of 1996, for the purpose of controlling the level of disturbance in the network and users disturbance injection, particularly regarding voltage and flicker.

The basis of this new regulation are international standards that have been adapted to form a set of reference levels, emission limits, measurements and control procedures.

These aspects together with an economic penalty system conform one of the most advance regulatory schemes for power quality in public networks.





Distribution companies are responsible of supplying the electricity with disturbance levels below the reference levels during at least 95 % of the time, otherwise they are economically penalized.

The penalties are paid as a compensation to the affected customers.

Distribution companies have to satisfy with the reference levels, but they also have means to control excessive emissions from the users connected to their networks through the emission limits.





Reference levels are defined as guaranteed disturbance levels at the PCC of any user connected to the public network.

These levels are defined for each type of disturbance and will not be exceeded for longer than 5 % of the measurement period.

Guaranteed levels means that any user connected to the network can demand these quality levels to the distribution company at least during 95 % of the measurement periods. (Minimum duration of one week).





Table 6Reference Levels for Harmonic Voltage Distortion

Harmonic Order (n) Reference Level in (%)LV and MV HV

(odds non multiples of 3)57111317192325

25

6.05.03.53.02.01.51.51.5

0.2 + 12.5/n

2.02.01.51.51.01.00.70.7

0.1 + 2.5/n(odds multiple of 3)

391521

21

5.01.50.30.20.2

1.51.00.30.20.2

(even)24681012

12

2.01.00.50.50.50.20.2

1.51.00.50.20.20.20.2

Total Harmonic Distortion (%) 8 3

For higher voltage networks of 220V, the levels of reference to be considered are the one shown in the table for HV but divided by 2.





Distribution companies must perform a set of measurements every month in a determined number of distribution centers in medium and low voltages.

One week is the minimum duration of a period for measurement in order to have a representative and reliable control.

If during the weekly control period it is found that the reference level for flicker or harmonics have been exceeded in more than 5 % of the ten minutes measurements, then that distribution company will be subjected to economic penalties.

These penalties will be paid as a compensation to the users affected by the supply out of the reference level as a discount in their electricity bills.





Current harmonic levels tolerate in power distribution depends on the tariff option of the consumers.

The emission limits are defined as the maximum harmonic currents that the user installation is allowed to inject into the network.

Harmonic Order(n)

Maximum harmonic currentAllowed to the user

(A)Odd harmonics

3579

1113

15 = n = 39

4.602.281.540.800.660.42

0.30(15/n)Even harmonics

246

8 = n = 40

2.160.860.60

046(8/n)

Table 7Harmonic Current Emission Limits for Users T-1

Reference Limits for Current Harmonics





Harmonic Order(n)

Maximum Harmonic CurrentAllowed to the user

(A)LV and MV(V 66 kV)

HV(66 kV = V = 220

kV)(odd non multiple of 3)

57

111317192325

25

12.08.54.33.02.71.91.61.6

0.2 + 0.8(25/n)

6.05.12.92.21.81.71.11.10.4

(odd multiple of 3)39

1521

21

16.62.20.60.40.3

7.52.20.80.40.4

(even)2468

1012

12

10.02.51.00.80.80.40.3

10.03.81.50.50.50.50.5

Total harmonicdistortion (%)

20.0 12.0

Table 8

Harmonic Current Limits for

Users T-2 and T-3





Harmonic Voltage Distortion Subject to Penalty.

DPAk = Max

THD

THDkTHD)(,0 +

40

2

)(,0Max

3

1

i

i

V

VikV (2)

With:

THD(k): total harmonic distortion registered in the k-interval.THD : reference level for total harmonic distortion as defined

in Table 6.Vi(k) : i-harmonic component voltage in the k-interval.Vi : reference limit for i-harmonic as defined in Table 6.





Each k-interval registered with energy applied with bad quality conditions (intervals with DPA>0) will yield a unitary penalty (US$/kWh) according to:

0 < DPA 1 2 DPA2 US $/kWh (3)

1 < DPA 2 US $ /kWh (4)

Total applicable penalty :

Total Penalty (US $) = 1:

2)(2DPAkkkkEDPA +

1:

)(2DAPkk

kE (5)





Perú:

Harmonic Order(n)

Maximum harmonic Voltage(%)

LV and MV(V 66 kV)

HV(66 kV = V = 220

kV)(odd non multiple of 3)

57

111317192325

25

6.05.03.53.02.01.51.51.5

0.2 + (2.5/n)

2.02.01.51.51.01.00.70.7

0.1 + (2.5/n)(odd multiple of 3)

39

1521

21

5.01.50.30.20.2

1.51.00.30.20.2

(even)2468

1012

12

2.01.00.50.50.50.20.5

1.51.00.50.20.20.20.2

Total harmonicdistortion (%)

5.0 3.0

Table 9

Voltage Harmonic reference limit values defined by peruvian Standard



ConclusionesConclusiones

• La calidad es algo reciente:• antes: la mejor intención

• ahora: exigido

• mañana (y siempre): costará

• El nivel de calidad lo define la Autoridad:• Transparente al concesionario

• Reconocimiento directo en la tarifa

• Hoy indefiniciones

Inversiones y Gastos

Compensaciones y Multas

Normas Técnicas Relacionadas con Calidad de Suministro Eléctrico

Documents

Transcript of Normas Técnicas Relacionadas con Calidad de Suministro Eléctrico