PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO – PREVENTIVO

ESTUDIO DE CARGABILIDAD

CENTRO COMERCIAL JARDIN PLAZA

PLANTA ELECTRICA 3200A- 208V

INFORME No E.C.E.003/13 6 AL 7 DE DIC/12

CALI

VALLE DEL CAUCA COLOMBIA

El trabajo de campo, base de este informe, fue realizado por el

ING. HENRY BOCANEGRA BACCA TP VL 205 34552

Av. 3 Norte No.21-73 Ofic. 201 - PBX: 668 25 26 Telefax 668 33 03 Celular: 315 559 08 90 / info@aproi.net http:// www.aproi.net

CALI - COLOMBIA

ESTUDIO DE CALIDAD DE POTENCIA

INDICE

• INTRODUCCIÓN

• OBJETIVO DEL ESTUDIO

• METODOLOGÍA DE TRABAJO

• EQUIPOS USADOS EN EL ESTUDIO

� ANALIZADOR DE REDES

• NORMAS A UTILIZAR EN EL INFORME

• PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DE MEDICIÓN

� POTENCIA

o Factor De Potencia

o Cargabilidad

� ENERGIA

� CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES GENERALES

� REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

INTRODUCCIÓN El acelerado desarrollo de la electrónica de potencia puso a disposición de los hogares y en empresas diversos equipos capaces de controlar cualquier proceso (iluminación, Variadores de Velocidad de Motores, UPS, PCs, Televisores, etc). Así, aproximadamente un 50% de la energía pasa por un dispositivo de electrónica antes de ser finalmente aprovechada, estas cargas son llamadas CARGAS NO LINEALES cuyas características de corriente y tensión de estos instrumentos generan importantes perturbaciones en el sistema eléctrico, lo que trae como consecuencia final modificaciones en la forma de onda sinusoidal de la energía eléctrica suministrada. Es también importante que aquellos lugares donde se requiere el uso de estos equipos electrónicos, deban tomarse determinadas medidas de seguridad para proteger la vida humana y equipos. En muchos casos, estas medidas de seguridad son Normas Nacionales e Internacionales que deben actualizarse con frecuencia. La puesta a tierra, o conexión de partes conductoras a masa, representa la medida de seguridad más esencial. Una deficiente calidad de la energía en un sistema eléctrico conlleva a unas perturbaciones en el suministro eléctrico generando unas alteraciones en el buen funcionamiento de los equipos, estos son algunos fenómenos que les indicara la existencia de los diferentes agentes perturbadores en el sistema: � Sobrecalentamiento de equipos de potencia como Transformadores, Motores y Conductores

por incremento de la corriente eficaz (Irms). � Sobrecarga en los conductores del neutro debido a la suma de los armónicos de rango 3

generadas por las cargas monofasicas y por desequilibrios en el sistema. � Sobrecarga, vibraciones y envejecimiento prematuro de los alternadores, transformadores,

motores y condensadores de compensación de energía reactiva. � Deformación de la forma de onda de la tensión de alimentación ocasionando perturbar

destructiva a los equipos receptores sensibles. � Perturbaciones de las redes de comunicación o de las líneas telefónicas. � Equipos de datos que se cuelgan (apagan) perdiendo información valiosa � Parpadeos de pantallas e iluminarías, ocasionando dolor de cabeza y ardor en la vista de los

operarios que están trabajando en esa área. A continuación indicaremos cuales son los agentes que ocasionan las distorsiones en el sistema eléctrico:

� Puntos Termograficos: La presencia de problemas termográficos conlleva a un aumento

considerable de pérdidas energéticas, debido al aumento de la impedancia, ocasionadas por los malos ajustes, fatiga de equipos, sobrecargas, etc. Aumentando la posibilidad de una parada imprevista, perdida en equipos costosos y accidentes laborales, ocasionando una perdida notable en la eficiencia y calidad de los equipos.

� Transitorios: Son picos rápidos de la forma de onda de tensión o corriente. Lo transitorios

pueden tener tanta energía que los equipos eléctricos sensibles pueden verse afectados o incluso pueden dañarse. El origen de mas frecuente de los transitorios son las inevitables conmutaciones en la red, ocasionador por equipos como fusibles térmicos, SCR, etc.

� Armónicos / Interarmonicos: Son distorsiones periódicas de la tensión, corriente o las

ondas sinusoidales de energía. Una forma de onda se puede considerar como una combinación de varias ondas sinusoidales con diferentes frecuencias y magnitudes. Así mismo, también se mide la contribución de cada uno de estos componentes a la señal completa. Los armónicos son provocados a menudo por cargas no lineales, como los suministros de alimentación CC en ordenadores, televisores y variadores de velocidad. Los armónicos también pueden provocar un sobrecalentamiento de los transformadores, conductores y motores.

� Factor de Potencia: Es uno de los parámetros más importante que se registran. Las

compañías de suministro eléctrico suelen sancionar a las empresas que operan con un factor de potencia inferior al estipulado en el contrato.

� Fluctuaciones: son desviaciones rápidas de la tensión normal. Pueden alcanzar una magnitud

de diez a cientos de voltios. La duración puede variar de medio ciclo a unos segundos, conforme se define en EN61000-4-30. Los tipos de fluctuaciones son: o CHG: Cambio Rápido de Tensión. o DIP: Bajada de Tensión o INT: Interrupciones de Tensión o SWL: Subida de Tensión

� Flicker: Hace referencia a la impresión de inestabilidad de la sensación visual por efecto del

parpadeo de tensión, y es típico en las bombillas de incandescencia � Desequilibrios: Se puede hablar de desequilibrios cuando las tensiones de las tres fases no

son de igual magnitud o sus desfases no son de 120°. Las causas son, por lo general, las cargas desequilibradas en las instalaciones.

� Mallas a Tierra: Es una protección de sobrecarga, la cual es un elemento de vital importancia

para proteger la vida humana y equipos costosos.

OBJETIVO DEL ESTUDIO Vigilar el comportamiento de los parámetros eléctricos a través de pruebas no destructivas con equipos de alta tecnología como son: El Analizador de Redes, Termógrafo y Telurómetro y así generar un informe que permita saber cual es la calidad de la energía que se esta consumiendo en la Planta, identificando cuales son los problemas que se encuentran en la Red de Distribución Eléctrica, que lo provoca y cuales son las soluciones que eliminara o reducirá aquellos problemas. Por ello el Analizador de Redes FLUKE 435 se instalara en los siguiente Nodo eléctrico: � Nodo 1: PLANTA ELÉCTRICA DE 3200 A SUBESTACION 1

METODOLOGÍA DE TRABAJO Las actividades a desarrollar en la planta son las siguientes: � En Terreno:

� Inspección Técnica General de la Instalación. � Instalación del Analizador de redes por 12 horas. � Revista de la Medición de los Parámetros Eléctricos.

� Oficina:

� Análisis y Calculo de la Información. � Conclusiones y Recomendaciones. � Elaboración y Presentación del Informe.

EQUIPOS USADOS EN EL ESTUDIO

En este estudio se usaran los siguientes equipos de medición: Analizador de Redes: El analizador de calidad eléctrica trifásico Fluke 435 ayuda a localizar, predecir, prevenir y solucionar problemas en sistemas de distribución e instalaciones eléctricas trifásicas. Estos instrumentos portátiles de fácil uso cuentan con numerosas e innovadoras funciones para revelarle los indicios que delatan la presencia de problemas de forma más rápida y segura. • Mide los siguientes parámetros del sistema eléctrico, como

tensión, corriente, potencia, consumo (energía), desequilibrio, flicker, armónicos e interarmónicos. Captura eventos como fluctuaciones, transitorios, interrupciones y cambios rápidos de tensión

• Registrador: El registro detallado de datos de larga

duración configurable por el usuario proporciona lecturas de valores mínimos, máximos y promedios de hasta 100 parámetros distintos en los cuatro hilos, con un tiempo medio de medida ajustable hasta a 0,5 segundos. Dispone de memoria suficiente para registrar 400 parámetros con un minuto de resolución hasta un mes.

� El analizador eléctrico Fluke 435 cumple con todos los requisitos de la norma IEC 61000-4-30

Clase A. � Cuatro canales: mide simultáneamente la tensión y la corriente en las tres fases y el neutro. � Visualización de transitorios automática: captura hasta 40 fluctuaciones, interrupciones o

transitorios de hasta 5 µseg. � Cumple la más estricta norma de seguridad 600 V CAT IV, 1000 V CAT III necesaria para

realizar medidas en la entrada de servicio. � El modelo Fluke 435 incluye el software Power log de análisis de registros y generación de

informes.

NORMAS A UTILIZAR EN EL INFORME

El análisis, las conclusiones y las recomendaciones presentadas en este estudio se fundamentan en la aplicación de las normas Nacionales e Internacionales vigentes con respecto a los parámetros de la Calidad de la Energía, según sea el caso a considerar:

• NFPA 780 • IEEE 519/92 / C 62-41 / C 62-45 / C62-1 / 141 / C 57.12.00 / 1100 / 447 • NTC 2050 / 1340 / 4552 • CREG 070 / 025/95 • ANSI C50.41.4.2 / C84.1-1989 / C57.12.00-1980 • RETIE

Los tiempos de monitoreo se realizan siguiendo las recomendaciones sugeridas por los fabricantes de estos equipos de medición y con la empresa. Los valores de referencia utilizados para calificar el nivel de la calidad de la energía eléctrica usada por la empresa, son las que se presentan a continuación:

CONSTANCIA

Desde el 6 hasta el 7 de Diciembre de 2012, se realizó Estudio de Cargabilidad a la planta eléctrica PLANTA ELECTRICA 3200A- 208V Este estudio fue realizado con el analizador de calidad eléctrica trifásico Fluke 435. El trabajo de Campo y el Análisis de este estudio que a continuación se presenta, fue ejecutado por el Ingeniero Electricista Henry Bocanegra Bacca. Con Tarjeta Profesional VL 205 34552 expedida por el consejo Profesional Nacional de Ingeniería Eléctrica, Mecánica y Profesiones Afines.

HENRY BOCANEGRA BACCA TP VL 205 34552

VALORES DE REFERENCIA PARAMETROS ELÉCTRICOS VALOR NOMINAL NORMA

Frecuencia Nominal 60 Hz 59,8 y 60,2

Tensión Nominal Para baja y media tensión

+10% y -10% según NTC 1340.

Contenido de Armónicos de Tensión y Corriente

Guía IEEE 519 de 1992

Factor de Potencia Min: 90% Guía CREG-025/95

PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS DE MEDICIÓN

PLANTA ELÉCTRICA 3200A -208V

FICHA TÉCNICA DE LA MEDIDA

LUGAR DE LA MEDIDA PLANTA ELÉCTRICA DE3200A – 208V

CLIENTE CENTRO COMERCIAL JARDÍN PLAZA

NOTAS La medida de 12 horas Planta Eléctrica de 3200A a 208V

INICIO DE MEDIDA 06/12/2012 9:30:17

FIN DE MEDIDA 07/12/2012 10:15:17

INTERVALOS DE GRABACIÓN 5 minuto

NUMERO DE MEDIDAS RMS 298

NUMERO DE MEDIDAS DC 0

NUMERO DE MEDIDAS DE FRECUENCIA 298

NUMERO DE MEDIDAS ARMÓNICOS 596

NUMERO DE MEDIDAS HUECOS DE TENSIÓN 3

NUMERO DE MEDIDAS DE SOBRETENSIONES 0

NUMERO DE MEDIDAS DE INTERRUPCIONES 0

NUMERO DE MEDIDAS DE VARIACIONES RÁPIDAS DE TENCIÓN 0

NUMERO DE MEDIDAS TRANSITORIOS 0

NUMERO DE MEDIDAS DE PERFILES DE TENSIÓN 0

NUMERO DE MEDIDAS DE POTENCIA ACTIVA 298 NUMERO DE MEDIDAS POTENCIA REACTIVA 298 NUMERO DE MEDIDAS DE POTENCIA APARENTE 298

POTENCIA FACTOR DE POTENCIA Norma El análisis del factor de potencia al interior de un sistema eléctrico industrial esta relacionado con la eficiencia del mismo. Normalmente el interés se fija en el análisis del factor de potencia global porque genera penalizaciones en la facturación de energía y los limites están dados por la CREG la cual estipula un valor de FP= 0,90. En Colombia, según la Resolución N0.047 (01 JUN 2004), por la cual se modifica la Resolución GREG-108 de 1997, se establece que el factor de potencia (cosΦ) de una instalación debe ser igual o superior a 0,90. En la siguiente tabla se presenta el resumen general de los resultados de la medición, para los valores de Análisis • En la siguiente tabla se presenta el resumen general de los resultados de la medición, para

los valores de Potencia Activa, Potencia Reactiva y Potencia Aparente Factor de Potencia.

Tabla No. 1

POTENCIA VALOR ACTIVA (W) REACTIVA (VAR) APARENTE (VA) FP (COSφ)

MÁXIMO 281.800,00 134.700,00 312.400,00 0,99

PROMEDIO 161.146,15 64.146,15 173.707,69 0,86

MÍNIMO 0,00 -17.200,00 0,00 0,17 Las corrientes armónicas producen perdidas en el conductor, con la información de los armónicos individuales encontrados en la medición (Ver Capitulo de Armónicos) se puede obtener el Factor K el cual nos permite determinar las pérdidas obtenida en los conductores, por lo cual se calcula.

Tabla No. 2

FACTOR K VALOR X L1 Y L2 Z L3

MÁXIMO 1,04 1,04 1,04

PROMEDIO 1,01 1,01 1,01

MÍNIMO 1,01 1,01 1,00

( )2

22

h

h

I

xhI

ΣΣ=Κ

El cual nos da un valor de K=1,04, con este valor podemos obtener el Factor de Derrateo, a través de la siguiente formula:

Tabla No. 3

CARGABILIDAD DE TOTALIZADOR

Capacidad nominal (Amp)

Corriente máx.

Medida (Amp)

Factor K calculado

Factor de derrateo

Capacidad real

(Amp)

Capacidad disponible

(%)

Capacidad disponible

(Amp)

3.200,00 893,00 1,04 0,99 3.183,39 72% 2.290,39

Conclusiones • En este caso parece que el Banco de condensadores no está alimentado por la planta eléctrica

por lo tanto tenemos que el Factor de Potencia promedio es de FP=0,86, por lo tanto no cumple con lo prestablecido en la Norma.

• El Totalizador de la Planta Eléctrica presenta una disponibilidad del 72%, lo que indica que

tiene una capacidad disponible de 2.290,4 KVA, esto quiere decir que se puede introducir más carga a la Planta eléctrica.

• El Totalizador de la Planta Eléctrica presenta una cargabilidad del 21%, lo que indica que se

tiene una cargabilidad máxima de 893 KVA. Graficas • Perfil Del Factor de Potencia Trifásica (Fig 2) • Perfil de Potencia Activa Trifásica (Fig. 3) • Perfil de Potencia Reactiva Trifásica (Fig. 4) • Perfil de Potencia Aparente Trifásica (Fig. 5)

x Factor de Derrateo

15 . 0115 . 1

+=

Figura No. 1

%H

1L1

(W)

400

320

240

160

80

0

%H

1L2

(W)

400

300

200

100

0

-100

Orden del armónicoFactor K W

%H

1L3

(W)

400

320

240

160

80

0

PERFIL DEL FACTOR DE POTENCIA TRIFÁSICA

--MIN ---PRO ---MAX

14:2014:10

14:0013:50

13:4013:30

Total (PF)10,80,60,40,20

PERFIL DE POTENCIA ACTIVA

---MIN ---PRO ---MAX

14:2014:10

14:0013:50

13:4013:30

T o t a l ( k W )

300

240

180

120600

PERFIL DE POTENCIA REACTIVA

---MIN ---PRO ---MAX

14:2014:10

14:0013:50

13:4013:30

T o t a l ( k V A R )

150

1107030-10-50

PERFIL DE POTENCIA APARENTE

---MIN ---PRO ---MAX

14:2014:10

14:0013:50

13:4013:30

T o t a l ( k V A )

400

320

240

160800

ENERGÍA Análisis • A continuación mostramos como es el comportamiento del consumo energético por hora de la

Planta Eléctrica 3200A.

COMPORTAMIENTO DE LA CARGA

Fecha Hora Energia Activa

06/12/2012 13:25:17 287ms 0

06/12/2012 13:30:17 287ms 2000

06/12/2012 13:35:17 287ms 17000

06/12/2012 13:40:17 287ms 34000

06/12/2012 13:45:17 287ms 52000

06/12/2012 13:50:17 287ms 72000

06/12/2012 13:55:17 287ms 94000

06/12/2012 14:00:17 287ms 114000

06/12/2012 14:05:17 287ms 136000

06/12/2012 14:10:17 287ms 149000

06/12/2012 14:15:17 287ms 161000

06/12/2012 14:20:17 287ms 174000

06/12/2012 14:25:17 287ms 175000

Tabla No.4

• Como se está usando es la Planta Eléctrica del Centro Comercial no está penalizado por la

Energía Reactiva, solo analizaremos el consumo energético de la Energía Activa.

• En una hora de operación hay un Consumo Energético Aproximado de 175 KW/h., si tomamos el costo de los KW/h con que se liquida la facturación de la energía, tenemos que en la hora de operación tendríamos un costo de:

Tabla No. 5

LIQUIDACIÓN DE COSTOS SEGÚN EL ESTUDIO

ENERGÍA ACTIVA

CONSUMO TARIFA TOTAL

175,00 250 43.750,00

LIQUIDACIÓN TOTAL

HORA $ 43.750,00

Graficas • Perfil de Consumo Energético (Fig. 6)

PERFIL DE CONSUMO ENERGÉTICO (KW/H) ---ENERGÍA ACTIVA ---ENERGÍA REACTIVA ---ENERGÍA APARENTE

14:2014:10

14:0013:50

13:4013:30

T o t a l ( W h , V A R h , V A h ) 200000

160000

120000

80000

400000

CONCLUSIONES GENERALES

• La Regulación de Tensión del sistema de distribución en baja tensión durante el periodo de monitoreo está dentro de los límites recomendados por la Norma ANSI C84.1-1989.

• La tensión de la Planta está bien ajustado, lo que nos permite tener una Tensión adecuada para

los equipos eléctricos y electrónicos que se utilizan en la Planta.

• El sistema no presento Desbalances de Corrientes, se encontró que el promedio de desbalance de corriente es del 4,00%. Este desbalance es causado por la combinación de cargas Monofásicas, Bifásicas y Trifásicas que se manejan en el Centro Comercial, recuerden que la Norma establece que el desbalance debe ser inferior en un 10%.

• En este caso parece que el Banco de Condensadores no está alimentado por la planta eléctrica

por lo tanto tenemos que el Factor de Potencia promedio es de FP=0,86, por lo tanto no cumple con lo prestablecido en la Norma.

• El Totalizador de la Planta Eléctrica presenta una disponibilidad del 72%, lo que indica que

tiene una capacidad disponible de 2.290,4 KVA. Lo que indica que se puede introducir más carga a la Planta eléctrica.

• El Totalizador de la Planta Eléctrica presenta una cargabilidad del 21%, lo que indica que se

tiene una cargabilidad máxima de 893 KVA. • A continuación presentamos una tabla de resumen de las magnitudes de tensión y corriente

correspondientes a la Planta Eléctrica 3200A.

TENSION RMS LÍNEA-NEUTRO TENSION RMS LÍNEA-LÍNEA VALOR L1 X (V) L2 Y (V) L3 Z (V) NEUTRO VALOR L12 (V) L23 (V) L31 (V)

MÁXIMO 123,56 123,26 122,92 0,14 MÁXIMO 214,01 213,49 212,90

PROMEDIO 122,19 121,70 121,63 0,10 PROMEDIO 211,64 210,79 210,66

MÍNIMO 121,11 120,21 120,70 0,06 MÍNIMO 209,77 208,21 209,06

Tabla No. 6

CORRIENTE RMS DE LÍNEA VALOR L1 X (Amp) L2 Y(Amp) L3 Z (Amp) NEUTRO DESBALANCE

MÁXIMO 889,00 893,00 801,00 197,00 6,98

PROMEDIO 492,38 510,00 468,00 105,77 4,04

MÍNIMO 0,00 0,00 0,00 1,00 1,88

Tabla No. 7

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. IEEE Standard 519-1992

“IEEE Recommended Practices and Requeriments for Harmonic Control in Electrical Power Systems”.

2. IEEE Standard C57.12.00-1980 “General Requirements for Liquid – Immersed Distribution, Power and Regulating Transformers”

3. ANSI/IEEE Standard C57.110-1986

“Recommended Practice for Establishing Transformer Capability When Supplying Non Sinusoidal Load Currents”.

4. J. Arrillaga, D.A. Bradley, P.S. Bodger “Power System Harmonics” John Wiley & Sons. New Delhi 1985.