PERTURBACIONES ELÉCTRICAS:
EFECTOS Y SOLUCIONES EN
INSTALACIONES INDUSTRIALES
Marzo 2012
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
CONTENIDO
1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA A CLIENTES DE IBERDROLA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
a. Interrupciones del suministro
b. Huecos de Tensión
c. Sobretensiones transitorias
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
6. CASOS PRÁCTICOS
1. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR AUTOMOCIÓN: ROBÓTICA
2. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA INYECCIÓN
3. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA EXTRUSIÓN
4. EFECTO DEL TRANSITORIO DE CONEXIÓN DE UNA BATERIA DE CONDENSADORES
1
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA CLIENTES
• Asesoría a clientes para resolver problemas de sus equipos y procesos
industriales relacionados con las perturbaciones eléctricas.
• Auditoria técnica de instalaciones eléctricas, e identificación de la
sensibilidad de los equipos asociados al proceso.
• Monitorización de las perturbaciones eléctricas.
• Propuestas de soluciones de inmunidad.
ACTUACIONES
2
ASESORÍA
CLIENTES
PROPUESTA
SOLUCIONES MONITORIZACIÓN
PERTURBACIONES
AUDITORÍA
PROCESOS
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA CLIENTES
Se han atendido más de 2000 casos en todo tipo de sectores industriales
ACTUACIONES
3
Distribución por problemáticas
Distribución por sectores
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
CONTENIDO
1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA A CLIENTES DE IBERDROLA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
a. Interrupciones del suministro
b. Huecos de Tensión
c. Sobretensiones transitorias
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
6. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR CERÁMICO: HORNO DE GAS
1. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR AUTOMOCIÓN: ROBÓTICA
2. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA INYECCIÓN
3. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA EXTRUSIÓN
4. EFECTO DEL TRANSITORIO DE CONEXIÓN DE UNA BATERIA DE CONDENSADORES
4
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
Las perturbaciones eléctricas mas habituales en cualquier
sistema eléctrico son las siguientes:
Interrupciones del suministro
• Breves o Transitorias
• Largas, por averías en red
Huecos de tensión
Sobretensiones
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
¿Por qué se producen interrupciones?
Cortocircuitos en la red ( Faltas )
1. Líneas aéreas:
Mayor número de faltas transitorias.
Causas: Climatología (lluvia intensa, viento, rayos…), caída arbolado,
aves, averías en terceros, averías en componentes…
Tormentas principal causa de cortocircuitos en líneas aéreas de MT
2. Líneas Subterráneas:
Menor número de faltas, pero generalmente permanentes.
Excavadoras, avería en instalaciones de cliente…
INTERRUPCIONES
6
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
Secuencia de una interrupción
INTERRUPCIONES
20 kV
132 kV
CL
CL
CL
CL CL
Falta
Corriente de Falta
Protecciones
Interruptor
7
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
¿Cómo actuar ante una incidencia en red de suministro?
• Localización tramo de red en avería.
• Restablecimiento de tensión en red sana.
CT 4
CT 1
CT 2
CT 3
CT 5
ST 2 ST 1
CT 4
CT 1
CT 2
CT 3
CT 5
ST 2 ST 1
LOCALIZACION AVERIA
RESTABLECIMIENTO TENSION
CT 4
CT 1
CT 2
CT 3
CT 5
ST 2 ST 1
RESTABLECIMIENTO TENSION RESTABLECIMIENTO
TENSION
LOCALIZACION
AVERIA
INTERRUPCIONES
8
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
¿Qué es un hueco de tensión?
Caída transitoria de la tensión de suministro de corta duración.
Duración entre 80 ms y 0’5 s.
Profundidad entre 10% y 60% de la tensión nominal.
HUECOS DE TENSIÓN
9
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
¿Cuál es el origen de los huecos de tensión ?
Falta
HUECOS DE TENSIÓN
6 kV
20 kV A
B
20 kV C
D
132 kV
G
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
• SOBRETENSIONES TEMPORALES
- Fases sanas en cortocircuitos monofásicos
- Pérdidas de carga
SOBRETENSIONES
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
• SOBRETENSIONES TRANSITORIAS (“Picos”)
- Maniobras (Frente lento)
- Descargas atmosféricas (Frente rápido)
SOBRETENSIONES
Sobretensiones
de origen atmosférico
Sobretensiones
de maniobra
Sobretensiones
temporales
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
• SOBRETENSIÓNTRANSITORIA DE MANIOBRA:
SOBRETENSIONES
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
• SOBRETENSIÓN TRANSITORIA AL ENERGIZAR UN TRANSFORMADOR:
SOBRETENSIONES
Tensiones
Corrientes
MT BT
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
¿Cual es el efecto de las sobretensiones transitorias?
Actúan durante tiempos muy breves pero debido a su elevado valor,
tienen la energía suficiente para destruir circuitos electrónicos:
SOBRETENSIONES
TARJETAS DE CONTROL
FUENTES DE ALIMENTACIÓN
TELEFONÍA, DATOS, ETC…
AVERÍA
EQUIPOS SENSIBLES
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
CONTENIDO
1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA A CLIENTES DE IBERDROLA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
a. Interrupciones del suministro
b. Huecos de Tensión
c. Sobretensiones transitorias
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
6. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR CERÁMICO: HORNO DE GAS
1. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR AUTOMOCIÓN: ROBÓTICA
2. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA INYECCIÓN
3. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA EXTRUSIÓN
4. EFECTO DEL TRANSITORIO DE CONEXIÓN DE UNA BATERIA DE CONDENSADORES
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
HUECOS DE TENSION
Equipos de
control de
proceso
Fuentes de alimentación
Transformadores de potencia para alimentación maniobra
PLC’s (Autómatas Programables), Ordenadores
Contactores
Relés de seguridad “PILZ”
Buses de comunicaciones
Interruptores automáticos con bobina de mínima tensión
¿Qué equipos son los más sensibles a huecos de tensión?
Variadores de frecuencia para motores de c.a.
Arrancadores estáticos
Variadores de velocidad para motores de c.c.
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Aplicación: Arranque directo o Estrella-Triangulo de motores
HUECOS DE TENSION : CONTACTORES
Circuito
Control
Circuito
Potencia
• La bobina del contactor KM1 se
alimenta de la tensión de maniobra.
• Cuando se produce un hueco de
tensión, se desmagnetiza la bobina
del contactor .
• Apertura alimentación al motor.
• El contactor permanece abierto hasta
su rearme manual.
Tensión
maniobra
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
• Alimentación PLC en corriente alterna 230 V (Pérdida CPU)
• Tarjetas entradas y salidas a 24 V DC (Cambios de estados ON/OFF)
• Memoria interna de programa (Pérdida de programa)
• Bus de comunicaciones (Pérdida Comunicaciones)
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
HUECOS DE TENSIÓN : AUTÓMATAS
Entradas Digitales Entradas Analógicas
POWER
230 V
CPU
Memoria
BUS Comunicaciones Salidas Digitales
L1 N1
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
• Alimentación principal en alterna o continua (bobinas K1 y K2)
• Control de estado de variables de seguridad (bobina KS1)
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
HUECOS DE TENSIÓN : RELÉS DE SEGURIDAD
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
• Tensión de entrada monofásica o trifásica
• Tensión de salida en corriente continua: Generalmente 24 V DC
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
HUECOS DE TENSIÓN : FUENTES DE ALIMENTACIÓN
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Consta de :
o Un rectificador
o Un Bus de Corriente continua, con almacenamiento de energía
o Un inversor : Convertidor DC/AC (Tensión y frecuencia variables)
o Una unidad central de control y comunicaciones
HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE FRECUENCIA
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
22
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Protecciones :
o Máxima tensión de bus DC: Actúa cuando la tensión en lado de
continua del inversor aumenta por encima del valor admisible ante una
deceleración descontrolada del motor.
o Mínima tensión de bus DC: Actúa en caso de fallo instantáneo de la
tensión de red o en caso de huecos de tensión.
Ambas protecciones vigilan la tensión de bus de continua, ajustadas
normalmente a valores muy conservadores.
o Sobrecarga: Actúa en caso de que la corriente supere un valor prefijado.
Normalmente en caso de curvas de aceleración excesivamente
pronunciadas o rearranques automáticos demasiado rápidos o sin
búsqueda de frecuencia.
HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE FRECUENCIA
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
23
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Reforzar el bus de continua: Se trata de aumentar el almacén de energía
intermedio añadiendo más condensadores en paralelo. Se obtiene mayor
autonomía al motor incluso en caso de ausencia de red.
HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE FRECUENCIA
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
24
Solución
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Habilitar la función Flying Re Start:
Permite el rearranque automático del
motor cuando el inversor se desconecta
durante un hueco de tensión. Recupera
la velocidad del motor ajustando la
frecuencia a la velocidad de giro actual.
HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE FRECUENCIA
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
25
Solución
Mantener activo el control:
o Orden de arranque activada.
o Temporización de fallo del
inversor.
o PLC activado.
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Normalmente se utilizan en motores de c.c. de excitación independiente.
Constan de:
o Un rectificador trifásico totalmente controlado a base de tiristores que alimenta el
inducido del motor.
o Un puente rectificador que alimenta el inductor.
HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE CONTINUA
Motor de c.c. de excitación independiente
R
S
T
T1 T2 T3 I
T4 T5 T6
M Vca
F.A. µP
Sistema Control
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
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NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
α=30º
t1 t6 t2 t4 t3 t5
tiempo
tiempo
Um
Um
t1 t6 t2 t4 t3 t5
Funcionamiento: Variando el ángulo de disparo de los tiristores se modifica la
tensión aplicada al motor y en consecuencia su velocidad.
HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE CONTINUA
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
27
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Protecciones:
o Mínima tensión: Vigila la tensión entre las fases de entrada. En algunos
variadores supervisa el valor de la tensión de control del equipo.
o Sobreintensidad del motor
Sensibilidad:
o Los variadores de c.c. son muy sensibles a las faltas de tensión de red. La
aparición de huecos en la tensión de alimentación de los equipos provoca la
actuación del relé de mínima tensión originando la parada del mismo.
o En muchas ocasiones el disparo surge cuando desaparece la falta y se
restablece la tensión normal de red. El súbito incremento de la tensión de
alimentación del puente rectificador de tiristores puede dar origen a una
sobrecorriente y el consiguiente disparo del relé de protección.
HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE CONTINUA
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
28
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Registro:
Al inicio de la falta no circula corriente.
Transcurridos 100 milisegundos, el
lazo de regulación de corriente de
inducido logra compensar la
perturbación.
Al final de la falta, la tensión de red
adquiere su amplitud nominal:
o Esto provoca un pico de corriente
en el motor hasta que el control
reacciona de nuevo.
o La sobrecorriente provoca el
disparo del convertidor .
Sobrecorriente al restablecerse la tensión normal de
red tras un hueco de tensión bifásico del 30 %
HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE CONTINUA
Intensidad Motor
(A)
Tiempo (seg)
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
29
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Solución:
Garantizar la alimentación del circuito de control ante la presencia de un
hueco de tensión aumentando la capacidad de los condensadores de filtro de
la fuente de alimentación o bien utilizando un SAI para alimentar el mando.
En los equipos modernos la tendencia es utilizar fuentes de alimentación
conmutadas que soportan un amplio margen de variación de la tensión de
entrada.
Cualquiera de estas opciones permite eliminar la protección de mínima
tensión.
El ajuste del relé de sobrecorriente debería hacerse en función de la
sobrecorriente que son capaces de soportar los tiristores y fusibles que
configuran el convertidor y no en función de la corriente de trabajo.
HUECOS DE TENSION: VARIADORES DE CONTINUA
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
30
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
oA través de los tiristores y el ángulo de disparo
permite controlar el valor tensión aplicada.
oPermite el arranque de grandes motores limitando la
corriente, con la aplicación progresiva de tensión.
oUna vez alcanzada la velocidad nominal, se realiza
un BYPASS a los tiristores.
oSe divide en dos partes:
• El circuito de potencia.
• El circuito de regulación o control.
HUECOS DE TENSION : ARRANCADORES ESTÁTICOS
Arrancador estático
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
31
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Protecciones:
Subtensión en la alimentación de la electrónica.
Unidad de fallos : Actúa entre otras causas, por sobrecarga y desequilibrio
en la corriente del motor. Desconecta el circuito de encendido de tiristores y
activa el relé de fallos desconectando el equipo.
Sensibilidad:
Los huecos de tensión afectan a la alimentación de la electrónica y provoca
la desconexión del arrancador.
Solución :
Alimentar a través de un SAI de pequeña potencia la tensión de la
electrónica de potencia y temporizar el ajuste de los relés de sobrecarga y
desequilibrio de manera que se inhiban, a huecos de tensión de duración
inferior a 0,6 segundos.
Otra opción es conectar un contactor de by-pass (si no esta incorporado en
el equipo) que se cierra cuando ha finalizado el arranque del motor.
HUECOS DE TENSION : ARRANCADORES ESTÁTICOS
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
32
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Problemática: DISPARO INTEMPESTIVO DE INTERRUPTORES DIFERENCIALES
Un interruptor diferencial es un dispositivo de protección que se compone de
un captador toroidal asociado a un dispositivo de corte (interruptor
automático).
Por su interior circulan los conductores activos de la línea, fase y neutro y
mide constantemente el flujo de corriente entrante y saliente.
Si el resultado de esta medida no es cero la corriente de fuga a tierra induce
una corriente en el bobinado secundario de la bobina (transformador) el cual
dispara el relé provocando la apertura del circuito.
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
33
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Funcionamiento de un interruptor diferencial ID convencional (Clase AC)
A0
2
8
6
Intensidades Fase y Neutro iguales → No hay intensidad de fuga → No disparo
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
34
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Funcionamiento de un interruptor diferencial ID convencional (Clase AC)
Intensidades Fase y Neutro distintas → Hay intensidad de fuga → Disparo
A0
2
8
6
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
35
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Los receptores electrónicos conectados a la red pueden derivar corrientes a tierra de frecuencias superiores a 50 Hz:
o Por su funcionamiento no lineal.
o Por la presencia de transitorios en la tensión.
Etapa de entrada de una
fuente de alimentación con
toma de tierra
dt
duCi
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
36
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Circulación de corriente a tierra por fallo de aislamiento
-1800
-1500
-1200
-900
-600
-300
0
300
600
80 90 100 110 120 130 140 150
-15.0
0.0
15.0
30.0
45.0
60.0
75.0
90.0
105.0
Corriente de
falta a tierra
Efecto en las
tensiones
Disparo diferencial
en 15 ms
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
37
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
230 V
Neutro
Fase
Esquema simplificado
SIN FALTA
Neutro
Tensiones
fase-neutro
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
Modificación de las tensiones por fallo de aislamiento
38
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
230 V
IFALTA ≈ 230/(REDIFICIO+RCT)
VEdificio
VNeutro-
Tierra
Neutro
Fase
Esquema simplificado
CON FALTA
VNeutro-Tierra VELEC
Neutro
Tensiones
fase-neutro
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
Modificación de las tensiones por fallo de aislamiento
39
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
230 V
IFALTA ≈ 230/(REDIFICIO+RCT)
VEdificio
VNeutro-
Tierra
Neutro
Fase
Esquema simplificado
CON FALTA
VNeutro-Tierra VELEC
Tensiones
fase-tierra
Neutro
Tensiones
fase-neutro
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
Modificación de las tensiones por fallo de aislamiento
40
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Disparos relacionados con faltas internas en la instalación
Causa de los disparos:
o Corriente de falta a tierra
o Tensión entre neutro y tierra en todos las cargas del transformador
o Los filtros CEM o protecciones contra sobretensiones en aparatos electrónicos producen una corriente transitoria a tierra.
o El diferencial ve esta corriente y dispara.
No hay riesgo para las personas
o equipos, ni alteración de la
tensión de suministro
DISPARO
INTEMPESTIVO
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
Filtros CEM (capacitivos) a tierra Varistores entre fase y tierra
41
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Solución
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: DIFERENCIALES
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
42
- Reconectadores automáticos
- Instalación de Diferenciales Inmunes a transitorios de alta frecuencia
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Solución:
Instalación de protectores contra sobretensiones basados
en varistores, descargadores de gas y otros.
El nivel de protección dado por el protector deberá ser inferior
al valor que el equipo puede soportar.
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: SOBRETENSIONES
Sobretensiones transitorias:
Originadas por descargas atmosféricas y
maniobras en red.
Se caracterizan por:
o Picos de tensión muy elevados (KV)
o Muy corta duración (µs, ms)
Dañan equipos electrónicos.
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
43
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
¿Cómo funcionan los protectores contra sobretensiones?
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: SOBRETENSIONES
F
N Carga
Sensible
i
NIVEL DE AISLAMIENTO
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
44
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: SOBRETENSIONES
¿Dónde y cómo se instalan los protectores?
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
45
Prot.
Tipo 1
Prot.
Tipo 2
Prot.
Tipo 3
4 kV 2,5 kV
1,5 kV
Receptor Sensible
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Instalación en el Cuadro General
TRANSITORIOS DE ALTA FRECUENCIA: SOBRETENSIONES
CUADRO GENERAL
Interruptor Automático
General
Interruptor Diferencial
Interruptor Automático de
Desconexión
Protección contra
sobretensiones
Interruptores de salida
de líneas
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
46
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
CONTENIDO
1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA A CLIENTES DE IBERDROLA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
a. Interrupciones del suministro
b. Huecos de Tensión
c. Sobretensiones transitorios
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
6. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR CERÁMICO: HORNO DE GAS
1. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR AUTOMOCIÓN: ROBÓTICA
2. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA INYECCIÓN
3. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA EXTRUSIÓN
4. EFECTO DEL TRANSITORIO DE CONEXIÓN DE UNA BATERIA DE CONDENSADORES
47
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
COGENERACIÓN: PROTECCIONES
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
En aplicación de la O.M. 5/09/1985 aquellas instalaciones con cogeneración
deben disponer el punto de interconexión con la red:
Protecciones:
Relé 27 (mínima tensión): Detectan faltas entre fases.
Regulación 85% Un - Tiempo disparo 0,1 1 segundos.
Relé 59 (máxima tensión): Detecta funcionamiento en red separada.
Regulación 110% Un - Tiempo disparo 0,1 1 segundos.
Relé 64 (máxima tensión homopolar): Detectan faltas a tierra.
Regulación 20 V - Tiempo disparo 0,1 1 segundos.
Relé 81m/81M (mínima y máxima frecuencia): Detecta red separada.
Regulación 47 y 51 Hz - Tiempo disparo 0,2 3 segundos.
Relés 51/50 (Sobre intensidad fase y neutro). Detectan faltas en la instalación.
Teledisparo: Para evitar que el generador quede alimentando a la red de forma
separada.
48
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Enclavamientos: Garantizar la seguridad de personas y equipos.
• Enclavamiento de energización de línea: Evita que el generador energice
la línea de alimentación. Para ello se enclava el cierre del DYR hasta que los
relés 27 hayan detectado presencia de tensión durante 3 minutos seguidos.
• Enclavamiento de sincronismo: Evita que se produzca acoplamiento fuera
de sincronismo entre red y generador. Para ≤ 1000 kVA se instalará un relé de
sincronismo y para potencias mayores un sincronizador automático.
• Vigilancia de tensión de alimentación del sistema de protecciones:
Sistema para evitar que las protecciones queden inoperativas por falta de
tensión auxiliar de alimentación (prealarma y disparo).
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
NORMATIVA: ENCLAVAMIENTOS
49
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
NORMATIVA: ESQUEMA UNIFILAR
50
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
El Sistema de Teledisparo consta:
• Un equipo transmisor, instalado en la ST de Iberdrola
• Un equipo receptor, instalado en al planta de generación
• Un soporte de comunicación entre ambos equipos
NORMATIVA: TELEDISPARO
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
ST IBERDROLA
AUTOPRODUCTOR
TELEDISPARO
TELEDISPARO
LINEA RADIAL
G
51
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Si la línea de alimentación de red esta acoplada entre dos subestaciones se
requieren dos equipos de teledisparo:
NORMATIVA: TELEDISPARO
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
ST 1
TELEDISPARO
TELEDISPARO
LINEA ACOPLADA
TELEDISPARO
TELEDISPARO
ST 2
G
52
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Consecuencias sobre la cogeneración y el suministro a la instalación:
• La inclusión de los relés y ajustes propios de la cogeneración provoca la
desconexión del interruptor general ante huecos de tensión.
• Si la generación no es capaz de funcionar en isla provoca un cero de
tensión total a las instalaciones.
R
COGENERADOR
R
V
T V
T
CLIENTE
X
COGENERACIÓN: HUECOS DE TENSIÓN
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
53
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Soluciones: Modificar el sistema de protecciones:
Primera
Temporizar los relés voltimétricos (27 ,59 y 64) siempre que
El sistema de teledisparo este operativo y la cogeneración pueda funcionar
en isla con todas las cargas de la instalación.
Segunda
Que las protecciones voltimétricas (27, 59 y 64) y la de frecuencia, actúen
sobre el interruptor del generador/es, en vez de sobre el interruptor general .
Beneficio:
- Si la generación no es capaz de funcionar en isla, evitamos ceros de
tensión a las instalaciones cuando se producen huecos de tensión.
- Se elimina la espera de los 3 minutos en una reposición de la tensión de
red después de un disparo de la línea de alimentación principal.
COGENERACIÓN: HUECOS DE TENSIÓN
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
54
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
ELECCIÓN DEL GENERADOR (I): Sobre sus características:
• Características del regulador de tensión: Caída máxima transitoria de
tensión y tiempo de recuperación de la tensión en los escalones de carga.
• Características del regulador de velocidad: Tiempo de recuperación de la
frecuencia en los escalones de carga.
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
GRUPOS ELECTRÓGENOS: RECOMENDACIONES
55
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
ELECCIÓN DEL GENERADOR (II) : Sobre su funcionamiento:
• Realizar un correcto estudio de las cargas que van a estar conectadas al
generador y la secuencia de entrada de las mismas.
• Se tiene que contemplar que siempre que se aplica o se quita una carga, se
produce un transitorio en el cual tenemos una variación de tensión, de
frecuencia y un tiempo de recuperación.
• La Norma que regula los transitorios de respuesta a los bloques de carga es
la ISO 8528-5
• Incorporar una sincronización automática. Permite acoplar el GE con la red
durante 5”. Evitamos un segundo cero de tensión cuando se repone la red.
Aplica la ITC-BT-40
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
GRUPOS ELECTRÓGENOS: RECOMENDACIONES
56
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
A titulo orientativo la siguiente figura indica el máximo escalón instantáneo de
potencia admisible en función de la presión media efectiva del grupo:
Donde:
• PME (kPA): presión media efectiva
• P (%): incremento de carga admisible
Ejemplo: Para una PME = 2300 (kPA)
primer escalón de carga: 33%
segundo escalón de carga: 23%
tercer escalón de carga: 18%
Resto: 26%
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
GRUPOS ELECTRÓGENOS: RECOMENDACIONES
57
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Generador
diesel G
Escalonamiento de cargas
cargas fijas
Control Remoto 1
Control Remoto 2
PLC
Bateria
condensadores
Conclusiones sobre el GE:
• Análisis del perfil de cargas para detectar posibles limitaciones del grupo
electrógeno.
• Estudio de entrada selectiva de cargas por escalones en los GE.
Implantación de automatismos.
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
GRUPOS ELECTRÓGENOS: RECOMENDACIONES
58
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
CONTENIDO
1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA A CLIENTES DE IBERDROLA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
a. Interrupciones del suministro
b. Huecos de Tensión
c. Sobretensiones transitorios
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
6. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR CERÁMICO: HORNO DE GAS
1. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR AUTOMOCIÓN: ROBÓTICA
2. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA INYECCIÓN
3. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA EXTRUSIÓN
4. EFECTO DEL TRANSITORIO DE CONEXIÓN DE UNA BATERIA DE CONDENSADORES
59
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
P
R
O
C
E
S
O
S
I
N
D
U
S
T
R
I
A
L
E
S
MOTORES
ASINCRONOS
AUTOMATIZACIÓN
VARIADORES DE VELOCIDAD
ARRANCADORES ESTÁTICOS
PLC’s
CONTACTORES
TRANSFORMADORES AUXILIARES
FUENTES ALIMENTACIÓN
Dispositivos electrónicos
Dispositivos de control
Requerimientos especiales
de Calidad de Producto
(Huecos de tensión e
Interrupciones)
SOLUCIÓN: Insensibilizar estos dispositivos para minimizar el efecto
de las perturbaciones eléctricas y reducir paradas de procesos.
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
60
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Las soluciones más eficaces se basan en inmunizar los equipos o el
proceso.
Según el grado de inmunización
requerido, se pueden plantear tres
niveles de actuación
1. Ajustes de parámetros y
modificaciones menores de
control.
2. Alimentación segura a equipos
de control, con potencia
limitada.
3. Alimentación segura a todo el
proceso, con equipos de gran
potencia.
1 Ajustes
2
Alimentación segura a control
3
Alimentación segura a
todo el proceso
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
Coste
% Inmunización
61
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
INSTALACIÓN DE SAI O DVR PARA TODO EL PROCESO
AJUSTES DE PROTECCIONES
NUEVAS FUNCIONES EN VARIADORES
ARRANQUES AUTOMÁTICOS
NIVEL 1 + SAI EN SISTEMA DE CONTROL:
NI
NIVEL 1
NIVEL 2
NI
NIVEL 3
NIVELES DE INMUNIZACIÓN DEL PROCESO
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
62
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Con una mínima inversión puede realizarse una serie de modificaciones que
disminuyan la sensibilidad del proceso frente a huecos de tensión e
interrupciones breves ( 1 segundo ).
NIVEL 2: INSENSIBILIZACIÓN DEL PROCESO
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
Nota: La viabilidad de este tipo de soluciones dependerá de la
criticidad de las variables del proceso.
Alimentación
Control
Maniobra Contactores
Fuentes Alimentación
Relés seguridad
BUS Comunicaciones
PLC
Modificar
Parámetros
Convertidores
Habilitar la función Flying Restart
Temporizar alarmas al PLC
Mantener orden de arranque SAI 10 kVA
Nivel 1
63
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
INSTALACIÓN DE EQUIPOS RESTAURADORES DE HUECOS (DVR)
NIVEL 3: SOLUCIÓN FRENTE A HUECOS DE TENSIÓN
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
Restauración de huecos de un
40 % durante 15 segundos
64
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
NIVEL 3: SOLUCIÓN FRENTE INTERRUPCIONES
EQUIPOS PARA EL PROCESO COMPLETO:
Alimentación segura con equipos de gran potencia mediante:
SAI convencionales hasta potencias de 800 KVA. Válido para huecos
e interrupciones del suministro hasta 15 minutos.
SAI basados en volantes de inercia entre 250 KVA y unos pocos
MVA, con autonomía de segundos. Especialmente válidos para
problemas de huecos de tensión o interrupciones de unos pocos
segundos.
Combinación de SAI y grupos electrógenos para interrupciones
largas.
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
65
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
Para evitar averías en tarjetas electrónicas, la solución pasa por la
instalación de protectores de sobretensiones.
Para evitar disparos intempestivos de diferenciales. la solución es la
instalación de protecciones diferenciales inmunizadas.
PROTECCIÓN DIFERENCIAL INMUNE A
TRANSITORIOS
PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES
TRANSITORIAS
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
PROTECCIONES
66
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
CONTENIDO
1. SERVICIO DE ASISTENCIA TÉCNICA A CLIENTES DE IBERDROLA
2. TIPOS DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS
a. Interrupciones del suministro
b. Huecos de Tensión
c. Sobretensiones transitorios
3. EQUIPOS CRÍTICOS FRENTE A PERTURBACIONES
4. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA COGENERACIÓN
5. SOLUCIONES DE INMUNIZACIÓN
6. CASOS PRÁTICOS
1. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR AUTOMOCIÓN: ROBÓTICA
2. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA INYECCIÓN
3. CASO PRÁCTICO DEL SECTOR DEL PLÁSTICO: MÁQUINA EXTRUSIÓN
4. EFECTO DEL TRANSITORIO DE CONEXIÓN DE UNA BATERIA DE CONDENSADORES
67
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
APLICACIONES DE LOS ROBOT
6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA
68
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
ESTRUCTURA DE UN ROBOT
6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA
69
Básicamente se distinguen 2 sistemas: Sistema de Potencia y de Control
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
SISTEMA DE POTENCIA
6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA
70
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
SISTEMA DE CONTROL
6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA
71
Control del posicionamiento de un eje:
Lazos de regulación
Inv
Je1
M1
Г
r1
Cθ θ
*
θ
εθ Cω ω
*
ω
εω Ci
i
εi i*
v*
Vbus
d
dt
Encoder θ
Tarjeta de control
Lazo posición Lazo velocidad Lazo par o
corriente
i
●Transistores IGBT
● Motor Brushless
● Encoder
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
SISTEMA DE CONTROL
6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA
72
Estrategia de control para posicionar un eje
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
SENSIBILIDAD DEL ROBOT - PROBLEMÁTICA
6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA
73
Los huecos de tensión afectan al robot:
Pérdida de la alimentación al circuito de control
Actuación de la protección de mínima tensión en el circuito de potencia
Pérdida de la referencia real del robot (Posicionamiento de ejes)
Pérdida de comunicaciones con PLC y periféricos
Fallo de soldadura o fallo de maniobra de herramienta
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
PROPUESTA DE SOLUCIONES
6.1 CASO PRÁCTICO: ROBÓTICA
74
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.2 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE INYECCIÓN
75
DESCRIPCIÓN DEL ROCESO DE INYECCIÓN
El moldeo por inyección consiste en fundir material plástico en unas
condiciones adecuadas para ser introducido en un molde, donde una
vez enfriado, pueden extraerse las piezas sin deformarse.
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.2 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE INYECCIÓN
76
MÁQUINA DE INYECIÓN POR HUSILLO
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.2 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE INYECCIÓN
77
SENSIBILIDAD DE LA INYECCIÓN - PROBLEMÁTICA
Pérdida de la presión Hidráulica, por caída de la bomba.
Caída de las válvulas del grupo hidráulico. Electroválvulas.
Disparo del accionamiento del husillo – pérdida plastificación
Pérdida de la alimentación al control (PLC, relés de seguridad...)
Pérdida del manipulador de extracción de piezas
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.2 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE INYECCIÓN
78
SENSIBILIDAD DE LA INYECCIÓN - SOLUCIÓN
Alimentación segura a los sistemas de control de máquina:
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.2 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE INYECCIÓN
79
SENSIBILIDAD DE LA INYECCIÓN - SOLUCIÓN
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN
80
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN Y SOPLADO
El proceso de fabricación de film por extrusión y soplado de material plástico
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN
81
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN Y SOPLADO
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN
82
SENSIBILIDAD - PROBLEMÁTICA
Disparo del accionamiento del husillo de la extrusora.
Pérdida de la presión del aire para la formación del globo, por el disparo de los
accionamientos de las soplantes.
Pérdida de la alimentación del control de proceso y de los accionamientos (PLC,
relés de seguridad...)
Rotura del film, y caída del globo por desincronización en el calandrado – bobinado.
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA 83
o Sistemas de Control de proceso: Dada la criticidad de todos los sistemas
de control de proceso y de seguridad (PLC, relés de seguridad, tensión de
control de 24 V DC, comunicaciones), se propone alimentar todos sistemas
de control mediante un SAI.
o Accionamiento husillo de la extrusora y soplantes: El motor puede
estar accionado por un sistema de arranque con contactores conexión
estrella - triangulo o por un variador de frecuencia. Propuesta de solución:
- Alimentar las bobinas de los contactores desde un SAI
- Habilitar en el convertidor la función Flying Start
o Accionamiento de la calandra y bobinadora: Es necesario mantener una
sincronización entre todas las bobinas para evitar la rotura del film. Se
propone:
- Instalación de módulo de ampliación de capacidad de Bus DC
- Alimentación del Control del accionamiento desde un SAI
6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN
SENSIBILIDAD - SOLUCIÓN
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN
84
SENSIBILIDAD – SOLUCIÓN SISTEMAS DE CONTROL
Alimentación segura a los sistemas de control de máquina:
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN
85
SENSIBILIDAD – SOLUCIÓN EXTRUSORA / SOPLANTES
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.3 CASO PRÁCTICO: MÁQUINA DE EXTRUSIÓN
86
SENSIBILIDAD – SOLUCIÓN CALANDRA / BOBINADORA
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.4 CASO PRÁCTICO: BATERÍA CONDENSADORES
87
TRANSITORIO CONEXIÓN BATERÍA CONDENSADORES
La conexión de la batería de condensadores en una subestación cercana,
puede producir la parada de motores accionados por variadores de
frecuencia (ventiladores, bombas, etc.) al actuar su protección de
sobretensión.
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.4 CASO PRÁCTICO: BATERÍA CONDENSADORES
88
TRANSITORIO CONEXIÓN BATERÍA CONDENSADORES
La conexión de la BC produce una sobretensión transitoria de una duración
de (5 milisegundos) que origina un incremento de la corriente en el
condensador de filtrado. Este incremento de corriente carga el condensador
y la tensión que aparece en el bus de continua, hace actuar a la protección
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
6.4 CASO PRÁCTICO: BATERÍA CONDENSADORES
89
TRANSITORIO CONEXIÓN BATERÍA CONDENSADORES
Solución:
Limitar el incremento rápido de la corriente mediante la instalación de un
filtro, constituido por una reactancia en serie en la entrada del convertidor de
frecuencia.
Se debe instalar una inductancia para cada convertidor de frecuencia, no es
posible utilizar una inductancia para varias convertidores.
La inductancia se selecciona de acuerdo a la potencia del motor conectado
(no a la potencia del convertidor de frecuencia).
NEGOCIO DE REDES ESPAÑA
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Contacto:
Eduardo Azcona email: [email protected]
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