Normas Tcnicas Relacionadas con Calidad de Suministro Elctrico

Normas Técnicas Relacionadas con Calidad de Suministro Eléctrico 2008 Dr. Luis Morán T. 1

¿ Qué se normaliza ? è Las desviaciones máximas toleradas en los sistemas eléctricos están definidas por normas, normas las que varían dependiendo de los países o de las características de los sistemas de potencia. è La mayoría de las normas que se relacionan con la calidad de suministro tienen carácter de recomendación y sólo en algunas partes son mandatorias. 2008 Dr. Luis Morán T. 2

¿ Dónde se aplican las Normas ? è Algunas normas están orientadas a los fabricantes de equipos y establecen los valores máximos de armónicos de corriente que pueden generar los diferentes equipos eléctricos (IEC). è Otras están orientadas a los sistemas de distribución, distribución estableciendo las desviaciones máximas toleradas en las señales de voltaje y corriente (Std. 519 IEEE ). 2008 Dr. Luis Morán T. 3

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: è 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. è 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. è Asegurar que el sistema eléctrico no interfiere con la operación de otros sistemas (comunicaciones). 2008 Dr. Luis Morán T. 4

Variables de Interés 1. Armónicos (clientes corriente) Armónicos (distribuidora voltaje) 2. Secuencia Negativa 3. Factor de Potencia 4. Regulación de Tensión 5. Parpadeo (clientes) 6. Transitorios < 3 minutos 7. Frecuencia 2008 Dr. Luis Morán T. 5

¿ Que normas hay disponibles ? è Standard 519 - 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 del proveedor) proveedor y el de corriente (responsabilidad del consumidor). consumidor 2008 Dr. Luis Morán T. 6

Standard 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. 2008 Dr. Luis Morán T. 7

IEEE-519 Máxima Amplitud para Armónicas de Corriente de Orden Impar 2008 Dr. Luis Morán T. 8

IEEE-519 Máxima Distorsión Armónica de Voltaje Componentes Impares 2008 Dr. Luis Morán T. 9

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. 2008 Dr. Luis Morán T. 10

Normas Europeas 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. 2008 Dr. Luis Morán T. 11

IEC 61000 - 3 - 4 Etapa 1: Límites en contenido armónico generado por equipos simples y standard. 2008 Dr. Luis Morán T. 12

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. 2008 Dr. Luis Morán T. 13

IEC 61000 - 3 - 4 Etapa 2: Valores de Corrientes Armónicas Permitidas para Equipos Trifásicos Balanceados 2008 Dr. Luis Morán T. 14

Partial Weighted Harmonic Distortion (PWHD): PWHD = 2008 Dr. Luis Morán T. 15

IEC 61000 - 3 - 4 Etapa 3: Valores tolerados en la emisión de corriente para conexiones sujetas a condiciones especiales 2008 Dr. Luis Morán T. 16

Reglamento Chileno. El Proveedor es responsable por la distorsión de voltaje en el punto de común acoplamiento PCC En casi todos los casos (<69 k. V) la 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 TDD en el punto de común acoplamiento PCC 2008 Dr. Luis Morán T. 17

Normativa Chilena Vigente. • 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. 2008 Dr. Luis Morán T. 18

Armónicos Según lo indicado en las disposiciones transitorias, artículo 18, en condiciones normales de operación: • 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. 2008 Dr. Luis Morán T. 19

Armónicos de corriente según reglamento vigente. 2008 Dr. Luis Morán T. 20

Límites establecidos para el THD de Corriente 2008 Dr. Luis Morán T. 21

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. 2008 Dr. Luis Morán T. 22

Límites de distorsión de Voltaje. 2008 Dr. Luis Morán T. 23

Secuencia 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. 2008 Dr. Luis Morán T. 24

Componente de Secuencia Negativa 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. 2008 Dr. Luis Morán T. 25

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. 2008 Dr. Luis Morán T. 26

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 [k. V]. • 0, 98 inductivo y 1, 0 para puntos de conexión con tensión nominal igual o superior a 100[k. V]. 2008 Dr. Luis Morán T. 27

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 [k. V]. • FP 0, 96 (i) y 0, 98 (c) para puntos de conexión con tensiones nominales iguales o superiores a 30 [k. V] e inferiores a 100 [k. V]. • FP 0, 98 (i) y 1, 0 para puntos de conexión con tensiones nominales iguales o superiores a 100 [k. V]. 2008 Dr. Luis Morán T. 28

REGULACION DE TENSIÓN Nivel de tensión Porcentaje de Regulación BT + 7. 5 % MT + 6. 0 % AT + 5. 0 % sobre 154 [KV] + 6. 0 % bajo 154 [KV] Vn<1[KV]<Vn<12[KV] Vn>12[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. 2008 Dr. Luis Morán T. 29

Parpadeo 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 2008 Dr. Luis Morán T. 30

Valores límites de los índices de severidad de la magnitud de parpadeo de tensión (Flicker). A partir de las mediciones de las tres tensiones se deberá evaluar las variables calculadas : Pst (10 minutos) y Plt (2 horas). Severidad de parpadeo de corto plazo (Pst): Severidad de parpadeo de largo plazo (Plt): 2008 Dr. Luis Morán T. 31

Valores límites de los Pst (10 minutos) y Plt (2 horas) 2008 Dr. Luis Morán T. 32

Ejemplo Cálculo de Flicker 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: 2008 Dr. Luis Morán T. 33

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA Los índices de severidad de flicker se calculan a partir de los siguientes parámetros: a. Tiempos de observación a. Tst=10 min (tiempo de corta duración). a. Tlt=N*Tst (tiempo de larga duración). a. 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). 2008 Dr. Luis Morán T. 34

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. 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. 2008 Dr. Luis Morán T. 35

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA § 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. 2008 Dr. Luis Morán T. 36

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA 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 P 30 será 0. 9. De esta forma se obtienen lo valores de los percentiles y se ingresan en las ecuaciones respectivas. 2008 Dr. Luis Morán T. 37

¢ 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. 2008 Dr. Luis Morán T. 38

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. 2008 Dr. Luis Morán T. 39

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA 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. 2008 Dr. Luis Morán T. 40

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA Condiciones de observación: Tst=10 min Plt=4 Pst Para estas condiciones los valores resultantes son: Plt=0. 981 2008 Dr. Luis Morán T. 41

Fluctuaciones de voltaje (FV) • No se presentan en régimen permanente: • falla • maniobras • rayos • Aleatoriedad y repetibilidad • Exige equipo de alta precisión, con memoria móvil. 2008 Dr. Luis Morán T. 42

as: Fluctuaciones de voltaje (FV) 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. ii. entre 10% y 92, 5% de Vn y entre 107, 5% y 180%. 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% 2008 Dr. Luis Morán T. 43

Fluctuaciones de voltaje (FV) 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 %. 2008 Dr. Luis Morán T. 44

Frecuencia • 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. 2008 Dr. Luis Morán T. 45

Frecuencia 2008 Dr. Luis Morán T. 46

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA Argentina: èRegulation 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. èThe 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. èThese aspects together with an economic penalty system conform one of the most advance regulatory schemes for power quality in public networks. 2008 2004 Dr. Luis Morán T. 47 41

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA è 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. è The penalties are paid as a compensation to the affected customers. è 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. 2008 2004 Dr. Luis Morán T. 48 42

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA è Reference levels are defined as guaranteed disturbance levels at the PCC of any user connected to the public network. è These levels are defined for each type of disturbance and will not be exceeded for longer than 5 % of the measurement period. è 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). 2008 2004 Dr. Luis Morán T. 49 43

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA Table 6 Reference Levels for Harmonic Voltage Distortion For higher voltage networks of 220 V, the levels of reference to be considered are the one shown in the table for HV but divided by 2. 2008 2004 Dr. Luis Morán T. 50 44

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA ¢ 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. 2008 2004 Dr. Luis Morán T. 51 45

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA Reference Limits for Current Harmonics ¢ 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. Table 7 Harmonic Current Emission Limits for Users T-1 2008 2004 Dr. Luis Morán T. 52 46

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA Table 8 Harmonic Current Limits for Users T-2 and T-3 2008 2004 Dr. Luis Morán T. 53 47

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA Harmonic Voltage Distortion Subject to Penalty. With: THD(k): 2008 2004 total harmonic distortion registered in the k-interval. Dr. Luis Morán T. 54 48

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA Each k-interval registered with energy applied with bad quality conditions (intervals with DPA>0) will yield a unitary penalty (US$/k. Wh) according to: Total applicable penalty : 2008 2004 Dr. Luis Morán T. 55 49

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA Perú: Table 9 Voltage Harmonic reference limit values defined by peruvian Standard 2008 2004 Dr. Luis Morán T. 56 50

Conclusiones • La calidad es algo reciente: • antes: la mejor intención • ahora: exigido • mañana (y siempre): costará Inversiones y Gastos Compensaciones y Multas • El nivel de calidad lo define la Autoridad: 2008 • Transparente al concesionario • Reconocimiento directo en la tarifa • Hoy indefiniciones Dr. Luis Morán T. 57