2. Jornadas Técnicas
Madrid 23.05.2012
Compensación de la energía
reactiva y filtrado de armónicos
Instrumentos para la
medida eléctrica y
electrónica
3. CYDESA
Fundada en 1976,
CYDESA es la empresa
decana en España en la
compensación de la
energía reactiva y el
filtrado de armónicos
Mayor fabricante
del mundo de
componentes pasivos
4. CHAUVIN ARNOUX
Fundada en 1893
119 años especializados en el diseño y fabricación
de instrumentos para la medida eléctrica y
electrónica.
Inventores entre otros de:
1895 Óhmímetro de magneto
1927 Controlador Universal, precursor del
multímetro
1934 Pinza transformadora, primera pinza
amperimétrica
1959 Lanzamiento de Miniascope, el primer
osciloscopio portátil. Cabía en un porta-documentos
5. CHAUVIN ARNOUX
Group
7 Marcas
+ 5.000 referencias
6 Centros de investigación
7 Sedes industriales
10 Filiales
CHAUVIN ARNOUX IBÉRICA, S.A (1988)
6. ¿Alguna de estas situaciones
le resulta familiar?
Quiero reducir mis costes energéticos, pero no sé por
donde empezar...
La factura eléctrica se ha incrementado notablemente,
¿qué puedo hacer?...
Aprecio sobrecalentamiento en algunos componentes de
mi instalación (motores, conductores, etc...), y me gustaría
solucionarlo
Saltan las protecciones de forma intempestiva y no
encuentro una explicación
Las máquinas y los sistemas de mi planta se cuelgan sin
motivo aparente, incluso en circuitos protegidos por UPS y
grupos de apoyo
¿Qué oportunidades de negocio nos ofrece la eficiencia
energética?
7. Entorno energético del
sistema eléctrico en España
Ingreso medio y coste medio de acceso (€/MWhconsumido)
Evolución del déficit de actividades reguladas y del déficit por
peajes de acceso (M€).
Fuente: Informe sobre el Sector Energético Español – CNE Comisión Nacional de Energía (07.03.2012)
8. Entorno energético del
sistema eléctrico en España
Evolución de los ingresos y costes medios (€/MWh consumido) de las actividades reguladas de
electricidad, si no se incrementan los peajes de acceso ni se aplican medidas sobre los costes
de actividades reguladas. Evolución del déficit de actividades reguladas (M€). Escenario base
de ingresos y costes 2012-2020 con financiación del desajuste. Precios corrientes.
Fuente: Informe sobre el Sector Energético Español – CNE Comisión Nacional de Energía (07.03.2012)
9. Entorno energético del
sistema eléctrico en España
Evolución de las anualidades para la financiación del déficit de liquidaciones y de la deuda viva
del sistema si no se incrementan los peajes de acceso y no se aplican medidas en los costes de
actividades reguladas. Escenario base de ingresos y costes 2012-2020 con financiación del
desajuste (M€).
Fuente: Informe sobre el Sector Energético Español – CNE Comisión Nacional de Energía (07.03.2012)
10. CHAUVIN ARNOUX
Las Mediciones
Gestión de la demanda
Compensación de reactiva
Ineficiencia armónica
Instrumentos de medida
11. Gestión de la demanda: La lectura
del maxímetro y las curvas de carga
Desplazar la demanda hacia
los Periodos Tarifarios más
convenientes
Optimizar la potencia a
contratar y obtener el mejor
compromiso entre el término de
potencia contratado y posibles
penalizaciones por lectura del
maxímetro
12. Compensación de
reactiva
Potencia activa
P = U x I x cos φ
Potencia aparente
S = P² + Q²
El cos φ nace del desfase entre la fundamental de la Tensión y la fundamental
de la Corriente. En el caso de señales no distorsionadas se cumple que PF
(factor de potencia) es:
P
PF= = cos φ
S
13. Compensación de
reactiva
Para mejorar el PF y limitar las pérdidas debidas a Q2 y a D2
¿con qué herramientas contamos?
Instalación de baterías de condensadores
Reducción de la tasa de armónicos
Compensación de reactiva: Qc = P (tanϕ - tanϕ')
P
ϕ2
ϕ1 S2 Q2
Q1
S1
Qcap
14. Ineficiencia armónica
CARGAS LINEALES, lo habitual en el pasado...
La mayoría de las cargas utilizadas en el pasado en una red eléctrica eran
las llamadas cargas LINEALES, estas cargas consumen una corriente cuya forma es
idéntica a la tensión, es decir, casi senoidal como sucedía con las lámparas de
incandescendia.
15. Ineficiencia armónica
Tensión
CARGAS
distorsionada
DISTORSIONANTES,
Corriente
la realidad de hoy en día…
absorbida
Los receptores presentes en la
red distorsionan las señales
Regulador por tren
<<<<<<
de impulsos eléctricas en corriente y tensión
Las señales reales difieren de la
hipótesis senoidal de partida
16. Ineficiencia armónica
Descomposición armónica de una señal distorsionada
Señal
distorsionada
Una señal distorsionada es una suma
de componentes senoidales, de
amplitud,
desfase y frecuencias múltiplos de la
frecuencia fundamental
17. Ineficiencia armónica
Ejemplos de espectros armónicos
Tipos de carga Elementos Corriente absorbida Espectro armónico
asociados característico
- Hornos industriales con
resistiencias reguladas
mediante trenes de
Receptores resistivos impulsos
- Lamparas de
incandescencia, convec-
tores, calentadores.
Iluminación - Tubos fluorescentes,
- Lámparas a vapor.
- Micro-informática,
Rectificador
monfásico de diodos - Televisores y pantallas,
con filtro - Lámparas a balastos
electrónicas.
Alimentación
commutada
18. Ineficiencia armónica
Ejemplos de espectros armónicos
Tipos de carga Elementos Corriente absorbida Espectro armónico
asociados característico
Rectificador trifásico de - Variadores de velocidad
diodos con filtrado de motores asíncronos.
- Sistema de Alimentación
Interrumpida (SAI)
Regulación monofásica - Regulación de potencia
(pilotada por ángulo de de pequeños hornos con
fase) resistencias,
- Dimmer para lámparas
halógenas.
Rectificador trifásico a - Variación de velocidad
tiristores de motores de corriente
contínua y de motores
síncronos,
- Galvanización.
Motor asíncrono - Máquinas herramienta,
- Electrodomésticos,
- Ascensores.
19. Ineficiencia armónica
Problemática
Tensión de red no senoidal, que es común a todos los demás
receptores de la red y afecta a su buen funcionamiento.
20. Efectos perjudiciales de
los armónicos
Inmediatos Medio y largo plazo
Empeoramiento del factor de potencia Reducción de la vida
mecánica y eléctrica de los
Reducción de la potencia disponible para los motores
motores
Sobrecargas y pérdidas en los conductores, transformadores y
Reducción de la vida de los
motores, debido al efecto Joule y al efecto pelicular
transformadores
Disparos intempestivos de las protecciones
Envejecimiento acelerado del
Aumento del ruido en motores aislamiento en dieléctricos
Necesidad de sobredimensionar ciertos componentes de la
red: conductores de fases y neutro, baterías de condensadores
En alternadores y SAIs, por su alta impedáncia, se produce
importante presencia de polución armónica en tensión
Interferencias en señales electrónicas de mando y
automatismos
21. Calentamiento en conductores y
equipos eléctricos
Al transportar las corrientes armónicas, por efecto Joule, se produce un calentamiento en
conductores que debe sumarse al producido por la corriente fundamental.
Sin embargo, estos armónicos, aportan potencia activa, sino que sólo probocan pérdidas
y empeoramiento del factor de potencia de la instalación.
Los armónicos son señales de alta frecuencia
que debido al efecto pelicular (Skin), disminuyen la
sección efectiva de los conductores
Además los condensadores son muy sensibles
a la circulación de corrientes armónicas ya que su
impedancia decrece en proporción al orden de los
armónicos presentes en una señal distorsionada
22. Factores de cresta elevados
Los armónicos son causa frecuente de los
disparos intempestivos de las protecciones, en
particular en aquellas instalaciones con un amplio
parque de material informático
Corriente
Tensión
Absorbida
Aplicada
Lo que ocurre realmente es que la sección
magnética de las protecciones es disparada al
superarse su umbral de disparo debido a las
puntas de corriente de pico que son comunes en
señales distorsionadas con factores de cresta
importantes
23. Calentamiento del
conductor de Neutro
Las corrientes armónicas de orden 3 y sus
múltiplos son síncronas al paso por cero de
cada fase
En la práctica su contribución a partir de
Secundario
cada fase, se suma en el neutro, lo que
Receptor
De la fuente produce la circulación de altas corrientes y
sobrecalentamiento de este conductor
Ineutro = 3 x Iarmónicas (ord.3)
24. Sobre la importancia de
Medir…
La medición es el punto de partida, los instrumentos de medida son las herramientas
que permiten obtener los datos necesarios para analizar correctamente las
instalaciones y los procesos industriales. “Todo lo que se hace se puede medir, sólo si
se mide se puede controlar, sólo si se
controla se puede dirigir y sólo si se dirige,
Mantenimiento se puede mejorar”
Preventivo Dr. Pedro Mendoza A.
ó (Médico-Cirujano)
Problema
Medir Analizar
Síntoma
Exploración
Diagnóstico
Supervisar Actuar Tratamiento
Revisiones
Más vale medir y “remedir” , que cortar y arrepentir
25. Una primera valoración
de la instalación
Nuevas pinzas: F200 (600A) CAT IV 1000V
F400 (1.000A) 11 modelos, para cualquier aplicación.
F600 (2.000A) TrueInRush
Medida Relativa y Diferencial
AC, DC, AC+DC, TRMS
Tensiones: 1000VAC/DC con autodetección
AC/DC
Gran pantalla de 10.000 cuentas
Max TRMS 100ms, Peak 1ms
Valores de potencia, THD y Armónicos
Resistencia, continuidad, frecuencia, temperatura.
IP54, resistencia a caídas de hasta 2 m y 3 años
de garantía
26. Potencia, PF y armónicos
Las pinzas F205, F405, F407, F605 y F607 realizan la
medición de potencias (activas, reactivas y aparentes), de
PF y del THD: La medida de la Distorsión Armónica Total
puede mostrar la necesidad de sobredimensionar la
instalación o de implementar soluciones de filtrado. El THD
es medido, según los dos métodos definidos en la
normativa IEC 61000-4-7:
THDf: Distorsión Armónica total en relación con la
fundamental
THDr: Distorsión Armónica total en relación con el
Verdadero Valor Eficaz de la señal
Las pinzas F407 y F607 realizan además el análisis de
cada armónico hasta el orden 25 en pantalla de 3 líneas
27. Un análisis en profundidad
con Qualistar+
Registro trifásico (4U/4I)
Almacena datos durante todos
los regímenes de trabajo
Obtiene los datos necesarios
para solucionar los problemas
Diseñado para trabajar en
todas las condiciones:
Carcasa robusta
antichoque
Batería de gran autonomía
Ergonómico, intuitivo
Maleta estanca opcional
y de fácil manejo
Gran pantalla a color, fácil lectura
Teclas de función directa
Menús de ayuda
29. Toda la información
disponible en pantalla
Indicación del Fecha/Hora,
modo de trabajo estado de la
batería
Valores Curvas y
instantáneos en medidas
el cursor disponibles
Selector de
Funciones de Curvas
tecla directa de mostradas
acceso a otras
mediciones
30. Forma de onda
Muestra las formas de onda de tensión y corriente:
Proporcionando una aproximación a la deformación
de la señal
Comparación entre las amplitudes y visualización
del desfase entre las fundamentales de cada fase, y
entre corrientes y tensiones
Hoja resumen en formato texto de los valores
mínino, máximo y promedio medidos
Verificación del conexionado correcto de las fases
gracias a representación vectorial de fresnel
Cálculo del desfase entre fases y del valor absoluto
31. Modo potencias / energías
Visualización de las potencias y de sus
factores (factor de potencia, coseno y tangente
de phi)
Capacidad de integrar la potencia para hacer
el recuento de energía
Distinción entre energías consumidas y
energías generadas directamente a través de un
icono
32. Modo armónicos
Representación en gráfico de barras de las tasas
armónicas de tensión, corriente y potencias, orden
por orden, hasta 50o
Indicación del THD en %, de los valores RMS y del
desfase de cada armónico.
Las barras que representan armónicos tienen
signo. Desde la visión de un receptor, los armónicos
positivos son recibidos y los armónicos negativos son
generados (icono dedicado)
El modo experto permite distingir los armónicos que
inducen una secuencia negativa, homopolar (suman
en el neutro) o positiva. Así es posible analizar la
influencia de los armónicos en el calentamiento del
neutro o en máquinas rotativas
34. Modo registro
Representación en curvas o gráficos de barras de
las diversas magnitudes registradas, de los valores
mín. y máx. en función del tiempo
Verificación de la estabilidad de la tensión de red
Monitorización de todas les magnitudes según
transcurre el tiempo
Cálculo de las energías consumidas y aportadas a
la red
Duración (p.ejemplo): todas las magnitudes a
segundo durante casi un mes
35. Modo alarmas
Logbook de las últimas 10.000 alarmas
registradas a partir de los umbrales programados en
la configuración
Registro de cortes en la red desde un semi-ciclo
hasta varias horas
Identificación del rebasamiento en el consumo
contratado de energía
Detección de variaciones de la tensión de red
36. Modo transitorios
Representación de las formas de onda
capturadas a consecuencia de un transitorio
A 50Hz, es posible capturar transitorios inferiores
a 80µs
Visualización de variaciones rápidas (cortes, …).
37. Modo corriente Inserción
INRUSH
Análisis de los arranques motor: registro de la curva
durante más de un minuto@50Hz, con duración
arranque y valores instantáneos
Representación de la curva en modo envolvente
(PEAK) y en modo valor eficaz (RMS) de cada
semiciclo
Capacidad para hacer múltiples zooms hasta
visualizar cada ciclo
38. Configuración
Una pantalla de configuración sencilla e
intuitiva, sin sub-menús desplegables, que
permite ajustar el equipo en función de cada
necesidad
39. Copias de pantalla
La tecla permite puntualmente guardar pantalla del
analizador para su recuperación y consulta posterior
El elemento guardado contiene un archivo BMP
con la copia de la imagen, pero también todos los
datos que el instrumento midió en ese instante
Un C.A. 8335 es capaz de guardar hasta 50
pantallazos.
40. Sensores de corriente
Elección de los sensores de corriente en
función de las necesidades del usuario
Varios tipos de sensor de corriente adecuados a los
diversos rangos de medición (incluido DC)
Reconocimiento automático del sensor
Posibilidad de utilizar sensores distintos en cada canal
41. Análisis de los resultados
El compañero perfecto para el C.A 8335.
Descarga y almacenamiento en el PC de los registros.
Visualización gráfica de las curvas y tendencias.
Generación automática de informes de medida personalizados.
Asistencia para la preparación de una campaña de medidas.
42. CYDESA
La Solución
Los condensadores CYDESA. ESTAprop® PhMKP
La maniobra de los condensadores de potencia
Las baterías CYDESA y su instalación.
- Características de las baterías de condensadores
- Tensión y potencia en los condensadores: ¿400V/440V?.
La instalación Stand-by. Reguladores Masing®
Las tarifas eléctricas respecto a la energía reactiva
Los armónicos de potencia y las baterías de
condensadores
43. Condensadores CYDESA
Diseñados y producidos
según las normas:
VDE 0560, parte 46 + 47 (Alemana),
EN 60831, parte 1 + 2 (Europea)
IEC 60831, parte 1 + 2 (Internacional)
Para aplicaciones tan exigentes
como filtros de armónicos en
parques eólicos
44. Condensadores CYDESA
≥ 150.000 * horas
La esperanza de vida de los
condensadores CYDESA,
*En función de la temperatura de trabajo
Esperanza de vida (h)
Temperatura (ºC)
45. Condensadores CYDESA
Protección por
desconectador CERTIFICADO
de sobrepresión interna
En servicio Desconectado
En servicio
Sobrepresión
Gas producido por
Bobina la perforación
46. Contactores de CYDESA para la
maniobra de condensadores
Precontactos Bloque de
Precontactos abiertos Precontactos
R
R
Resistencias
Contactos principales
Bobina
Contactor
Carcasa
47. Contactores de CYDESA para la
maniobra de condensadores
El siguiente oscilograma muestra el incremento de la
corriente cuando se conectan 12.5 kvar / 400V (In = 18A)
con y sin resistencias de pre-inserción.
Conexión sin resistencias Conexión con
hasta 250 x In resistencias
> 200.000 maniobras
48. CONTACTOR ESTÁTICO I+D+I
Masing M400
®
CYDES
A
Conexión instantánea, ideal para fluctuaciones de
carga rápidas y continuas: grúas, soldaduras…
Silencioso, ausencia total de ruido tanto en la
conexión como conectado
Detección de hueco de tensión, conexión suave:
sólo se conecta cuando se da la misma tensión en el
condensador y en la fase, sin picos.
Formato contactor que facilita su mantenimiento
y sustitución
49. Baterías de Condensadores
CYDESA
CYDESA, decana en España en el campo
de la compensación de la energía reactiva
Diseño y ensayos 100% por CYDESA
Dimensiones reducidas
Sencilla instalación
1.980 mm
- Acometida, espacio para el cableado
- Programación del regulador Masing ®
posibilidad de hacerlo mediante software
- Asesoramiento pre y post venta
Producto 100% europeo
Flexibilidad en fabricar según las necesidades
del cliente
44
5
m
Pérdidas < 1,2W / kvar
m
580 mm
50. Baterías de Condensadores
CYDESA
¿Qué potencia reactiva necesito?
Tensiones Potencia
Asignadas, Reactiva
Nominales Útil a la tensión
de los de red
condensadores (Ue y Qe)
(Ur y Qr)
2
Ue
Qe = ⋅ Qr
U
r
51. Baterías de Condensadores Stand-by
CYDESA un avance tecnológico
Instalación estándar
Equipos necesarios para una
compensación estándar
52. Baterías de Condensadores Stand-by
CYDESA un avance tecnológico
Instalación Stand-by
La batería incluye fijo
para el transformador
53. Baterías de Condensadores Stand-by
CYDESA un avance tecnológico
Instalación Sistema
estándar Vs. Stand-by
54. Baterías de Condensadores Stand-by
CYDESA un avance tecnológico
Ventajas del
®
sistema Stand-by
Ahorro económico en la batería
Ahorro en la mano de obra del
instalador
Ahorro en protecciones
Mejor protección en la instalación
55. Soluciones al aumento continuado
de los costes energéticos
¿Quién paga reactiva?
Pagan reactiva, las tarifas:
2.1 A y 2.1 DHA (10 kW < P ≤ 15kW) en B.T.
3.0 A en B.T.
3.1 A en A.T.
No pagan reactiva, las tarifas:
2.0 A y 2.0 DHA de P ≤ 10kW en B.T.
¿Qué se paga de reactiva?
TR = k · (E.reactiva - 0,33 · E.activa)
56. Soluciones al aumento continuado
de los costes energéticos
¿Cuánto ha aumentado el
recargo “k” por reactiva?
Orden IET 3586/2011
de 28 de Diciembre
de 2011.
57. Soluciones al aumento continuado
de los costes energéticos
* Valores
utilizados
para el cálculo
de la batería de
condensadores
58. Soluciones al aumento continuado
de los costes energéticos
Cálculo Manual
Re activa
de la batería ϕ = arctg → cos ϕ → Q = P ⋅ f
Activa
Factor “f” 0,75, tabla en la página 58 de la LP2011.
Para una instalación con cosφ de 0,8 si queremos llegar a 1,
necesitamos el 75% de la potencia activa en reactiva.
59. Soluciones al aumento continuado
de los costes energéticos
Cálculo automático
de la batería Plataforma de cálculo gratuita en www.cydesa.com
60. Soluciones al aumento continuado
de los costes energéticos
¿Cuándo compensar
con filtros?
QC
Nueva herramienta
de cálculo
( %)
ST
SCONV
( %)
ST
Filtro activo
61. Soluciones al aumento continuado
de los costes energéticos
Filtro activo
Máquina asíncrona con
convertidor de tensión
Valores
consigna
Los valores consigna deben ser
generados por el control del filtro
activo en tiempo real
Fuente de
corriente
62. Presentación de casos
ARCELOR MITTAL GUIPUZCOA, de Zumárraga, se
dedica a la laminación de acero en barra (Billets) y
Alambrón a partir de acero recuperado. Su capacidad
de producción es de 800.000 toneladas acero / año
Un consumidor cualificado en AT con suministro
directo mediante una línea 220 kV doble-circuito de
REE y dos transformadores 100MVA.
« La electricidad es la materia prima
más costosa para Arcelor »
SOLUCIONES
Sistema de Peak-Shaving
Estimación anticipada del consumo
para acudir a subastas en el OMEL
Se actualizó todo el sistema de medida en SSEE con analizadores
de redes ENERIUM en cabeceras y en un total de 12 feeders MT.
63. Presentación de casos
El recinto Ferial de IFEMA acoge cerca de 80
certámenes especializados, lo que convierte a Feria
de Madrid en uno de los escenarios de mayor eficacia
en España para generar negocio.
1 millón de m2 de superficie
200.000 m2 de exposición en 12 pavellones, y
3 centros de convenciones
30.000 empresas participantes
~20.000kvar instaladas
3 millones de visitantes
BT y MT 1 Business Centre, club de prensa , casi un centenar
Traje a medida de salas de reuniones y 14.000 plazas de aparcamiento.
Solución con contactores
con resistencias de
preinserción Benedict®
64. Presentación de casos
CYDESA ha sido la responsable de la implementación
del sistema de compensación de reactiva para los
sistemas HVAC del nuevo edificio corporativo
TORRE TELEFÓNICA DIAGONAL 00 en Barcelona
El edificio de acero y cristal es obra del arquitecto
Enric Massip y fue inaugurado el 12.01.2011
110 metros de altura en forma rombo/diamante
34.000 m2 de superficie
24 plantas más dos de sótano
1.200 personas trabajan en el edificio que alberga el centro
de I+D referente mundial en investigación multimedia e internet
Premio Leaf Awards al mejor edificio Comercial Corporativo
70. Retorno de la inversión
1 año, para la amortización de una
instalación de las características
reseñadas en un caso como en el de
la Torre Diagonal Telefónica 00
4.000 €