Estudios de Sistemas de Potencia de NEPSI.

Esta página web describe el análisis del sistema realizado por NEPSI en relación con la aplicación de bancos de condensadores y filtros de armónicos en media tensión. Explica a grandes rasgos el análisis típico realizado por NEPSI al evaluar los posibles impactos de sistemas relacionados a la instalación y conmutación de filtros de armónicos en baja tensión y bancos de condensadores derivados.

La evaluación técnica de NEPSI está centrada en el diseño, especificación e impacto de los bancos de condensadores y filtros de armónicos nuevos y/o existentes. Las recomendaciones de NEPSI las pagarán los ahorros resultantes de uno o más de los siguientes:

La evaluación técnica descrita en este documento ilustra las capacidades de Northeast Power Systems, Inc. Todas las evaluaciones sobre los bancos de condensadores y filtros variarán en algún grado, y depende de las características del sistema y en el tipo de equipo que va a ser comprado o analizado. Para una cotización de la evaluación de sistemas eléctricos de potencia, contáctese con NEPSI o con uno de los representantes. Como con todos los sistemas de evaluación, NEPSI proporcionará una garantía de desempeño posterior a la compra, ya sea de filtros de armónicos o bancos de condensadores. Ninguna otra compañía consultora de ingeniería o de fabricación tiene este tipo de garantía de desempeño.

Introducción
La instalación de una gran banco de condensadores y filtros de armónicos genera preocupaciones, principalmente en las áreas de distorsión de armónicos, resonancia armónica, sobretensión de conmutación, y sobretensión como resultado de la instalación de equipos de corrección de factor de potencia. Es prudente realizar una evaluación de los bancos de condensadores y filtros de armónicos antes de comprar el equipo para que cualquier condición adversa, costos agregados, y/o reducciones de costos, se puedan justificar e identificar en las etapas de diseño.

La instalación de un banco de condensadores y filtros armónicos, generan algunas o todas las preocupaciones listadas en la Tabla 1. Estas preocupaciones son evaluadas por las medidas del sistema eléctrico de potencia utilizando un sofisticado software de sistemas eléctricos de potencia. Las mediciones proporcionan niveles de distorsión de ambiente, tensión de funcionamiento y otra información requerida para validar y realizar simulaciones digitales. Estas simulaciones digitales calculan el desempeño del sistema y se utilizan para predecir y mitigar los problemas del sistema eléctrico de potencia antes de que ocurran, para que los requerimientos especiales del diseño y costo se puedan justificar en las etapas de planificación en lugar de la fase de puesta en marcha y construcción.

El ámbito de trabajo requerido en una evaluación se divide en lo siguiente:

Medidas del sistema de energía y recopilación de información
Análisis de cortocircuito
Análisis de flujo de potencia
Análisis transitorio
Diseño y especificaciones de los filtros/bancos de condensadores
Desarrollo de las especificaciones de instalación

A continuación se entrega una descripción de cada uno de estos análisis.

Recopilación de Información y Medidas del Sistema Eléctrico de Potencia
El principal propósito de la recopilación de información y medidas, es de recopilar la información necesaria para realizar la evaluación del banco de condensadores y loa filtros. La información se recopila para condiciones de operaciones normales y anormales, así como también para futuras condiciones y mejoramientos del sistema. Esto incluye las medidas del sistema de energía, validación de información y discusiones con el personal de planta. Esta tarea la puede realizar NEPSI o el personal de planta con la supervisación de un ingeniero de autorizado por NEPSI.

Recopilación y Validación de Información
A continuación se entrega la información necesaria para realizar una evaluación de ingeniería del banco de condensadores y filtros de armónicos.

La validez de la información del sistema es revisada por un ingeniero de NEPSI. La información cuestionable se planteará y revisará en el lugar.

Mediciones del Sistema Eléctrico de Potencia
Se pueden tomar medidas del sistema de energía para cuantificar el factor de energía, nivel de carga, tensión de funcionamiento, niveles de distorsión armónica y otras preocupaciones de calidad de energía existentes.

En algunos casos, los bancos de condensadores y/o cargas capacitivas se pueden desconectar para recopilar importante información, como los antecedentes de los niveles de distorsión de tensión. Si esta operación de desconexión es necesaria, se deberá presentar un plan para llevar esto a cabo por adelantado para consideración y aprobación.

Análisis Armónico
El análisis armónico implica el uso de sofisticados programas de computación para identificar y predecir potenciales problemas armónicos y técnicas de mitigación. El programa de análisis armónico de NEPSI proporciona características que ayudan a la identificación de problemas armónicos. Importantes características incluyen

Escáner de Impedancia de Armonicos
Los escáneres de impedancia son desarrollados para condiciones normales y anormales de funcionamiento, así como también futuras expansiones. .

Escáneres de Amplificación de Corriente
Los gráficos de amplificación de corriente tienen la misma apariencia general que los escáneres de impedancia, pero con un significado muy diferente. Estos gráficos muestran la amplificación/atenuación actual contra la frecuencia en un conductor en la inyección de un Amper dado en otro conductor en el sistema. Estos escáneres se utilizan para encontrar problemas de resonancia localizados y ayuda en la identificación de interacciones negativas que puedan existir entre el equipo eléctrico circundante, cargas no lineales, y bancos de condensadores y filtros existente.

Cálculos de Distorsión de Corriente y Tensión
Además de los escáneres anteriores, los cálculos de distorsión de tensión se pueden realizar a través del sistema eléctrico de potencia para confirmar que el sistema alcance los requerimientos de IEEE 519 para la distorsión de corriente y tensión. Otros estándares o límites locales e internacionales se pueden utilizar a pedido del cliente. Al adquirir filtros de armónicos y bancos de condensadores, NEPSI realiza un estudio lo que proporcionará garantías de desempeño contra los límites de IEEE-519. Ninguno de nuestros competidores o firmas consultoras de ingeniería pueden competir con nuestra garantía de desempeño.

Análisis de Sensibilidad
Análisis de sensibilidad es muy importante cuando se realizan análisis armónicos. Las variaciones en el condensador y en la impedancia del reactor, así como también la fuente de impedancia, pueden afectar de gran manera los cálculos de distorsión de corriente y tensión. La característica del análisis de sensibilidad, incluido en el software de análisis armónico de NEPSI, se utiliza para determinar si cualquier condición adversa del sistema existe debido a pequeñas variaciones en el sistema y/o en la impedancia del equipo. Esta características son especialmente útiles en el diseño de filtros armónicos donde se deben calcular los peores servicios de casos armónicos se deben calcular.

Análisis de Cortocircuito
Un análisis de cortocircuito se utiliza para calcular los niveles de corriente de defecto del sistema para determinar la adecuación disruptiva del equipo de sistemas eléctricos de potencia y los mecanismos protectores asociados. Proporciona una guía en la selección y clasificación o ajuste de mecanismos protectores, tales como interruptor de acción directa, fusibles, relés y bases para la clasificación de cortocircuito requeridos por bancos de condensadores y filtros de armónicos.

El análisis de cortocircuito está normalmente limitado a los conductores principales (nodos) y al equipo conectado directamente al banco de condensador y filtro. Se podría expandir para incluir otros conductores a pedido del cliente, y en ese caso se desarrollaría un alcance de trabajo específico. El cálculo de cortocircuito justificará la generación local, impedancia de utilidad, y contribuciones a la corriente de cortocircuito de los motores. Los casos seleccionados para el cálculo de cortocircuito representan la configuración del sistema de energía para los cuales las corrientes de cortocircuito de defecto atornillado de tres etapas estarán al máximo. Todas las comparaciones de clasificación de mecanismos de cortocircuito de interrupción o habilidades, se basarán en esta condición de “peor caso”.

Análisis de Flujo de Carga
Un análisis de flujo de carga se lleva a cabo para predecir las magnitudes del poder de carga, factor de potencia, niveles de tensión y pérdidas en las del sistema basado en las condiciones de funcionamiento especificadas. Los resultados se utilizan para determinar uno o más de lo siguiente:

Un estudio de flujos de carga investiga el desempeño de corriente uniforme constante del sistema bajo condiciones de funcionamiento normales y anormales. Todas las cargas importantes de sistema (componentes watt y var) y fuentes de poder (utilidad, co-gen, etc.) relacionados con la instalación de bancos de condensadores y series de filtro son modelados. Donde sea posible, se pueden desarrollar equivalentes del sistema. El modelo se puede expandir para incluir más del sistema a petición del cliente, y en ese caso, se desarrollará un alcance laboral específico.

Análisis de Sobretensión de Conmutación
Las sobretensiones de conmutación ocurren durante la mayoría de las operaciones de conmutación. Ocurren durante la transición cuando el sistema está cambiando de una condición de funcionamiento de estado constante a otro (esto ocurre durante la apertura y cierre de los equipos). La magnitud del transitorio de conmutación depende del tiempo de conmutación y de las características inductivas, capacitivas y resistivas del sistema. La conmutación del condensador y el mal funcionamiento de los conmutadores debido al golpe anterior y posterior generalmente causan las sobretensiones de conmutación más severas.

El Programa de Transitorios Electromagnéticos (EMTP) es normalmente utilizado para investigar las sobretensiones y puede producir ondas, como se muestra en la ilustración a continuación. Los modelos de simulación de transitorios requieren más detalles que los modelos de 60 Hz utilizados en programas de análisis armónicos, de cortocircuito y flujo de carga. Debido al aumento en el nivel de detalle, los elementos de circuito de preocupación son normalmente modelados en detalle, mientras que el resto de los sistemas son modelados como un parámetro de circuito abultado.

En lugares que las sobretensiones de conmutación son problemas potenciales, se incluirán recomendaciones sobre su mitigación en el informe final.

Especificación y Diseño de Bancos de Condensadores y de Filtros de Armónicos
La especificación y diseño del banco de condensadores y filtros está basado en los análisis dados anteriormente. El desempeño del banco de condensadores y filtros es evaluado como parte de los análisis armónicos y flujos de carga, mientras que los requerimientos de cortocircuito son evaluados desde el análisis de cortocircuito. Esta tarea involucra la especificación funcional de los componentes específicos dentro del banco de condensadores y filtros para alcanzar los requerimientos de desempeño impuestos. Se requiere una cercana interacción con los ingenieros de planta y de utilidad para que el banco pueda ser diseñada con los controles de funcionamiento y el sistema de protección deseados. Luego se proporciona una especificación de forma de guía y especificación funcional para que el cliente pueda ver las ofertas de nuestra competencia.

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