Anteproyecto Rafel Narvaez

UNIVERSIDAD DE ORIENTE.

NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI.

ESCUELA DE INGENIERIA Y CIENCIAS APLICADAS

DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD.

ESTUDIO DE LOS FENÓMENOS ARMÓNICOS EN LA S/E

MELONES OESTE DE PDVSA, EN EL DISTRITO SAN TOMÉ.

Realizado Por;

Rafael A. Narváez R.

Asesor Académico; Asesor Industrial;

Ing. Luis José Suárez Ing. Ezomar Uzcátegui.

Estudio de los fenómenos armónicos incidentes en la S/E Melones Oeste de PDVSA- División Faja del Orinoco en el distrito san tomé.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Petróleos de Venezuela S.A. (PDVSA) es la corporación estatal de la

República Bolivariana de Venezuela fundada en 1976. Esta se encarga de la

exploración, producción, manufactura, transporte y mercadeo de los

hidrocarburos, de manera eficiente, rentable, segura, transparente y

comprometida con la protección ambiental, tanto en Venezuela, en sus tres

sectores: Occidente, Centro y Oriente; como en el exterior del país.

En el Distrito San Tomé, las funciones principales son la extracción y

producción de petróleo de los pozos ya perforados. Cuando el flujo natural

del crudo no es suficiente para la extracción del mismo se deben utilizar

sistemas artificiales, estos métodos utilizados son el bombeo mecánico, la

extracción mediante el uso de bombas de cavidad progresiva y mediante

bombas electrosumergibles, entre otros.

Estos dispositivos de bombeo usan motores eléctricos de inducción y

para el control de los parámetros de estos motores con el fin de mejorar su

funcionamiento se utilizan dispositivos como los variadores de frecuencia,

que permite controlar parámetros como velocidad de giro y torque del motor.

Esto se logra mediante la conmutación sincronizada de múltiples

tiristores. Al producirse esta gran cantidad de conmutaciones se generan

señales que son derivadas de la señal fundamental, a frecuencias

superiores múltiplos de la original, estas nuevas señales de corriente y

voltaje se inyectan al sistema sumándose a la señal fundamental

distorsionándola y desmejorando la calidad del servicio eléctrico de manera

notable, produciendo mal funcionamiento de los equipos, averías y un sobre

consumo de potencia eléctrica.

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Actualmente se esta sufriendo en el país una situación de emergencia

eléctrica debido a la condición de sequia que ha afectado los caudales de

agua, bajando el nivel del embalse en el complejo de generación

hidroeléctrica Simón Bolívar, lo que, lleva a buscar el uso optimo y limpio

dela energía eléctrica nacional para mantener y mejorar los estándares de

producción y la calidad del servicio.

Los Campo Melones y Lejos pertenecientes a la sección de

yacimientos pesados contempla una producción promedio de crudo para los

años 2010-2012 de 107 MBD y la producción promedio de gas anual que

esta prevista en el PID es de 64.4 MMPCD, con incremento constante hasta

finalizar el año 2012. Para cumplir con esta proyección, el Departamento de

Servicio Eléctricos de PDVSA San Tome, a realizado estudios preliminares a

nivel de 13.8 kV en los Circuitos Melen 1 y 2 y los Circuitos Carapa 1 y 2

para verificar las condiciones de operación de la subestación Melones Oeste,

detectándose que existen fallas en los circuitos eléctricos producto de las

distorsiones armónicas originados principalmente por variadores de

frecuencia de 6 pulsos y arrancadores presentes en los pozos del Circuito

Carapa y las diferentes cargas asociadas a los circuitos que existen en la

subestación, generando disparos innecesarios de las protecciones (relés y

breaker), incremento de temperatura en los conductores, desbalance de

cargas asociados a los circuitos, sobre tensiones y excesivas corrientes en

los circuitos debido a las resonancias, destrucción de los aislamientos de los

cables, error en los equipos de medición, oscilaciones mecánicas

exageradas en los motores, calentamiento, vibraciones excesivas en los

motores y daño de los fusibles que protegen a los transformadores.

Para desarrolar el estudio armonico se debe primero realizar el

levantamiento de la información técnica de la S/E Melones Oeste tanto en

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115kv como en 13.8kv, contemplando toda su carga conectada para asi

realizar el levantamiento actualizado del plano unifilar.

Seguidamente se estable los lineamientos según la normativas IEEE y

PDVSA para establecer los limites de distorcion armonica tanto de corriente

como de voltage. Realizar un registro de mediciones de los parámetros de

Distorsión Total de Armónica de Voltaje (THDv) y Corriente (THDi), Factor de

potencia (Fp), Frecuencia (Hz), Valores de Corriente (I) y Voltaje (V) en

varios puntos (previamente definidos) de los Circuitos Carapa, Melen 1 y 2 y

S/E Melones Oeste, utilizando para ello equipos especiales de medición de

calidad de energía, para asi realizar según la data recogida un modelo para

simulación en el programa PSCAD y ETAP (modulo 7 análisis de armónicos).

De captarse lecturas fuera del rango aceptable por la normativa se

debe implementar las técnicas de filtrado de armónicas necesarias. Por

medio, del uso de filtros, que se determinan según las condiciones de

operación de la carga conectada a la S/E.

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2. OBJETIVOS.

2.1 OBJETIVO GENERAL.

Estudiar los fenómenos armónicos que afectan la calidad de la energía

eléctrica en la S/E Melones Oeste de PDVSA, en el distrito san tomé.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.

2.2.1). Describir el sistema de transmisión eléctrica en 115kV y 69 kV que

interconecta las S/E’s de PDVSA-Distrito San Tome.

2.2.2). Diagnosticar usando técnicas de medición y registro de campo los

valores de las componentes armónicas, factor de potencia, voltaje, corriente

y energía a una muestra representativa de la carga de la S/E Melones Oeste.

2.2.3). Modelar el sistema eléctrico de la S/E Melones Oeste a través de

programas de simulación, para analizar los niveles de armónicos inyectados

a la red por los variadores de frecuencia conectados en diversos pozos de

producción petrolera.

2.2.4). Analizar los resultados teóricos, simulados y medidos para definir

el impacto armónico en el sistema eléctrico de la S/E Melones Oeste

asociado a los pozos de producción petrolera de PDVSA-Distrito San Tomé.

2.2.5). Proponer modificaciones a implementar en el sistema eléctrico de

la S/E Melones Oeste con el fin minimizar los efectos negativos derivados de

la inyección de componentes armónicas.

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3. RESUMEN DE CONOCIMIENTOS PREVIOS.

3.1. ANTECEDENTES.

IEEE std-519. En 1992, se realiza una publicación hecha estándar de

la IEEE, de titulo; IEEE Recommended Practices and Requirements for

Harmonic Control in Electrical Power Systems; en esta publicación se

realizan análisis de los efectos armonicos sobre diversos equipos y de

equipos que los generan, estableciendo limites aceptables de componentes

armonicas en un sistema de potencia.

Derek A. Paice. En 1996 mediante la IEEE realizo la publicación de

un libro llamado “Power electronic converter harmonics, multipulse

methods for clean power”. en donde se definen de manera muy espesifica

todo lo referente al impacto armónico en las redes de potencia y en equipos,

explicando como realizar cálculos teóricos de las magnitudes de las

componentes armónicas en los sistemas de potencia e incluso realizando

propuestas para la corrección de las mismas.

Lilian Francisca Fernández Ortiz. En enero del 2002 realizo una

evaluación de los niveles de contaminación armónicas en la S/E Morichal de

PDVSA, en donde realizo un estudio de las componentes armónicas

producidas por los motores asociados a los pozos de producción simulando

con el paquete ETAP e incluyendo el modelo y tipo de estructura de los

postes implicados y comparando resultados teóricos simulados con los

medidos, concluyendo que las componentes armónicas pueden ser

disminuidas mediante el uso de técnicas de filtrado.

Andrés Eduardo Scalisi Giampoclaro. En agosto del 2005, llevo

acabo un análisis teórico de la influencia armónica en el diseño de líneas de

transmisión según las normas de PDVSA, usando las ecuaciones

hiperbólicas características para el diseño de líneas de alta tensión,

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concluyendo que en condiciones nominales y de diseño los lineamientos de

PDVSA cumplen con los niveles armónicos establecidos en las normas IEEE-

519.

Manuel Román Lumbreras. En mayo del 2006 llevo acabo un estudio

sobre a técnicas de filtrado armónico para compensar los reactivos en la red

de manera instantánea, con la implementación de filtros activos,

ejemplificando como los componentes de electrónicos de potencia actuales

afectan la calidad de servicio eléctrico gracias a la inyección de corrientes y

voltajes armónicos.

3.2. FUNDAMENTOS TEORICOS.

3.2.1) Aspectos generales.

La forma de onda de una señal electromagnética nominalmente es de

forma senoidal, obviamente cíclica según su frecuencia. Esta es la forma

ideal en la que se genera la energía eléctrica, que es inyectada a la red,

alimentando así la carga conectada con una forma de energía variante en el

tiempo.

Al generar la energía eléctrica, que como ya se dijo de manera ideal

resulta una señal de forma senoidal, pero pueden producirse breves

alteraciones que cambian la forma de onda resultando una señal

distorsionada. Esta señal entra a la red que se compone de diversas líneas

de transmisión por donde se alimenta a las demás cargas del sistema,

cuando el suministro eléctrico llega a la carga se consigue con diversos

dispositivos que incrementan esta distorsión (cargas no lineales) y al mismo

tiempo estas distorsiones se denominan armónicas de la señal ideal o

fundamental bien sea de corriente o voltaje.

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Las distorsiones armónicas afectan de manera insidiosa a la calidad

del servicio eléctrico produciendo desde sobre tensiones hasta

sobrecalentamiento en los conductores de neutro.

Los problemas asociados con las armónicas en sistemas eléctricos de

potencia no son nuevos, de hecho, al comienzo de los años 1920 los

ingenieros electricistas tomaron las primeras muestras de ondas

distorsionadas. [1]

Inicialmente los problemas de distorsión se debían a la saturación del

núcleo magnético de los transformadores y a ciertas cargas industriales

(hornos de arco, soldadoras también de arco, etc.). La preocupación recurría

sobre las maquinas de síncronas, las de inducción, la interferencia telefónica

y las fallas que ocasiones en los capacitores conectados que se encargan de

corregir el factor de potencia. [1]

Actualmente la distorsión armónica constituye un problema creciente

uso de cargas no lineales (fuentes de armónicas) en las redes eléctricas,

tales como, convertidores estáticos de potencia y controladores de velocidad

ajustables. [1]

La figura 3.1 muestra de manera simple las corrientes armónicas con

fuentes ideales de corriente que operan a distintas frecuencias alimentando

la carga colocada en un simple circuito con la resultante de la suma d las

componentes armónicas con la fundamental.

Figura 3.1 representación en un simple circuito de las componentes de

corriente armónicas y como deberán estas sumarse a la fundamental para

formar la resultante.

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3.2.2) Señales armónicas.

Cuando una señal senoidal opera a una frecuencia determinada esta

se define como la fundamental, de los efectos producidos por diversos

equipos y demás fuentes armónicas se producen ondas senoidales de

distintas frecuencias (múltiplos de la frecuencia fundamental) que se suman

con la fundamental resultando una forma de onda distorsionada que será la

que alimente la carga. La figura 3.2 muestra las graficas de la onda

fundamental a 60 ciclos por segundo y la forma de onda de las señales

armónicas a frecuencias múltiplos de la fundamental (h= 2,3,4,5).

Fig.3.2. Señales armónicas en comparación con la fundamental a

60Hz; a) segunda armónica, b) tercera armónica, c) cuarta armónica y d)

quinta armónica. [3]

Al mismo tiempo hay que tener en cuenta que únicamente la señal

fundamental es la que produce potencia activa.

Las componentes armónicas en corriente alterna (variante en el tiempo)

se produce en múltiplos de la fundamental creando así una razón de ella.

Los armónicos se definen habitualmente con los dos datos más

importantes que les caracterizan, que son:

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a) b)

c) d)


Su amplitud: hace referencia al valor de la tensión o intensidad del

armónico.

Su orden: hace referencia al valor de su frecuencia referido a la

fundamental (60 Hz). Así, un armónico de orden 3 tiene una

frecuencia 3 veces superior a la fundamental, es decir 3 * 60 Hz = 180

Hz.

El orden del armónico, también es referido como el rango del armónico y

es la razón entre la frecuencia de un armónico fn y la frecuencia del

fundamental (60 Hz).

(Por principio, la fundamental f1 tiene rango 1). [4]

3.2.3) ORIGEN DE LOS ARMÓNICOS.

En general, los armónicos son producidos por cargas no lineales, lo

cual significa que su impedancia no es constante (está en función de la

tensión). Estas cargas no lineales a pesar de ser alimentadas con una

tensión sinusoidal adsorben una intensidad no sinusoidal, pudiendo estar la

corriente desfasada un ángulo respecto a la tensión.

Existen dos categorías generadoras de armónicos. La primera es

simplemente las cargas no lineales en las que la corriente que fluye por ellas

no es proporcional a la tensión. Como resultado de esto, cuando se aplica

una onda sinusoidal de una sola frecuencia, la corriente resultante no es de

una sola frecuencia. Transformadores, reguladores y otros equipos

conectados al sistema pueden presentar un comportamiento de carga no

lineal y ciertos tipos de bancos de transformadores multifase conectados en

estrella-estrella con cargas desbalanceadas o con problemas en su puesta a

tierra. Diodos, elementos semiconductores y transformadores que se saturan

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son ejemplos de equipos generadores de armónicos, estos elementos se

encuentran en muchos aparatos eléctricos modernos. Invariablemente esta

categoría de elementos generadores de armónicos, lo harán siempre que

estén energizados con una tensión alterna. Estas son las fuentes originales

de armónicos que se generan sobre el sistema de potencia. El segundo tipo

de elementos que pueden generar armónicos son aquellos elementos que

tienen una impedancia dependiente de la frecuencia. [4]

En la fig. 3.3 se muestra un esquema de potencia con una carga no

lineal conectada presentándose gráficamente la distorsión del voltaje.

Fig. Nº 3.3. Esquema básico de distorsión de voltaje.

3.2.4) Indice de Distrorsión Armonica.

El método más usado para medir la distorsión armónica en un sistema

de potencia es la distorsión total armónica (THD), este puede ser calculado

para la corriente o para la tensión, dependiendo de donde se quiera medir la

distorsión. Hay al menos otros dos índices usados en el análisis armónico,

generalmente aplicables a circunstancias especiales, esto incluye el índice

por el factor de influencia telefónica (TIF), que compara el contenido

armónico en relación al sistema telefónico, y el factor K, el cual considera las

pérdidas adicionales que las corrientes provocan en el transformador debido

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a la presencia de armónicas (un factor K unitario corresponde a una corriente

senoidal pura).

Sin embargo, en la mayoría de los casos donde las armónicas son

estudiadas en un sistema de potencia para identificar su fuente o diseñar

como deshacerse de ellas, el índice de distorsión más apropiada es el THD,

medido por separado para la tensión y para la corriente.

3.2.4.1)Distorsión Total de Voltajes.

El factor de distorsión total del voltaje THDv se define como la raíz

cuadrada de la sumatoria de los valores eficaces de las componentes

armónicas al cuadrado, desde h = 2 hasta h = infinito, dividida entre el valor

eficaz de la componente fundamental.

El THDv es igual al valor eficaz de la forma de onda de voltaje,

excluyendo de la original la componente fundamental y la componente de

corriente continua, dentro del valor eficaz de la componente fundamental.

THDV viene expresada por la formula siguiente;

La distorsión armónica total (Total Harmonic Distortion, THD) da una

medida del grado de distorsión de la variable.

En una señal sinusoidal THD = 0. En cambio, a medida que aumentan

las armónicas, aumenta el valor del THD.

3.2.4.2) Distorsión Total de Corrientes.

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El factor de distorsión total del corriente THDi se define como la raíz

cuadrada de la sumatoria de los valores eficaces de las componentes

armónicas al cuadrado, desde h = 2 hasta h = infinito, dividida entre el valor

eficaz de la componente fundamental. El THDi es igual al valor eficaz de la

forma de onda de corriente, excluyendo de la original la componente

fundamental y la componente de corriente continua, dentro del valor eficaz

de la componente fundamental. También, el valor eficaz de la forma de onda

de corriente es igual al producto del valor eficaz de la componente

fundamental y la raíz cuadrada de la suma de 1 más THDi al cuadrado.

3.2.5) Clasificación de los armónicos según su comportamiento en las redes de secuencia.

Los componentes de los sistemas de potencia se comportan de manera distinta frente las determinadas redes de secuencia, lo mismo, ocurre en las componentes armónicas debido a que estas componentes se producen por la interacción de la señal fuente ante el comportamiento variante de un elemento.

Una pequeña explicación del comportamiento de las componentes armónicas en las redes de secuencia serian:

3.2.5.1) Secuencia positiva (Rotación directa).

En este caso las corrientes armónicas producen sobrecalentamiento de los conductores llegando a extremo de romper conductores, reducir la vida útil de los equipos o dañarlos por completo.

3.2.5.2) Secuencia negativa (Rotación inversa).

En este caso se pueden producir una componente que sea capaz de frenar el motor y producir sobrecalentamiento en los conductores de los devanados acortando su vida útil o dañando el mismo.

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3.2.5.3) Secuencia cero.

En este caso no se encuentra un sentido definido de rotación por esto se le conoce como rotación homopolar, esta variación es posible que cause sobrecalentamientos en los conductores, y causa el mismo calentamiento en el neutro. Los armónicos múltiplos de tres no entran al sistema de potencia debido a que son de secuencia cero, es decir, que necesitan un camino de retorno para circular, en la parte de baja del interconectado nacional si se encuentra un retorno conexión a neutro) mas en la parte de alta tensión no se encuentra camino de retorno para que las armónicas de múltiplos de tres circulen, mas el resto de las armónicas son de secuencia positiva y secuencia negativa por lo tanto si circulan.

Armónicas de secuencia positiva 1,4,7,10,13,16,19

Armónicas de secuencia negativa 2,5,8,11,14,17,20

Armónicas de secuencia cero 3,6,9,12,15,18,21

Tabla n° 3.1. Clasificación de las componentes armónicas según las redes de

secuencia.

3.2.5) Efecto de los Armónicos en los Equipos Eléctricos.

Las corrientes armónicas generadas por cargas no lineales, están

desfasadas noventa grados con respecto al voltaje que las produce, fluyendo

una potencia distorsionada de la fuente a la red eléctrica y viceversa, que

solo es consumida como pérdidas por efecto Joule que se transforman en

calor, de forma equivalente a la potencia reactiva, relacionada al factor de

potencia de desplazamiento.

Algunos de los efectos nocivos producidos por el flujo de corrientes

armónicas son:

Aumento en las pérdidas por efecto Joule (I2R) incluyendo el

Sobrecalentamiento en conductores del neutro.

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Sobrecalentamiento en motores, generadores, transformadores y

cables, reduciendo su vida útil y produciendo Vibración en motores y

generadores.

Falla de bancos de capacitores y transformadores.

Efectos de resonancia que amplifican los problemas mencionados

anteriormente y pueden provocar incidentes eléctricos, mal

funcionamiento y fallos destructivos de equipos de potencia y control.

Problemas de funcionamiento en dispositivos electrónicos sensibles,

tales como relees de protecciones, computadoras e interferencia en

sistemas de telecomunicaciones.

Los efectos dependerán de la proporción que exista entre la carga no

lineal y la carga total del sistema, aunado a que se debe mantener la

distorsión dentro de los límites establecidos por las normas.

Generalmente cuando la carga no lineal representa menos del 20% de

la carga total, la distorsión armónica en corriente estará dentro de los límites

establecidos en la Norma IEEE-Std 519, sin que exista la necesidad de

efectuar algún tipo de filtrado.

Si se cuenta con equipo electrónico sensible en plantas industriales,

donde las cargas no lineales sean solo una pequeña proporción, pueden

llegar a ocurrir problemas en su funcionamiento atribuibles al sistema de

puesta a tierra, conmutación de capacitores remotos, transitorios, o distorsión

armónica producida por otros usuarios, debiendo de identificar las causas y

tomar las acciones correctivas, que pudiera requerir la instalación de

protecciones o filtros.

Los problemas causados por la distorsión armónica, ocurren

usualmente cuando la carga no lineal representa más del 20% de la total y

por la presencia de bancos de capacitores se presentan condiciones de

resonancia.

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3.2.6) Criterios para la evaluación de armónicos en al carga

conectada a los circuitos de la S/E Melones Oeste.

Para la evaluación de los niveles máximos de distorsión armónica

permisibles en el sistema eléctrico de la S/E Melones Oeste, se empleará las

recomendaciones establecidas por Norma IEEE Std 519-1992 “IEEE

Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in

Electrical Power Systems”, las cuales plantea las siguientes

consideraciones a seguir:

3.2.6.1) Limites de Distorsión de Corriente (THDi).

El objetivo de estos límites es:

Limitar la inyección de armónicos por los clientes individuales de

manera que no causen distorsiones de voltaje inaceptables para

características normales del sistema.

Limitar la distorsión armónica total del voltaje suministrado por la red.

La distorsión armónica de voltaje en el sistema es función de la

corriente armónica total inyectada y de la impedancia del sistema a cada una

de las frecuencias armónicas. La cantidad de corriente armónica inyectada

depende de la cantidad de usuarios y de su tamaño.

En la tabla Nº 3.2, se expresa la relación entre la capacidad de corriente

de cortocircuito, en el punto donde la carga se conecta a la red y su corriente

máxima. Los límites individuales de corrientes armónicas son expresados

como un porcentaje de esta corriente de carga máxima (demanda).

Las tablas # 3.2, 3.3 y 3.4 son aplicables para rectificadores de 6-pulsos y

situaciones generales de distorsión. Sin embargo, cuando se usan

convertidores con número de pulsos (q) de más de 6, los límites

para las armónicas características son incrementados por un factor

equivalente con tal que las amplitudes de las armónicas no-

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características sean menores que el 25 % de los límites especificados en las

tablas.

Máxima corriente de distorsión en % de IL. Para armónicas impares

ICC / IL <11 11£h<17 17£h<23 23£h<35 35£h THDi

<20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0

20<50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0

50<100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0

100<1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0

>1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0

Tabla Nº 3.2: Límites de distorsión de corriente para sistemas de distribución general de (120 V a 69 kV). Máxima corriente de distorsión en % de IL. Para armónicas impares. Para armónicas pares se incrementa el límite

en 25% de las impares

ICC / IL <11 11£h<17 17£h<23 23£h<35 35£h THDi

<20 2.0 1.0 0.75 0.3 0.15 2.5

20<50 3.5 1.75 1.25 0.5 0.25 4.0

50<100 5.0 2.25 2.0 0.75 0.35 6.0

100<1000 6.0 2.75 2.5 1.0 0.5 7.5

>1000 7.5 2.5 3.0 1.25 0.7 10.0

Tabla Nº 3.3: Limites de distorsión de corriente para sistemas de 69 001 V a 161 KV. Máxima corriente de distorsión en % de IL. Para armónicas impares.

Para armónicas pares se incrementa el límite en 25% de las impares.

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ICC / IL <11 11£h<17 17£h<23 23£h<35 35£h THDi

<50 2.0 1.0 0.75 0.3 0.15 2.5

>50 3.0 1.5 1.15 0.45 0.22 3.75

Tabla Nº 3.4. Limites de distorsión de corriente para sistemas mayores a 161 KV. Máxima corriente de distorsión en % de IL. Para armónicas impares.

Para armónicas pares se incrementa el límite en 25% de las impares

Las siguientes observaciones rigen para las tablas Nº 3.2, 3.3 y 3.4:

Las armónicas pares están limitadas al 25% de los valores para

armónicas impares mostrados en las tablas.

No son admisibles distorsiones de corriente que generen corriente

continua.

ICC: Máxima corriente de cortocircuito en el PCC.

PCC: Punto de acoplamiento común (Point of Common Coupling) y

corresponde al lugar en que se interconectan el convertidor (carga no

lineal) con los otros consumidores.

IL: Máxima corriente demandada por la carga en el PCC

(componente de frecuencia fundamental).

3.2.6.2) Limites de Distorsión de Voltajes (THDv):

El estándar IEEE-519 establece límites para los niveles de distorsión

de voltaje en forma porcentual referido a la componente fundamental. La

distorsión individual de voltaje se refiera el máximo porcentual que se puede

presentar en cada componente armónica. Estos límites están en función de

los niveles de voltaje estandarizados para el suministro de energía, tal y

como lo muestra la Tabla Nº 3.5.

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Voltaje del barra

Distorsión

Individual de Voltaje

[IHD]

Distorsión Total

de Voltaje THDV

[%]

£ 69 KV 3.0 5.0

69 KV< Vbus £ 161 KV

1.5 2.5

> 161 KV 1.0 1.5

Tabla Nº 5. Límites de distorsión de voltajes IEEE Std. 519 – 1992

Adicionalmente, la Norma IEEE 519-1992, agrupa a las fuentes

emisoras de armónicas en tres categorías diferentes:

Dispositivos electrónicos de potencia: Variadores de Voltaje y/o

Frecuencia, UPS, Cargadores/Rectificadores de Baterías, Inversores,

etc.

Dispositivos productores de arcos eléctricos: Equipos de

soldadura, Hornos de Arco, Luminarias de Vapor de sodio, Mercurio,

Fluorescente, etc.

Dispositivos ferromagnéticos: Transformadores, Motores,

Generadores, compensadores, Capacitores, etc.

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4) Metodología y técnicas de estudio.

4.1) Tipo de investigación.

Esta investigación será de tipo proyectiva, también conocida como

proyecto factible, ya que, consistirá en simular el sistema interconectado de

la S/E Melones Oeste a 115 kV y 13.8 kV de PDVSA en el distrito San Tome,

empleando herramientas computacionales especializadas en el estudio de

fenómenos armónicos, para estimar los efectos nocivos para los equipos y su

bajo desempeño y alto consumo de energía eléctrica.

4.2) Nivel de la investigación.

El nivel de este trabajo será de nivel explicativo, debido a que, según

Cázares, Christen, Jaramillo, Villaseñor y Zamudio (2000, p. 18), se centra

en buscar las causas o los por qué de la ocurrencia del fenómeno, de cuáles

son las variables o características que presenta y de cómo se dan sus

interrelaciones. Su objetivo es encontrar las relaciones de causa-efecto que

se dan entre los hechos a objeto de conocerlos con mayor profundidad.

4.3) Técnicas a utilizar.

Para el desarrollo de este proyecto se utilizaran técnicas de muestreo

para realizar las mediciones de campo, acompañado de cálculos teóricos

que serán vaciados en la realización de modelos de simulación para los

circuitos de la S/E Melones Oeste.

4.3.1) técnicas de recolección de datos.

Observación Directa: Esta técnica permitió visualizar y comprender la

información proveniente del sistema estudiado. También será de gran

utilidad en la apreciación real del funcionamiento de la S/E.

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Entrevistas no Estructuradas: A través de entrevistas no estructuradas

dirigidas al personal que tiene que ver con las operaciones y

maniobras que se realizan en las subestaciones involucradas, se

obtuvo información verbal acerca de los procedimientos en

condiciones normales y de contingencia, siendo esta información útil

para cumplir con los objetivos propuestos.

Muestreo y medición: mediante el uso de equipos especializados de

registro de eficiencia de energía se recolectaran los datos de

operación de la población muestreada.

Revisión Bibliográfica: esta técnica permite visualizar y comprender

todo el sistema integrado a la red de potencia del distrito San tomé,

especial la S/E Melones Oeste, entendiéndose así la comprensión de

los equipos instalados.

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5) Etapas del proyecto.

1. Etapa de revisión bibliográfica y planificación; Reconocimiento y alcances del estudio del impacto de los Armónicos en la red eléctrica de PDVSA- División faja/Distrito San Tome. Fecha: desde 15/12/09 hasta 15/02/10

Planteamiento problema de los armónicos en la red de de PDVSA – División faja/ Distrito San Tome.

Recopilación del material Bibliográfico necesario para realizar el planteamiento y establecer las bases teóricas que sustentan el problema.

Delimitar el alcance del estudio. Establecer Objetivos y pautas a cumplir en el desarrollo del

estudio2. Etapa de Coordinación del estudio. Fecha: desde 15/01/10 hasta

15/03/10 Reconocer las fuentes de armónicos más sobresalientes

presentes en la red y su ubicación en el sistema. Establecer y caracterizar los equipos asociados a los puntos

de mayor impacto armónico. Realizar mediante paquetes de simulación (PSCAD o ETAP) el

levantamiento de la red haciendo énfasis en las fuentes armónicas predominantes en el sistema, buscando el modelo apropiado para la representación.

3. Etapa de cuantificación teórica de armónicos. Fecha: desde 15/03/10 hasta 15/04/10

Realizar el estudio teórico según las series de furrier para determinar el impacto armónico causado en los ya determinados sitios considerados como puntos de mayor incidencia armónica (fuentes armónicas)

Determinar cuales son las armónicas más influyentes en el sistema tomando en cuentas las condiciones del mismo.

4. Etapa de cuantificación Armónica en el sistema. Fecha: desde 15/03/10 hasta 15/05/10

Catalogar y reconocer los equipos necesarios para realizar la medición.

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Seleccionar puntos de muestreo importantes para proceder a realizar las medidas de las componentes armónicas y así presentar una comparación de los datos obtenidos de las mediciones, simulación y componentes teóricas.

5. Etapa de entrega y presentación del proyecto. Fecha: desde 15/04/10 hasta el 15/06/10

Presentación de resultados obtenidos. Elaboración de una propuesta factible para mejorar el índice de

componentes armónicas en el sistema. Establecer conclusiones y recomendaciones. Redacción final del proyecto. Presentación final del proyecto.

6) Cronograma de actividades.

Meses Diciembre Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio

N°

Etapas

Semanas3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2

Duración (Semanas)

I Revisión bibliográfica y planificación 10

II Coordinación del estudio 12

III Cuantificación teórica de armónicos

IV Cuantificación Armónica en el sistema

V Entrega y presentación del proyecto.

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BIBLIOGRACIA CONSULTADA.

[1] LILIAN Francisca Fernández Ortiz. (2002). “Evaluación de la

contaminación de armónicos presentes en las cargas conectadas en

la línea N°.2 de la sub-estación morichal PDVSA”. Trabajo de Grado

en Ingeniería Eléctrica presentado en la Universidad De Oriente Núcleo

de Anzoátegui, Venezuela.

[2] ANDRES Eduardo Scalisi Giamporcardo. (2005). Estudio del efecto

de los armónicos en las líneas de transmisión en los niveles de voltaje de

115 kv y 69 kv.

[3] ESP OIL. “Curso; Armónicas en redes eléctricas: Causas,

efectos y soluciones.” Maracaibo- Venezuela (2005). Dictado por: Dr.

Miguel Escalante.

[4] Ernesto Noriega Stefanova. “Generalidades sobre los

armónicos y su influencia en los sistemas de distribución de energía”.

Empresa Eléctrica Matanzas. CUBA (Enero 2005).

[5] Derek A. Paice. “Power electronic converter harmonics,

multipulse methods for clean power.

[6] The Institute of Electrical and Electronic Engineers, Inc. “

Recommended practices and requirements for harmonic control in

electrical power systems” IEEE Std. 519™-1992.

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Documents

Anteproyecto Rafel Narvaez