ABB-Código de Red - Banco de Capacitores y Filtros de Armónicos

Introducción al Código de Red

• Bienvenida a la conferencia sobre el código de red, banco de capacitores y filtros de armónicos.

• Presentación del ingeniero Dan y Salazar, especialista en soluciones para factor de potencia y distorsión armónica.

Antecedentes del Código de Red

• El código de red se ha vuelto relevante desde el año pasado, aunque fue publicado anteriormente.

• Surge tras una reforma que cambia la estructura del suministro eléctrico en el país.

Nueva Estructura del Sector Eléctrico

• EFE ahora es un participante más en la comercialización y distribución eléctrica.

• La nueva estructura incluye colaboración con la Secretaría de Energía y la CRE.

Objetivos del Código de Red

• Manual emitido por la CRE con regulaciones técnicas para un sistema eléctrico sano.

• Busca mejorar calidad energética: tensión, frecuencia, factor de potencia y armónicas.

Cumplimiento del Código de Red

• Publicado el 8 de abril 2016; entró en vigor el 9 de abril 2016 con un plazo para cumplir hasta abril 2019.

• Se busca un sistema eléctrico nacional eficiente y confiable mediante estos requerimientos.

Importancia del Factor de Potencia

• Mejora en eficiencia energética al optimizar el factor de potencia.

• Un bajo factor indica desperdicio energético; elevarlo mejora eficiencia cercana al 100%.

Contaminación Armónica en Sistemas Eléctricos

• La industria moderna genera contaminación armónica debido a cargas inductivas y electrónica avanzada.

Objetivos del Código de Red

• El código de red busca mejorar la confiabilidad del sistema eléctrico nacional y controlar la contaminación armónica.

• Existen manuales técnicos para la interconexión de centrales eléctricas al sistema eléctrico nacional.

• Se requiere realizar estudios previos antes de interconectar nuevas plantas, incluyendo análisis de distorsión armónica.

Estudios Necesarios para Interconexiones

• Los estudios incluyen estado estable, coordinación de protecciones y calidad de energía.

• Se utilizan software como PSS para validar los estudios requeridos por la CREE.

• Ejemplos muestran que altos niveles armónicos pueden impedir la interconexión a pesar de tener instalaciones listas.

Manuales Técnicos y Plazos

• Un segundo manual se enfoca en la conexión de centros de carga ya operativos en el sistema eléctrico nacional.

• Hay un plazo máximo de tres años desde abril del año pasado para cumplir con el código.

• La CREE puede realizar visitas para verificar el cumplimiento del código y evitar penalizaciones.

Confusiones sobre Aplicación del Código

• Hubo confusión sobre si el código aplicaba solo a alta tensión o también a media tensión.

• La CREE publicó una guía clara sobre cómo se medirá el cumplimiento según niveles de tensión.

• Los usuarios conectados en media tensión deben cumplir requisitos específicos relacionados con calidad energética.

Requisitos Específicos por Nivel Tensión

• Usuarios en media tensión deben cumplir con requerimientos técnicos básicos; alta tensión tiene requisitos más estrictos.

• A usuarios en alta tensión se les exige cumplir con factor de potencia y distorsión armónica además de otros valores.

• El objetivo es asegurar un sistema eléctrico nacional sano, considerando todos los usuarios conectados.

Evolución del Código de Red

Autorización del Código de Red

• La autorización está en la etapa final, pero aún no es vigente debido a la pandemia y falta de recursos.

• Se espera una actualización del código de red cada dos años; este año se anticipa que se realice.

• La actualización afectará a usuarios con demanda contratada mayor a 1,000 kW, mejorando el sistema eléctrico nacional.

Requerimientos Técnicos para Media Tensión

• Centros de carga conectados en media tensión deben cumplir el código de red en un plazo de dos años.

• Actualmente, solo es vigente el documento del 2016 con requerimientos técnicos para media y alta tensión.

• El monitoreo del factor de potencia era realizado por CF mensualmente.

Cambios en el Monitoreo del Factor de Potencia

• Penalización si el factor de potencia está por debajo del 90%; bonificación si está arriba.

• El nuevo código exige mantener el factor entre 0.95 y 1 durante al menos el 95% del tiempo mensual.

• A partir de 2026, se requerirá un rango entre 0.97 y 1 con cumplimiento del 97%.

Compensación y Tecnología Fija

• Empresas usaban capacitores fijos para mejorar su factor de potencia evitando multas.

• La sobrecompensación puede causar inestabilidad en la atención eléctrica.

• Pasarse del factor uno puede generar problemas como sobretensiones que dañan equipos electrónicos.

Inestabilidad por Sobrecarga

• Capacitores almacenan energía; si no hay carga, pueden causar inestabilidad al regresar energía a la red.

• Ejemplo: empresas desconectan cargas pero dejan capacitores activos, generando voltajes altos inesperados.

Compensación de Factor de Potencia

• Se utilizan tecnologías automáticas para medir y ajustar el factor de potencia en plantas.

• Los bancos automáticos desconectan capacitores cuando no hay carga, y los reconectan al reanudar la operación.

Normas de Distorsión Armónica

• El código de red establece niveles de distorsión armónica que deben cumplirse.

• Las tablas 3.8 definen límites armónicos según el nivel de tensión en las plantas.

Estudios Necesarios para Cumplimiento

• Se requieren estudios para conocer la potencia de cortocircuito y corriente de carga.

• La relación entre corriente de cortocircuito y carga determina los límites armónicos permitidos.

Monitoreo y Análisis Armónico

• Es crucial monitorear cada armónica individualmente, no solo la distorsión total.

• Cada armónica tiene un límite específico que debe ser respetado para cumplir con el código.

Penalizaciones por Incumplimiento del Código

• Existen multas del 2 al 10% sobre ingresos brutos por incumplir disposiciones del código.

• La evaluación del incumplimiento depende del criterio de la CRE y puede variar según el impacto.

Acciones Correctivas para Evitar Multas

• Realizar estudios y análisis ayuda a evitar penalizaciones significativas.

• Las empresas deben demostrar acciones correctivas ante auditorías para mitigar riesgos.

Multa por Incumplimiento Grave

¿Cómo evitar penalizaciones en el cumplimiento del código de red?

Importancia del cumplimiento

• Se habla de 50 mil salarios, lo que equivale a 5 millones de pesos. Es crucial evitar penalizaciones y mejorar los requerimientos técnicos.

• El código de red exige cumplir en el punto de interconexión con el sistema eléctrico nacional, donde se monitorea el factor de potencia.

Soluciones para distorsión armónica

• Existen alternativas para solucionar problemas de factor de potencia y distorsión armónica conectando equipos en diferentes niveles de tensión.

• En subestaciones saturadas, se puede buscar soluciones desde baja tensión para mejorar la compensación y eliminar armónicas.

Beneficios técnicos

• La mejor solución técnica es abordar la distorsión desde la fuente o las cargas que afectan el factor de potencia.

• Instalar equipos en puntos estratégicos mejora la calidad energética y cumple con el código sin afectar procesos internos.

¿Cuál es la diferencia entre compensar en media y baja tensión?

Comparativa entre tensiones

• Compensar cada transformador requiere más equipos en baja tensión comparado con uno solo en media tensión.

• Si un capacitor falla en media tensión, toda la planta queda afectada; mientras que en baja, se pueden mantener otros bancos operativos.

Flexibilidad operativa

• En baja tensión, si un banco falla, los demás pueden seguir funcionando al 100%, asegurando cumplimiento del código.

¿Qué menciona el código sobre las soluciones?

Opciones disponibles

• El código no especifica cómo cumplir los requerimientos; permite usar capacitores, filtros pasivos o activos según decisión del usuario.

Revisión previa a soluciones

• Antes de implementar soluciones, es esencial realizar estudios sobre estado actual del proceso y factores como distorsión armónica.

Importancia del análisis previo

Evaluación inicial

Soluciones para el Monitoreo de Voltajes y Potencias

• Se pueden utilizar equipos de medición para monitorear voltajes, corrientes y potencias.

• Capacitores fijos, bancos automáticos y filtros activos son soluciones para compensar el factor de potencia.

• Es posible hacer compensaciones locales por motor con capacitores fijos.

Seguridad en la Instalación de Capacitores

• Los capacitores cilíndricos tienen un punto de protección que se activa ante sobrepresión.

• La contaminación armónica puede calentar el capacitor, generando presión interna peligrosa.

• Un fallo en el capacitor puede causar daños significativos debido a cortocircuitos.

Mecanismos de Seguridad en Capacitores

• Los fabricantes instalan puntos de seguridad para evitar fallas catastróficas en los capacitores.

• Todos los capacitores deben tener resistencias de descarga para evitar descargas peligrosas.

• Un mecanismo especial asegura que las tres fases se desconecten simultáneamente si hay sobrepresión.

Diseño Seguro de Capacitores Rectangulares

• Los capacitores rectangulares están diseñados con gabinetes de acero y material aislante como vermiculita.

• La vermiculita actúa como aislante térmico y extingue incendios dentro del capacitor.

• Es crucial calcular correctamente los puntos de seguridad al instalar un capacitor.

Riesgos Asociados a la Resonancia

Funcionamiento de los Bancos Automáticos

• Los capacitores pueden fallar fuertemente; se utilizan en bancos automáticos para medir y ajustar la carga.

• Se requieren controladores confiables que operen automáticamente, conectando o desconectando capacitores según el factor de potencia.

• Un controlador proporciona mediciones y comunicación, permitiendo decisiones rápidas ante caídas del factor.

Monitoreo de Parámetros Eléctricos

• Equipos de monitoreo permiten visualizar parámetros eléctricos como kilowatts, voltajes y corrientes.

• Se puede analizar el espectro armónico y las formas de onda para un estudio completo del consumo eléctrico.

• La compensación del factor de potencia se realiza a través de contactos que ajustan la carga automáticamente.

Conexión Segura de Capacitores

• Se espera 40 segundos entre conexiones para evitar transitorios que afecten cargas sensibles.

• Este tiempo garantiza una conexión segura sin afectar equipos electrónicos delicados.

• Aplicaciones con cambios rápidos en la carga requieren soluciones más rápidas que los contactos convencionales.

Adaptación a Cambios en Cargas Electrónicas

• Los bancos de capacitores deben adaptarse a nuevas condiciones, especialmente con cargas electrónicas modernas.

• Muchas empresas usan bancos antiguos inadecuados para sus actuales necesidades eléctricas.

• Un mal ajuste puede generar problemas mayores en distorsión armónica si no se realiza un estudio previo.

Control de Distorsión Armónica

• Los bancos amplifican la distorsión armónica; es crucial realizar estudios antes de su instalación.

• Reactores se añaden a los bancos para controlar la distorsión armónica y proteger equipos electrónicos.

Filtrado de Distorsión Armónica

• El reactor se coloca entre la red y el capacitor, reduciendo la distorsión armónica de 7% a 5.5%.

• La eliminación de distorsión es limitada; un capacitor nuevo puede resolver problemas en lugar de filtros costosos.

• Cambiar capacitores viejos por nuevos con reactores puede eliminar la distorsión, cumpliendo con los códigos de red.

Medición y Tipos de Reactores

• Es necesario medir para elegir el tipo adecuado de reactor: algunos protegen armónicas desde 3.8 y otros desde 2.4.

• Muchos clientes creen que solo necesitan más capacitores para mejorar el factor de potencia.

• La distorsión armónica no es tan conocida como el factor de potencia, pero es crucial abordarla.

Comprendiendo las Armónicas

• Las armónicas son múltiplos de la frecuencia fundamental (60 Hz en México).

• Las armónicas impares (3ra, 5ta, 7ma) son las más peligrosas y deben ser monitoreadas.

• Se presentan formas de onda senoidal limpias junto a las armónicas que generan contaminación.

Efectos en Equipos Electrónicos

• Las armónicas pares tienden a eliminarse debido a su simetría; las impares no pueden ser eliminadas fácilmente.

• La distorsión genera ruido que afecta el funcionamiento normal de los equipos electrónicos.

• Cada armónica tiene efectos específicos sobre motores eléctricos, incluyendo cambios en sentido de giro.

Consecuencias para Motores y Capacitores

• Secuencias negativas pueden causar cambios constantes en el sentido del motor, generando picos de corriente.

• La llegada constante de secuencias positivas aumenta la temperatura del motor y requiere mantenimiento frecuente.

¿Qué es la distorsión armónica?

• La distorsión armónica genera más calor en los capacitores y afecta tanto la corriente como el voltaje.

• La distorsión en corriente causa daños a largo plazo, mientras que la distorsión en tensión afecta las fuentes de alimentación.

• Equipos electrónicos son los más afectados por cambios en la fuente de alimentación debido a la distorsión armónica.

Soluciones para eliminar la distorsión armónica

• Se utilizan filtros activos para monitorear y generar contrarresto a las distorsiones armónicas.

• Estos filtros pueden crear simetría entre las armónicas impares y pares para su eliminación.

• Un caso de éxito mostró una reducción del 16% al 3.7% en distorsión tras aplicar un filtro activo.

Impacto de la reducción de distorsiones

• La reducción de distorsiones mejora las formas de onda y disminuye el calor generado por corrientes no deseadas.

• Identificar las armónicas presentes permite ajustar el filtro para eliminar específicamente aquellas problemáticas.

• Al mejorar el voltaje, se reduce también la corriente armónica, optimizando así el sistema eléctrico.

Efectividad del filtro activo

• Con un filtro adecuado, se puede reducir aún más la distorsión, dependiendo de su capacidad.

• El filtro elimina efectivamente las armónicas 5 y 7, mejorando notablemente el rendimiento del sistema.

• Las mediciones muestran una drástica disminución en amperios asociados a estas frecuencias problemáticas.

Consideraciones finales sobre filtros

• Se pueden seleccionar múltiples armónicas para eliminar según sea necesario con un filtro potente.

• Los filtros activos responden automáticamente a nuevas cargas generadoras de armónicas.

Filtros para Cargas Industriales

• Se puede utilizar un filtro de 3 fases y 4 hilos para cargas industriales con variadores de velocidad.

• Para eliminar armónicos, se pueden usar módulos maestros y esclavos, aumentando la potencia hasta 8 veces.

• Filtros más robustos son necesarios para plantas pesadas como cementeras que generan alta distorsión armónica.

Casos Severos de Distorsión Armónica

• Un caso severo mostró una distorsión armónica del 30% con 340 amperes de corriente armónica.

• La distorsión debe relacionarse con la corriente total; un 30% en baja carga no es problemático, pero sí en alta carga.

• La forma de onda se deformó significativamente, afectando el funcionamiento de equipos electrónicos.

Mejoras Tras la Implementación del Filtro

• Al instalar el filtro, la distorsión bajó a menos del 8% en corriente y al 2% en voltaje.

• Se logró un ahorro energético significativo al reducir la corriente armónica, mejorando la calidad de energía.

• Se abrió el espacio para preguntas y respuestas sobre los conceptos presentados.

Métodos para Determinar Cortocircuito

• El método Bruce infinito es confiable para estimar niveles de cortocircuito sin todos los datos disponibles.

• Es recomendable corroborar resultados mediante software especializado y datos proporcionados por distribuidores.

Cálculo de Corriente de Carga

• La corriente se mide durante un periodo para determinar máximos y promedios necesarios para cálculos posteriores.

• En plantas no operativas, se basa en planos eléctricos para calcular corrientes necesarias.

Impacto de Armónicos en Baja Demanda

¿Cómo afecta la carga a la corriente armónica?

• Al quitar carga, la corriente baja, pero si no se desconecta la carga generadora de armónicos, se incrementa la distorsión.

• La corriente armónica en la red depende de mantener conectada la carga que genera los amperios armónicos.

Conclusiones de la conferencia

• Se agradece a los participantes y al ponente por su experiencia y conocimientos compartidos.