1 Centro de investigación en materiales avanzados, S.C. TITULO DE TESIS MONITOREO DE CONDICIÓN, UNA ALTERNATIVA PARA EL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA TESIS QUE COMO REQUISITO PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN ENERGÍAS RENOVABLES PRESENTA EL ALUMNO José Trinidad Rolón Salazar DIRECTOR DE TESIS Dr. Pedro Sánchez Santiago Tijuana Baja California Abril 2012
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Centro de investigación en materiales avanzados, S.C.
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Centro de investigación en materiales avanzados, S.C.
TITULO DE TESIS
MONITOREO DE CONDICIÓN, UNA ALTERNATIVA
PARA EL USO EFICIENTE DE LA
ENERGÍA ELÉCTRICA
TESIS QUE COMO REQUISITO PARA OBTENER EL
GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN ENERGÍAS
RENOVABLES PRESENTA
EL ALUMNO
José Trinidad Rolón Salazar
DIRECTOR DE TESIS
Dr. Pedro Sánchez Santiago
Tijuana Baja California Abril 2012
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Agradecimiento
Gracias a la Universidad Tecnológica de Tijuana por la oportunidad brindada. Gracias al CIMAV y sus maestros por el conocimiento adquirido. Gracias a dios y mi familia por su gran ayuda.
3
Resumen
El presente proyecto tuvo como finalidad solucionar el excesivo consumo de energía
reactiva, debido a la subutilización del sistema de transformadores de la universidad.
En los objetivos planteados se vislumbró realizar un monitoreo de transformadores para
verificar la energía real entregada de acuerdo con las demandas eléctricas y realizar un
análisis para la redistribución de la electricidad.
El procedimiento que se utilizó fue realizar un monitoreo en tiempo real con equipo
analizador de energía en cada uno de los transformadores, con la información obtenida
se realizó un diagnostico en donde se plantearon las soluciones para la mejora y
eficiencia del sistema de transformación.
Se logró con la propuesta aumentar la eficiencia del sistema de un 7.5% hasta un 19.02
%, una vez realizadas cada una de las mejoras para la operación eficiente del sistema
eléctrico.
Abstract
This project aimed to solve the excessive reactive power consumption due to the
underutilization of the system transformers college.
In the proposed objectives were envisioned to monitor for transformers to verify actual
energy delivered in accordance with the electrical requirements and analysis for the
redistribution of power.
The procedure used was to conduct a real time monitoring energy analyzer equipment
in each of the transformers, with the information obtained, we performed a diagnosis
where solutions were proposed for the improvement and efficiency of transformation.
Was achieved with the proposed increase system efficiency by 7.5% to 19.02%, after
completing each of the improvements to the efficient operation of the electricity system.
Chiapas, Tabasco. Todos los municipios de los estados de Zacatecas, San Luis Potosí
y Veracruz no comprendidos en la Región Norte o en la Región Noreste. Todos los
municipios de los estados de México y Morelos no comprendidos en la Región Central.
Región Peninsular
Todos los municipios de los estados de Yucatán, Campeche y Quintana Roo. Para la
aplicación de la tarifa número 5 del servicio para alumbrado público, las zonas
conurbadas se encuentran comprendidas por los siguientes municipios:
Distrito Federal (C.F.E., 2013)
Todas las delegaciones del Distrito Federal. Municipios del Estado de México: Tultepec,
Tultitlán, Ixtapaluca, Chalco de Díaz Covarrubias, Huixquilucan de Degollado, San
Mateo Atenco, Toluca, Tepotzotlán, Santa Cruz Atizapán, Cuautitlán, Coacalco,
Cuautitlán Izcalli, Atizapán de Zaragoza, Tlalnepantla, Naucalpan de Juárez, Ecatepec,
Chimalhuacán, San Vicente Chicoloapan, Texcoco, Nezahualcóyotl y Los Reyes La
Paz. Municipios del estado de Morelos: Cuernavaca.
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Guadalajara
Municipios del estado de Jalisco: Guadalajara, Tonalá, Juanacatlán, Tlaquepaque,
Zapopan, El Salto y Tlajomulco de Zúñiga.
Monterrey
Municipios del estado de Nuevo León: Monterrey, Guadalupe, Santa Catarina, General
Escobedo, Apodaca, Juárez, García, San Nicolás de los Garza y San Pedro Garza
García.
NORMALIZACIÓN.
El marco legal de toda instalación eléctrica se refiere al cumplimiento de las siguientes
leyes y reglamentos, así como las normas vigentes.
· Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica; que establece los derechos y
obligaciones tanto de la compañía suministradora como del usuario, así como
lineamientos a seguir para el suministro y uso de la energía eléctrica.
· Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica; que expone de
manera específica las acciones y preceptos a seguir para el adecuado cumplimiento de
la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica.
· Ley Federal sobre Metrología y Normalización.
· Reglamento de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización
· Normas Mexicanas NMX-CC sobre calidad.
· Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012; relativa a las instalaciones destinadas
al suministro y uso de la energía eléctrica.
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2.3 Descripción del equipo de análisis de redes 3945 AEMC.
A continuación se mostrará la secuencia básica para preparar el instrumento de
análisis de redes 3945 AEMC, donde realizaremos como ejemplo un monitoreo del
motor de inducción monofásico, para poder ver la forma de onda del voltaje y corriente,
con su respectivo desfasamiento (Factor de potencia de desplazamiento).
¿Cómo me Conecto con el PowerPad?
2.3.1 Empezar DataView Profesional:
Seleccione”Abrir el Panel de Control del Instrumento”. Si el menú de arriba no fuera
visible, seleccione desde el menú “Instrumento”, “Panel de Control”:
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El menú superior es posible que sea visible. En este caso, seleccione la velocidad de
comunicación a la misma que esta seleccionada en el PowerPad. Podrá seleccionar la
velocidad en el PowerPad seleccionando el botón de configuración, seguidamente
seleccionando “Velocidad de Bauds”, entonces ajuste la velocidad, y presione la tecla
de enter, el botón que hay en el PowerPad que tiene una flecha. Seleccione el puerto
de Comunicación, el cual está conectado al PowerPad. Presione “OK”.
El menú superior es posible que sea visible. En este caso, seleccione PowerPad en las
dos partes de la pantalla, y presione “OK”. Usted debería ver ahora:
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¿Cómo puedo configurar el PowerPad? Después de la conexión al PowerPad, seleccione del menú " Instrumento" " Configure "
para obtener la siguiente pantalla:
Indicar su preferencia para el cálculo de energía reactivo. Indique la frecuencia de línea
esperada. " La Frecuencia Nominal " sólo es usada para cálculos de potencia, y no
afecta el rastreo de frecuencia automático del PowerPad. " El Sensor corriente "
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debería emparejar los sensores que usted ha conectado. Los sensores conectados a
las líneas diferentes deberían ser todos los mismos. " El Tipo de Conexión " es usado
para indicar el número de fases que usted usa. El PowerPad sobre todo no hará caso
de las lecturas que consigue de fases que usted no usa. Usted puede configurar el
reloj del PowerPad desde esta pantalla.
Usted puede poner el Voltaje del Ratio del Transformador . Este valor es usado por el
software para multiplicar todos los voltajes leídos recibidos del PowerPad. Por ejemplo,
si había un Voltaje RMS de 120V, y la caja " Salida" tiene "10" y la caja "Entrada" tiene
"1", varias pantallas que muestran que el Voltaje RMS mostraría 1200V. El PowerPad
no usa esta proporción. El software usa y recuerda este ratio.
Dos de las Sondas de Corriente tienen un Ratio de Corriente. El ADA (Adaptador)
Proporciona un ratio del Primario al Secundario, como hace la Sonda de MN193
cuando la posición de corriente es 5A. El PowerPad usa y recuerda estos ratios.
Seleccione " Pantalla PowerPad " presione la etiqueta para cambiar la pantalla del
PowerPad.
¿Cómo puedo Ver una grabación de Tendencia?
Después de la conexión al PowerPad, seleccione del menú " Instrumento" y" Configure
", entonces seleccione la etiqueta " Grabaciones" para obtener la siguiente pantalla:
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Seleccione uno de los cuatro números de configuración. Cada configuración almacena
un perfil de grabación, que es un grupo de parámetros para ser guardados en una
grabación. Escoja los parámetros que usted quiere almacenar.
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Si los valores armónicos que usted quiere registrar incluyen el armónico número 1, la
grabación incluirá los valores absolutos, voltios, amperios, y vatios, de cada armónico,
además del por ciento de armónico 1. De otra manera, esto sólo incluirá el por ciento
de armónico 1. Escoja un nombre, hasta 8 caracteres, para la grabación, cuando usted
quiere que comience y se terminen, y el período de integración. El período de
integración representa un punto de dato en la grabación, que es un valor medio durante
aquel período entero. Por ejemplo, Vrms con un período de integración de 1 minuto
mostraría, para cada minuto, el promedio Vrms.
Note, que el máximo que registra cambios de tiempo, cuando el período de integración
cambia.
Presione “OK”.
Confirme que usted quiere programar la grabación.
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2.4 Monitoreo en tiempo real de motor monofásico con 3945 AEMC.
A continuación se presenta el monitoreo de un motor monofásico a.c. de inducción
durante un tiempo aproximado de 15 minutos.
Figura 2.3 Forma de onda de voltaje y corriente.
Donde se aprecia en la fig. 3.2.1 la forma de onda de voltaje en color amarillo, y la
forma de onda de corriente en color negro.
-150.0
-100.0
-50.00
0.000
50.00
100.0
150.0
V
06:24:09.515 p.m.
30/04/2011
06:24:09.532 p.m.
30/04/2011
3 mSec/Div
16.669 (mS)
-150.0
-100.0
-50.00
0.000
50.00
100.0
150.0
V
06:24:09.515 p.m.
30/04/2011
06:24:09.532 p.m.
30/04/2011
3 mSec/Div
16.669 (mS)
Figura 2.4 Forma de onda en voltaje a.c.
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Aquí observamos la forma de onda en voltaje, teniendo un mínimo de distorsión debido
a la ausencia de ruido eléctrico en la red.
120.0
122.0
124.0
126.0
128.0
130.0
132.0
134.0
V
06:17:00.000 p.m.
30/04/2011
06:32:10.000 p.m.
30/04/2011
3 Min/Div
15:10.000 (M:S)
120.0
122.0
124.0
126.0
128.0
130.0
132.0
134.0
V
06:17:00.000 p.m.
30/04/2011
06:32:10.000 p.m.
30/04/2011
3 Min/Div
15:10.000 (M:S)
Figura 2.5 Tendencia de voltaje de fase.
La tendencia en el comportamiento del voltaje varía en función del número de
arranques del motor de inducción monofásico.
0.000
0.50
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
5.000
5.500
6.000
6.500
7.000
7.500
8.000
8.500
A
06:17:00.000 p.m.
30/04/2011
06:32:10.000 p.m.
30/04/2011
3 Min/Div
15:10.000 (M:S)
0.000
0.50
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
5.000
5.500
6.000
6.500
7.000
7.500
8.000
8.500
A
06:17:00.000 p.m.
30/04/2011
06:32:10.000 p.m.
30/04/2011
3 Min/Div
15:10.000 (M:S)
Figura 2.6 Tendencia de corriente monofásica.
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Se observa la tendencia durante los 15 minutos de monitoreo de la corriente del motor
monofásico, apreciándose la demanda máxima consumida durante los arranques del
motor de aproximadamente 8 amperes.
-1.000
-0.80
-0.60
-0.40
-0.20
0.000
06:17:00.000 p.m.
30/04/2011
06:32:10.000 p.m.
30/04/2011
3 Min/Div
15:10.000 (M:S)
-1.000
-0.80
-0.60
-0.40
-0.20
0.000
06:17:00.000 p.m.
30/04/2011
06:32:10.000 p.m.
30/04/2011
3 Min/Div
15:10.000 (M:S)
Figura 2.7 Tendencia de factor de potencia
La tendencia del factor de potencia se observa un factor adelantado debido a la
presencia de Xc (Reactancia capacitiva).
El objetivo de este monitoreo con un analizador de redes es hacer la comparativa con
nuestro proyecto para verificar el factor de potencia, la potencia real y potencia reactiva
del motor monofásico a.c
2.5 Monitoreo de 6 transformadores de la UTT.
2.5.1 Transformador Principal 500 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz.
Periodo de monitoreo y parámetros monitoreados.
37
TRANSFORMADOR PRINCIPAL 500 KVA, 220 V. ANÁLISIS DE ENERGÍA START: Jan 24, 2011 14:03:35 STOP: Jan 28, 2011 19:16:53 Duration: 4 Days 05:13:18 Firmware Version: 4.35, Unit Type: Eagle Software Version: 1.87, Serial No.: 60461 Wiring circuit = Wye VOLTAGE SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT RANGE: 1000 Amps STRIPCHART INTERVAL: 15 Minutes
Tabla 2.3 Valores a monitorear.
38
Figura 2.8 Tendencia de voltaje de fase.
Comentarios: Se observa un valor de voltaje promedio de 131 volts dentro del rango permitido por CFE durante los 4 días de duración del monitoreo. Se mantienen valores similares en las tres fases del sistema. Se considera un adecuado suministro del servicio eléctrico.
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Fig. 2.9 Comportamiento del Voltaje y Corriente total con
variación Máxima, promedio y mínima.
Comentarios: Se observan voltajes estables sin variaciones bruscas y dentro de los parámetros normales de suministro. La corriente eléctrica se observa con picos de arranque debido a la operación principalmente del aire acondicionado. Los valores Máximos y mínimos están muy cerca del promedio por lo que el comportamiento se considera normal para el sistema eléctrico en función.
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Figura 2.10 Grafica de kW, kVA, kVAR, Factor de potencia.
Comentarios: Perfil de carga en KW: Se observa un perfil definido y similar día con día. La demanda máxima se presenta sobre las 19:00 Hrs, es posible que sea ocasionada por el sistema de iluminación. Capacidad utilizada en KVA: De acuerdo con la demanda máxima se llegan a utilizar hasta 60 KVA que equivalen al 12% de la capacidad total del transformador de 500 KVA, dicho de otra manera el transformador tiene una capacidad excedente del 88%. Está operando casi en vacío. Se recomienda operar un transformador como mínimo al 60% para un mejor desempeño. Reactivos y Factor de potencia: Se observan reactivos inductivos por operar a baja carga, sin embargo el Factor de Potencia promedio es del 90% que es el valor mínimo permitido por CFE.
41
Figura 2.11 Grafica de distorsión armónica.
Comentarios: Se observa distorsión en la forma de onda de la corriente eléctrica, es posible que existan equipos electrónicos sin filtro de armónicas. Se recomienda aislar principalmente las áreas con ciertas cantidades de carga No lineal como pueden ser laboratorios de cómputo, talleres de electrónica, etc.
42
Figura 2.12 Grafica de distorsión armónica.
Comentarios: Se están manifestando la 3ra y 5ta armónica principalmente. Estas son de secuencia negativa y pueden llegar a dañar equipos sensibles o de control también en presencia de capacitores podrían llegar a amplificar la magnitud del voltaje cuando entran en frecuencia de resonancia. Se recomienda aislar las cargas no lineales que están distorsionando la forma de onda.
43
Se anexan valores tabulados como información adicional:
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
2.5.2 Transformador 500 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Docencia III.
Periodo de monitoreo y parámetros monitoreados. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TIJUANA TRANSFORMADOR 500 KVA, SERIE: KJ82-23 DIAGNOSTICO ENERGÉTICO TIJUANA, B.C. START: Jan 31, 2011 14:28:40 STOP: Feb 08, 2011 14:42:57 Duration: 8 Days 00:14:17 Firmware Version: 4.35, Unit Type: Eagle Software Version: 1.87, Serial No.: 60461 Wiring circuit = Wye VOLTAGE SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT RANGE: 1000 Amps STRIPCHART INTERVAL: 15 Minutes
Tabla 2.4 Valores a monitorear.
54
A continuación se muestran las graficas obtenidas durante el periodo de monitoreo:
Figura 2.13 Comportamiento de voltaje promedio total.
Comentarios: Se observa un valor de voltaje promedio de 130 Volts dentro del rango permitido por CFE durante los 7 días que duro el monitoreo. Se mantienen valores similares en las tres fases del sistema. Se considera un adecuado suministro del servicio eléctrico.
55
Figura 2.14 Comportamiento del Voltaje y Corriente total con
variación Máxima, promedio y mínima.
Comentarios: Se observan voltajes estables sin variaciones bruscas y dentro de los parámetros normales de suministro. Se observa que entre las 07:00 hasta las 22:00 Hrs se incrementa la corriente eléctrica debido a la operación principalmente de iluminación y aire acondicionado. Los valores Máximos y mínimos están muy cerca del promedio por lo que el comportamiento se considera normal para el sistema eléctrico en función.
56
Figura 2.15 Gráfica de kW, kVA, kVAR, Factor de potencia.
Comentarios: Perfil de carga en KW: Se observa un perfil definido y similar día con día. La demanda máxima se presenta sobre las 17:30 Hrs, es posible que sea ocasionada por el sistema de iluminación. Se observa también ausencia de actividad durante el fin de semana y el lunes feriado. Capacidad utilizada en KVA: De acuerdo con la demanda máxima se llegan a utilizar hasta 25 kVA que equivalen al 5% de la capacidad total del transformador de 500 kVA, dicho de otra manera el transformador tiene una capacidad excedente del 95%. Está operando casi en vacío. Se recomienda operar un transformador como mínimo al 60% para un mejor desempeño. Reactivos y Factor de potencia: Se observan reactivos inductivos por operar a baja carga, sin embargo el Factor de Potencia promedio es superior al 90% que es el valor mínimo permitido por CFE.
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Figura 2.16 Gráfica de distorsión armónica.
Comentarios: Se observa cierta pulsación en la forma de onda de la corriente pero sin distorsión en su totalidad. En la forma de onda del voltaje se observa leve distorsión. Se recomienda estar alerta en caso de falla en los equipos instalados, es posible que el sistema eléctrico pueda continuar operando con normalidad.
58
Figura 2.17 Magnitud de distorsión armónica.
Comentarios: Se están manifestando la 3ra y 5ta armónica principalmente. Estas son de secuencia negativa y pueden llegar a dañar equipos sensibles o de control también en presencia de capacitores podrían llegar a amplificar la magnitud del voltaje cuando entran en frecuencia de resonancia. Se recomienda aislar las cargas no lineales que están distorsionando la forma de onda.
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Se anexan valores tabulados como información adicional.
Periodo de monitoreo y parámetros monitoreados. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TIJUANA 225 KVA SERIE 2939 DIAGNOSTICO ENERGÉTICO TIJUANA, B.C. START: Feb 08, 2011 15:00:42 STOP: Feb 14, 2011 20:50:10 Duration: 6 Days 05:49:28 Firmware Version: 4.35, Unit Type: Eagle Software Version: 1.87, Serial No.: 60461 FILE NAME: C:\Program Files\WinScan\PROGRAM\225 KVA IUSA SERIE 2939.isf Wiring circuit = Wye VOLTAGE SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT RANGE: 1000 Amps STRIPCHART INTERVAL: 15 Minutes
Tabla 2.5 valores a monitorear.
75
Figura 2.18 Gráfica de Comportamiento del Voltaje promedio Total.
Comentarios: Se observa un valor de voltaje promedio de 127 Volts y está dentro del rango permitido por CFE. Se mantienen valores similares en las tres fases del sistema. Se considera un adecuado suministro del servicio eléctrico.
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Figura 2.19 Gráfica de Comportamiento del Voltaje y Corriente total con
variación Máxima, promedio y mínima.
Comentarios: Se observan voltajes estables sin variaciones bruscas y dentro de los parámetros normales de suministro. Se observa que entre las 08:00 hasta las 22:00 Hrs se incrementa la corriente eléctrica llegando a alcanzar valores de 200 A, debido a la operación de la carga eléctrica del sistema. Los valores Máximos y mínimos están muy cerca del promedio por lo que el comportamiento se considera normal para el sistema eléctrico en función.
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Figura 2.20 Gráfica de kW, kVA, kVAR, Factor de potencia.
Comentarios: Perfil de carga en KW: Se observa un perfil definido y similar día con día. La demanda máxima se presenta sobre las 16:30 Hrs, es posible que sea ocasionada por el sistema de iluminación. Se observa baja durante el fin de semana . Capacidad utilizada en KVA: De acuerdo con la demanda máxima se llegan a utilizar hasta 28 KVA que equivalen al 12.44 % de la capacidad total del transformador de 225 KVA, dicho de otra manera el transformador tiene una capacidad excedente del 87.55 %. Está operando casi en vacío. Se recomienda operar un transformador como mínimo al 60% para un mejor desempeño. Reactivos y Factor de potencia: Se observan reactivos inductivos por operar a baja carga, sin embargo el Factor de Potencia promedio es superior al 90% que es el valor mínimo permitido por CFE.
78
Figura 2.21 Gráfica de distorsión armónica.
Comentarios: Se observa alta distorsión armónica en Voltaje y corriente. Se recomienda estar alerta en caso de falla en los equipos instalados, es posible que el sistema eléctrico pueda continuar operando con normalidad.
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Figura 2.22 Magnitud de Distorsión armónica.
Comentarios: Se están manifestando la 3ra y 5ta armónica principalmente. Estas son de secuencia negativa y pueden llegar a dañar equipos sensibles o de control también en presencia de capacitores podrían llegar a amplificar la magnitud del voltaje cuando entran en frecuencia de resonancia. Se recomienda aislar las cargas no lineales que están distorsionando la forma de onda.
80
Se anexan valores tabulados como información adicional.
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
2.5.4 Transformador 300 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Procesos. Periodo de monitoreo y parámetros monitoreados. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TIJUANA 300KVA TECNOLOGÍA ELECT T04-200-62 DIAGNOSTICO ENERGÉTICO TIJUANA, B.C. START: Feb 14, 2011 21:12:40 STOP: Feb 22, 2011 14:46:04 Duration: 7 Days 17:33:24 Firmware Version: 4.35, Unit Type: Eagle Software Version: 1.87, Serial No.: 60461 FILE NAME: C:\Program Files\WinScan\PROGRAM\TECNOLOGÍA ELÉCTRICA 300KVA SERIE T04-200-62.isf Wiring circuit = Wye VOLTAGE SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT RANGE: 1000 Amps STRIPCHART INTERVAL: 15 Minutes
Tabla 2.6 Valores a monitorear.
93
Figura 2.23 Gráfica de comportamiento del Voltaje promedio Total.
Comentarios: Se observa un valor de voltaje promedio de 129 Volts y está dentro del rango permitido por CFE. Se mantienen valores similares en las tres fases del sistema. Se considera un adecuado suministro del servicio eléctrico.
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Figura 2.24 Grafica de comportamiento del Voltaje y Corriente total con
variación máxima, promedio y mínima.
Comentarios: El voltaje no presenta variaciones bruscas y está dentro de los parámetros permitidos. Se observa que entre las 07:00 hasta las 22:00 Hrs se incrementa la corriente eléctrica. Los valores Máximos y mínimos están muy abiertos por lo que se recomienda verificar el balanceo de cargas y/o arranques de equipos.
95
Figura 2.25 Gráfica de kW, kVA, kVAR, Factor de potencia.
Comentarios: Perfil de carga en KW: Se observa un perfil definido y similar día con día. La demanda máxima se presenta sobre las 21:00 Hrs, es posible que sea ocasionada por el sistema de iluminación. Se observa baja actividad durante el fin de semana . Capacidad utilizada en KVA: De acuerdo con la demanda máxima se llegan a utilizar hasta 24 KVA que equivalen al 8 % de la capacidad total del transformador de 300 KVA, dicho de otra manera el transformador tiene una capacidad excedente del 92 %. Está operando casi en vacío. Se recomienda operar un transformador como mínimo al 60% para un mejor desempeño. Reactivos y Factor de potencia: El Factor de Potencia promedio es superior al 90% que es el valor mínimo permitido por CFE.
96
Figura 2.26 Gráfica de distorsión armónica:
Comentarios: Se observa alta distorsión armónica en corriente. Se recomienda estar alerta en caso de falla en los equipos instalados, es posible que el sistema eléctrico pueda continuar operando con normalidad.
97
Figura 2.27 Magnitud de Distorsión armónica.
Comentarios: Se están manifestando la 3ra, 5ta, 7ma, 9na y 11va armónica principalmente. Estas son de secuencia negativa y pueden llegar a dañar equipos sensibles o de control también en presencia de capacitores podrían llegar a amplificar la magnitud del voltaje cuando entran en frecuencia de resonancia. Se recomienda aislar las cargas no lineales que están distorsionando la forma de onda Los valores máximos de THD% son del 20% en corriente y 5% en voltaje de acuerdo a la IEEE 519.
98
Se anexan valores tabulados como información adicional.
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
2.5.5 Transformador 500 kVA, 13.2 kV-220/127, 60Hz., Docencia II.
Periodo de monitoreo y parámetros monitoreados. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TIJUANA ABB SERIE S/N DIAGNOSTICO ENERGÉTICO TIJUANA, B.C. START: Feb 22, 2011 15:03:32 STOP: Mar 04, 2011 17:58:11 Duration: 10 Days 02:54:39 Firmware Version: 4.35, Unit Type: Eagle Software Version: 1.87, Serial No.: 60461 FILE NAME: C:\Program Files\WinScan\PROGRAM\500 KVA ABB SINPLACA.isf Wiring circuit = Wye VOLTAGE SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT RANGE: 1000 Amps STRIPCHART INTERVAL: 15 Minutes
Tabla 2.7 Valores a monitorear.
113
Figura 2.28 Gráfica de comportamiento del Voltaje promedio Total.
Comentarios: Se observa un valor de voltaje promedio de 129 Volts y está dentro del rango permitido por CFE. Se mantienen valores similares en las tres fases del sistema. Se considera un adecuado suministro del servicio eléctrico.
114
Figura 2.29 Gráfica de Comportamiento del Voltaje y Corriente total con
variación Máxima, promedio y mínima.
Comentarios: Se observan variación de voltaje del 5%. La variación máxima permitida en México es del + 10%. Se observa que entre las 08:00 hasta las 22:00 Hrs se incrementa la corriente eléctrica. Los valores Máximos y mínimos están muy abiertos por lo que se recomienda verificar el balanceo de cargas.
115
Figura 2.30 Gráfica de kW, kVA, kVAR, Factor de potencia.
Comentarios: Perfil de carga en kW: Se observa un perfil definido y similar día con día. La demanda máxima se presenta sobre las 18:00 Hrs, es posible que sea ocasionada por el sistema de iluminación. Se observa baja actividad durante el fin de semana . Capacidad utilizada en kVA: De acuerdo con la demanda máxima se llegan a utilizar hasta 26 kVA que equivalen al 5.2 % de la capacidad total del transformador de 500 kVA, dicho de otra manera el transformador tiene una capacidad excedente del 94.8 %. Está operando casi en vacío. Se recomienda operar un transformador como mínimo al 60% para un mejor desempeño. Reactivos y Factor de potencia: El Factor de Potencia promedio es superior al 90% que es el valor mínimo permitido por CFE.
116
Figura 2.31 Gráfica de distorsión armónica.
Comentarios: Se observa alta distorsión armónica en corriente. Se recomienda estar alerta en caso de falla en los equipos instalados, es posible que el sistema eléctrico pueda continuar operando con normalidad.
117
Figura 2.32 Magnitud de Distorsión armónica.
Comentarios: Se están manifestando la 3ra y 5ta armónica principalmente. Estas son de secuencia negativa y pueden llegar a dañar equipos sensibles o de control también en presencia de capacitores podrían llegar a amplificar la magnitud del voltaje cuando entran en frecuencia de resonancia. Se recomienda aislar las cargas no lineales que están distorsionando la forma de onda.
118
Se anexan valores tabulados como información adicional.
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TIJUANA 500 kVA SERIE 2071 EMC DIAGNOSTICO ENERGÉTICO TIJUANA, B.C. START: Mar 04, 2011 18:21:04 STOP: Mar 16, 2011 20:42:38 Duration: 12 Days 02:21:34 Firmware Version: 4.35, Unit Type: Eagle Software Version: 1.87, Serial No.: 60461 FILE NAME: C:\Program Files\WinScan\PROGRAM\UTT . TRAFO - ultimo.isf Wiring circuit = Wye VOLTAGE SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT SCALE FACTOR: x1.00 CURRENT RANGE: 1000 Amps STRIPCHART INTERVAL: 15 Minutes
Tabla 2.7 Valores a monitorear.
138
Figura 2.33 Gráfica de comportamiento del Voltaje promedio Total.
Comentarios: Se observa un valor de voltaje promedio de 127 Volts y está dentro del rango permitido por CFE. Se mantienen valores similares en las tres fases del sistema. Se considera un adecuado suministro del servicio eléctrico.
139
Figura 2.34 Grafica de comportamiento del Voltaje y Corriente total con
variación máxima, promedio y mínima.
Comentarios: El voltaje no presenta variaciones bruscas y está dentro de los parámetros permitidos. Se observa que entre las 07:00 hasta las 22:00 Hrs se incrementa la corriente eléctrica. Se observan las fases balanceadas pero con gran cantidad de arranques en los equipos conectados al sistema eléctrico.
140
Figura 2.35 Gráfica de kW, kVA, kVAR, Factor de potencia.
Comentarios: Perfil de carga en KW: Se observa un perfil definido y similar día con día. La demanda máxima se presenta sobre las 19:00 Hrs, es posible que sea ocasionada por el sistema de iluminación. Se observa baja actividad durante el fin de semana . Capacidad utilizada en KVA: De acuerdo con la demanda máxima se llegan a utilizar hasta 27 KVA que equivalen al 5.4 % de la capacidad total del transformador de 500 KVA, dicho de otra manera el transformador tiene una capacidad excedente del 94.6 %. Está operando casi en vacío. Se recomienda operar un transformador como mínimo al 60% para un mejor desempeño. Reactivos y Factor de potencia: El Factor de Potencia promedio es superior al 90% que es el valor mínimo permitido por CFE.
141
Figura 2.36 Gráfica de distorsión armónica.
Comentarios: Se observa alta distorsión armónica en corriente. Se recomienda estar alerta en caso de falla en los equipos instalados, es posible que el sistema eléctrico pueda continuar operando con normalidad.
142
Figura 2.37 Magnitud de Distorsión armónica.
Comentarios: Se están manifestando la 3ra, 5ta, 7ma, 9na y 11va armónica principalmente. Estas son de secuencia negativa y pueden llegar a dañar equipos sensibles o de control también en presencia de capacitores podrían llegar a amplificar la magnitud del voltaje cuando entran en frecuencia de resonancia. Se recomienda aislar las cargas no lineales que están distorsionando la forma de onda. Los valores máximos de THD% son del 20% en corriente y 5% en voltaje de acuerdo a la IEEE 519.
Se anexan valores tabulados como información adicional. (Ver anexos).
143
Capítulo III. Resultados y discusión
3.1 Resultados del monitoreo de energía en la UTT.
Subestacion Ubicacion Volts kVA Tipo F.U. kVA utilizados kVA disp
1 Docencia I 220 500 Pedestal 12% 60 440
2 Rectoria 220 225 Pedestal 12.44% 28 197
3 Procesos 220 300 Pedestal 8% 24 276
4 Docencia II 220 500 Pedestal 5.20% 26 474
5 Biblioteca 220 500 Pedestal 5.40% 27 473
6 Docencia III 220 500 Pedestal 5% 25 475
2525 7.50% 190 2335 Tabla 3.1.1 Resultados obtenidos del monitoreo. Fuente: Propia
Como se observa en la tabla 3.1.1, según el resumen obtenido de consumo de energía
por cada uno de los transformadores, las subestaciones 3,4 y 5 (en amarillo), casi
están trabajando en vacío por lo que se propone sumar las cargas eléctricas de los
edificios de docencia II y docencia III a la carga del transformador del edificio de
procesos y que queden alimentadas por el transformador de 300 kVA para aumentar su
factor de utilización a un mayor grado.
Cabe mencionar que estos tres transformadores quedan entre sí a no más 40 metros
lineales y en forma contigua, por lo que se instalarían 2 alimentadores subterráneos
con capacidad de 400 amperes para conectarse en los tableros de distribución
existentes en cada edificio.
144
Figura 3.1 Diagrama unifilar actual de la UTT . Fuente: Propia
Subestacion Ubicacion Volts kVA Tipo F.U. kVA utilizados kVA disp
1 Docencia I 220 500 Pedestal 12% 60 440
2 Rectoria 220 225 Pedestal 12.44% 28 197
3 Procesos 220 300 Pedestal 25% 75 225
4 Docencia II 220 500 Pedestal 0.00% 500
5 Biblioteca 220 500 Pedestal 5.40% 27 473
6 Docencia III 220 500 Pedestal 0% 500
1525 7.50% 190 2335
Tabla 3.1.2 Nueva distribución de cargas eléctricas. Fuente: Propia
Se observa en la tabla 3.1.2 la nueva distribución de cargas, en donde el transformador
numero 3 aumenta su factor de utilización a un 25%, quedando 2 transformadores de
500 kVA con carga de reserva a futuro. Con esta propuesta se pretende que el sistema
de transformación trabaje en forma más eficiente ya que aumentando la cargabilidad de
un equipo de transformación se disminuye la generación de potencia reactiva y por
ende aumenta su factor de potencia, que según el monitoreo presentado esta a un
promedio de 0.90 .
Es importante mencionar también que la máxima demanda registrada en el horario de
verano, que es cuando hay mayor consumo debido a la utilización del aire
145
acondicionado de la universidad ha sido de 603 kVA, quedando la demanda a un
porcentaje de 603/1525 = 39.5%, que comparándolo con la situación actual se
obtendría 603/2525 = 23.8% de demanda total de la universidad, que es de todos
modos un porcentaje bajo comparándolo con la capacidad total de kVA instalados.
Figura 3.2 Diagrama unifilar a futuro de la UTT . Fuente: Propia
3.2 Resultados del monitoreo de energía en la UTT comparando con
monitoreo de 2007.
3.2.1 Monitoreo de transformadores existentes en 2007.
En el año de 2007, solo había 4 transformadores en la universidad: Docencia I,
Docencia II, Biblioteca y Procesos.
Se puede observar en las figuras 3.3 y 3.4 que las demandas de potencia no difieren
mucho de las realizadas en el monitoreo del año de 2011, teniendo un promedio de
10% aproximadamente. Dato importante para verificar las tendencias de cargabilidad
de los transformadores existentes. Aquí se propone analizar estos datos para las
futuras construcciones de los diferentes anexos que se proyectaran en la Universidad
146
Tecnológica de Tijuana, y que se tomen en cuenta para las asignaciones de cargas
eléctricas en la misma.
DEMANDA MAXIMA EN KWDEMANDA MAX. BIBLIOTECA : 38.62 KW
DEMANDA Docencia II : 22.72 KW
5.000
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
k W
2:30:00.000 PM
12/14/2006
1:25:40.000 PM
12/15/2006
4 Hours/Div
22:55:40 (H:M:S)
5.000
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
k W
2:30:00.000 PM
12/14/2006
1:25:40.000 PM
12/15/2006
4 Hours/Div
22:55:40 (H:M:S)
Carga
Real
9%
Carga
Reserva
91%
DEMANDA MAXIMA EN KW
Carga Real
5.000
10.00
15.00
20.00
k W
3:27:00.000 PM
1/9/2007
3:15:40.000 PM
1/10/2007
4 Hours/Div
23:48:40 (H:M:S)
5.000
10.00
15.00
20.00
k W
3:27:00.000 PM
1/9/2007
3:15:40.000 PM
1/10/2007
4 Hours/Div
23:48:40 (H:M:S)
Carga Real
10%
Carga Reserva
90%
DEMANDA MAXIMA EN KW
Carga Real
Figura 3.3 Monitoreo de la UTT en 2007. . Fuente: Propia
147
DEMANDA MAX. PROCESOS Y MECATRONICA : 11.2 KW
DEMANDA MAX. DOCENCIA 1 : 50.65 KW
2.000
4.000
6.000
8.000
10.00
k W
1:59:00.000 PM
12/12/2006
11:50:40.000 AM
12/13/2006
4 Hours/Div
21:51:40 (H:M:S)
2.000
4.000
6.000
8.000
10.00
k W
1:59:00.000 PM
12/12/2006
11:50:40.000 AM
12/13/2006
4 Hours/Div
21:51:40 (H:M:S)
Carga Real
10%
Carga Reserva
90%
DEMANDA MAXIMA EN KW
Carga Real
5.000
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
k W
12:32:00.000 PM
1/11/2007
2:20:40.000 PM
1/12/2007
5 Hours/Div
1:01:48:40 (D:H:M:S)
5.000
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
k W
12:32:00.000 PM
1/11/2007
2:20:40.000 PM
1/12/2007
5 Hours/Div
1:01:48:40 (D:H:M:S)
Carga Real
10%
Carga Reserva
90%
DEMANDA MAXIMA EN KW
Carga Real
Figura 3.4 Monitoreo de la UTT en 2007 . Fuente: Propia
Capítulo IV. Conclusiones
Este proyecto de investigación “Monitoreo de condición, una alternativa para el uso
eficiente de la energía eléctrica”, es parte del inicio para realizar los futuros proyectos
que nos ayuden a implementar las metodologías que hagan más eficiente el
funcionamiento del sistema eléctrico de nuestra universidad, esto para ayudar a
contribuir al desarrollo sustentable de nuestro país.
4.1 Conclusiones de acuerdo a los resultados obtenidos con la
metodología implementada.
De acuerdo con la información obtenida se observa que el factor de potencia
monitoreado se encuentra en su límite aceptable, y de acuerdo a las tendencias
observables se tendrá una mejora considerable al disminuir la potencia reactiva
generada por los transformadores de distribución al aumentar estos su carga nominal,
148
pues es cierto que un transformador al trabajar con poca carga hace que el factor de
potencia disminuya considerablemente.
Una vez que se realice la propuesta de distribución de cargas, se confirmara con un
nuevo monitoreo el nuevo comportamiento de la red eléctrica.
Con los dos transformadores de 500 kVA se tendrá capacidad suficiente para alimentar
las nuevas cargas eléctricas de la universidad que todavía se encuentra en constante
crecimiento.
4.2 Recomendaciones y futuros trabajos.
Como primera recomendación se sugiere la constante supervisión de los proyectos
generados para la construcción de los futuros edificios en la universidad, ya que se
observa que las demandas de energía son bastante bajas comparadas con la carga
instalada.
En la actualidad se encuentra en proceso el desarrollo del proyecto del edificio
Docencia IV, que gracias a este proyecto de investigación no se instalará un nuevo
transformador de 500 kVA como figuraba inicialmente el proyecto, sino que se
conectará la carga al transformador existente de la Biblioteca que aumentará su
utilización de un 5.4% a un 26% aproximadamente.
También se pretende en un futuro próximo realizar el cálculo de los costos de
implementación para los cambios propuestos para la redistribución de cargas de la
universidad.
149
Bibliografía
[1] C.F.E. (2013, Julio 10). www.cfe.gob.mx. Retrieved Julio 10, 2013, from