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Karpri es uno de los almacenes de refrigeración más grande de Israel (instalaciones de obras de congelación). Fue fundada en 1963 y es parte de una «empresa láctea de Tnuva» (una compañía de miles de millones de dólares).
Con 30,000 m3 (más de un millón de pies cúbicos) de salas de refrigeración que se extienden a lo largo de 22 kilómetros cuadrados (5,5 acres), Karpri suministra servicios de refrigeración de varias temperaturas a muchas compañías como Coca-Cola y Nestle. Karpri tiene tres salas de máquinas separadas para una circulación integral del suministro de refrigeración, todas supervisadas y mantenidas por un personal experimentado de mecánicos e ingenieros eléctricos.
Desde 2002 Karpri había estado experimentando semanalmente eventos de energía inexplicables que parecían ocurrir sin tener en cuenta una fuente o disparador específico. Karpri había gastado decenas de miles de dólares y meses de horas de trabajo tratando de identificar la fuente de interrupción que les causó un fallo repetitivo en su equipo y acumuló daños de cientos de miles de dólares.
El problema se había adjudicado a la Compañía Eléctrica local Israelí (IEC), así como a muchas empresas de consultoría durante un largo período de tiempo. Los analizadores de calidad de energía más sofisticados del mercado hoy en día de cuatro fabricantes diferentes se instalaron en el sitio durante largos períodos, pero ninguno tuvo éxito en determinar la fuente de las fallas repetitivas.
Después de que se lanzó la tecnología de compresión Elspec PQZIP, Karpri finalmente pudo instalar analizadores de calidad de energía que identificaron con precisión la fuente de las fallas.
Cuatro Analizadores de Calidad de Energía Elspec G4420 fueron instalados en la red de servicio principal, en el secundario de cada transformador y a uno del MCC con muchos fallos reportados (Como se puede observar 1, 2, 3 y 4 en la Figura 2). Cada dispositivo utilizó el sistema de compresión patentado PQZIP, brindando una tasa de compresión típica de 1000:1, para grabar toda la información con un muestreo de 512 tomas por ciclo, por un par de meses.
Todos los dispositivos fueron conectados a la red local, y usando un algoritmo de sincronización, se ajustaron los tiempos mediante una red LAN entre ellos. Todos los datos se sincronizaron a un máximo típico de ±1 muestra. De esta manera, fue posible monitorear toda la información desde diferentes ubicaciones en un mismo gráfico, al mismo tiempo.
Todos los dispositivos fueron conectados entonces a los servidores PQSCADA centrales de Elspec via Internet, permitiendo a Karpri externalizar toda su gestión de calidad de energía – dispositivos de medición, Recolección de datos, Almacenamiento de datos y análisis de calidad de energía.
A pocos días de la implementación de los instrumentos de medición, no solo se identificó la fuente principal de la causa de los eventos de calidad de energía, sino que también se revelaron completamente el alcance completo y el progreso de cada uno de ellos.
El analizador G4420 de Elspec grabó las señales de la onda continuamente a 512 muestras/ciclo usando la tecnología de compresión PQZIP. Como resultado de lo anterior, cuatro logros principales fueron alcanzados:
El analizador G4420 de Elspec grabó las señales de la onda continuamente a 512 muestras/ciclo usando la tecnología de compresión PQZIP. Como resultado de lo anterior, cuatro logros principales fueron alcanzados:
La figura 2 muestra los resultados de la norma EN 50160 en el servicio principal (1). Resultados similares fueron medidos en cada uno de los secundarios de los transformadores (2 & 3). El lugar no solamente cumple con los estándares, en algún caso los supera.
La figura 3 muestra los resultados según la norma EN50160 en el MCC (4), donde se observaron varias fallas. Sin embargo, fallas similares ocurrieron en los puntos 2 y 3, donde se cumplía perfectamente con la EN 50160. La obvia conclusión es que cumplir con la norma EN50160 no puede brindar información sobre la fuente de las fallas, a pesar de que indica la existencia de dips de tensión en una ubicación específica.
Figure 2: EN 50160 at the Main Service Figure 3: EN 50160 at MCC
Uno de los principales beneficios del uso de la tecnología de compresión PQZIP y de la grabación de forma de onda continua es la capacidad de monitorear eventos en varias ubicaciones
sincronizadas al tiempo. La figura 4 muestra la tensión de la fase L2-Neutro de las 4 ubicaciones. Solamente el Dip de tensión en el 4 fue mayor al comúnmente usado umbral del 10%. Cuando se usa un dispositivo basado en la activación por evento, el ingeniero de soporte, solamente tendrá unos cuantos ciclos antes y después del evento, de la ubicación 4. Los datos de las otras tres ubicaciones no quedarían registrados. Por esta razón, sería muy difícil entender la propagación del evento sobre la red.
La figura 4 muestra la tensión L2 en todas las ubicaciones. Se observan dos eventos – En el lado izquierdo, un evento iniciado desde 4, hacia el secundario del transformador (3), subiendo al primario (1) y abajo en el secundario del otro transformador (2). Sin embargo, el evento de la derecha hizo lo contrario: Desde 2 hacia 1 y abajo hacia el 3 y 4. La falta puntos de medición adicionales
Evita que haya un mejor análisis de la fuente de la falla y no da lugar a que se prevenga una futura reincidencia
La figura 5 es un acercamiento al primer evento, Muestra la propagación del evento en el tiempo, adicional a los análisis de niveles superiores.
La figura 7 muestra las tendencias de las tensiones, corrientes, kW, KVAr y KVA de un tipicodip en el MCC (4) lo que permite efectuar una investigación más profunda. Muestra claramente que el dip es causado por el arranque de un motor, y puede ser compensado fácilmente con el uso de un Sistema Equalizer de Elspec – El sistema más rápido de compensación de energía reactiva del mundo. Sin embargo, debido a que estos dips ocurren cada pocos minutos, No son la fuente de los fallos repetitivos. Además, Fallas similares ocurrieron en ubicaciones donde los dips son significativamente más pequeños.
Conclusiones intermedias:
Figure 7: Line-to-Ground Event
El sitio está conectado con dos transformadores Delta/Wye. Debido a que la fuente de tensión es Delta, las mediciones están limitadas comúnmente a tensiones entre líneas únicamente. Esto es además lo que se requiere en los diferentes estándares y regulaciones. Los analizadoresG4400 de Elspec graban toda la información todo el tiempo, incluyendo valores línea-neutro. Cuando la red es Delta, y el neutro no está conectado, los valores Linea-Neutro son los valores Linea-Tierra. Uno de los beneficios de las mediciones adicionales
se muestra en la figura 7. Debido a un cortocircuito entre la fase L3 y tierra, las tensiones Linea-Tierra tenían picos de 26kV, en vez del valor nominal 12.7kV ( cambios de 0% a 205%). Durante la misma falla, el dip en la tensión entre líneas fue menor al 1% del valor nominal y 3% del valor de estabilidad (21.8kV con respecto a 22.0kV y 22.4kV).
La justificación técnica de monitorear solamente tensiones entre líneas es que las tensiones Linea-Tierra no van al transformador ya que es D/Y. Sin embargo, las sobre tensiones y las caídas de tensión afectan al transformador y reducen su expectativa de vida. En sitios donde hay cargas en media tensión, esta tensión puede causar daños graves en las cargas también.
Conclusiones intermedias:
El sitio tiene muchos generadores de polución armónica, principalmente en el 5to armónico. Las cargas crean corrientes armónicas que crean polución en tensión. La figura 8 muestra una condición típica – Máximo 3.3% en THD V, máximo 20% THD I, 6.5V y 140A en el 5to armónico. Normalmente, las mediciones son realizadas bajo la norma IEC 61000-4-30. Este estándar requiere un promedio de todos los parámetros dentro de un periodo de 200 ms (10 ciclos a 50Hz o 12 ciclos a 60 Hz). Sin embargo, el promedio puede llegar a esconder fenómenos pequeños. En algunos casos, los eventos cortos no tienen la energía requerida para causar daño. Sin embargo, depende de la debilidad de los dispositivos más sensibles. La figura 10 muestra los diferentes resultados del THD de tensión y de corriente cuando se calcula en cada ciclo (rojo) y de acuerdo a la norma IEC 61000‑4-30 (verde). En vez de un THD de corriente de 19%, el valor verdadero es 53%. Similarmente, El THD de tensión es 12% y no 4%.
Por qué es esto importante?
Debido a la superposición, la red se representa en el 5to armónico de manera distinta que en la fundamental (Figura 10). La carga funciona como una fuente de corriente (IH). Normalmente, la Impedancia equivalente de la red (Zs=ZFUENTE = Transformador de la Compañía de Servicios) es la más baja, y el flujo de corriente armónica se mueve hacia la red de la compañía de servicios públicos
que puede resistirse a la polución. Sin embargo, en algunos casos la impedancia de la red aumenta (Por Ejemplo, en la conexión y desconexión de condensadores) y la corriente armónica fluye por la impedancia más baja, lo cual es una carga sensible. Adicionalmente, a causa de las altas impedancias, la fuente de corriente no puede suministrar la misma cantidad de corriente, y durante esta resonancia, la corriente es más pequeña.
Normalmente, los armónicos son promediados debido a que lo más importante es la energía total que presentan. En este caso, la energía pico de esta resonancia es 3kVA (Figura 11). Obviamente, los 200 ms promedio es menor, pero fue suficiente para causar daños. Además, probablemente cargas sensibles fallaron antes de que terminara el periodo de los 200 ms.
Figure 10: Simplified Network Representation at 5th Harmony
Figure 11: Temporary Resonance
Con el fin de prevenir el fenómeno de resonancia, se debe usar un filtro pasivo. Este filtro debe tener baja impedancia en el 5to armónico y debe ser instalado lo más cerca posible del transformador. Por lo tanto, cuando una situación como la que se describió arriba ocurre, la impedancia más baja es el filtro pasivo, el cual puede tolerar la corriente armónica,
y las cargas sensibles no se verán afectadas. No es posible instalar filtros controlados (Pasivos o Activos) porque los más rápidos tienen por lo menos un tiempo de respuesta de un ciclo. Karpri dos 2 Equipos Elspec, con filtros pasivos Sintonizados en el 5to armónico (Sintonizado a 235Hz). Tras la instalación de los filtros, no se reportaron fallas adicionales. Además, algunas de las cargas que fueron desconectadas cuando no estaban en uso con el fin de protegerlas, se dejaron conectadas de manera continua.
En su carta al consumidor (ref. 900-031 de 05/11/2006), en Ingeniero consultor dijo, “El sistema de análisis de calidad de energía, instalado en la planta por Elspec Ltd. tuvo éxito al localizar las anomalías que la compañía local (Israelí Electric Company – IEC) no pudo ubicar durante el tiempo que sus instrumentos estuvieron instalados en sitio. Además, de acuerdo a las gráficas entregadas, se puede observar claramente que el aumento en el nivel de armónicos THD ocurrió simultáneamente con cambios externos temporales en la red IEC 22kV lo cual indica que existe una relación entre los dos fenómenos. Se debe enviar una copia de estas gráficas a IEC para recibir una explicación más extensa sobre estos fenómenos simultáneos repetidos en un patrón de pocas horas. De acuerdo a los resultados de las mediciones hasta ahora, aconsejamos mantener en operación los Sistemas analizadores de Elspec. El pago solicitado es razonable.”
Adicionalmente, El Sr David Lustiger, CEO de Karpri, dijo, “Demasiados ingenieros, gastaron mucho dinero y tiempo sin lograr una exitosa identificación de la causa de las fallas… La solución de Elspec probó ser la más completa y a la vez fácil de implementar, y lo que es más importante aún – Fue la única que funcionó!”
Los estándares fueron creados con el fin de brindar el mismo punto de partida para losanálisis de calidad de energía y para ayudar a los medidores muestren los mismos valores. Sin embargo, en muchas ocasiones, limitar la información a los estándares evita que los ingenieros de soporte técnico puedan monitorear anomalías, sin mencionar que no pueden tampoco identificar de donde provienen. Los Sistemas Elspec serie BlackBox , equipados con la tecnología de compresión PQZIP, permiten obtener mediciones continuas de toda la información a 1024 muestras por ciclo. No existe limite en la
información disponible, Ya que no se usan ningún tipo de umbral o configuración adicional. Además, Toma las mediciones de acuerdo a la norma IEC 61000-4-30 y ciclo por ciclo con el fin de garantizar una vista completa de la red eléctrica. Usando el Equipo ElspecG4400 para un análisis de calidad de energía garantiza que las anomalías no solo sean monitoreadas, sino que sus causas sean identificadas.
