Como vimos en el en artículo anterior “Cómo Calcular la Impedancia Relativa de un Centro de Carga”, es necesario determinar que requerimientos y cuáles son los límites correctos que debe de cumplir un Centro de Carga para dar cumplimiento con el Código de Red y así evitar sanciones; debido a esto, surge la necesidad de conocer de manera correcta la definición y la representación de los parámetros eléctricos que se mencionan en el Código, ya que si no los interpretamos correctamente se podría seguir incumpliendo los lineamientos y requerimientos establecidos.
A continuación, explicaremos que es la Distorsión Armónica Total de Demanda (DATD), la cual, es un parámetro de Calidad de la Energía que debe de cumplir un Centro de Carga Especial, también veremos que es la Distorsión Armónica Total de Corriente (DATC), ya que se puede llegar a confundir estos dos conceptos y por consecuencia reportarlos mal en el de Plan de Trabajo (conoce más de este en el artículo “Importancia de implementar un Plan de Trabajo para el cumplimiento del Código de Red”) que solicita la CRE, aunado esto, veremos cómo se reportan los valores de DATD en dicho Plan de Trabajo.
Distorsión Armónica Total de Demanda (DATD) o Total Demand Distortion (TDD)
De acuerdo con la especificación CFE L0000-45 y el estándar IEEE 519 definen a la DATD o TDD como:
La razón de la raíz cuadrada media del contenido armónico, considerando componentes armónicos hasta el orden 50 y específicamente excluidos los interarmónicos, expresados como un porcentaje de la corriente de demanda máxima.
La cual está expresada con la siguiente ecuación:
Distorsión Armónica Total de Corriente (DATC) o Total Harmonic Distortion (THD) of Current.
De acuerdo con la especificación CFE L0000-45 y el estándar IEEE 519 definen a la DATC o THD of Current como:
La razón de la raíz cuadrada media del contenido armónico, considerando componentes armónicos hasta el orden 50 y específicamente excluidos los interarmónicos, expresados como un porcentaje de la componente de frecuencia fundamental de corriente.
La cual esta esta expresada con la siguiente ecuación:
De donde:
IL: Corriente Máxima de Carga, correspondiente al promedio de las corrientes de demanda máxima de los últimos 12 meses.
I1: Componente de frecuencia fundamental de corriente.
Ih: Componente de la “h” armónica de corriente.
H: Orden máximo de armónicos a evaluar, se recomienda hasta el orden 50.
En estas dos ecuaciones que definen la DATD y el DATC, podemos observar que únicamente existe la diferencia de IL e I1. Como bien sabemos, el Código de Red exige que los Centro de Carga Especial cumplan con los límites de DATD (tablas 3.8.A, 3.8.B y 3.8.C del Código de Red) en su punto de conexión, sin embargo, los equipos de medición de la Calidad de la Energía desconocen a IL, por lo que los valores que nos arroja son de DATC, ya que estos son calculados en base corriente fundamental que se presenta en el momento de las mediciones.
Debemos ser muy cuidadosos en el periodo que se vayan a realizar las mediciones, ya que podemos caer en un en un estado operativo anormal y esto nos arrojaría valores superiores de DATC que son generadas por una corriente inferior a la de la corriente normal de operación y por ende se tendría un mal cálculo de la DATD. Para esto, la especificación CFE L0000-45, en su Apéndice B, menciona que el periodo de medición debe ser bajo condiciones normales de operación y durante un periodo de 7 días como mínimo.
Supongamos la siguiente situación, tenemos la demanda de corriente (Gráfica 1) y la DATC (Gráfica 2) registrada en el punto de conexión de un Centro de Carga Especial. En la Gráfica 1, podemos observar que la condición normal de operación es cuando se presenta la mayor corriente de demanda (1,050 A) y también podemos ver que se presenta un periodo anormal de operación que demanda un a corriente de 92 A.
¿Cuánto tiempo debe de cumplir con el límite de DATD un Centro de Carga?
Cuando se presenta la operación anormal del Centro de Carga, observamos que la DATC (Ver Gráfica 2) es superior a la DATC en condiciones normales de operación. Para verificar que es incorrecto evaluar en condiciones anormales de operación, vamos a calcular la corriente que corresponde al porcentaje de la DATC, dando los resultados que se muestran en la siguiente tabla:
Observado el valor de la corriente distorsionada para ambas condiciones de operación, podemos determinar que en condiciones anormales de operación resulta ser menor la corriente distorsionada, ya que esta es de 15.5 A en comparación a cuando se presenta la condición normal de operación donde se distorsiona 44.1 A. Es decir, 44.1 A afecta más a la Calidad de la Energía que 15.5 A, por lo tanto, comprobamos que es incorrecto evaluar bajo condiciones anormales de operación aun cuando se presenta la mayor DATC.
Ahora a bien, requerimos aplicar la ecuación de la DATD con los valores registrados de las componentes armónicas presentadas durante el periodo de medición bajo condiciones normales de operación, para así obtener una gráfica que nos demuestre el comportamiento de la DATD. Una vez que se tiene la gráfica de DATD se debe de ver cual es el periodo más crítico en estado operativo normal para poder evaluar si se cumple con el límite de DATD.
Vamos a tomar como caso de ejemplo las siguientes condiciones para evaluar el cumplimiento de la DATD:
Tenemos un Centro de Carga conectado a un nivel de tensión de 230 kV, se calculó la Corriente de Máxima Carga (IL) de 61 A, su valor de Impedancia Relativa (Icc/IL) es < 50, el límite de DATD a cumplir es de 2.5 % con base a la tabla 3.8.C del Código de Red. Las mediciones se realizaron bajo condiciones normales de operación por 7 días (para caso práctico se tomará solamente 12 horas de registro y se analizará únicamente una de las fases del sistema trifásico).
En la Gráfica 3, se muestra la DATC registrada en estas 12 horas bajo estudio, posteriormente, se aplicó la ecuación de la DATD para obtener la Gráfica 4, la cual considera a IL de 61 A. En la Grafica 3, observamos que la DATC cumple con el límite exigido de 2.5% de DATD, pero evaluar con esta gráfica seria incorrecto. La correcta forma de evaluar es con los datos cálculos de la DATD (Gráfica 4), donde podemos observar que no se estaría cumpliendo con el límite exigido de 2.5%. De esta manera estamos confirmando que, si existe una importante diferencia entre la DATC y DATD, y que no deben de confundirse estos dos conceptos ya que podríamos seguir incumpliendo el Código de Red, aunque se instalen los equipos para la solución de distorsión armónica en corriente (filtros de armónicas), lo cual podría generar una inversión nuevamente por parte del cliente.
Para responder esta pregunta, en el Código de Red no se da una respuesta concreta acerca del tiempo que se debe cumplir con el límite de DATD, sin embargo las tablas a las que hace mención en éste (tablas 3.8.A, 3.8.B y 3.8.C) están referidas al estándar IEEE 519, que su a su vez en su Clausula 4, menciona que las componentes armónicas y el total de distorsión armónica de demanda deben de cumplir con los límites establecidos a un percentil del 95 de los valores registrados durante una semana, asegurando que los datos sean bajo condiciones normales de operación del Centro de Carga.
Los percentiles nos ayudan a saber cuánto porcentaje de los datos registrados en un determinado periodo de medición son menores o iguales al valor que nos arroja el percentil.
Para el ejercicio anterior estamos tomando 12 horas de muestreo para facilitar el ejemplo, en estas 12 horas existen 720 valores de DATD, ya que el registro de esta medición se ajustó por minuto. Si nos piden un percentil de 95, entonces estaríamos informando que el 95 % de los valores registrados son menores o iguales a 2.81% de DATD (se utiliza una función de Excel la cuál ordena los valores de menor a mayor y nos da el resultado del percentil). Si nos piden un percentil más alto, el valor del resultado de DATD sería más alto, debido a que la función percentil ordena de menor a mayor los datos registrados. Para el mismo ejercicio a un percentil de 97 tenemos un 2.88% de DATD. De esta manera estamos reafirmando que no se está cumpliendo con el límite establecido de 2.5% de DATD a un percentil de 95 y mucho menos a un percentil de 97.
En el Plan de Trabajo que exige la CRE se solicita que se reporten los valores en percentil, ya que de esta manera se facilita visualizar y analizar los resultados de los registros obtenidos de cada parámetro eléctrico.
Otro punto importante para mencionar es que los límites de las tablas 3.8.A, 3.8.B y 3.8.C del Código de Red, aplican solamente en el Punto de Conexión del Centro de Carga y no debe ser aplicado a de equipos individuales o en ubicaciones dentro de las instalaciones de un usuario. Para ello es necesario realizar un estudio de flujos armónicos el cual nos ayuda a determinar que límites que se pueden establecer dentro de las instalaciones del Centro de Carga para cumplir en el Punto Conexión.
Recuerda que en KINENERGY podemos apoyarte para elaborar de manera adecuada tu “Plan de Trabajo” de acuerdo con los lineamientos que establece la CRE. ¡Contáctanos!
Referencias:
(1) Comisión Reguladora de Energía (CRE), Disposiciones Administrativas de carácter general que contienen los criterios de eficiencia, calidad, confiabilidad, continuidad, seguridad y sustentabilidad del Sistema Eléctrico Nacional: Código de Red.
(2) Comisión Reguladora de Energía (CRE), Guía sobre los requerimientos técnicos del Código de Red aplicables a Centros de Carga.
(3) Secretaria de Energía (SENER), Manual para la Interconexión de Centrales Eléctricas y Conexión de Centros de Carga.
(4) Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems: IEEE Std 519.
(5) Comisión Federal de Electricidad (CFE), Desviaciones Permisibles en las Formas de Onda de Tensión y Corriente en el Suministro y Consumo de Energía Eléctrica: CFE L0000-45.
