Implementación de un sistema de compensación de energía reactiva y su análisis de armónicas en la planta de generación de hidrógeno de 600 m3/h de capacidad en el sistema eléctrico de una industria oleaginosa

Abstract

La presencia de armónicas en los sistemas eléctricos origina diversos efectos perjudiciales en la red. El análisis de las componentes armónicas en una red es un estudio muy complejo y requiere por lo tanto el uso de programas digitales para su evaluación. El presente trabajo de tesis desarrolla el análisis de los sistemas eléctricos potencia ante la presencia de cargas no-lineales que introducen corrientes no sinusoidales al sistema y por lo tanto producen ondas distorsionadas de tensión; este trabajo se encuentra basado en la experiencia obtenida en el desarrollo del estudio definitivo de filtrado de armónicas e implementación de un sistema de compensación de energía reactiva en el sistema eléctrico de las instalaciones de una industria oleaginosa. Últimamente ante el incremento de la electrónica de potencia, como los convertidores estáticos que son usados ampliamente en la industria, que presentan características de no-linealidad se han originado problemas en la calidad de la energía eléctrica tanto en los propios clientes que inyectan estas corrientes armónicas como a los otros que se encuentran conectados en la misma barra de suministro. Los perjuicios en otros dispositivos y/o equipos de la planta llegan a ser muy grandes debido a que muchos de ellos son susceptibles a las armónicas de tensión y/o corriente; de igual manera, está la potencial condición de resonancia por la presencia de sistemas de compensación de energía reactiva para reducir el factor de potencia. Por lo tanto, se hace necesario de que estas cargas no- lineales sean evaluadas ante las condiciones de operación y de contingencias del sistema eléctrico, de tal manera de determinar el método más adecuado a implementar que ayude a reducir o cancelar estas corrientes armónicas. En el primer capítulo se hace una descripción del problema de las corrientes armónicas, originado por el equipamiento progresivo de dos Subestaciones Rectificadoras cada una de 300 m3/h respectivamente, en las instalaciones de la Planta Industrial. Asimismo, se hace énfasis en la reducción del rubro energético en los costos de producción a través de un sistema de compensación de energía reactiva, por la inserción de esta nueva carga, de tal manera de mejorar la confiabilidad y productividad de la Planta Industrial. En el segundo capítulo, se hace un breve desarrollo de la Planta Industrial explicando su proceso productivo, los suministros de energía que utiliza y una descripción concisa de su sistema eléctrico. En el tercer capítulo, se hace un detalle teórico de las armónicas indicando cuales son las fuentes, los efectos que producen al sistema eléctrico, como se pueden suprimir y minimizar sus efectos; además, se definen cuáles son los límites de armónicas establecidas por normas internacionales que servirán de referencia en el desarrollo de este trabajo. En el cuarto capítulo, se detallan las mediciones de demanda y energía de las cargas, así como las mediciones de armónicas efectuadas de tal manera de determinar los niveles generados de corrientes armónicas. En el quinto capítulo, se hace un análisis detallado de la presencia de armónicas en la red de la Planta, así como su efecto con la red del Sistema Interconectado Centro-Norte (SICN), para las diferentes condiciones de operación de los rectificadores incluyendo el sistema de compensación de energía reactiva propuesto. En el sexto capítulo, se realiza el dimensionamiento final del sistema de compensación de energía reactiva, y además se ejecutan las especificaciones técnicas de este sistema. En el séptimo capítulo, se efectúa el análisis económico del sistema de compensación de energía reactiva propuesto, así como se detallan los beneficios obtenidos por su implementación, indicándose los factores de evaluación económica (valor actual neto y tasa interna de retorno). Igualmente, se ha realizado un análisis de sensibilidad de tal manera de determinar la resistencia del proyecto ante variaciones aleatorias de algunos rubros importantes. Por último, se desarrollan las conclusiones que se obtienen de este trabajo.