Análisis de armónicos y compensación de energía reactiva para mejorar la calidad del sistema eléctrico en un hospital de tercer nivel

Abstract

Esta investigación tiene el propósito de analizar los niveles de armónicos y compensación de energía reactiva, en el sistema eléctrico de un hospital de tercer nivel, debido a que, representan un riesgo de calidad de energía eléctrica, para el correcto funcionamiento de los equipos biomédicos y equipos electromecánicos. En ese sentido, se verifica los niveles de armónicos presentes en la instalación eléctrica, este último conformado por 2 circuitos generales independientes denominados TGN-1 y TGN-2, cada uno con su respectivo transformador de potencia de media tensión. Los parámetros de armónicos obtenidos, fueron comparados con los niveles máximos permitidos de la norma internacional IEEE STO 519-2014. Además, se verificó el nivel del factor de potencia del sistema eléctrico, el cual permitió evaluar una eficiente compensación de energía reactiva, considerando como referencia la Norma Técnica de Calidad de Suministro Eléctrico (NTCSE-2010). Para realizar el presente estudio, se registraron datos a través de un instrumento analizador de red de calidad de energía eléctrica METREL MI 2892, instalados en la sala de distribución eléctrica en baja tensión, aguas abajo de los transformadores de potencia de media tensión. Asimismo, para un adecuado análisis, se verificó la información del sistema eléctrico con inspecciones en campo y la revisión de distribución de cargas eléctricas, mediante planos eléctricos unifilares, determinando los puntos de acoplamiento común, según la IEEE 519 (2014). El presente estudio concluye que, el banco de condensadores automáticos correspondiente al circuito TGN-2, se encuentra funcionando de forma continua con un factor de potencia de desplazamiento inductivo promedio de 0.992. Simultáneamente, el banco de condensadores automáticos correspondiente al circuito TGN-1, se encuentra energizado, pero sin funcionamiento con un factor de potencia capacitivo promedio de 0.981, puesto que, el circuito está conformado por cargas capacitivas predominantes. En cuanto a los niveles de distorsión armónica total, distorsión de demanda total e índices de armónicos, se verificó que, no superan el límite máximo permitido por la IEEE 519 - 2014, a excepción del armónico de corriente individual de orden 5º, con valores de 19.33% de la fundamental, siendo el límite un 10%. Asimismo, se analizaron variaciones de tensión eléctrica, desequilibrio de la red trifásica y determinación del factor K correspondiente a cada circuito. Finalmente, se realizan algunas recomendaciones para las condiciones desfavorables del sistema eléctrico, como la instalación de un filtro activo sintonizado en el punto de acoplamiento común, que permita bloquear el armónico predominante de orden 5º mejorando la Distorsión de demanda total en un 58.23% ; y para las variaciones de tensión se recomienda aumentar la relación de transformación, con la finalidad que la tensión eléctrica en el lado de baja disminuya, sin sobrepasar los límites tolerados por la NTCSE, mejorando la tensión de suministro en un 48.52% y 53.48% correspondiente a los tableros TGN-1 y TGN2

This research has the purpose of analyzing the levels of harmonics and compensation of reactive energy, in the electrical system of a third level hospital, because it represents a risk of quality of electrical energy, for the correct functioning of biomedical equipment and electromechanical equipment. In this sense, the levels of harmonics present in the electrical installation are verified, the latter made up of 2 independent general circuits called TGN-1 and TGN-2, each with its respective medium voltage power transformer. The harmonic parameters obtained were compared with the maximum permitted levels of the international standard IEEE STO 519-2014. In addition, the level of the power factor of the electrical system was verified, which was able to evaluate an efficient compensation of reactive energy, considering as a reference the Technical Standard for the Quality of Electrical Supply (NTCSE-2010). To carry out the present study, data was recorded through a METREL MI 2892 power quality network analyzer instrument, installed in the low-voltage electrical distribution room, downstream of the medium-voltage power transformers. Likewise, for an adequate analysis, the information of the electrical system was verified with field inspection and the review of the distribution of electrical charges, through single-line electrical drawings, determining the points of common coupling, according to IEEE 519 (2014). The present study concludes that the bank of automatic capacitors corresponding to the TGN-2 circuit is operating continuously with an average inductive displacement power factor of 0.992. Simultaneously, the bank of automatic capacitors corresponding to the TGN-1 circuit is energized, but without operating with an average capacitive power factor of 0.981, since the circuit is made up of predominant capacitive loads. Regarding the levels of total harmonic distortion, total demand distortion and harmonic indices, it was verified that they do not exceed the maximum limit allowed by IEEE 519 - 2014, with the exception of the individual current harmonic of order 5º, with values of 19.33% of the fundamental, the limit being 10%. Likewise, the variations of electrical voltage, the unbalance of the three-phase network and the determination of the K factor corresponding to each circuit were analyzed. Finally, some recommendations are made for unfavorable conditions of the electrical system, such as the installation of an active filter tuned at the common washing point, which allows blocking the predominant 5th order harmonic, improving the total demand distortion by 58.23%; and for voltage variations, it is recommended to increase the transformation ratio, so that the electrical voltage on the low side decreases, without exceeding the limits tolerated by the NTCSE, improving the supply voltage by 48.52% and 53.48% corresponding to TGN-1 and TGN2 boards.