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Soluciones para el segmento delagua
Ponente:
• D. Iván Tallón(Responsable de Producto Grandes Potencias, SCHNEIDER ELECTRIC)
LUNES 15, 18:50-20:00
1ª SESIÓN
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Schneider Electric 2- Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
1. Introducción y necesidades2. Eficiencia Energética3. Mejoras en la calidad de laenergía4. Grandes potencias
Índice:
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Schneider Electric 4- Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Situación actual y futura
En 2007: problemas de escasez en 30 países (300M de personas)En 2050: 60 países afectados
Planes de acción:
● Incrementar los recursos hídricos
●Plantas desalinizadoras●Optimizar los recursos hídricos existentes
●Mejorar el proceso de tratamiento de agua potable
●Optimizar la depuración del aguas residuales●Modernizar los sistemas de regadíos utilizados en la agricultura.
Introducción
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Schneider Electric 5- Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Inversiones en España
Plan A.G.U.A. (2004-2008) 3.800 M€
●Desaladoras (26 plantas, 300hm3/año): 2.000 M€
●Bombeo y Tratamiento: 1.800 M€
Plan A.G.U.A. (2009-2010)
●Desaladoras (400hm3): 2.600 M€
Plan Choque de Regadíos (2006-2007): 290.000 Regante s 2.300 M€
●Obras nuevas: 1.800M€
●Renovación: 500M€
Plan Nacional de Saneamiento y Depuración (2006-201 5): 20.000 M€
● 2.000 actuaciones de plantas depuradoras
Introducción
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Schneider Electric 6- Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Proceso de una planta desalinizadora por ósmosis In versa
M
POZO
FILTROARENA
FILTROCARTUCHOS
BOMBAALTA PRESION
TURBINASALMUERA
LIMPIEZAQUIMICA
BASTIDORDE MEMBRANAS
BOMBEOAgua Potable
DEPOSITOALMACEN
TOMA DE AGUA PRETRATAMIENTOBOMBEO
ALTA PRESIONBASTIDORESMEMBRANAS
POST-TRATAMIENTO
ACIDIFICACION
BOMBEOAgua de Mar
Post-tratamiento
Mar
Introducción
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Schneider Electric 7- Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
� Organización geográfica
Instalación de campo
Salas técnicas
Centro de control
IntroducciónComponentes:
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Schneider Electric 8- Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
� Organización funcional
Periferia: Instrumentación, equipos de campo y E/S distribuidas
Control: Controladores
Supervisión: Servidores, puestos de operador y terminales HMI
Comunicaciones: Red de periferia, red de control y red de planta
IntroducciónComponentes:
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Schneider Electric 9- Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
� Gestión de todos los subsistemas de la planta
Dispersión geográficaVariedad de disciplinas
� Propias del proceso (energía, bombeos, regulación, etc.)
� Generales de la planta (climatización, iluminación, control de accesos, etc.)
� Gestíon de la Energía
� Eficiencia energética� Calidad energética
IntroducciónObjetivos:
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Schneider Electric 10- Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
1. Introducción y necesidades2. Eficiencia Energética3. Mejoras en la calidad de laenergía4. Grandes potencias
Índice:
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Schneider Electric 11Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Diseño más eficiente.Edificio: Doble cristal, aislamiento térmico, etc..Industrial: tipos de reductora, motores más eficientes, etc..
Control centralizadoMantenimiento preventivo y predictivo
Consumo adaptable a los requerimientos del momento
Variadores de velocidad en los motores.Sensores presencia en la iluminación
¿Cómo reducir nuestro Coste energético ?
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Schneider Electric 12Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Consumo de motores en el mundo.
85% Bombas, Ventiladores y Compresores
Edificio 30% de electricidad
Industria & 60% de electricidad
Infraestructuras
25% de la energía consumida
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Schneider Electric 13Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Cómo optimizar su instalación.
Utilizar Variadores para el control de motores
Ahorro de hasta 10%
Ahorro de hasta 50%
Utilizar motores de alto rendimiento
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Schneider Electric 14Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
El OBJETIVO es convertir energía eléctrica de tensión y frecuencia constantes en energía eléctrica de tensión y frecuencia variables
Principio de funcionamiento del VV
Etapas de control
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Schneider Electric 15Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Tipos de Cargas
Par constante Par variable
Par
Nn
Pn
Par
Nn
Pn
rpm rpm
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Schneider Electric 16Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Punto de funcionamiento de 1 bomba.
Potencia suministrada por la bomba
Curva bomba
Curva Circuito
Eficiencia en Bombas
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Schneider Electric 17Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Ajuste del caudal de la instalación con 1 bomba con VV
Nn
Nn
80%Nn
Potencia Consumida
Pérdidas
Ahorro
Eficiencia en Bombas
→ El caudal Q es proporcional a (N/Nn)
→ La presión es proporcional a (N/Nn)2
→ La Potencia es proporcional a (N/Nn)3
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Schneider Electric 18Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Ejemplo de Ahorro
Datos Instalación:Pot = 100Kw
Z = 0,5Hn
Rendimiento Motor: a Nn
Eficiencia en Bombas
a 80% de la Nn
Rendimiento Variador:
Al 80% del Caudal Nominal: A velocidad fija (Vávula), 94% de la Potencia consumida
A velocidad variable (VV), 66% de la Potencia consumida
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Schneider Electric 19Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Ejemplo de Ahorro
Eficiencia en Bombas
Potencia eléctrica consumida a velocidad nominal:
Potencia eléctrica consumida a velocidad variable:
Diferencia de consumo: 25.8kWAhorro Energético Anual: 226MWh
Ahorro de 11.300 €/año (*) 0,05€/kWh!
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Schneider Electric 20Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
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Schneider Electric 21- Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
1. Introducción y necesidades2. Eficiencia Energética3. Mejoras en la calidad de laenergía4. Grandes potencias
Índice:
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Schneider Electric 22- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Introducción
Principales PerturbacionesOcasionadas por un Variador
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Schneider Electric 23- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Principales perturbacionesCompatibilidad E lectrom agnética
Perturbaciones B.FArmónicos
TensiónCorriente
Perturbaciones A.FRFI
Conducidas Radiadas
Introducción
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Schneider Electric 24- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Introducción
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Schneider Electric 25- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Perturbaciones B.FArmónicos
TensiónCorriente
Principales perturbacionesCompatibilidad E lectrom agnética
Perturbaciones A.FRFI
Conducidas Radiadas
Introducción
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Schneider Electric 26- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
●Son ocasionadas principalmente por el “chopeado” del voltaje de salida con altos dV/dt(PWM).● --> circulación de corrientes de fuga● --> generación de ondas electromagnéticas de HF.
● Las corrientes de fuga son conducidas desde la salida hasta la línea a través de los cables y la capacitancia del motor, generando perturbaciones HF hasta 30 MHz.
● Las ondas electromagnéticas de HF son emitidas al ambiente, generando perturbaciones radiadas de hasta 1GHz
Origen y Consecuencias
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Schneider Electric 27- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
●RESPETO A LAS NORMAS DE CABLEADO
● FILTROS RFI (perturbaciones conducidas y por consiguiente las radiadas)● La elección del filtro depende del nivel requerido por la
norma, y de la longitud y tipo del cable motor.
● Las perturbaciones pueden atenuarse si se tiene en cuenta la CEM en el diseño (ej. Planos internos de masa) .
● Las perturbaciones radiadas se minimizan utilizando conducciones metálicas o cables apantallados.
●Grandes distancias de cable, inductancias motor y filtros sinusoidales.
FiltroRFI
Filtro de Salida
Recomendaciones
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Schneider Electric 28- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Ambiente 1 « residencial »
Ambiente 2 « Industrial»
Categoría 2EN55011 Clase A grupo 1
Instalado y puesto en marcha por un profesional
C2
Categoría 1
EN 55011 Clase B grupo 1
C1
Categoría 4
SIN REQUERIMIENTOS> 400 A ó > 1000 V o sistemas complejos
PLAN CEM
C4
Categoría 3 EN 55011 Clase A grupo 2
U < 1000V I<100AU < 1000V I>100A
Puesta en marcha por un profesional
C3
RFI: IEC/EN 61800-3 edición 2
Normativa
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Schneider Electric 29- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
De las perturbaciones aguas abajo del variador
ATV MRFI
Origen y Consecuencias
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Schneider Electric 30- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
● Corrientes parásitas● Mantener los límites CEM
● Disipaciones de calor en la inductancia motor
● Picos de tensión en los terminales del motor
Factores que limitan la distancia de cable
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Schneider Electric 31- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
50 100 150 250 300200 400 500 600 m0
400V
Apantallado
Sin pantalla
690V
Apantallado
Sin pantalla
Inductancia Motor 2 x Inductancia MotorFunción software
Recomendaciones
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Schneider Electric 32- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
● Críticas para potencias > 100 kW● Problemas a los pocos meses de la instalación (Vibraciones, ruidos)
● Estrías en los rodamientos y elementos de rodamiento grises o mate (pérdia de grasa)
ATV
Carga
Ib
IbFC
Corrientes parásitas en los rodamientos del motor
Origen y Consecuencias
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Schneider Electric 33- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Perturbaciones B.FArmónicos
TensiónCorriente
Principales perturbacionesCompatibilidad E lectrom agnética
Perturbaciones A.FRFI
Conducidas Radiadas
Introducción
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Schneider Electric 34- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Origen y Consecuencias
Los armónicos son causados por las
corrientes no senoidales.
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Schneider Electric 35- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Origen y Consecuencias
Las principales consecuencias son:
Incremento de la Corriente r.m.s. Sobrecarga del trafo, cableado, componentes,…
Deterioro de la calidad de la alimentación general
Riesgo de resonancia con las baterías de condensadores
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Schneider Electric 36- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Principales
definiciones, fórmulas y
Normativa relativas a los armónicos
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Schneider Electric 37- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Definiciones
Factor de potencia ( λ)
Desplazamiento de λ ó cos φ igual al Factor de potencia cuando se trata de una U y I senoidal desplazadas un ángulo φ
)kVA(S
)kW(P=λ
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Schneider Electric 38Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Cos phi and Lamda (power factor)
Active power [kW]
Reactive power kVAr
Apparent power kVA
Harmonic power kVAr
Total Harmonic power kVAr
Cos phi
Lambda
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Schneider Electric 39- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Distorsión armónica total (THD) Magnitud armónica comparada con la fundamental.
1
240
23
22
2
2
1
...
I
III
I
ITHD
H
h
hi
+++=
= ∑
=
1
240
23
22
2
2
1
...
U
UUU
U
UTHD
H
h
hu
+++=
= ∑
=
21 1. irms THDII +=
Definiciones
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Schneider Electric 40- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
TDD, Red Pública, Red Privada y PCC
Red Pública de Alimentación
PCC
Instalaciones Cliente 1
Instalaciones Cliente 2
Red Pública de Alimentación
PCC
Instalaciones Cliente 1
Instalaciones Cliente 2
Definiciones
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Schneider Electric 41- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
IEC/EN 61800-3Normativa Internacional para variadores de velocida dHace referencia a la IEC 61000-3-2 , informe técnico IEC 61000-3-4 y IEC 61000-3-12
VV I linea Norma THDI Rsce Standard THDI Rsce
<= 16A IEC 61000-3-12 <=48% >=120 IEC 61000-3-2 <5% NS SIN REQUERIMIENTO
16A < I <= 75A IEC 61000-3-12 <=48% >=120 IEC 61000-3-12 <=48% >=120 SIN REQUERIMIENTO
>=75A IEC 61000-3-4 <=48% >=350 IEC 61000-3-4 <=48% >=350 SIN REQUERIMIENTO
Residencial Conexión directa a la red pública
Industrial Trafo MT/BT
Requerimienteos THDI según la norma IEC
Equipamiento Profesional Equipamiento No profesional
Normativa
Red MT Pública
IndustrialCliente
PCC
RedBT Privada
Eq uipamientostMaq. 1
Otras industriasclientes
IEEE 519 - ER G5/4-1
( i.e. IEC 61800-3 como guía )
MT / BT
MT / BT
AT / MT
Edificios
Red BT Públ ica
Comercial &Pequeñas industrias
IEC 61000-3-12
IEC 61000-3-2 /-3-12
R esidencial
PCC
IEC 61000-3-12
H VACL ift
EN 12015
IEC 61000-3-6 (AT&MT)
(Futura IEC 61000-3-14)
Eq uipamientostMaq. 2
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Schneider Electric 42- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Normativa
IEEE 519Prácticas recomendadas y requerimientos para el con trol de los armónicos en sistemas de potencia eléctrica
Guía de utilización.
Clasificación Sistemas BT y límites de distorsión
Aplicaciones especiales1
Sistemas Generales
Sistemas dedicados2
THD (tensión) 3% 5% 10%
1 Inlcuye hospitales y aeropuertos 2 Un sistemad dedicado es exclusivamente dedicado a convertidores de carga.
5%
Red MT Pública
IndustrialCliente
PCC
RedBT Privada
Equipami entostMaq. 1
Otras industriasclientes
IEEE 519 - ER G5/4-1
( i.e. IEC 61800-3 como guía )
MT / BT
MT / BT
AT / MT
Edificios
Red BT Pública
Comercial &Pequeñas industrias
IEC 61000-3-12
IEC 61000-3-2 /-3-12
Residencial
PCC
IEC 61000-3-12
HVAC Lift
EN 12015
IEC 61000-3-6 (AT&MT)
(Futura IEC 61000-3-14)
EquipamientostMaq. 2
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Schneider Electric 43- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Soluciones a la mitigación de armónicos
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Schneider Electric 44- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
A nivel de instalación- Baterías de condensadores SAH- Alimentación 12, ó 18 pulsos (THDI<5-10%)- Filtros activos (ACUSINE; SEPD)- Filtro Híbrido
Soluciones para su mitigación
A nivel de variador- Tecnología C-Less: THDI< 35%
- Inductancia CA o CC : THDI< 48%
- Filtros pasivos: THDI< 5 - 16%
- Active Front End: THDI< 5%
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Schneider Electric 45- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Inductancia
En THDI < 48%, el resultado es equivalente
La inductancia en el bus CC es sensiblemente más pequeña y la caída de tensión es menor.
Una inductancia CA protege el puente rectificador de entrada del variador.
Solución a nivel de Variador
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Schneider Electric 46- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Filtro pasivo
THDI baja 16%, 13%, 10%, 8%, 5% cuando la inductancia no es suficiente
Circuito LC sintonizado a cada una de las frecuencias de armónicos a filtrar, en paralelo con el dispositivo generador de armónicos.
Solución a nivel de Variador
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Schneider Electric 47- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Alimentación 12-18p
THDI del 5 a 10%
Solución a nivel de Variador
Delta
Star
Rectificador 6p
Rectificador6p
M
Inversor +L
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Schneider Electric 48- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
AFE (Active Front End)
THDI < 5% a nivel de variador
Puente rectificador activo (IGBT) en vez de diodos.
Reversible cuando el VV actua como generador
Solución a nivel de Variador
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Schneider Electric 49- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Batería de condensadores
La batería de condensadores permite compensar reactiva
Riesgo de resonancia amplificando la tasa de distorsión armónica
El uso de baterías de condensadores SAH permiten disminuir considerablemente la THDi de la instalación.
Solución a nivel de Instalación
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Schneider Electric 50- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Filtros Activos y Híbridos
THDI < 5% a nivel de instalación
Filtros Activos: SineWave , AccuSine y AccuSine HP
Filtro Híbrido: Filtro pasivo (5º Armónico) + SineWave
Solución a nivel de Instalación
50A 120A
690V
400V
480V
20A 480A 600A
AccuSine
SineWave
3000A300A
Ud en paralelo
AccuSine HP
AccuSine HP
AccuSine
AccuSine3W
4W
3W
3W
3W: 3 cables4W: 4 cables
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Schneider Electric 51- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
Resumen
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Schneider Electric 52- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
ResumenLas diferentes soluciones ofrecidas por Schneider Electric en
términos de potencia y THDi a nivel de variador
2.2kW 15kW 400kW 800kW 2400kW75kW
40%
10%
5%
Choke
Passive filter12 pulse
C-less (ATV21)
Basic product
ATV12
ATV312
ATV21
ATV61-71
Active filter 18 – 24 pulse
Active Front End
2.2kW 15kW 400kW 800kW 2400kW75kW
40%
10%
5%
Inductancia
Filtro Pasivo12 pulsos
C-less (ATV21)
Producto Base
ATV12
ATV312
ATV21
ATV61-71
Filtro Activo 18 – 24 pulsos
Active Front EndTHDi
Pot
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Schneider Electric 53- Industry Business – Ivan Tallon – 15 de Noviembre de 2010
ResumenLas diferentes soluciones ofrecidas por Schneider Electric en
términos de prestaciones y precio a nivel de variador
110% 150% 250%200%
40%
10%
5%
30%
Choke
12 p
AFEActive Filter
C-less
18 p
Passive
filter
110% 150% 250%200%
40%
10%
5%
THDi
30%
Inductancia
12 p
AFEFiltro Activo
C-less
18 p
Filtro P
asivo
Precio
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Schneider Electric 54- Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
1. Introducción y necesidades2. Eficiencia Energética3. Mejoras en la calidad de laenergía4. Grandes potencias
Índice:
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Schneider Electric 55- Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
Requerimientos de las Grandes Potencias
●Los equipos de grandes potencias se diseñan en base a estos criterios:
●Continuidad de servicio y reducción de repuestos
●Toman suma importancia las pérdidas en los equipos
●Mayor Precisión en el algoritmo del lazo de control de motor debido a la baja impedancia
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Schneider Electric 56- Industry Business – Noviembre 2010
Altivar 61/71 Plus VHP
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Schneider Electric 57- Industry Business – Noviembre 2010
Cambio de un módulo IGBTs VHP
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Schneider Electric 58- Industry Business – Noviembre 2010
Altivar 61/71 Plus VHP
IP23 ó IP54 Ventilación Agua-Aire
IP55Ventilación Agua-Agua
P.Ej. 1800kW Efficiency= 98%� 36kW de pérdidas.0,11 c€/kW 24 h/ día, 320 día/año � 33.000€ /año
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Schneider Electric 59Industry Business – Ivan Tallon – 15-11-2010
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