Comunicación presentada al II Congreso Smart Grids:
Autores
- Roberto Calone, Aplicaciones de Protección y Control Manager, ENEL Distribuzione S.p.A.
- Fabio Giammanco, Normalización y Especificación Manager, Endesa S.A.
Resumen
Hasta ahora la inteligencia en una red de MT se concentraba en unos pocos nodos. Para permitir el desarrollo de redes verdaderamente inteligentes, la presencia de inteligencia ampliamente distribuida es una necesidad; por consiguiente es fundamental la instalación de mediciones distribuidas en varios puntos de la red de MV. En este contexto Enel Distribuzione y 3M han trabajado juntos en un componente muy innovador para adaptar las instalaciones existentes: una terminación con sensores (denominada ‘Terminación inteligente’ en la especificación de Enel Distribuzione) para centros de transformación de aislamiento al aire, con sensores pre-calibrados, integrados, para tensión y corriente, altamente precisos y pasivos. Estos componentes se han desarrollado para ser conectado a la RGDM, el dispositivo inteligente de Enel Distribuzione instalado en las subestaciones secundarias para la protección, automatización y gestión de la generación distribuida en MT. En la presentación se describen los requisitos para los dispositivos de red inteligente (requisitos generales de los sensores), la solución desarrollada por 3M para satisfacer estos requisitos y los resultados de la primera instalación piloto.
Introducción
El foco en el crecimiento económico de la huella de carbono ha llevado a un importante despliegue de fuentes de generación renovable a gran escala (generación distribuida). La integración de estas fuentes en la infraestructura de red existente de electricidad representa un desafío de confiabilidad y eficiencia para Enel Distribuzione y otras compañías eléctricas. Nuevas soluciones de distribución para la automatización y control se han desarrollado para abordar estas cuestiones. Sin embargo, la adquisición de datos de parámetros clave en la red, tales como tensión e intensidad, con una alta precisión y en tiempo real sigue siendo un desafío importante. Esto es especialmente relevante en la red de MT, donde las soluciones técnicas disponibles actualmente rara vez pueden cumplir con los requerimientos de precisión de los datos requeridos y el retorno sobre los requisitos de la inversión (ROI) de todo el sistema. Por lo tanto, la mayoría de las soluciones de adquisición de datos, que permitan inteligencia distribuida hoy se concentran solo en unos nodos de la red general de distribución de MT.
Los accesorios con sensores integrados y su aplicabilidad a la red proporcionan unas mediciones de tensión e intensidad altamente precisas a través de la simple adaptación de los equipos de distribución de MT existentes en la línea. Estos tipos de accesorios con sensores, junto con la infraestructura existente para comunicación de datos, automatización y control, permiten monitorizar en tiempo real la carga de la red, ejercer control y automatización en los centros de distribución.
Terminación separable con sensores integrados
La experiencia de más de 40 años de innovación en accesorios para cables subterráneos de MT para compañías eléctricas en todo el mundo, le ha permitido a 3M desarrollar una terminación en la que se incorporan sensores integrados, pre-calibrados, altamente precisos, pasivos tanto para tensión como intensidad.
Este tipo de terminación es adecuada para el reequipamiento de una gran variedad de los equipos de MT existentes en la red de Enel sin necesidad de cambiar las cabinas y están diseñados para proporcionar datos altamente fiables incluso en ambientes que puedan presentar variabilidad de frecuencia y temperatura. Se pueden instalar directamente en las líneas de alimentación de MT utilizando la tecnología en frío de instalación del accesorio, conectando el sensor de cada fase a una unidad RTU electrónica.
La medida de corriente (carga) se obtiene a través de una bobina Rogowski muy precisa, diseñada específicamente para su integración en la terminación. La medida de tensión se obtiene mediante un sensor pasivo tipo divisor de tensión capacitivo, que compensa la variación con la temperatura. La instalación requiere la desconexión del transformador de distribución por un corto periodo de tiempo para acometer las conexiones. Se pueden instalar fácilmente a la mayoría de RTUs disponibles en el mercado. La experiencia de Enel en este sentido ha sido muy satisfactoria y permite pensar en un despliegue más masivo de este tipo de solución en el futuro.
Valores típicos de los sensores utilizados en la prueba piloto Enel:
Medición de tensión:
- Tensión primaria (Upr): 20/√(3) o 15/√(3) o 10/√(3)
- Precisión de la tensión (cada fase): 0,5% – clase 3P
- Desplazamiento de fase: ±0,5% a tensión nominal
Medición de corriente:
- Corriente primaria nominal (Ipr): 300 A
- Precisión actual (cada fase) – a Ipr (300 A): +-1%
- a ratio I/Ipr= 0.01 : +-5%
- a ratio I/Ipr= 0,05 : +-1%
- a ratio I/Ipr= 5 : +-5%
Los valores de precisión de tensión e intensidad de ±0.5% han sido probados en un rango de temperatura ambiente entre 0 °C y 35 °C. La exactitud de la medida es el ±1% en el rango de -5 °C a 0 °C y 35 °C a 40 °C». Frecuencia nominal 50Hz.
Aplicaciones
Tecnología avanzada de automatización de la red de distribución de Enel habilitada por el uso de accesorios 3M con sensores integrados.
Estos accesorios proporcionan mediciones fundamentalmente necesarias para el análisis avanzado y de respuesta: alta precisión para valores de tensión y corriente y el ángulo de fase asociado. Las salidas de tensión y corriente se ofrecen como formas de onda analógicas y son capaces de una respuesta de alta frecuencia, dando libertad al usuario para habilitar varios métodos de análisis de red, compleja, en tiempo real y tipo de respuesta. Una breve descripción de algunas de las muchas aplicaciones útiles de esta tecnología se menciona a continuación.
La Calidad de la Energía: Optimización de volt/Var
La calidad de la energía a través de la optimización de volt/Var, o VVO, consiste en la reducción de la cantidad de potencia reactiva en la red para reducir la corriente total. La potencia reactiva es el resultado de la inductancia parásita y capacitancia que se forma en la red. Mientras que la potencia entregada puede ser imaginaria, una corriente creciente, las pérdidas de la línea y la reducción en el rendimiento son muy reales. La determinación del ángulo de fase requiere de mediciones simultáneas de tensión y corriente (habilitado por los accesorios con sensores integrados) y de un posterior análisis de la relación del tiempo entre los dos. Si se produce una carga inductiva, la tensión precederá a la corriente. Alternativamente, si se produce una carga capacitiva, entonces la corriente precederá a la tensión. En cualquier de estas condiciones se origina un factor de potencia pobre y requerirá de una corriente adicional en la red para proporcionar la misma cantidad de poder real a los usuarios finales. Una vez medidas, las cargas inductivas y capacitivas pueden ser compensadas por conmutación en un banco de capacitores para cancelar las cargas reactivas o mediante un reactor para cancelar las cargas capacitivas.
Reducción del voltaje de conservación (CVR)
CVR es una práctica de implica mantener la tensión de línea de distribución tan baja como sea posible al tiempo que se garantiza que la tensión entregada se mantiene dentro de las especificaciones requeridas. Esta práctica se basa en el principio de que muchos dispositivos (por ejemplo, aire acondicionado, bombillas de luz fluorescente incandescente, motores de inducción, etc.) funcionan con mayor eficiencia energética a voltajes ligeramente inferiores. La puesta en marcha de una CVR se basa en una combinación de conmutación de condensadores para reducir las pérdidas de la línea, al tiempo que se mantiene una tensión lo más uniforme posible a lo largo de las líneas de distribución, lo que permite además la regulación de la tensión realizada en la subestación para reducir la tensión. Para implementar y optimizar esta tecnología en tiempo real, es crítico disponer de una alta precisión en la medición de tensión, obtenida a partir de los accesorios con sensores, ya que las tensiones primarias deben medirse con exactitud a lo largo de las líneas de alimentador de distribución y en los puntos de consumo.
Localización y detección de faltas
La localización de averías de una manera eficiente y rápida es una característica que pocas compañías tienen hoy en día, especialmente en redes subterráneas. Enel ha optado por utilizar y experimentar con accesorios con sensores integrados de 3M ya que constituyen un componente clave para acomodar métodos de localización de averías debido a la naturaleza analógica de las salidas y la capacidad de los sensores de corriente para medir los elevados valores que se producen durante una falta, sin saturación magnética. Las formas de onda generadas por una falta y la medida del dispositivo pueden ser muestreados a altas frecuencias y analizados usando métodos como la reflectometría de dominio tiempo (TDR) y transmisometría de dominio tiempo (TDT). Estos métodos de análisis trabajan sobre la base de las formas de onda. Estas mediciones en el tiempo y un modelo de red que incluya un conocimiento de longitudes de cable y una impedancia de acoplamiento, permite la localización mediante la captura de datos. Con un accesorio para cable con sensores y los dispositivos electrónicos integrados en las cabinas (colocados a lo largo de una red eléctrica), Enel ha sido capaz de medir estas faltas desde varias ubicaciones y trianguladas dentro de un pequeño margen de error. A medida que aumenta la complejidad del sistema con más puntos y más interconexiones, el uso de dispositivos como los accesorios con sensores de 3M se convierten en más necesario si cabe, para proporcionar puntos de medición adicionales que puedan ayudar a aumentar la precisión en la localización de la falta, de una manera rentable y eficiente.
La terminación con sensores integrados utilizada por Enel en su prueba piloto cumple con la siguiente normativa:
- Cenelec HD 629.1 S2
- IEC 61238-1
Exactitud de armónicos de tensión y corriente según:
- IEC 60044-7
- IEC 60044-8
- EN 50160
Beneficios
Características & Beneficios
- Alta precisión: los accesorios con sensores integrados junto con la electrónica RTU adecuada, permiten la medición de tensión y corriente de forma altamente precisa en cables subterráneos de MT.
- Integrado y compacto en ‘una pieza – plug&play’ para una instalación rápida y fácil.
- Ninguna modificación o reemplazo es necesaria para las cabinas de transformación existentes (no se necesita acceso al transformador).
- Apto para reparaciones en condiciones de espacio limitado y con corta longitud de cable.
- Calibrado: no es necesaria la calibración ‘in situ’.
- Solo incluye elementos pasivos (no necesita de fuente de alimentación externa).
El accesorio con sensor permite habilitar la supervisión de la red de distribución para:
- Integración de energías renovables (flujo de energía de control bidireccional).
- Permite la utilización de micro redes.
- Reduce el tiempo de detección y corte de falta.
- Habilita un mantenimiento preventivo de la red de distribución.
Todo ello permite la monitorización de un sistema subterráneo de distribución en MT mediante una interfaz con utilidades de comunicación con la infraestructura existente y proporcionando mediciones ‘on-line’ de tensión e intensidad altamente precisos.
CAPEX: Actualización en Centros de Distribución existentes para la automatización de la red
- Rápida, fácil y sencilla actualización de la aparamenta/infraestructura existente.
- No se requiere ninguna modificación de la aparamenta/infraestructura instalada.
- No se requiere ninguna obra civil.
- Solución Plug&Play en una sola pieza, para maximizar la eficacia de la instalación (evitar errores).
- Sistema pre-calibrado para una fácil instalación.
- Velocidad de renovación y adaptación de la red de distribución actual.
Conclusión
La capacidad de adquirir datos exactos de los puntos críticos a lo largo del segmento de red de distribución de MT de Enel se ha demostrado como requisito fundamental para la integración de fuentes de generación distribuida, tanto para mejorar la fiabilidad del sistema, como su eficiencia. La experiencia llevada a cabo en las pruebas piloto en varios puntos de Italia, ha demostrado que las soluciones con sensores integrados le permiten a Enel atender esta necesidad, al tiempo que se definen las utilidades básicas necesarias para poder captar los valores de tensión de forma altamente precisa y en tiempo real. Además, la baja inversión, la fácil instalación y la no calibración en campo hacen que el despliegue de estas soluciones sea rápida y eficiente.