01 proyecto de residencia profesional Jorge Alberto Rivera Juarez

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
OPCIÓN X
RESIDENCIA PROFESIONAL
COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD (CFE)
“PROCEDIMIENTO PARA EL ANÁLISIS E INSTALACIÓN DE
RESTAURADORES ELÉCTRICOS EN CIRCUITOS DE MEDIA
TENSIÓN”
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO ELECTROMECÁNICO
PRESENTA:
JORGE ALBERTO RIVERA JUÁREZ
13231176
ASESOR INTERNO:
DR. NOE ALVARADO TOVAR
ASESOR EXTERNO:
ING. JORGE EDUARDO RIOS RUBIO
“LA EXCELENCIA ACADÉMICA AL SERVICIO DE LA SOCIEDAD”
CIUDAD LERDO, DURANGO
DICIEMBRE DEL
2017
Instituto Tecnológico Superior de Lerdo
Residencia Profesional
MC. Francisco Huerta Valenzuela
Agradecimientos
Durante el proceso que fue la residencia profesional para el alumno Jorge Alberto
Rivera Juárez, se agradece enormemente a la empresa Comisión Federal de
Electricidad por dar la oportunidad de trabajar en uno de sus departamentos, como lo
es el departamento de Control y Comunicación donde se agradece a los ingenieros
encargados del departamento, Ing. Jorge Eduardo Ríos Rubio, Ing. Juan Manuel Vela
Vázquez, Ing. Alfredo Rodríguez Briceño. Ing. Víctor Hugo Monarrez Machado y al Ing.
Dante Hernández Ríos. Que gracias a su apoyo y conocimiento la estadía de la
residencia profesional tuvo un gran provecho, así como también de una grata
experiencia, ya que tuvieron todo el tacto y la amabilidad de explicar los diferentes
procesos que realizan dentro del departamento así como también aportaron
experiencia y ayuda técnica para el desarrollo de este proyecto. De igual manera se le
agradece al Profesor Noé Alvarado Tovar, asesor interno de la institución, por los
asesoramientos, revisión de estructura y redacción para dicho reporte.
ii
Ingeniería Electrónica
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MC. Francisco Huerta Valenzuela
Contenido
1.
Introducción ................................................................................................................... 1
2.
Problemas a resolver..................................................................................................... 4
3.
Justificación ................................................................................................................... 5
4.
Alcances y limitaciones ................................................................................................ 6
4.1.
Alcances ................................................................................................................... 6
4.2.
Limitaciones.............................................................................................................. 6
5.
Objetivos ........................................................................................................................ 7
5.1.
General..................................................................................................................... 7
5.2.
Específicos ............................................................................................................... 7
6.
Caracterización del área en que se participó............................................................... 8
7.
Fundamento teórico ...................................................................................................... 9
7.1.
Definición de términos .............................................................................................. 9
7.2.
Sistemas de distribución ......................................................................................... 12
7.2.1.
Sistemas de distribución industrial ...................................................................... 13
7.2.2.
Sistemas de distribución comercial ..................................................................... 13
7.2.3.
Parques industriales ............................................................................................ 14
7.2.4.
Sistemas de distribución urbanos y residenciales ............................................... 14
7.3.
Distribución rural ..................................................................................................... 15
7.4.
Protección contra sobrecargas. .............................................................................. 16
7.5.
Corrientes de cortocircuito. ..................................................................................... 16
7.6.
Clases de Cortocircuitos. ........................................................................................ 18
7.7.
Protección de instalaciones contra cortocircuitos. ................................................... 20
7.8.
Restauradores ........................................................................................................ 22
7.9.
Protecciones de sobrecorrientes............................................................................. 25
8.
Procedimiento y descripción de las actividades realizadas ..................................... 27
9.
Análisis de resultados, planos, gráficas, prototipos y programas ................................... 34
10.
Conclusiones y recomendaciones .......................................................................... 42
10.1.
Conclusiones ...................................................................................................... 42
10.2.
Recomendaciones .............................................................................................. 43
11.
Competencias desarrolladas ...................................................................................... 44
12.
Referencias bibliográficas ....................................................................................... 45
Bibliografía ............................................................................................................................ 45
iii
Ingeniería Electrónica
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Índice de tablas
Tabla 1: Datos para UTR tipo DART ..................................................................................... 31
Tabla 2: Datos para UTR tipo G3 .......................................................................................... 31
Tabla 3: TIU, ATIU y TPR en circuitos urbanos y rurales ...................................................... 35
Tabla 4: Valores promedio de los atributos en circuitos urbanos y rurales ............................ 35
Tabla 5: Valores promedio de los atributos en circuitos urbanos y rurales ............................ 35
Índice de figuras
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
1: Estructura básica de un sistema eléctrico ............................................................. 12
2: Restaurador eléctrico Noja Power ......................................................................... 22
3 Equipo de control de un restaurador eléctrico Cooper ........................................... 25
4 Clasificación de relés ............................................................................................. 26
5: Menú de configuración .......................................................................................... 29
6: Pantalla para configurar estaciones ...................................................................... 30
7: Pantalla para configuracion de VRTU ................................................................... 32
8: Control de restaurador eléctrico cooper de la división norte de CFE ..................... 33
9: curvas rápida y lenta de un reconectador ............................................................. 38
10: Diagrama de disparos rápidos y cerrados ........................................................... 38
11: Curvas de tiempo-corriente del restaurador cooper ............................................ 39
12: diagrama de troncal eléctrico de muestra............................................................ 40
13: Troncal eléctrico.................................................................................................. 40
Índice de ecuaciones
Ecuación ( 1) ............................................................................................................. 10
Ecuación ( 2) ............................................................................................................. 17
Ecuación ( 3) ............................................................................................................. 18
Ecuación ( 4) ............................................................................................................. 19
Ecuación ( 5) ............................................................................................................. 19
Ecuación ( 6) ............................................................................................................. 19
iv
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1.
Introducción
Las protecciones en los sistemas de distribución han evolucionado con el tiempo desde
los fusibles hasta los dispositivos sofisticados, cuyo funcionamiento está basado en el
empleo de microprocesadores y relevadores; sin embargo, independientemente de los
avances logrados para el desarrollo de diversos dispositivos de protección disponibles
en la actualidad y aun cuando los sistemas de distribución sean bien planeados,
diseñados y construidos existen fallas y regímenes anormales que tienen las líneas y
redes de distribución cuyo origen se deben a sobretensiones y sobrecorrientes.
Hasta el momento, los ingenieros no habían trabajado con frecuencia en el diseño de
los sistemas de media tensión (MV, por sus siglas en inglés), principalmente porque
nada de más de 600 V era manejado por las utilidades. La excepción incluyó a los
grandes consumidores eléctricos, tales como las instituciones gubernamentales, la
industria minera o los sitios industriales. Sin embargo, en los 15 años anteriores, ha
habido una explosión de sistemas de distribución eléctrica MV, que se utiliza en los
grandes complejos comerciales. Muchos de estos complejos también tienen
componentes de alto aumento con elevadores MV que dan servicio a subestaciones
de unidades en sitios estratégicos, en niveles múltiples. Otra característica de los
grandes complejos comerciales es la función de la planta central asociada con
enfriadores MV y subestaciones de las unidades.
Los diseños MV son subjetivos y dependen de la aplicación. El objetivo es mostrar el
código y los "mínimos" estándar que deben considerarse para la coordinación de los
dispositivos de protección MV. Medir componentes MV, tales como motores,
generadores, transformadores, sistemas de escritura, la arquitectura de los sistemas
MV o el diseño de los esquemas de protección complicados, tales como reconectores,
enclavamientos, protección diferencial, etc. (CASTAÑO, 2004).
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Definición de MV
MV es un término que utiliza la industria de distribución de energía eléctrica; sin
embargo, existen diversas definiciones.
IEEE 141 divide los voltajes del sistema en "clases de voltaje". Los voltajes de 600 V
y por debajo de estos se llaman "bajos voltajes", los voltaje de 600 V a 69 kV se llaman
"medios voltajes", los voltajes de 69 kV a 230 kV se llaman "altos voltajes", y por último,
los voltajes de 230 kV a 1,100 kV se llaman "extra altos voltajes", los de 1,100 kV
también pueden llamarse "ultra altos voltajes".
El fabricante de fusibles, Littelfuse, en su literatura, expone que "Los términos "medio
voltaje" y "alto voltaje" ha sido utilizados de manera indistinta por mucha gente, para
describir a los fusibles que operan por encima de los 600 V". Técnicamente hablando,
los fusibles de "medio voltaje" son aquellos cuyo voltaje oscila entre los 2,400 o 38,000
Vac.
La norma ANSI/IEEE C37.20.2 - La norma para conmutadores metálicos define MV
como 4.76 a 38 kV (Wikipedia, 2017).
Elección de MV
La elección del voltaje de servicio se ve limitada por los voltajes que ofrecen las
instalaciones. En la mayoría de los casos, sólo se encuentra disponible una opción
sobre las instalaciones eléctricas y por lo general, la opción de voltaje está limitada. A
medida que los requisitos de energía aumentan también aumenta la posibilidad de que
las instalaciones requieran un voltaje mayor. Por lo general, si la demanda máxima se
aproxima a los 30 MV, entonces, las instalaciones pueden requerir una subestación en
el sitio. Sin embargo, la norma, es que las instalaciones ofrecerán diferentes servicios
de MV, que el ingeniero tendrá que integrar en un sistema de distribución de MV del
propietario.
En algunos casos, las instalaciones ofrecen opciones de voltajes de servicios. En estos
casos, debe conducirse un análisis de las opciones con el fin de determinar la mejor
opción para el proyecto. En general, los altos voltajes dan como resultado más gastos
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por el equipo. De igual manera, lo costoso por instalación y mantenimiento aumentan
con este tipo de voltajes. Sin embargo, para los desarrollos a grande escala, el equipo,
tal como grandes motores, puede necesitar un voltaje de servicio de 4160 V o mayor.
Por lo general, la confiabilidad del servicio tiende a incrementar a medida que los
voltajes de servicio lo hacen.
Cuando se conecta a una instalación existente, por lo general, ésta dirige los requisitos
de interconexión, incluyendo a los requisitos de protección de los dispositivos. La
instalación necesitará establecer parámetros y limitaciones con base en el fabricante
para proteger a los dispositivos.
Restauradores
Los restauradores son equipos autocontrolados, cuya característica principal es la de
interrumpir sobrecorrientes de régimen transitorio y permanente utilizando recierres
rápidos y lentos de acuerdo con las curvas de tiempo-corriente definidas en el
relevador, con la finalidad de llevar a cabo una coordinación adecuada con otros
dispositivos ubicados en el mismo circuito aéreo.
Diseñados para voltajes de 15kV, 27kV y 38kV. Estos equipos que pueden ser
Telecontrolados por medio de un radio de frecuencia, GPRS y fibra óptica que se
conecta al relevador del equipo, que cuenta con los puertos necesarios para dicha
conexión y así ser controlado desde una estación maestra de CFE (Tecnologia, 2017).
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2.
Problemas a resolver
Dentro del área del departamento de Control y Comunicación de Comisión Federal de
Electricidad uno de los puntos más importantes a controlar, y a su vez monitorear, son
las restauradores eléctricos, los cuales son un equipo de seccionamiento
autocontrolado, cuya característica principal es la de interrumpir sobrecorrientes de
régimen transitorio y permanente utilizando recierres rápidos y lentos de acuerdo con
las curvas de tiempo-corriente definidas, con la finalidad de llevar a cabo una
coordinación adecuada con otros dispositivos ubicados en el mismo circuito.
Por lo tanto el problema para el cual se enfoca este proyecto es definir el alcance, los
criterios, las reglas, los requerimientos y procesos a considerar, para la localización e
instalación del equipo de protección y seccionamiento telecontrolado en los circuitos
urbanos y rurales de la red de media tensión.
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3.
Justificación
Uno de los propósitos del ingeniero electrónico se basa en el estudio de equipos o
sistemas eléctricos/electrónicos siempre buscando mejorar y automatizar un proceso.
Por cual este proyecto que está enfocada al estudio sobre la instalación de un
restaurador eléctrico , y a pesar de que la empresa ya cuenta con un estudio muy
similar, el departamento hace la propuesta para reconsiderar varios puntos y así tener
un estudio más específico para cada uno de los casos de los equipos de protección o
de seccionamiento como los restauradores, ya que actualmente su sistema de
instalación en redes eléctricas es de una manera muy general para las distintas zonas
donde se requieren, por lo tanto se busca hacer un estudio y el análisis para ampliar
los criterios de instalación dando como posibles resultados un mejor servicio del
suministro de energía eléctrica de calidad así como su eficiencia a la hora de realizar
un restablecimiento de suministro y reducir el tiempo de interrupción al usuario.
Por lo tanto se busca definir criterios para la ubicación de restauradores en ámbitos
generales y específicos, realizar un estudio de circuito para la definición de posibles
problemas así como utilizar de manera eficiente e inteligente cada restaurador y
comprobar que su programación actual da paso a ser eficaz dentro del nuevo estudio.
5
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4.
Alcances y limitaciones
4.1.
Alcances
1. Terminar el nuevo estudio acerca de los procedimientos y
características a tener en cuenta para la instalación de un restaurador
eléctrico en líneas eléctricas de media tensión (1000-35000 Volts), así
como las recomendaciones y modificaciones al estudio actual para la
instalación de equipos de restauradores
4.2.
Limitaciones
1. Implementar de manera general el estudio a realizar en redes de media
tensión.
2. El tiempo para realizar y/o proponer la implementación en al menos un
circuito de la red de media tensión (1000-35000 Volts).
6
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5.
Objetivos
5.1.
General
Ampliar el criterio del actual procedimiento para el análisis e instalación
de restauradores eléctricos en circuitos de media tensión.
5.2.
Específicos
1.
Recopilar información relacionada a los restauradores (manuales
de proveedor, especificaciones eléctricas, programación).
2.
Analizar el actual método para la instalación de estos equipos.
3.
Identificar
los
equipos
para
protecciones
en
especial
restauradores eléctricos que hay en la red eléctrica de media tensión
actualmente.
4.
Reparar
un
equipo
dañado
para
comprender
mejor
su
funcionamiento.
6.
Desarrollar un nuevo estudio para la localización de restauradores
eléctricos.
7
Ingeniería Electrónica
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6.
Caracterización del área en que se participó
Dentro del área que se participó durante la residencia profesional son las áreas de
control y comunicación de la CFE las cuales se encargan de telecontrolar todos los
sistemas de protección de la división norte, que se encuentran en las líneas de media
tensión en el sistema eléctrico actual que rigen al país.
Dentro del departamento de comunicación su concepto es en esencia, que las
comunicaciones electrónicas son la transmisión, recepción y procesamiento de
información usando circuitos electrónicos. La información se define como el
conocimiento, la sabiduría o la realidad y puede ser en forma analógica, tal como la
voz humana o en forma digital, tales como información de base de datos. Toda
información debe convertirse a energía electromagnética antes de que pueda
propagarse por un sistema de comunicaciones electrónicas.
Por otro lado el departamento de control tiene como concepto, que la energía eléctrica
constituye hoy por hoy algo imprescindible para el desarrollo de la humanidad, es por
esto que la necesidad de contar con sistemas automáticos para el monitoreo y control
de estaciones eléctricas y sus protecciones debe ser cada vez más eficiente. Los
sistemas de control Supervisorio están enfocados a satisfacer las necesidades de
almacenamiento y procesamiento de información para estos fines. Estos sistemas
automáticos no son más que equipos computarizados.
Por lo tanto el tema de este reporte es parte fundamental dentro del departamento ya
que la instalación de los equipos restauradores de energía eléctrica también conlleva
realizar su tele-control y su comunicación a una UCM para así monitorizar las variables
eléctricas y fallas que puedan ocurrir.
8
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7.
Fundamento teórico
7.1. Definición de términos
Alta tensión.- La tensión de suministro a niveles mayores a 35 kilovolt (kV).
Circuito de Media Tensión.- Es el conjunto de conductores, accesorios y soportes
necesarios para distribuir la energía eléctrica desde una fuente de suministro, con una
tensión eléctrica de operación entre 1,000 y 35,000 volts.
Circuito Urbano: Es el que distribuye la energía en las poblaciones de más de 10 mil
habitantes y que la ciudad cuente por lo menos con una subestación.
Continuidad.- Es el suministro ininterrumpido del servicio de energía a los usuarios,
de acuerdo con las normas y reglamentos aplicables.
Desconectador.- Es un equipo de seccionamiento que tiene solo la capacidad de
interrumpir la corriente eléctrica de la carga, su operación es manual de manera local
o remota.
EPROSEC.- Equipo de Protección y Seccionamiento. Son todos los equipos que se
deben utilizar en la red de distribución como Restauradores, Desconectadores,
Seccionalizadores, seccionadores automáticos y cuchillas de operación en grupo.
Interrupción.- Es la suspensión del suministro de energía eléctrica a uno o más
usuarios originadas por daños en el sistema o programadas, o bien, imputables al
usuario.
Media tensión.- La tensión de suministro a niveles mayores de 1 kilovolt pero menores
o iguales a 35 kilovolt (kV).
Población de más de 10 mil habitantes.- Aquella población que cuente con más “X”
usuarios multiplicados por el promedio de habitantes por cliente de la zona y sea mayor
a 10 mil. En estas poblaciones se debe reordenar la red de media tensión aplicando el
plan rector que se define en el procedimiento de los estudios de planeación a corto
plazo. Así mismo aplicar la guía de instalación del EPROSEC para circuito urbano en
la red de esta población.
9
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Respaldo del suministro.- Servicio que ofrece el suministrador al usuario cuando por
condiciones de emergencia o programadas se presentan interrupciones en el
suministro.
Restaurador.- Es un equipo de protección de operación automática, que tiene la
facultad de interrumpir la corriente eléctrica al presentarse una falla.
Sistema de Control Supervisorio (SCS).- Es el sistema que gestiona de manera
remota el control y adquisición de datos en tiempo real, del equipo instalado en el
sistema eléctrico de distribución, que se integra por UCM, UTRS, UTRP y sistemas de
comunicaciones.
Tiempo de Restablecimiento del Suministro (TRS).- Es el tiempo requerido para
restablecer el suministro en los segmentos del sistema eléctrico no fallado, debido a
una interrupción de un cliente o de una parte del sistema.
Tiempo Promedio de Restablecimiento del Suministro (TPRS).- Es el promedio del
tiempo requerido para restablecer el suministro en los segmentos del sistema eléctrico
no fallados, debido a una interrupción de un cliente o de una parte del sistema.
Tiempo de Reparación de la Falla (TRF).- Es el tiempo requerido para devolver a su
condición original un componente o equipo del segmento del sistema eléctrico fallado,
la duración de la reparación puede llegar a ser igual que la duración total de la
interrupción, pero no mayor.
Tiempo de Interrupción por Usuario (TIU).- Es el tiempo promedio de interrupción
por usuario, con este índice se evalúa en CFE, el desempeño que tienen las
instalaciones que suministran la energía eléctrica a los usuarios. La fórmula para
calcular el TIU se muestra en la ecuación 1
𝑇𝐼𝑈 = 𝐷 ∗
𝑈𝑎𝑓
𝑈𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
( 1)
Donde:
𝐷 = 𝑑𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛
𝑈𝑎𝑓 = 𝑈𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑎𝑓𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠
𝑈𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠
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Los factores que componen el índice TIU son la (D) duración de la interrupción, el (Uaf)
número de usuarios afectados, el (Utotal) número de usuarios totales. El factor de la
duración de la interrupción (D), se conforma por dos componentes, el tiempo de
restablecimiento del suministro (TRS) y el tiempo de reparación de la falla (TRF) (CFE,
2007).
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7.2. Sistemas de distribución
Un sistema de distribución eléctrico o planta de distribución como comúnmente es
llamado, es toda la parte del sistema eléctrico de potencia comprendida entre la planta
eléctrica y los apagadores del consumidor. En la figura 1 se muestra un ejemplo de
cómo es la estructura de un sistema de distribución eléctrico el cual comienza con
generadores eléctricos para luego distribuir la energía en los distintos circuitos.
Figura 1: Estructura básica de un sistema eléctrico
El problema de la distribución es diseñar, construir, operar y mantener el sistema de
distribución que proporcionará el adecuado servicio eléctrico al área de carga a
considerarse,
tomando
en
cuenta
la
mejor
eficiencia
en
operación.
Desafortunadamente, no cualquier tipo de sistema de distribución puede ser empleado
económicamente hablando en todas las áreas por la diferencia en densidad de carga,
por ejemplo: no aplica el mismo sistema para una zona industrial que una zona rural
debido a la cantidad de carga consumida en cada uno de ellos; también, se consideran
otros factores, como son: la planta de distribución existente, la topografía, etcétera.
Para diferentes áreas de carga o incluso para diferentes partes de la misma área de
carga, el sistema de distribución más efectivo podría tomar diferentes formas. El
sistema de distribución debe proveer servicio con un mínimo de variaciones de tensión
y el mínimo de interrupciones, debe ser flexible para permitir expansiones en pequeños
incrementos así como para reconocer cambios en las condiciones de carga con un
mínimo de modificaciones y gastos. Esta flexibilidad permite guardar la capacidad del
sistema cercana a los requerimientos actuales de carga y por lo tanto permite que el
sistema use de manera más efectiva la infraestructura. Además y sobre todo elimina
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la necesidad para predecir la localización y magnitudes de las cargas futuras (bibing,
2017).
7.2.1. Sistemas de distribución industrial
Estos sistemas representan grandes consumidores de energía eléctrica, como plantas
petroquímicas, de acero, de papel y otros procesos industriales similares. Dichos
sistemas, aunque son de distribución, deben de ser alimentados a tensiones más
elevadas que las usuales, es decir, 23 kV o mayores. Con frecuencia el consumo de
energía de estas industrias equivale al de una pequeña ciudad, generando ellas
mismas, en algunas ocasiones, parte de la energía que consumen por medio de sus
procesos de vapor, gas o diésel, según el caso. La red de alimentación y la estructura
de la misma deberán tomar en cuenta las posibilidades o no de su interconexión con
la red o sistema de potencia, ya que esto determinará la confiabilidad del consumidor,
que en este caso es muy importante debido al costo elevado que significa una
interrupción de energía. Dentro de las diferentes industrias existe una gran variedad
de tipos de carga y por tanto del grado de confiabilidad que cada una de ellas requiere;
así, es muy importante el papel del área de distribución en este caso, ya que solamente
esta podrá ayudar a definir el tipo de alimentación, su estructura, su tensión y en
consecuencia, el grado de confiabilidad que este consumidor requiera
7.2.2. Sistemas de distribución comercial
Estos sistemas son los que se desarrollan por grandes complejos comerciales o
municipales como rascacielos, bancos o supermercados, escuelas, aeropuertos,
hospitales, puertos marítimos, etc. Este tipo de sistema posee sus propias
características por el tipo de demanda de energía que tiene con respecto con la
seguridad tanto como las personas como los inmuebles. En estos casos se cuenta con
generación local, en forma de plantas generadoras de emergencia, misma que son
elementos importantes en el diseño del sistema de alimentación en este tipo de
servicios.
13
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7.2.3. Parques industriales
Esta área se refiere a la alimentación, en zonas definidas denominadas parques
industriales, a pequeñas o medianas industrias localizadas por lo general fueras de las
ciudades o centros urbanos. Las estructuras pueden ser similares a las anteriores; sin
embargo, los requisitos de continuidad varían, y en algunos casos no muy estrictos.
Por lo general la tensión de alimentación en estas zonas es mediana por lo que el
desarrollo de las redes de baja tensión es mínimo. La planeación de estos sistemas se
debe de considerar con gran flexibilidad ya que la expansión en estas zonas
industriales es grande, en especial en zonas nuevas en países en desarrollo. En la
mayoría de los casos estas estructuras son desarrolladas y operadas por las
compañías de distribución estatales.
7.2.4. Sistemas de distribución urbanos y residenciales
Estos sistemas por lo general son también responsabilidad directa de las compañías
suministradoras de energía eléctrica, y consiste en la mayoría de los casos en grandes
redes de cables subterráneos o aéreos desarrollados en zonas densamente pobladas.
En grandes centros urbanos las cargas con frecuencia son considerables, aunque
nunca comparables con las cargas industriales. Por otra parte, en zonas residenciales
las cargas son ligeras y son muy diferentes a las de las zonas urbanas comerciales o
mixtas; por lo tanto, las estructuras de alimentación para estas zonas son distintas y
los criterios con los que se debe diseñar son exclusivos para este tipo de cargas
(Electrica, 2011).
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7.3. Distribución rural
Esta área de la distribución es la que tiene la densidad de carga más baja de las
mencionadas y por ello requiere soluciones especiales que incluyan tanto las
estructuras como los equipos. Las grandes distancias y las cargas tan pequeñas
representan un costo por kWh muy elevado, por lo que en muchas zonas es preferible
generar la energía al inicio de las redes. Las cinco categorías en que se dividen los
sistemas de distribución y que presentan un panorama general de la ingeniería de
distribución. Sin embargo, es conveniente subrayar que en las dos primeras, los
sistemas de distribución industrial y comercial, por lo general las diseñan y operan las
propias empresas a las que pertenecen, y las últimas tres son responsabilidad de las
empresas de distribución en la mayoría de los países. Los procedimientos para el
diseño de los sistemas de distribución están divididos en siete rubros los cuales se
presentan a continuación.

Automatización del sistema.

Tasas de crecimiento y características de la carga.

Selección de las estructuras de AT, MT, y BT.

Localización óptima de las subestaciones de distribución.

Selección de la tensión de alimentación.

Análisis de corto circuito.

Diseño de la protección, relevadores y fusibles.
Cuando los sistemas eléctricos de distribución se diseñan para países en desarrollo
se deben de considerar las diferencias que existen entre estos y los países
industrializados, otro problema grave que influye muchas veces en la planeación de
las redes de distribución en países en vías de desarrollo es la falta de normas
nacionales que impide un desarrollo acorde con las normas internacionales, ya que la
influencia de fabricantes o normas extranjeras con frecuencia tiende a imponer criterios
de operación o diseño que influyen de manera nociva en los sistemas de distribución
del país (CASTAÑO, 2004).
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7.4. Protección contra sobrecargas.
La seguridad en el suministro de energía eléctrica desde la central al punto de
consumo depende, en gran parte, del grado de protección previsto en las
subestaciones y líneas intermedias. Una línea eléctrica debe estar protegida contra
sobre intensidades, cortocircuitos y sobretensiones.
Este tipo de protecciones suele utilizarse en líneas subterráneas como medida de
precaución para evitar el paso de intensidades superiores a las nominales, con el
consiguiente peligro para el aislamiento, por causas térmicas. Naturalmente este
exceso de intensidad es siempre muy inferior a la corriente de cortocircuito,
utilizándose para su prevención dispositivos térmicos o magnéticos, similares a los
utilizados en las protecciones de motores. También puede utilizarse fusibles, como
dispositivo para interrumpir el paso de corriente. También puede conseguirse una
protección eficaz de sobre intensidades con seccionadores en carga combinado con
fusibles de apertura rápida y relés térmicos (Roman Galvan Hernandez, 2009).
7.5. Corrientes de cortocircuito.
Debido al constante incremento de producción de energía eléctrica, las corrientes de
cortocircuitos, en los sistemas de transporte y distribución actuales alcanzan valores
elevados, que en muchos casos pueden afectar gravemente las instalaciones.
La corriente de cortocircuito de una instalación eléctrica, en general, va acompañada,
en el momento inicial, de fenómenos transitorios seguidos de una situación
permanente. Los efectos básicos del cortocircuito sobre la instalación se pueden
resumir en dos:

Efecto electrodinámico, debido a la fuerza que aparece en los conductores al
ser atravesados por fuertes corrientes y estar bajo campo magnético. El campo
magnético lo crea la misma corriente o bien la corriente que circule por los
conductores vecinos de la misma o distintas fases. Esta fuerza es proporcional
al cuadrado de la intensidad. La fuerza máxima se producirá, por tanto, cuando
la corriente tenga el valor máximo.
16
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
Efecto térmico, debido al calor producido por la intensidad (Efecto Joule) y a la
capacidad calorífica de la zona donde se haya producido. Dada la escasa
duración del cortocircuito, normalmente inferior a 3 s, puede afirmarse que no
se produce transmisión de calor al medio que rodea al conductor. Puede
tomarse como ecuación (2) de equilibrio térmico aproximada la siguiente:
𝑄 = 𝑅 ∗ 𝐼 2 ∗ ∆𝑡
( 2)
En donde
R=resistencia óhmica del conductor
I= intensidad que circula por él
∆t= tiempo de duración de cortocircuito
Q= capacidad calorífica del cable que depende de su sección, clase de conductor (Cu
o Al) y temperatura máxima admisible
A partir de la ecuación de equilibrio podrá calcularse la intensidad de cortocircuito
máxima que es capaz de soportar el cable. Además de los efectos anteriores, un
cortocircuito produce una caída de tensión elevada, que a su vez puede dar lugar a
desequilibrios de tensiones y corrientes en la red.
17
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7.6. Clases de Cortocircuitos.
En las redes trifásicas y neutro a tierra se pueden distinguir:

Cortocircuito trifásico.

Cortocircuito entre dos fases sin contacto a tierra, que afecta a dos fases
cualquiera

Cortocircuito entre dos fases con contacto a tierra, que afecta a dos fases y
tierra

Cortocircuito entre fase y tierra, es el caso más normal en las líneas de A. T.
Un cortocircuito equivale a una carga cuya intensidad solo viene limitada por la
impedancia de la parte de red afectada.
Calculo de la intensidad de cortocircuito (I cc).
El cortocircuito trifásico equivale a una carga simétrica de la red; por tanto, el cálculo
puede realizarse por fase como si se tratara de una línea normal. Los restantes
cortocircuitos son asimétricos y tienen que calcularse por métodos difíciles por lo que
se omitirá su resolución.
Los pasos a seguir para la resolución de Icc son los siguientes:

Determinar la impedancia total del tramo de línea afectada por el cortocircuito.

Determinar la Icc permanece en el punto considerado.
La impedancia de la línea afectada por el cortocircuito estará formada por circuitos
serie o paralelo, o mallas que habían de resolverse y obtener la Z equivalente. Las
componentes de la impedancia total serán la resistencia (Rcc) y reactancia (Xcc) de
cortocircuito:
𝑍𝑐𝑐 = 𝑅𝑐𝑐 + 𝑗 ∗ 𝑋𝑐𝑐
( 3)
18
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( 4)
|𝑍𝑐𝑐| = √𝑅 2 𝑐𝑐 + 𝑋 2 𝑐𝑐
Normalmente las componentes Rcc y Xcc se expresan en
/ Km y suelen darse en
los catálogos de fabricantes de cables.
El valor de la corriente de cortocircuito I cc se obtiene a partir de la fórmula:
𝐼𝑐𝑐 =
𝑉𝑓𝑎𝑠𝑒
𝑉𝑙
=
𝑍𝑐𝑐
√3 ∗ 𝑍𝑐𝑐
( 5)
En donde:
VL = tensión de línea (Kv).
Zcc = impedancia de cortocircuito por fase ( ).
Icc= Corriente de cortocircuito permanente (KA).
A su vez, la potencia de cortocircuito es:
𝑉2𝑙
𝑃𝑐𝑐 = √3 ∗ 𝑉𝑙 ∗ 𝐼𝑐𝑐 = √3 ∗ 𝑉𝑙 ∗
=
√3 ∗ 𝑍𝑐𝑐 𝑍𝑐𝑐
𝑉𝑙
( 6)
En donde:
VL = tensión de línea (Kv).
Pcc = Potencia de cortocircuito (MVA).
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7.7. Protección de instalaciones contra cortocircuitos.
Tanto en M.T. como en A.T., pueden utilizarse los siguientes dispositivos de
protección:

Interruptor de potencia automático

Fusibles.

Procedimientos mixtos; ejemplo: fusibles - seccionadores en carga, fusibles interruptor automático.
7.7.1. Interruptor automático de potencia.
Es un aparato mecánico de conexión capaz de establecer, soportar e interrumpir
corrientes en condiciones normales del circuito, así como de establecer, soportar
durante un tiempo especificado e interrumpir corrientes en conducciones anormales
especificas del circuito tales como el cortocircuito.
Un
Interruptor
de
potencia
se
llama
automático
cuando
es
maniobrado
automáticamente mediante relés (relé temporizador de máxima intensidad, relé
térmico directo, relé electrónico de protección de líneas, etc.).
7.7.2. Interruptor de potencia de alta tensión.
Los interruptores de potencia de A. T. se utilizan en las redes de suministro de energía
eléctrica para unir o separar partes de dichas redes, bien sea en condiciones normales
de servicio o en caso de averías. En el caso de producirse avería, el interruptor ha de
separar las partes defectuosas de las redes, a ser posible, en el mismo instante de
producirse.
Las redes están vigiladas por relés de protección, que, en caso de detectar un
cortocircuito, envían un impulso de desconexión a los interruptores correspondientes.
Es interesante que los relés realicen una protección selectiva, es decir, que eliminen a
ser posible, solamente la parte de línea comprendida entre dos interruptores. En las
maniobras de servicio, las intensidades que han de cortar los interruptores pueden
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llegar hasta algunos miles de amperios; sin embargo en las desconexiones por
cortocircuito, las intensidades alcanzan valores muy elevados (150000 A para media
tensión).
La elección del interruptor para un caso determinado depende principalmente de
su potencia de ruptura, que es la mayor potencia de cortocircuito que puede
desconectar dicho interruptor y suele expresarse en MVA.
7.7.3. Apertura de contactos de un interruptor de potencia.
En los interruptores de C. A. no se interrumpe la corriente en un momento cualquiera,
sino que se aprovecha el hecho de que dicha corriente pasa dos veces por cero dentro
de cada periodo, es decir 100 veces cada segundo para una frecuencia. Si se intenta
interrumpir repentinamente una intensidad muy elevada (miles de amperios), se
producirían en la red sobretensiones muy elevadas, que, además de perjudicar su
aislamiento, formarían un arco entre los contactos abiertos del interruptor, anulando
así la maniobra de apertura (Gonzalez, 2013).
21
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7.8. Restauradores
Los restauradores son equipos eléctricos autocontrolados o interruptores de
reconexión automática que suelen instalarse como parte de las redes de distribución
de energía eléctrica. Su función principal es la de interrumpir el paso de electricidad y
cerrar sobrecorrientes de régimen transitorio, también entendidas como circuitos de
corriente alterna, por medio del uso de secuencias y operaciones de cierres y apertura
rápida o lenta, todo esto con el objetivo de tener control y coordinación con el resto de
dispositivos que conforman las redes eléctricas aéreas. En la figura 2 se muestra un
restaurador de la marca Noja Power que es uno de las marcas usadas por la CFE en
sus lineas electricas de media tension (Electricas, 2017).
Figura 2: Restaurador eléctrico Noja Power
Este control y coordinación que se logra en la red al contar con un dispositivo como
este es sumamente útil cuando se presentan fallas en las líneas de distribución, pues
con este equipo es posible aislar la línea en la que se presenta el inconveniente en un
punto muy cercano a la falla, para así realizar el proceso de reconexión
correspondiente, interrumpiendo la distribución eléctrica el menor tiempo posible. De
igual forma, un restaurador también puede interrumpir una falla mínima o temporal con
el fin de evitar que se convierta en una falla mayor o permanente.
Los principios básicos de funcionamiento de un dispositivo de este tipo son los
siguientes: cuando el equipo recibe energía eléctrica estable, su funcionamiento se
limita a mantener el control y coordinación de la red, pero si la corriente recibida rebasa
el umbral (valor de pickup), es decir, un nivel de energía superior al preestablecido,
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entonces ocurren diferentes operaciones de disparo rápido y retardado, dependiendo
de la gravedad o tipo de falla (temporal o permanente) (CFE, 2007).
Este tipo de dispositivos están conformados por un cuerpo o caja metálica en la que
se montan los interruptores aislados que reciben la corriente eléctrica, los cuales están
fabricados con resina cloalifática, material con gran longitud de fuga e ideal para
ambientes con altos índices de contaminación. Estos interruptores con los que cuentan
los restauradores tienen una serie de sensores eléctricos que son los encargados de
recibir la corriente, medir su intensidad y así identificar cuando existe una falla o
sobrecarga. En su interior cuenta con una serie de bobinas, contactos y engranajes
que se activan durante los diferentes procesos de operación del dispositivo al detectar
una falla.
Gracias a su estructura auto soportada y la relativa sencillez de sus componentes,
instalar un restaurador en cualquier punto de la red eléctrica aérea, que suele ser en
los postes o subestaciones, es muy sencillo.
Asimismo, también debido a su estructura y sencillez de operación, sus tiempos de
acción son sumamente rápidos, pues requiere de lapsos muy cortos para completar
sus diferentes fases: el inicio de la secuencia de operación, el total de acciones de
apertura o cierre, el tiempo de reconexión, el tiempo de reposición y ejecutar de nuevo
la secuencia de operación una vez que se ha recuperado la corriente mínima para
operar.
De manera más específica, cuando se presenta una falla en la red eléctrica aérea, los
interruptores reciben la energía y detectan que esta supera los niveles preestablecidos,
entonces esta energía se traslada a una bobina (primera apertura rápida) que aplica
fuerza sobre un engranaje que gira en una sola dirección, lo que provoca que los
contactos móviles, compuestos por resortes tensionados, caigan, llenen de energía
una segunda bobina y se produzca el primer cierre rápido.
Cuando se produce el primer cierre rápido en los restauradores, al mismo tiempo se
inicia una secuencia de operación sobre los contactos móviles que provoca la
reconexión de los contactos fijos y en consecuencia que se lleve a cabo también la
23
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reconexión de las líneas, pero al mismo tiempo, el dispositivo se prepara
automáticamente en caso que se presente una nueva falla.
Este procedimiento es el que estos equipos llevan a cabo cuando se presenta una falla
temporal en la red de distribución de energía eléctrica aérea. Cuando se trata de una
falla permanente, el procedimiento es idéntico, con la excepción de que los procesos
de apertura y cierre rápido se producen varias veces, según su programación, y se
adicionan procedimientos de apertura y cierre transitorio o retardado.
La programación de este tipo de dispositivos varía en función de las necesidades y
características de la red eléctrica a la que esté conectada, sin embargo, en todos los
casos un restaurador opera por medio de secuencias de apertura y cierre, las cuales
pueden sucederse en un máximo de 5 y 4 veces, respectivamente.
El tiempo de reconexión es el intervalo que sucede entre la apertura y el cierre de los
contactos; el tiempo de reposición es el lapso que transcurre entre el momento en que
terminan los procesos de apertura y cierre y el regreso a su programación inicial.
Como sucede con otros tipos de equipos y dispositivos eléctricos, existen diferentes
tipos de restauradores, los cuales se clasifican con base en diferentes criterios. Existen
los trifásicos y monofásicos, llamados así por su mecanismo de trabajo, también están
los de control hidráulico o electrónico y los de microprocesador, clasificados así por el
tipo de controladores que utilizan, y también están los equipos de restauración de
aislamiento sólido, con aceite o SF6, clasificación basada en el tipo de interrupción que
se aplica (cooperindustries, Form 6 Recloser Control, 2017).
24
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De igual forma, el tipo de restaurador que se instale en la red, depende de las
necesidades y características de esta, pues cada red cuenta con diferentes niveles de
voltaje, diferente número de secciones y circuitos e incluso puede tener un diseño
particular según el área a la que se distribuye la energía. De igual manera cada
restaurador tiene su equipo de control como el que se muestra en la figura 3, estos
pueden servir para realizar las comunicaciones mediante radio y para realizar
mantenimientos y pruebas de campo (Gonzalez, 2013).
Figura 3 Equipo de control de un restaurador eléctrico Cooper
7.9. Protecciones de sobrecorrientes
Uno de los fenómenos más comunes que se presentan durante las anormalidades en
un sistema eléctrico de potencia y en especial en los cortocircuitos, es el aumento de
la corriente por sobre los valores normales de operación. Este aumento se utiliza para
discriminar la ocurrencia de fallas, ya sea como protección principal o de respaldo y el
relé se denomina de sobrecorriente. Como protección de respaldo se usa en equipos
más
importantes
dentro
del
sistema
eléctrico,
tales
como:
generadores,
transformadores de mayor potencia, líneas de media tensión, etc (ECHEVERRÍA,
2010).
El funcionamiento de un relé de sobrecorriente es simple ya que su operación
depende de dos variables básicas:
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− El nivel de corriente mínima de operación (o corriente de pickup), que es aquel
valor que produce el cambio de estado del relé.
− La característica de tiempo de operación, es decir la forma en que el relé responde
en cuanto al tiempo.
Características de operación
De acuerdo a la característica de tiempo de operación, los relés pueden clasificarse,
en general, tal como se muestra en la figura 4: (Roman Galvan Hernandez, 2009).
Figura 4 Clasificación de relés
Estas características quedan definidas en forma aproximada por las siguientes
expresiones:

Instantáneos: t = 0 para I ≥ Iop

Tiempo definido t = K para I ≥ Iop

Tiempo inverso t = K / I (3.1)

Tiempo muy inverso t = K / I2

Tiempo extremadamente inverso t = K / I3
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8.
Procedimiento y descripción de las actividades realizadas
A continuación se describirán las principales actividades realizadas durante la estadía
de residencia dentro de la empresa Comisión Federal de Electricidad por parte del
alumno Jorge Alberto Rivera Juárez, el cual aparte de trabajar en el proyecto del cual
se a tratado este reporte también se participó como parte de apoyo a otras actividades
dentro de los departamentos de Control y Comunicación en colaboración con los
ingenieros a cargo del área.
Durante las primeras semanas dentro de la empresa el alumno se dedicó a conocer
las labores y proyectos con los cuales contaba el departamento de control y
comunicación, así como también se tomó varias platicas-cursos con las cuales eran
de ayuda para comprender el sistema actual de los sistemas Telecontrolados de
protecciones con los cuenta el departamento tales como restauradores, seccionadores
y radios de comunicación, esto de vital importancia más adelante para el proyecto
actual ya los restauradores son elementos Telecontrolados, a la par con el afán de
apoyar en lo más posible al departamento, se dio mantenimiento a diversos equipos
de cómputo así como también se realizó el cableado necesario para la instalación de
cámaras de seguridad a través de puerto IP, por lo cual se trabajó con redes y puerto
IP. Una vez instalado lo mencionado anteriormente se comenzó a trabajar con un
seccionador el cual es un equipo que sirve para abrir líneas de media tensión en caso
de fallas o corto circuitos, debido a que el departamento también se dedica a dar cursos
de capacitación se tenía planteado desarrollar, implementar y montar toda una UTR
en el laboratorio del departamento, por cual se dedicó tiempo para realizar dicha
actividad. Con el apoyo de los diagramas eléctricos y manuales de software se montó
en el gabinete apropiado las tarjetas de comunicación, de convertidores análogo
digital, entradas y salidas digitales y fuente de alimentación del circuito así como su
radio de comunicación correspondiente así como su seccionador para realizar pruebas
y el adaptamiento de sensores como los YASKAWA para así tener una UTR de
laboratorio lo más parecido a las de campo y que las capacitaciones sean lo más
precisas posibles.
27
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Una vez concluido el montaje de circuitos electrónicos al gabinete la UTR se debe
configurar mediante software y con el apoyo de manuales y de la asesoría de
los
ingenieros de departamento se configuro mediante puerto RS-232 las entradas y
salidas necesarias para su buen funcionamiento.
Una vez configurado el equipo localmente se solicitó apoyo nuevamente para terminar
de llenar una base de datos en un sistema SCADA con el cual operan y controlan todas
las UTR’s y seccionadores de la región a la cual está a cargo el departamento de
control y comunicación de la división norte.
El software dedicado para la base de datos tiene un entorno similar a interfaces
graficas ya que dentro del mismo se diseñan las redes eléctricas de la división norte y
a su vez se telecontrolan los equipos que se encuentran en campo así como se recibe
información mediante una Unidad Central Maestra (UCM) de los estados en tiempo
real de los equipos en campo.
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A continuación se muestra algunos de los pasos que se siguieron para las distintas
configuraciones que se realizaron:
Para el alta de estación y sus puntos:
Se requiere de las Llaves (KEY) que consta de 8 dígitos, donde los primeros 2 son el
tipo de salida ya sea digital o análoga (01, B1, 03, A1), los siguientes 3 son el número
de equipo (record) y los últimos 3 son los consecutivo para identificar la operación que
realiza la salida digital/análoga según sea el caso.
Para configurar estos parámetros se sigue la siguiente ruta:

SCADA/Open Scada/Configuration Menu/Status
Alta de estación:
Para dar de alta una nueva estación se sigue la siguiente ruta, figura 5:

SCADA/OpenScada/Configuration Menu/Station
Figura 5: Menú de configuración
29
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Figura 6: Pantalla para configurar estaciones
Tal como se muestra en la figura 6 se ven las estaciones ya creadas por lo tanto para
crear una nueva se selecciona el siguiente espacio en blanco para agregar una nueva
estación, se le da los parámetros necesarios así como los puntos previamente
declarados.
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Alta de estados
Las tablas 1 y 2 muestran el punto DNP así como el número consecutivo de la KEY
para la alta de los distintos estados que requiere la UTR
Para dar de alta una nueva estación se sigue la siguiente ruta:

SCADA/OpenScada/Configuration Menu/Status
Dar de alta las Keys que se requerirán según la base de datos del equipo como se
muestra en las tablas 1 y 2.
Tabla 1: Datos para UTR tipo DART
UTRp Dart
Descripción
Al Prob Secc
Estado Secc
Al Falla VCA
Al Falla Baterias
Modo UTRp L/R
Al Corriente de falla
Key
P.DNP
4
5
13
14
16
40
01XXX005
01XXX006
01XXX014
01XXX015
01XXX017
01XXX041
Type
t_IND
T_I&C
t_IND
t_IND
t_IND
t_IND
States
Table
203
201
203
203
203
203
Configured
Normal
State
NORMAL
CERRADO
NORMAL
NORMAL
NORMAL
NORMAL
Alarm
Group
Configured
Normal
State
ABIERTO
CERRADO
ABIERTO
ABIERTO
ABIERTO
ABIERTO
Alarm
Group
HIGH
HIGH
LOW
LOW
LOW
HIGH
Tabla 2: Datos para UTR tipo G3
UTRp G3
Descripción
Al Prob Secc
Estado Secc
Al Falla VCA
Al Falla Baterias
Modo UTRp L/R
Al Corriente de falla
Key
P.DNP
2
1
0
3
4
5
01XXX003
01XXX002
01XXX001
01XXX004
01XXX005
01XXX006
Type
t_IND
T_I&C
t_IND
t_IND
t_IND
t_IND
States
Table
203
203
203
203
203
203
HIGH
HIGH
HIGH
LOW
LOW
HIGH
31
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Configuración de punto en VRTU
Los virtual point sirve para realizar pruebas en modo local dentro de la UTR para
configurarlos se sigue la ruta:

SCADA/VRTU/configuration/points
Se pasa a modo OFF la RTU de la cual se van a configurar los puntos. Una vez en
point configuration se debe dirigir a la pestaña unassigned points si el punto a agregar
es nuevo la figura 7 muestra la pantalla para la configuración de los VRTU.
Figura 7: Pantalla para configuracion de VRTU
Las opciones a configurar en los puntos son:
RTU name/name/Type/PointAddress/ControlFormat>default/Source
Type>SCADA
API/GUID1>4/GUID2>20/Key/Scan Class>1seconds
Los demás valores no son configurables o deben permanecer en datos por default,
después de configurar el punto se da un construir el FEP.
NOTA: En caso de que se haya cometido un error al momento de configurar el punto
después de construir el FEP el punto aparecerá en la pestaña de invalid point y no en
valid point
NOTA: para el control se agrega otro punto con la misma key del punto del cual se
requiere el control y se cambia el “control type” a SBO.
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Para el proyecto en el cual se trabajó durante la residencia se recibió apoyo del
ingeniero Víctor Salas, el cual dio apoyo para conocer el sistema en el que trabajan a
la hora de realizar troncales y posicionar los restauradores eléctricos, esto dio base
para tener en cuenta todos los posibles escenarios con los cuales han tratado los
ingenieros a cargo de diseñar las protecciones de redes de media tensión.
Durante los últimos días de estadía en la residencia al departamento llego el control
de un restaurador, como lo muestra la figura 8, el cual se intentó analizar y ver el
posible fallo el cual llego por una posible falla en la fuente de alimentación, más sin
embargo por falta de tiempo no se pudo más que desmontar el equipo realizar una
limpieza sin llegar a analizar el equipo a detalle.
Figura 8: Control de restaurador eléctrico cooper de la división norte de CFE
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9. Análisis de resultados, planos, gráficas, prototipos y programas
Configuración de la red de media tensión
Una vez analizado el comportamiento (causas-efectos) de los circuitos de distribución
que mayor aportación registran al TIU, se debe realizar la reconfiguración de la red,
donde se determinará las necesidades de equipos, reubicaciones, mejoras y nuevos
proyectos requeridos.
Cuando se toma la decisión de mejorar el tiempo de restablecimiento del suministro
en los segmentos del sistema eléctrico no fallados, una solución muy útil, es la de
telecontrolar los equipos de protección y seccionamiento instalados en las redes de
distribución de media tensión, sin tomar mucho en cuenta que los resultados que se
obtendrán dependen en gran medida, del grado de optimización implementado en la
configuración de la red de media tensión.
Solo con el hecho de reconfigurar una red o un circuito, sin tener que telecontrolar el
equipo de seccionamiento, se tiene como resultado una mejora en el tiempo de
restablecimiento.
Por eso es importante, que el primer paso que se debe dar para obtener los mejores
resultados en el restablecimiento cuando se decide telecontrolar el equipo, es contar
con una red de media tensión, configurada conforme a los criterios establecidos en la
guía de planeación de sistemas eléctricos de distribución.
Telecontrolar una red con una configuración ordenada, es telecontrolar el orden.
Análisis para determinar que circuitos de media tensión se deben telecontrolar
Para priorizar que circuitos se deben telecontrolar, se debe hacer un análisis que debe
considerar los siguientes aspectos:
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El TIU, ATIU y TPR
El TIU y el porcentaje de ATIU de los circuitos urbanos y rurales por separado, así
como el
Tiempo promedio de restablecimiento (TPR), deberán utilizarse para determinar si la
problemática se encuentra en los circuitos del área urbana o rural. En las tablas 3,4 y
5 se muestran ejemplos para un mejor entendimiento.
Ejemplos:
Tabla 3: TIU, ATIU y TPR en circuitos urbanos y rurales
Circuitos
Urbanos
Rurales
Total
TIU
24
123
147
%ATIU
16.2
83.8
100
TPR
52
79
Los atributos de los circuitos urbanos y rurales tales como; número de circuitos,
distancia en kilómetros y la cantidad de usuarios servidos.
Ejemplo:
Tabla 4: Valores promedio de los atributos en circuitos urbanos y rurales
Circuitos
Urbanos
Rurales
Total
Cantidad
111
144
255
Km Totales
1243
12721
13964
Usuarios
403514
552680
956194
De los atributos indicados en el ejemplo anterior se obtienen los valores promedio por
circuito:
Ejemplo:
Tabla 5: Valores promedio de los atributos en circuitos urbanos y rurales
Circuitos
Urbanos
Rurales
Total
Cantidad
111
144
255
Km Promedio
11.2
88.3
54.8
Usuarios Promedio
3635
3838
3750
35
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De los ejemplos de las tablas 3,4 y 5, los atributos y resultados de los circuitos de
media tensión, encontramos que el 84% del TIU lo aportan los circuitos rurales, que el
tiempo de restablecimiento de los circuitos rurales es un 52% mayor al de los circuitos
urbanos, por cada kilómetro de circuito urbano hay 9 kilómetros de circuitos rurales y
el promedio de usuarios atendidos en los circuitos rurales es un 5% mayor al de los
circuitos urbanos. En este caso, la problemática del TIU y del TPR a resolver se
encuentra en los circuitos rurales. La finalidad de este procedimiento, es ubicar e
instalar el equipo de protección y seccionamiento que se telecontrolará, para tener
como resultado la reducción del Tiempo de Restablecimiento, por esta razón nos
enfocaremos solo al análisis del Tiempo de Restablecimiento que es una de las
componentes que conforman el algoritmo del TIU.
Para continuar con el ejemplo se realiza el análisis de causa-efecto del Tiempo de
Restablecimiento del Suministro (TRS) de los circuitos de media tensión rurales, donde
se determinan que causas afectan al TRS
Criterios para complementar y determinar las necesidades de equipo de protección y
seccionamiento a instalar.
Para circuitos urbanos que cuentan con enlace:

Restaurador al inicio de cada lazo.

EPROSEC telecontrolado (ET) en cada punto del circuito que reúna de 750 a
1000 usuarios, ya sea trayectoria principal o una rama multitroncal.

EPROSEC telecontrolado (ET) en el punto normalmente abierto del enlace
entre troncal o ramal multitroncal.

EPROSEC telecontrolado (ET) o con EPROSEC de transferencia automática
(ETA), con dos fuentes de alimentación, en aquellos servicios que por su
importancia así lo requieran.

EPROSEC (E) en ramales o ramas multitroncales que por su problemática
puedan contaminar el circuito.
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
EPROSEC (E) cada 2.5 kilómetros, para aquellos circuitos que no cumplen con
la cantidad de 750 a 1000 usuarios, si no se cumple con la distancia no se
instala equipo.

EPROSEC telecontrolados (ET) a la entrada y salida de áreas urbanas con 750
usuarios o más, atendiendo a la filosofía de una red subterránea.
Los reconectadores se clasifican de acuerdo a la técnica de extinción del arco utilizado,
existen los de vacío y los de aceite mineral y al tipo de control que utilizan para ejecutar
la secuencia de recierre, la inteligencia o control puede ser hidráulico ó electrónico.
Las características principales del reconectador son las siguientes:
Corriente de interrupción: Es la máxima corriente simétrica RMS que el reconectador
puede interrumpir.
Ciclo de trabajo: El ciclo de trabajo del reconectador es la secuencia de operación que
el equipo utiliza para despejar una falla y sobre la cual se determina el tiempo de vida
útil del equipo según la corriente de interrupción.
Corriente nominal: Es la corriente continua a 60 Hz que el equipo puede soportar por
un tiempo indefinido. Los reconectadores con control electrónico vienen provistos de
bobinas de 560 A ó 1120 A, según las cantidades de potencia manejadas por el
sistema. Los reconectadores con control hidráulico tienen bobinas en serie con el
circuito bajo supervisión, los cuales están en un rango de 25 hasta 560 A.
Tensión de servicio: Es el voltaje nominal de operación del reconectador,
generalmente, el reconectador está diseñado para soportar voltajes superiores a los
voltajes de línea del sistema. Por ejemplo, para un sistema de distribución a 13.8 KV,
la clase de voltaje de un reconectador es de 15.5 KV.
Los reconectadores tienen diversas curvas de tiempo inverso, lo que permite escoger
la adecuada para cualquier caso de coordinación, estas curvas se denominan “lentas”,
mientras que la operación de apertura instantánea también posee curvas,
denominadas curvas “rápidas”. Tal como se muestra en la figura 9 donde se configuran
las curvas lentas y rapidas en el software SynerGEE.
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Figura 9: curvas rápida y lenta de un reconectador
La secuencia de operación es un parámetro que se puede manejar, generalmente la
secuencia se compone de cuatro operaciones, entendiéndose cada operación como
una apertura del circuito. La rapidez de cada operación (apertura) la podemos ajustar
estableciendo en el reconectador qué curva domina la primera apertura, la segunda,
la tercera y la cuarta. La figura 10 muestra un diagrama de los disparos rápidos y lentos
con su posible configuración.
Figura 10: Diagrama de disparos rápidos y cerrados
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Además los reconectadores poseen curvas que pueden ser usadas para el caso de
coordinación de un reconectador con cualquier equipo de protección, los
reconectadores pueden ser trifásicos o monofásicos dependiendo de las redes de
distribución existentes en el sistema de distribución. La figura 11 muestras la
configuración de las curvas tiempo-corriente de un restaurador cooper las cuales se
modifican según las cargas con las que cuenta el ramal al que está conectado el
restaurador.
Figura 11: Curvas de tiempo-corriente del restaurador cooper
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Figura 12: diagrama de troncal eléctrico de muestra
Figura 13: Troncal eléctrico
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Tal como se muestra en la figura 12, a la hora de realizar el estudio para la colocación
de un restaurador eléctrico se tienen que tomar en cuenta todos los parámetros
mencionados anteriormente, a la par también se tienen que tener en cuenta que tipo
de edificaciones o clientes de la CFE son los que se encuentran dentro de ese troncal,
un ejemplo de un troncal eléctrico se muestra en la figura 13, ya que según sea la
dependencia puede tener un nivel de importancia en cuanto la necesidad de restaurar
la energía eléctrica en caso de una falla, tal son los casos de hospitales, empresas
industriales con procesos 24/7, número de habitantes, e incluso tomar en cuenta el
siguiente troncal eléctrico, ya que si se coloca un restaurador al final de uno de los
troncales y otro al inicio del siguiente poblado según el caso puede usarse el mismo y
así abarcar todas las posibilidades del restaurador, y no poner uno tan cerca de otro y
que se afecten debido a las distintas configuraciones de curvas de disparo.
En cuanto a sistema de protecciones el restaurador es conveniente en varios puntos
claves como se ha mencionado hasta ahora, más sin embargo hay que tomar en
cuenta los demás dispositivos de protecciones para así reducir costos en líneas de
media tensión.
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10.
Conclusiones y recomendaciones
10.1.
Conclusiones
Este proyecto de residencia profesional está enfocado a que se le dé un mayor criterio
a la hora de instalar restauradores eléctricos tomando en cuenta los puntos descritos
en páginas anteriores, a su vez se trata que se generalicen las normas que usan para
las curvas tiempo-corriente ya que al usar distintas curvas en poblados cercanos se
disparan según la norma y la carga que el restaurador tiene y si no están bien
sincronizados o con la misma normal se crean conflictos.
Para poder realizar la coordinación de protecciones se debe de realizar el cálculo de
cortocircuito en cada una de las ramas del circuito troncal así como también
dependiendo de las empresas y/o nivel de importancia que debe tener una
dependencia o edificio en cuestión a una rápida restauración de la electricidad en caso
de falla.
Como conclusión al tiempo de residencia dentro de la empresa de Comisión Federal
de Electricidad en el departamento de control y comunicación se concluye que el
pasante adquirió diversos conocimientos a los tratados dentro del plan de estudios así
como la oportunidad de trabajar con el sistema SCADA del departamento el cual se
encarga de telecontrolar los dispositivos de protecciones de toda la división norte de
la CFE.
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10.2.
Recomendaciones
Como recomendación el pasante propone designar un equipo de especialistas en
instalación de protecciones en especial de restauradores ya que al ser mucha la gente
que tiene acceso a estos o que a la hora de instalarlos es diverso el personal muchas
veces se crean conflictos en cuestiones de normas y si no se coordina de buena
manera estos equipos se crean conflictos en cuestiones de disparo de los equipos de
protección , así como también se recomiendo aprovechar todo el equipo que se tiene
en espera ya que se pudo observar que se tiene mucho equipo almacenados y
muchas veces se pide más equipo ya que el tiempo daña a los equipos almacenados
creando más desechos electrónicos .
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11.
Competencias desarrolladas
A la hora de realizar este proyecto y también durante la estancia en la residencia
profesional se tuvieron en cuentas distintas competencias que fueron dando paso
durante la carrera de ingeniería electrónica entre ellas la capacidad de análisis,
síntesis y abstracción de datos, la comunicación oral y escrita, así como el uso de
tecnologías para identificar, plantear y resolver problemas específicos, de igual manera
el trabajo en equipo y la capacidad de aplicar conocimientos en práctica, la toma de
decisiones y soluciones de problemas y capacidades para organizar y planificar en la
administración de proyectos.
De igual manera analizar, simular, diseñar, construir y aplicar circuitos y sistemas de
control electrónicos para equipos de potencia y conversión de energías.
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12.
Referencias bibliográficas
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