1.- Funciones de automatización de la
energía eléctrica en la industria
Las
instalaciones industriales requieren una gestión óptima de su red eléctrica
para garantizar la disponibilidad de energía y reducir los costos de energía.
Un
sistema de control y mando permite la optimización de esta gestión gracias a
funciones de automatización tales como:
- Transferencia de fuentes de energía
- Reconfiguración del bucle
- Deslastrado/relastrado de cargas
- Programación horaria o tarifaria.
- Gestión de los grupos de producción internos...
También permite monitorear el estado de la red eléctrica, controlar el equipo de forma remota y planificar las operaciones de mantenimiento.
1.1.- Interés de un sistema de control
de distribución de energía eléctrica.
La
red de distribución eléctrica es vital para la empresa. Debe ser monitoreada y
administrada constantemente.
El
control de esta red se hace complejo por:
- La gran cantidad y diversidad de información a tener en cuenta
- La dispersión geográfica de los equipos eléctricos.
1.1.1- Controlar la red a distancia
El
control remoto de la red permite al personal operario:
- Visualizar el estado del esquema eléctrico.
- Controlar las distintas medidas.
- Llevar a cabo mandos a distancia.
- Ser informado de los incidentes que se produzcan en la instalación eléctrica.
1.1.2.- Mejorar la eficiencia y
rapidez de diagnóstico e intervención en la red.
La
eficiencia y la rapidez de diagnóstico e intervención en la red se han mejorado
gracias a la integración de las siguientes funciones:
- Gestión del deslastrado/relastrado de cargas y la automatización de la transferencia de la fuente de energía.
- Gestión de los automatismos de aceleración de motores de media tensión.
- Gestión de grupos de producción internos.
- Cronología fina
- Osciloperturbografía.
1.1.3.- Optimizar el coste de la
energía.
El
coste de la energía eléctrica se optimiza gracias a las siguientes funciones:
- Programación tarifaria
- Programación horaria
- Gestión de grupos de producción internos.
- Compensación de la energía reactiva.
- Consumo total y parcial de energía.
1.1.4.- Optimizar el mantenimiento
Contabilizar
el número de operaciones realizadas por los equipos de conmutación y el número
de horas de funcionamiento de los dispositivos hace posible optimizar las
operaciones de mantenimiento.
1.2.- Ahorro en la factura energética.
Los
distribuidores de energía eléctrica ofrecen a sus clientes contratos de
suministro cuyas características generales se basan en principios idénticos.
El
costo de la energía se compone de:
- Una prima fija que depende de la potencia del contrato (potencia que no debe superarse). Cuanto menor sea la potencia del contrato, menor será la prima fija
- El consumo de energía activa en kWh.
- Eventuales penalizaciones cuando la potencia consumida sea superior a la potencia establecida en contrato.
- Eventualmente, en el consumo de energía reactiva en kvarh, si se supera el nivel del consumo no facturado por el distribuidor durante ciertos periodos tarifarios.
Los
diferentes elementos del coste de la energía varían según el mes del año y las
horas del día, según los períodos tarifarios.
Uno
de los principales intereses de un sistema de control y mando es hacer el mejor
uso de las variaciones en las tarifas y reducir así los costos de energía. Los
medios para lograrlo se describen en los siguientes párrafos.
1.2.1.- Funcionamiento temporal o
permanente de los grupos de producción internos.
El
costo de la energía producida por los grupos de producción internos puede ser
más bajo que el costo de compra al distribuidor, por lo que es interesante
alimentar la red con los grupos.
Cuando
los grupos suministran una potencia más alta que el consumo interno, la energía
excedente se vende al distribuidor.
El sistema de control y mando:
El sistema de control y mando:
- Detecta el interés económico de alimentar toda o una parte de la carga por parte de los grupos de producción internos.
- Gestiona la automatización de la transferencia entre el distribuidor y los grupos de producción (para operaciones en isla).
- Gestiona la potencia activa y reactiva aportada por los grupos de producción. (ver § 1.3.8)
1.2.2.- Respeto a la potencia
contratada.
En
la medida de lo posible, la potencia suministrada por el distribuidor no debe
exceder la potencia contratada, con el fin de evitar sanciones.
Los
medios para lograrlo son:
- La puesta en marcha de los grupos de producción internos o el aumento de la potencia que suministran.
- El deslastrado de las cargas no prioritarias.
El
sistema de control gestiona la automatización de la reducción de la carga y la
potencia suministrada por los grupos de producción internos, para respetar la
potencia contratada.
1.2.3.- Gestión del consumo energético
según el coste de la energía.
Algunos
procesos industriales pueden ser decalados en el tiempo.
Dado
que el costo de la energía varía según las horas del día, los gastos de energía
de estas cargas se pueden reducir al favorecer la operación durante los períodos
de tarifas más económicas.
Esta
función se denomina programación tarifaria.
El
sistema de control gestiona la programación tarifaria.
1.2.4.- Compensación de energía
reactiva
Debe
llevarse a cabo para:
- No pagar energía reactiva al distribuidor.
- Limitar las inversiones, las pérdidas Joule y las caídas de tensión en el caso de que los condensadores estén instalados cerca de cargas altamente reactivas.
Los medios para lograrlo son:
- Instalación de condensadores.
- Aumento de la potencia reactiva suministrada por los grupos de producción, si existen.
El sistema de control-mando gestiona el control de los condensadores y la potencia reactiva suministrada por las unidades de producción.
1.2.5.- Consumo parcial de energía
Contar
la energía consumida por unidad de producción, taller o sector de actividad
permite controlar mejor el gasto energético y alertar al operador si hay
desviaciones del consumo total. Esto permite la distribución del gasto
energético entre los diferentes talleres y unidades de producción.
Los
valores medidos son la energía activa y reactiva.
El
sistema de control y mando pilota el consumo de energía.
1.3.- Disponibilidad de energía.
La
garantía de una buena disponibilidad de energía es esencial para la empresa.
El
sistema de control-mando contribuye a ello mediante las siguientes funciones:
- Transferencia automática de una fuente defectuosa por una fuente de respaldo.
- Reconfiguración automática del bucle.
- Gestión de carga para que no exceda la potencia disponible.
- Dispositivos de bloqueo de enclavamiento y enclavamiento que evitan errores de maniobra.
- Control de la calidad de la energía.
La
gestión de la automatización para contribuir a la disponibilidad de energía es
uno de los principales intereses de un sistema de control-mando.
Estos
automatismos se describen en los siguientes párrafos.
1.3.1.- Transferencia de una fuente con
defecto por una fuente de respaldo
Las
cargas con una continuidad de suministro crítica se benefician de fuentes de
alimentación redundantes.
El
sistema de control controla la transferencia automática de una fuente
defectuosa por una fuente de respaldo.
Los
automatismos son, en particular:
- Transferencias sin Interruptor de acoplamiento (ver § 2.1.2)
- Transferencia con interruptor de acoplamiento (ver § 2.1.3)
- Reconfiguración del bucle.
1.3.2.- Gestión de la carga de la red
Para
una red desacoplada del distribuidor:
- Una capacidad de carga superior a la capacidad de producción hace que las unidades de producción queden fuera de servicio.
-
Después de un corte de energía, el relastrado de cargas debe llevarse a cabo paso a paso para no causar variaciones inaceptables en la tensión y la frecuencia.
Cuando
los grupos de producción internos se están ejecutando, un fallo eléctrico puede
causar inestabilidad en la red y, como resultado, la pérdida de fuentes de energía
de producción internas.
El
sistema de control gestiona los automatismos de deslastrado/relastrado adaptándolo
a la naturaleza de las situaciones encontradas:
- Evitando que el consumo exceda la capacidad de producción
- Durante un fallo eléctrico, contribuyendo a la estabilidad dinámica y salvaguardar la red.
- Después de un corte de energía, relastrando paso a paso las cargas.
1.3.3.- Enclavamiento de aparatos de
corte.
El
enclavamiento entre los dispositivos de corte y seccionamiento evita errores en
las maniobras que pueden provocar fallos y accidentes eléctricos.
El
sistema de control-mando controla los dispositivos de enclavamiento de la aparamenta de corte y seccionamiento.
1.3.4.- Selectividad entre la
aparatos de corte
La
selectividad entre la aparamenta de corte evita configuraciones de red que son
perjudiciales para el correcto funcionamiento de la instalación eléctrica.
Ejemplo:
Selectividad entre interruptores aguas arriba y abajo de un transformador.
El
sistema de control-mando gestiona la selectividad de los dispositivos de corte.
1.3.5.- Conmutación de generadores
homopolares.
Supongamos
que una red tiene dos barras colectoras con acoplamiento y que en cada barra
colectora está instalado un generador homopolar.
Cuando
las dos barras colectoras están acopladas, solo un generador homopolar debe
estar en servicio.
El
sistema de control-mando gestiona la automatización permitiendo tener solo un
generador homopolar en servicio cuando las dos barras colectoras están
acopladas.
1.3.6.- Control de la calidad de la
energía.
Tener
una buena calidad de energía es importante para garantizar la durabilidad de
los equipos eléctricos y el buen funcionamiento de los receptores.
En
diferentes puntos de la instalación se miden:
- armónicos de corriente y tensión
- factor de potencia
- desequilibrio de tensiones.
- factor pico (relación entre el valor pico y el valor rms).
Se envía un informe periódico al sistema para analizar los problemas y establecer posibles acciones.
El
sistema de control-mando controla la calidad de la energía.
1.3.7.- Programación horaria
Algunos
consumidores deben estar en funcionamiento durante períodos de tiempo
predefinidos.
Su
control marcha/parada se controla en función de la hora.
El
sistema de control pilota la programación horaria.
1.3.8.- Gestión de los grupos de
producción internos.
Los
grupos de producción internos deben controlarse cuando operan en isla y
cuando están acoplados al distribuidor.
·
Funcionamiento en isla
Las
potencias activas y reactivas son impuestas por la carga, regulando la
frecuencia y la tensión.
·
Funcionamiento
acoplado al distribuidor
La
frecuencia y la tensión son impuestas por el distribuidor.
Se
ofrecen tres posibilidades.
1.
Primera
posibilidad
Las
potencias activas y reactivas proporcionadas por los grupos de producción se
regulan a valores predefinidos, las variaciones de carga son soportadas por el
distribuidor.
2.
Segunda
posibilidad
Las
potencias activas y reactivas suministradas por el distribuidor están reguladas
a valores predefinidos (por ejemplo, los valores de potencia suscritos), las
variaciones de carga son soportadas por los grupos de producción dentro de los
límites de su capacidad.
3.
Tercera
posibilidad
La
potencia activa suministrada por los grupos se regula a un valor predefinido.
Las variaciones de potencia activa son soportadas por el distribuidor.
La
potencia reactiva suministrada por el distribuidor está regulada a un valor
predefinido (por ejemplo, el valor límite no facturado). Las variaciones de la
potencia reactiva son soportadas por los grupos de producción dentro de los
límites de su capacidad.
Se
realiza una función de acoplamiento sincronizado entre cada grupo y entre los
grupos y el distribuidor.
El
sistema de control y mando pilota los grupos de producción internos.
1.3.9.- Asistencia en el diagnóstico
del estado de la red.
Los
dos elementos clave que permiten diagnosticar el estado de la red y seguir su
evolución son la cronología fina y la osciloperturbografía.
La
cronología fina consiste en registrar la aparición de las alarmas y los cambios
de estado de los dispositivos de maniobra. Los registros (fecha y hora) son lo
suficientemente detallados para determinar la cronología de los eventos durante
un fallo.
El
registro de perturbaciones consiste en registrar la evolución de las magnitudes
analógicas (voltaje, corriente ...) durante un evento específico (sobreintensidad,
sobretensión ...).
El
sistema de control y mando gestiona la cronología fina y la
osciloperturbografía.
1.3.10.- Gestión de la red de
distribución.
La
red eléctrica es operada por un sistema automático e informático. Permite
controlar el estado de la red y controlar de forma remota las maniobras.
También
ofrece al operador ayuda y asistencia en su trabajo para aumentar la productividad
y la seguridad.
1.3.11.- Optimización del
mantenimiento de equipos.
El
sistema cuenta el número de maniobras realizadas por los interruptores y cuenta
el número de horas de funcionamiento de estos dispositivos.
Estas
funciones de conteo permiten optimizar las operaciones de mantenimiento de estos
aparatos y reducir el número de operaciones por parte del personal operario.
Continua
en: Gestión de la energía en instalaciones eléctricas industriales (Parte 2ª)
FUENTE:
Schneider Electric: Guide de conception des réseaux électriques
industriels (Christophe PRÉVÉ, Robert JEANNOT)
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