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lunes, 6 de mayo de 2019

Gestión de la energía eléctrica en instalaciones industriales (Parte 1ª)




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:

  • 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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