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2.- Descripción
de las funciones realizadas en la red eléctrica.
En esta sección, se describen las funciones de
automatización y de control y mando que generalmente se proponen al operador de
la red eléctrica.
2.1.
Automatismos de transferencia
Los cuadros de conmutación, para pérdidas
críticas de la alimentación eléctrica, generalmente están alimentados por dos o
tres fuentes que pueden apoyarse mutuamente. Una de estas fuentes puede
proceder de los grupos de producción internos.
Los automatismos de transferencia gestionan la
operación de los dispositivos de maniobra del cuadro de distribución.
El propósito de los automatismos de transferencia
es:
- Mejorar la disponibilidad de la alimentación eléctrica. La fuente en defecto es conmutada por la fuente de respaldo.
- Ahorro económico alimentando el cuadro con la fuente de energía más conveniente (en el caso de que una de las fuentes provenga de los grupos de producción internos).
- Realizar el mantenimiento de la fuente de alimentación preferente.
La transferencia es con corte de la alimentación
si, durante la secuencia de transferencia, la fuente eliminada y la fuente de conmutada
no alimentan cargas en paralelo. En este caso, hay una breve interrupción de la
fuente de alimentación a la carga.
La transferencia es sin corte de alimentación si,
durante la secuencia de transferencia, la fuente eliminada y la fuente conmutada
alimentan cargas en paralelo. En este caso las fuentes deben ser síncronas. No
hay corte de alimentación de la carga.
2.1.1.-
Papel de un sistema de control y mando en la gestión de transferencias
El sistema de control y mando debe analizar previamente
todos los requisitos para la realización de una transferencia:
- La coherencia de los dispositivos de seccionamiento. Por ejemplo, todos los seccionadores están cerrados o todos los disyuntores están enchufados,
- La tensión es correcta, en el caso de que la fuente de reemplazo provenga del mismo distribuidor de energía,
- La tensión y la frecuencia son correctas, en el caso de la transferencia sin acoplamiento hacia un productor interno,
- La tensión, la frecuencia y la sucesión de fases son correctos, en el caso de la transferencia con acoplamiento de dos fuentes provenientes de diferentes distribuidores.
2.1.2.-
Descripción de la transferencia 1/2 (sin interruptor de acoplamiento)
La transferencia 1/2 corresponde al esquema eléctrico
de la figura 1.
Figura 1: Esquema eléctrico
correspondiente a la transferencia ½
En funcionamiento normal una sola fuente alimenta
el juego de barras.
2.1.2.1
Secuencia de la transferencia ½
En caso de pérdida de la fuente que suministra al
juego de barras, la otra fuente interviene como seguridad. (ver figura 2).
Figura 2: Secuencia de la
transferencia ½
2.1.3.-
Descripción de la transferencia 2/3c (con interruptor de acoplamiento)
La transferencia 2/3c corresponde al esquema de
la Figura 3.
Figura 3: Esquema correspondiente a
la transferencia 2/3c
En funcionamiento normal, el interruptor
automático de acoplamiento está abierto. Cada fuente alimenta la mitad del
juego de barras.
2.1.3.1.-
secuencia de transferencia 2/3c
En caso de pérdida de una fuente de alimentación,
el interruptor de acoplamiento se cierra, la otra fuente suministra a todas las
salidas (ver Figura 4).
Figura 4: Secuencia de la
transferencia 2/3c
2.1.4.-
Otros automatismos de transferencia
Existen otros automatismos de transferencia
correspondientes a esquemas eléctricos más complejos, por ejemplo:
- Juego de barras alimentado por 3 fuentes con o sin acoplamiento.
- Juego de barras doble, en cada fuente y en cada salida están asociados 2 seccionadores y un disyuntor (Figura 5).
Figura 5: 2 juegos de barras, 2 ramas por salida, 2
fuentes de alimentación
- Dos dobles juegos de barras acoplados entre sí, a cada fuente y a cada salida están asociados 2 seccionadores y un disyuntor (Figura 6).
Figura 6: 2 dobles juegos de barras acoplados entre sí
2.1.5.- Caso de transferencia a grupos
de producción internos (transferencia 1/2; 2/3c u otros)
4
modos de transferencia son posibles:
- Transferencia con corte de la carga antes de la realimentación por los grupos de producción internos. La carga es progresivamente restaurada por los grupos.
- Transferencia progresiva sin interrupción de la alimentación. El distribuidor y los grupos de producción internos se ponen en paralelo, la potencia de los grupos aumenta gradualmente hasta que proporcionan la potencia demandada por la carga. La alimentación del distribuidor seguidamente es eliminada.
- Transferencia instantánea sin corte de alimentación. Tan pronto como los grupos de producción internos son puestos en paralelos con el distribuidor, este es eliminado. Los grupos de producción toman el control de la carga instantáneamente (en la medida de lo posible).
- Transferencia para funcionamiento continuo en paralelo del distribuidor y los grupos de producción internos. Los grupos solo pueden suministrar una parte de la energía o exportar energía al distribuidor.La puesta en paralelo de fuentes entre el distribuidor y las unidades de producción internas requiere la instalación de un acoplamiento sincronizado y una protección de desacoplamiento rápido que permita aislar la red industrial en caso de cortocircuito, interrupción o fuerte perturbación en la red de distribución pública.
El
acoplamiento síncrono es un sistema automático que actúa sobre los reguladores
de frecuencia y voltaje (sincronoscópios). Permite el acoplamiento de fuentes
cuando el voltaje, la frecuencia y la fase de las unidades de producción están
dentro de rangos predefinidos.
2.1.6.- Automatismo de reconfiguración
del bucle MT
Un
bucle de MT consiste en un juego de barras alimentando varias subestaciones en
bucle (Fig. 7).
Figura 7: Bucle de MT
Los
aparatos de maniobra en subestaciones pueden ser interruptores o disyuntores.
2.1.6.1.- Caso donde los aparatos de
maniobra de las subestaciones son interruptores.
En
funcionamiento normal, el bucle está abierto. En la Figura 7, se supone que
está abierto en B6.
Los
disyuntores de cabecera de bucle en A1 y B1 están equipados con protección de
máxima corriente.
Detectores
de defecto o falta entre fases y fase a tierra se instalan en cada interruptor,
lo que indica el paso de una falta.
La
reconfiguración del bucle lo realiza un automatismo que gestiona los aparatos
de maniobra para restaurar la alimentación después de una falta en el bucle:
- aislando la zona defectuosa
- reconfigurando el esquema eléctrico para realimentar todas las subestaciones.
En
el caso de que el defecto se encuentre en el juego de barras de la subestación,
estas ya no pueden ser realimentadas.
2.1.6.1.1.-Ejemplo de secuencia para
un defecto en 1 (figura 7):
- la protección de sobreintensidad A1 detecta la falta y dispara el disyuntor A1
- los detectores de faltas ubicados en A2 y A3 señalan el paso de una falta. Otros detectores no emiten ninguna señal. La falta es localizada. El automatismo de reconfiguración de bucles abre los interruptores A3 y A4 para aislar el área en defecto.
- El automatismo ordena el cierre del interruptor B6 y el interruptor A1 para alimentar las subestaciones 1, 2 y 3.
Después
de reparar la conexión en defecto, el operador puede maniobrar el automatismo
para retornar a la configuración normal, es decir, solo el interruptor B6 está
abierto.
El
comportamiento del sistema de control y mando es tal que la reconfiguración del
bucle se realiza en menos de 10 segundos, incluido el tiempo de funcionamiento
de los dispositivos.
2.1.6.2.- Caso donde los aparatos de
maniobra de las subestaciones son disyuntores.
En
funcionamiento normal, el bucle está cerrado.
En
el caso de un defecto en el bucle, el sistema de selectividad de protección
aísla automáticamente la zona con defecto, por lo que el automatismo no
interviene.
2.2.- Deslastrado (eliminación de
cargas no prioritarias)
La
puesta en marcha de una función de deslastrado de cargas requiere una configuración
del operador para determinar qué cargas van a ser deslastradas.
2.2.1.- Configuración del operador
El
operador tiene la posibilidad de configurar:
- qué cargas pueden ser deslastradas.
- bajo qué condiciones, estas cargas pueden ser deslastradas.
Para
cada carga, el operador configura:
- el nivel de prioridad de deslastrado.
Por ejemplo, para n niveles, el
nivel n se deslastra primero, el nivel 2 se deslastra en último lugar, el nivel 1 no se deslastra.
- el tiempo máximo de deslastrado de carga, es decir, el tiempo máximo durante el cual la carga puede estar sin alimentación.
- el tiempo mínimo de relastrado, es decir, después de la relastrado, el tiempo mínimo durante el cual una carga debe recibir alimentación antes de un nuevo deslastre de carga (para evitar el fenómeno de "bombeo").
- las condiciones que definen el nivel de prioridad.
Por ejemplo, una carga se puede
delastrar por la noche, no durante el día, en invierno, pero no en verano...
2.2.2.- Ejecución de deslastrado y
relastrado de cargas.
El
sistema de control y mando debe controlar el deslastrado o el relastrado de cargas
de acuerdo con la configuración del operador. La elección de las cargas para
deslastrar o relastrar obedece a un algoritmo jerárquico.
2.2.2.1.- Elección de cargas a
deslastrar
Las
cargas del nivel n se deslastran una por una, si la necesidad de deslastre de
carga no se satisface completamente con el nivel n, las cargas del nivel n-1 se
deslastran y así sucesivamente. Las cargas del nivel 1 no deben ser deslastradas.
2.2.2.2.- Elección de las cargas a
relastrar
Las
cargas de nivel más prioritario son relastradas primero, comenzando por la
última carga deslastrada en el nivel de prioridad considerado. Si la
posibilidad de relastre no es totalmente satisfactorio por las cargas a este
nivel, las cargas del nivel siguiente pueden ser relastradas, y así
sucesivamente.
En
todos los casos, el sistema de control y mando debe integrar un mecanismo de
tipo de histéresis para evitar los fenómenos de bombeo que podrían afectar la
longevidad de los aparatos de maniobra y receptores.
2.2.3.- Gestión de tarifas por
deslastrado
La
función de deslastrado de cargas para la gestión de tarifa se realiza suponiendo
que no hay grupos de producción internos en operación capaces de supervisar las
evoluciones de la carga.
El
sistema de control y mando debe:
- Evaluar constantemente la cantidad de energía que se consumirá al final del período de integración contractual, lo que permite estimar un posible exceso de la potencia contratada.
- Deducir el valor de la potencia a deslastrar o relastrar.
- Controlar el deslastrado o el relastrado de carga correspondiente.
El
periodo de integración contractual es del orden de 10 minutos.
2.2.3.1.- Estimación del valor de la
potencia a deslastrar o relastrar
La
estimación de la energía que se consumirá durante un período de integración se
realiza a partir de la energía consumida desde el inicio del período de
integración (hasta el instante t0) al que se agrega una estimación
de la energía que será consumida hasta el final del período de integración
(desde el instante t0 hasta T) (ver Figura 8).
Figura 8: Estimación de la energía que será consumida durante un periodo
de integración
Se
supone que t = 0 en el instante de origen del período de integración.
Sea
Ê (t0) la evaluación en el instante t0 de la energía
consumida durante un período de integración:
Sea
Ps la potencia contratada o la potencia que no se debe sobrepasar y ΔP
la potencia a deslastrar o relastrar, se tiene:
Si
ΔP > 0, es posible relastrar una potencia ΔP
Si
ΔP < 0, será necesario deslastrar una potencia ΔP.
La
estimación de la energía a partir de un valor medio durante un período de
tiempo λ permite filtrar los picos de carga y, por lo tanto, evitar dar órdenes
de deslastre de carga cuando un pico de consumo como el arranque de un motor, funcionamiento
de una máquina de soldar…
Por
lo tanto, el sistema de control y mando calcula continuamente el ΔP,
y eventualmente da una orden de deslastrado o relastrado de carga.
No
hay restricciones temporales en el deslastrado, porque la duración del período
de integración es bastante elevado, puede realizarse en varios segundos.
2.2.4.- Deslastre de cargas para
proteger los transformadores contra sobrecargas.
Un
transformador se puede sobrecargar por períodos cortos.
La
norma IEC 60354 permite las siguientes sobrecargas:
2
Sn para transformadores de distribución (Sn < 2500 kVA)
1.8
Sn para transformadores de potencia media (Sn ≤ 100 MVA)
1.5
Sn para transformadores de alta potencia (Sn ≥ 100 MVA)
Siendo
Sn: la potencia nominal del transformador.
Estas
sobrecargas se permiten por períodos de varios minutos, por lo que no hay
restricción temporal para la copia de seguridad del transformador durante una
sobrecarga. Para
corrientes
muy importantes (en caso de cortocircuito), el transformador está protegido por
las protecciones de máxima corriente.
El
sistema de control y mando puede:
- Determinar la potencia a deslastrar en caso de sobrecarga.
- Controlar el deslastrado de cargas.
- Determinar la potencia a relastrar.
- Controlar el relastrado.
La
orden de deslastrado de cargas viene dado por el nivel de alarma de la sonda
térmica o la protección de imagen térmica. El valor de la potencia a deslastrar
ΔP es la diferencia entre la potencia consumida y la
potencia nominal del transformador (o un valor inferior).
Después
de un tiempo que depende de la constante de tiempo del transformador y las
condiciones de uso, se realiza un relastrado igual a la diferencia entre la
potencia nominal (o un valor inferior) y la potencia consumida.
El
deslastrado en el nivel de alarma de la protección de imagen térmica (o sonda
térmica) permite evitar el deslastre del transformador por sobreintensidad para
sobrecargas que puede admitir durante un cierto tiempo.
2.2.4.1.- Caso de dos transformadores
funcionando en paralelo.
Dado
que los transformadores aceptan sobrecargas, no es necesario realizar un
deslastrado de cargas inmediato cuando falla un transformador. El otro
transformador alimenta, en este caso, toda la carga.
Un
eventual deslastre de carga se llevará a cabo después de un análisis de la
potencia consumida y la información de la protección de imagen térmica (o sonda
térmica) del transformador en buen estado, si existe.
2.2.5.- Deslastrado de cargas para
proteger los grupos de producción internos.
Tres
tipos de anomalías pueden causar una solicitud de deslastre de cargas:
2.2.5.1.- Sobrecarga
Se
trata de un aumento lento en la carga que provoca una demanda de potencia
superior a la capacidad de producción.
El
sistema de control y mando puede:
- Determinar el valor de la potencia que se debe deslastrar.
- Efectuar el deslastrado de carga antes de que actúen las protecciones de los grupos.
2.2.5.2.- Disminución de la capacidad
de producción (operación en isla) o pérdida del suministro del distribuidor
(funcionamiento acoplado)
Puede
ser debido a la pérdida de un alternador o su accionamiento.
Es
necesario realizar un deslastre rápido de la carga para mantener la frecuencia
y el voltaje dentro de rangos aceptables. Por lo tanto, es posible así evitar
la parada de los grupos por actuación de sus protecciones.
El
sistema de control y mando puede:
- Determinar el valor de la potencia a deslastrar
- Efectuar el deslastrado de cargas en un tiempo que permita mantener el voltaje y la frecuencia dentro de los rangos aceptables.
2.2.5.3.- Incidente eléctrico
Se
trata de:
- Un cortocircuito interno.
- Un cortocircuito en la red del distribuidor en un punto cercano.
·
Una caída significativa de voltaje que
afecta el funcionamiento de las maquinas giratorias.
El
deslastrado rápido ayuda a mantener la estabilidad.
Un
estudio de la estabilidad dinámica permite determinar las cargas que se deberán
deslastrar para preservar la estabilidad de la red.
El
sistema de control y mando puede:
- Determinar las cargas que deben ser deslastradas.
- Efectuar el deslastrado de cargas en un tiempo que permita mantener la estabilidad de la red.
2.2.5.4.- Relastrado (realimentación de
cargas no prioritarias)
Después
del deslastre de cargas, cuando el estado de la red es estable, si la potencia
disponible es mayor que la potencia de carga, será posible realizar el
relastrado.
Este
relastrado debe realizarse por etapas porque los grupos de producción no pueden
soportar sobrecargas importantes.
Un
estudio de estabilidad permite determinar las etapas de relastrado, es decir, las
sobrecargas permitidas por los grupos en función de la potencia que
proporcionan.
2.2.5.4.1.- Caso de los motores
Durante
un corte de energía, los motores mantienen una tensión remanente durante un tiempo
correspondiente a la extinción del flujo (del orden de un segundo). El rápido
restablecimiento de la tensión de alimentación puede provocar un acoplamiento en
oposición de fases, lo que provoca fenómenos transitorios eléctricos y
mecánicos que pueden dañar los motores.
Después
de un deslastrado de la carga, el sistema de control y mando no permitirá el
relastrado del juego de barras que alimenta los motores nada más que cuando la
tensión residual en este juego de barras sea inferior a un umbral predefinido
(del orden del 20 % de la tensión nominal).
Si
el juego de barras tiene una protección de mínima tensión residual (código ANSI
27R), la autorización de realimentación
provendrá directamente de la salida "todo o nada" de la protección.
El
sistema de control y mando debe:
- Determinar la potencia que se puede relastrar.
- Determinar las etapas de relastrado.
- Controlar que los juegos de barras que son relastrados no tengan una tensión residual debido a la presencia de motores.
- Efectuar las etapas de relastrado.
2.2.5.5.- Incidentes temporales
Las
sobrecargas son fenómenos lentos, el deslastrado puede en este caso, no ser
rápido, del orden de varios segundos.
Por
otro lado, el estudio de estabilidad puede mostrar que, durante un incidente,
la reducción de la carga debe ser rápida para mantener la estabilidad de la
red. El deslastrado debe hacerse en algunos cientos de ms.
Continua
en: Gestión de la energía en instalaciones eléctricas industriales (Parte 3ª)
FUENTE:
Schneider Electric: Guide de conception des réseaux électriques
industriels (Christophe PRÉVÉ, Robert JEANNOT)
La energía consumida es uno de los puntos más complicados con las que una empresa debería trabajar y es por este motivo por el que se pueden perder grandes cantidades de dinero si no se crea una estrategia para abastecer todas las máquinas
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