capitulo iv los resultados
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CAPITULO IV
LOS RESULTADOS
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CAPITULO IV
RESULTADOS DE LA INVESTIGACION
1. ANALISIS DE LOS RESULTADOS
Con relación al primero objetivo el cual expresa el analizar los equipos
instalados en las subestaciones eléctricas para las comunicaciones internas,
con correspondencia a la fase I de la metodología seleccionada determinada
por comprender de manera general el sistema y después de realizar visitas a
diferentes subestaciones eléctricas de empresas dedicadas a este ramo, se
evidenció que dentro de una subestación eléctrica se encuentran equipos
que pueden realizar las labores de supervisión, control y medición de los
parámetros en las líneas de transmisión y/o distribución. Estos equipos en la
actualidad son dispositivos electrónicos inteligentes (IED), llamados como
reles de protección electrónicos, que reemplazaron a los antiguos reles de
protección electromecánicos. Según los diferentes manuales de fabricantes,
estos reles pueden medir parámetros de voltaje, corriente, entre otros, dentro
de su sistema realiza cálculos para mostrar y reportar parámetros como
energía, potencia activa y potencia reactiva. Todas las conexiones para las
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mediciones se realizan de manera física utilizando cable #14AWG de tipo
THW, éstas van desde los transductores que se encuentran instalados en los
interruptores de potencia hasta el rele de protección que se encuentra en un
gabinete.
La mayoría de estos reles se comunican mediante cable de par
trenzado tipo UTP apantallado de un par, haciendo un bus de conexión y
utilizando como estándar de comunicación RS-485 en dos hilos. Se conectan
hasta diez (10) reles electrónicos directamente en su tarjeta de comunicación
para luego ser conectados en un convertidor RS-485 – Fibra Óptica, para
realizar tendidos más largos (el estándar RS-485 soporta distancias de hasta
20 metros en 4 hilos y de 10 metros en 2 hilos). En la actualidad algunos
dispositivos traen la tarjeta de fibra óptica, pero sólo son elaborados bajo un
pedido previo.
Todos los buses de RS-485 luego de su conversión a fibra óptica son
agrupados en una estrella óptica, para así convertir la red en una topología
estrella, y así obtener un sólo par de fibra y llevarlo a un convertidos Fibra
Optica – RS-232 el cual llevaría la señal a una unidad terminal remota (RTU)
utilizando cable UTP con terminales DB9. La RTU se encargara del
procesamiento de datos, envío y recepción de datos con el sistema de
monitoreo utilizando como medio un radio modem conectado por medio de
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un cable coaxial tipo UTP con conectores DB9. El radio modem se conecta a
la antena que se encarga del intercambio de información por medio de radio
frecuencia. Como se puede apreciar en la figura 49 el sistema es una
topología de red estrella jerárquica. El protocolo de comunicación empleado
es el DNP 3.00 en toda la etapa de comunicación, desde los reles
inteligentes hasta la unidad terminal remota y los medios físicos de conexión
varían entre cable UTP y fibra óptica.
Figura 49. Topología en una subestación eléctrica.
Fuente: Guzmán, Prieto, Teran. (2011).
Con respecto al objetivo 2 el cual establece el analizar las opciones de
conectividad instalado en el sistema de adquisición de datos y que
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corresponde igualmente a la fase I, luego de realizar la visita tanto a las
subestaciones eléctricas como al centro de control y monitoreo, además de
visualizar las instalaciones de telecomunicaciones de las compañías
dedicadas se pudo visualizar como se desarrolla la conectividad entre los
equipos en campo hasta los equipos en las centrales de transmisión.
Una vez que el radio modem envía las señales vía radio frecuencia
con una velocidad de transmisión de 9.600 Mbps, ésta es recibida por otro
radio modem el cual se conecta con un multiplexor de comunicaciones por
medio de cable coaxial tipo UTP y estándar RS-232. Este multiplexor
selecciona el canal y el destino y es enviada una señal vía microondas hasta
un segundo multiplexor el cual se encuentra en el edificio del centro de
control y monitoreo.
Una vez el segundo multiplexor recibe la información, esta envía los
datos al servidor de comunicaciones del EMS por medio de cable coaxial tipo
UTP a las diferentes tarjetas dependiendo el canal de comunicación que se
este empleando, para cada canal de comunicación se le asigna una tarjeta
principal y una de respaldo. Una vez el EMS recibe los datos los envía al
servidor de base de datos el cual se encarga de realizar todos los procesos
de monitoreo.
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La figura 50 muestra el recorrido y los equipos utilizados para enlazar
las comunicaciones entre las subestaciones eléctricas y el centro de control y
monitoreo. Toda esta comunicación utiliza velocidades de transmisión de
9.600 Kbps, sin paridad y con protocolo de comunicaciones DNP 3.00.
Figura 50. Conexión desde la Subestación hasta Centro de Control
Fuente: Guzmán, Prieto, Terán (2011).
Por otra parte, y siguiendo los objetivos planteados, encontramos el
objetivo 3 donde habrá que seleccionar la tecnología más adecuada para el
diseño del sistema de comunicación utilizando OPGW, en concordancia con
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la fase II el cual estipula los requerimientos del sistema y desarrollar
comparaciones de las diversas posibilidades; se revisaron y analizaron los
diferentes manuales de fabricantes, el OPGW utiliza como medio físico de
comunicación la fibra óptica, la tecnología más adecuada deberá de poseer
características básicas como velocidad de transmisión, operabilidad, entre
otras. Cabe destacar que lo primordial en una comunicación entre una
subestación eléctrica y el centro de control es la rapidez y la confiabilidad en
el intercambio de datos.
1. Para la subestación eléctrica.
La descripción de los protocolos de comunicación expuesta en la tabla
2 son las principales características que se deben de considerar al momento
de seleccionar para ser implementados en una subestación eléctrica. Entre
los principales protocolos descritos no existen mucha diferencias debido a
que unos son derivados de otros (caso DNP y IEC 60870-2).
Para la tabla 3 se tomaron en consideración características
importantes que todo protocolo debe de poseer como lo son:
a. Diseño para ambientes utilitarios: por lo que además de
automatizar los procesos debe de soportar modificaciones de
equipos y programación y control de un personal autorizado.
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b. Grupo de usuarios o comité técnico: grupo de personas o
empresas que dará soporte y garantía a este protocolo.
c. Revisión de control de la documentación final: después de elaborar
el proceso, al final un grupo de usuarios en específico deberá de
revisar y aprobar todos los parámetros.
d. Protocolo definido para documentación de prueba: todo protocolo
está compuesto de diferentes subprotocolos o protocolos
minoritarios, estos deberán poseer una guía para la elaboración de
pruebas de funcionamiento.
e. Protocolo independiente para verificación de programas: todo
sistema deberá de soportar la adaptación de un programa diferente
al que le suministre la empresa que elabora el protocolo.
f. Tiempo de sincronización y tiempo de sellado de eventos: deberá
de soportar la modificación de tiempos de realización de
actividades a los cuales haya sido programado.
g. Operación de multiples maestros y punto a punto: toda subestación
automatizada se utiliza esta topología para el intercambio de
información.
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h. Respuestas no solicitadas de esclavos: el maestro deberá de estar
atento en todo momento a cualquier evento inesperado sin
necesidad de utilizar la modalidad de pregunta y respuesta.
i. Segmentación del mensaje: el mensaje puede ser enviado desde el
esclavo hasta el maestro y viceversa.
j. Mensaje de transmisión: deberá enviar un formato primario dando
la información al receptor de que este comenzara a transmitir
cualquier tipo de datos.
k. Datos definidos por el usuario: deberá de poseer la opción de
visualizar y modificar los datos que un usuario en un omento
introdujo.
2. Para Sistemas de Adquisición de datos.
En la tabla 4 se muestran las características básicas que debe de
cumplir un protocolo de comunicaciones para salas de despachos de carga
(scadas eléctricos). Cabe destacar que el protocolo IEC 60870-5-104 es la
última actualización de este protocolo y fue elaborado para el trabajo en un
centro de comando y monitoreo eléctrico.
a. Soporte de recepción de voz: se incluirán transmisión de voz en las
subestaciones eléctricas con la inclusión de teléfonos para
comunicación directa con el centro de control.
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b. Soporte de recepción de video: se instalaran cámaras de seguridad
en las subestaciones para obtener una visual de las subestaciones
y estar provenido en caso de hurto.
c. Soporte de protocolo IP: dentro de las propuesta esla la instalación
de computadoras las cuales servirán como un centro de monitoreo
interno en la subestación el cual solo servirá para ver las
condiciones de los equipos sin necesidad de ir al campo.
d. Entradas analógicas: recepción de datos analógicos o mediciones
en campo.
e. Estatus: recepción de datos digitales o estado, condición de los
equipos instalados en campo.
f. Comandos: envío de datos para modificación de condiciones de los
equipos instalados en campo.
g. Soporte de fibra óptica directa: este parámetro establece la
conexión directa vía fibra óptica al servidor de comunicaciones sin
necesidad de utilizar convertidores.
h. Modos punto a punto: Comunicación entre un dispositivo y otro.
i. Modos punto multipuntos: comunicación de un dispositivo a varios
en campo.
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j. Modos multipunto multipuntos: comunicación entre diferentes
servidores a diferentes equipos en campo.
Continuando con los objetivos planteados en esta investigación
encontramos la elaboración del diseño de la investigación correspondiente a
la fase III de la metodología seleccionada determinada por el diseño del
sistema y después de revisar los manuales de los fabricantes y contrastarlos
con los diferentes libros de telecomunicaciones utilizados a lo largo de la
carrera podemos describir:
1. Para subestaciones eléctricas.
Después de revisar y comparar en el objetivo anterior los diferentes
protocolos de comunicaciones y los medios de comunicación podemos
determinar que el mejor medio de comunicación es la fibra óptica, la cual
aunque un poco costosa, puede soportar altas velocidades de transmisión,
no es susceptible a las interferencias electromagnéticas, logrando así el
intercambio rápido y confiable de datos.
En cuanto al protocolo de comunicaciones a utilizar, es recomendable
el IEC 61850, debido a que este soporta fibra óptica directa y los equipos ya
vienen pre-configurados para el funcionamiento, lo cual hace que diferentes
marcas que existen en el mercado se puedan interconectar entre sí sin
configuraciones extras para interconectarse entre ellos. La configuración a
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realizar será mínima y solo se limitara a pocos datos como puerto a utilizar,
numero de nodos en la red, entre otros. La figura 51 muestra la configuración
de un sistema IEC 61850 con fibra óptica en una subestación.
Figura 51. Configuración de comunicación en subestación eléctrica utilizando
IEC 61850 con fibra óptica.
Fuente: Guzmán, Prieto, Terán (2011).
Para la comunicación hacia el centro de control, se utilizara OPGW, el
cual será el cable de guarda tendido en toda línea de alta tensión para la
protección de dichas líneas de descargas atmosféricas. Se utilizara la
cantidad necesaria de fibras dentro del cable que soporte gran cantidad de
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subestaciones eléctricas entrelazadas en anillo, tomando adicional en
consideración la comunicación principal y la de respaldo. Se puede observa
en la figura 52 como seria el conexionado del OPGW tanto para la
subestación eléctrica como la llegada al centro de control.
Figura 52. Conexionado del cable OPGW
Fuente: Guzmán, Prieto y Terán (2011).
En cuanto al centro de control es recomendable la utilización del
protocolo IEC 60870-5-104, el cual viene desarrollado para aplicaciones de
control y monitoreo, las actualizaciones de los programas que realizan dicha
actividad ya soportan este protocolo. Adicional, existen servidores de
comunicación con entradas directas de fibra óptica, eliminando los
convertidores y así un punto de falla en el sistema. En la figura 53 se
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muestra como seria el conexionado del OPGW hasta el centro de control y
como está distribuido este.
Figura 53. Conexionado y distribución del sistema de control.
Fuente: Guzmán, Prieto, Terán (2011)
Como último objetivo planteado en la presente investigación el cual
expresa validar el diseño del sistema y que corresponde a la fase IV el cual
enuncia vender el sistema, se selecciono la entrevista no estructurada a
expertos en el ramo de diferentes compañías dedicadas a la generación,
transmisión y distribución de energía eléctrica.
Debido a que la fase contempla vender el sistema, se opto por que el
diseño sea aprobado y avalado por personal experto en la materia de
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automatización de subestaciones eléctricas y sistemas de control y
monitoreo, obteniendo los siguientes resultados:
Para la pregunta ésta usted satisfecho con los equipos de
comunicaciones utilizados para la automatización de las subestaciones
eléctrica. De los expertos encuestados el 88% no está de acuerdo con la
manera que actualmente se automatizan las subestaciones ni los equipos
utilizados. Según los entrevistados se consume mucho tiempo y dinero en la
realización de las mismas.
Figura 54. Grafico de la primera pregunta de la encuesta.
Fuente: Guzmán, Prieto, Terán (2011).
Para la pregunta usted cree que los equipos que se instalan son los de
última generación, el 100% de los encuestados opinan que no son de última
generación. Es de saber que la tecnología varía cada día, sino cada minuto.
12%
88%
SI
NO
120
Figura 55. Grafico de la segunda pregunta de la encuesta.
Fuente: Guzmán, Prieto, Terán (2011).
En cuanto a la pregunta está usted conforme con la manera como se
visualizan los eventos en el sistema de monitoreo, existe el 50% de
inconformidad al igual que de conformidad. No existe un criterio en específico
en cuanto a la visualización de los eventos.
Figura 56. Grafico de la tercera pregunta de la encuesta.
Fuente: Guzmán, Prieto, Terán (2011).
0%
100%
SI NO
50%50%Si
NO
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Continuando con la pregunta ésta de acuerdo en actualizar el sistema
para mejorarlo sin importar el costo del mismo. El 100% de los encuestados
opinan que si son para mejoras no es necesario detenerse por el dinero, toda
inversión tendrá su recompensa.
Figura 57. Grafico de la cuarta pregunta de la encuesta.
Fuente: Guzmán, Prieto, Terán (2011).
Para la interrogante piensa usted que la opción de aplicar el IEC
61850 le solucionaría los problemas de comunicación a nivel de la
subestación, el 100% de los entrevistados respondieron afirmativamente.
Cabe destacar que el personal a cargo de desarrollar las ingenierías para la
automatización de subestaciones prefiere reducir convertidores de
protocolos, medios de conexión y estandarizar todo a un solo elemento como
lo es la fibra óptica.
100%
0%
SI
NO
122
Figura 58. Grafico de la quinta pregunta de la encuesta.
Fuente: Guzmán, Prieto, Terán (2011).
Ahora, para la pregunta cree usted que la fibra óptica directa desde la
subestación hasta el sistema de adquisición de datos no generara perdidas
de datos, el 88% está convencido de que la fibra sería la solución más
optima al momento de reemplazar la microonda.
Figura 59. Grafico de la sexta pregunta de la encuesta.
Fuente: Guzmán, Prieto, Terán (2011).
100%
0%
SI
NO
88%
12%
SI
NO
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Por último, la pregunta relacionada con cree usted que las velocidades
de transmisión serán adecuadas al momento de procesar la información, el
60% no estuvo de acuerdo con las velocidades entre la falla y la
visualización.
Figura 59. Grafico de la sexta pregunta de la encuesta.
Fuente: Guzmán, Prieto, Terán (2011).
2. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
Debido al planteamiento de la problemática existente en cuanto a las
pérdidas de información y de datos, producido por la utilización de
microondas terrestres se plantea el reemplazo de la misma por un medio de
comunicación más confiable como lo es la fibra óptica. Ahora bien, como en
el tendido de líneas de alta tensión es necesario la instalación de cables de
guarda para la protección de estas, se invento el sistema denominado
40%
60%SI
NO
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OPGW que no es más que introducir ciertas cantidades de fibras ópticas
dentro de dicho cable, asegurando así el tendido dentro de todo el sistema
eléctrico.
Pero no solo es realizar el reemplazo, se debe de tomar en consideración
si los equipos instalados en campo y en el sistema de adquisición de datos
soportan esta nueva tecnología, lo cual se planteo la adecuación de los
equipos en campo con el nuevo sistema IEC 61850, el cual no solo es un
protocolo de comunicación, sino que es un estándar para las futuras
automatizaciones de subestaciones eléctricas.
Adicional, se considero la instalación en el servidor de comunicaciones
de equipos que soporten conectividad directa con fibra óptica, pero debido a
los avances en esa materia, las nuevas actualizaciones de equipos involucra
la instalación de elementos más pequeños, con mayores velocidades de
procesamiento y con múltiples entradas de dispositivos en fibra óptica y red.