GUÍA TÉCNICA

“Diseño de sistemas de comunicaciones con fines de

Teleprotección”

08 de septiembre de 2016

2

CDEC SIC

(Centro de Despacho Económico de Carga del Sistema Interconectado Central)

Teatinos N°280 – Piso 12

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Guía Técnica: Diseño de sistemas de comunicaciones con fines de Teleprotección

Fecha Descripción Realizó Revisó / Aprobó

08-Sep-2016 Versión 0 Erick Zbinden A. (CDEC-SING)

Sergio Cortez (CDEC-SING)

Carla Hernández (CDEC-SING)

Patricio Lagos (CDEC-SING)

Manuel Obreque (AES GENER)

Germán Ortega (TRANSELEC)

Tomás Valenzuela. (CDEC SIC)

Erick Zbinden A. (CDEC-SING)

Diego Pizarro G. (CDEC SIC)

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CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN. 4

2. OBJETIVO Y ALCANCE. 4

3. ABREVIATURAS Y DEFINICIONES. 4

4. CONSIDERACIONES DE DESEMPEÑO PARA SISTEMAS DE TELEPROTECCIÓN. 5

4.1 CONFIABILIDAD, DISPONIBILIDAD Y REDUNDANCIA DEL SISTEMA DE TELEPROTECCIÓN. 5 4.1.1 Confiabilidad. 5 4.1.2 Disponibilidad. 6 4.1.3 Redundancia. 8

4.2 TIEMPOS MÁXIMOS DE OPERACIÓN. 8

5. MEDIOS DE COMUNICACIÓN PARA LOS SISTEMAS DE TELEPROTECCIÓN. 10

6. SOLUCIONES PRÁCTICAS PARA MEJORAR LA DISPONIBILIDAD Y OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE TELEPROTECCIÓN. 13

6.1 HABILITACIÓN DE SWITCH PARA MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TELEPROTECCIONES. 13 6.2 INCORPORACIÓN DE FILTRO PARA ATENUACIÓN DE INTERFERENCIA ELECTROMAGNÉTICA. 13 6.3 INCORPORACIÓN DE ALARMAS PARA MONITOREO DE ENLACES. 13 6.4 REDUNDANCIA DE COMPONENTES CRÍTICOS. 13

7. REFERENCIAS. 14

8. ANEXO 1. 15

4

1. INTRODUCCIÓN.

En este documento se describen recomendaciones y criterios para el diseño de sistemas de comunicaciones

con fines de teleprotección, destinados a complementar los requerimientos establecidos por la Norma

Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio (NT de SyCS) vigente [1].

Los criterios y desempeños esperados, están basados en estándares internacionales, en la experiencia y

buenas prácticas de las empresas del sector eléctrico, representadas por los diferentes profesionales que

participaron de la elaboración de este documento.

2. OBJETIVO Y ALCANCE.

El objetivo de esta Guía Técnica es presentar recomendaciones para el diseño de sistemas de

comunicaciones utilizados para el envío/recepción de señales de teleprotección, con el propósito de

disponer de altos estándares de confiabilidad y desempeño de los sistemas de protección, ante

perturbaciones o fallas que puedan provocar daños o inestabilidad del sistema eléctrico.

El alcance considera los requerimientos sobre los medios de comunicación y su desempeño esperado,

incluyendo además una metodología para calcular la disponibilidad de los sistemas de teleprotección [3].

3. ABREVIATURAS Y DEFINICIONES.

A continuación, se describen las funciones principales que son utilizadas en el diseño de un esquema de

teleprotecciones [4], estableciendo además las definiciones que serán utilizadas en el cuerpo de la presente

Guía Técnica.

a) BER: Bit Error Rate (Tasa de Error de Bit).

b) Canal de teleprotección: Es una banda de frecuencia proporcionada por el sistema de

telecomunicaciones, a fin de permitir la transmisión de señales de teleprotecciones. La señal que se

envía por dicho canal puede ser de tipo análogo o digital.

c) Comando de teleprotección: Es una señal transmitida entre los sistemas de protección y

teleprotección.

d) FO: Fibra óptica.

e) Función 85A: Es un comando de teleprotección asociado a las funciones de protección de

impedancia, que utiliza los canales de comunicaciones para acelerar la operación de zonas de

impedancia, mediante una confirmación de el/los extremo(s) remoto(s) de la línea protegida. Este

comando se puede utilizar por sobre alcance o sub alcance del valor de impedancia ajustado.

f) Función 85C: Es un comando de teleprotección asociado a las funciones de protección de

sobrecorriente direccional, la que utiliza los canales de comunicaciones para realizar una

comparación direccional de corriente, permitiendo acelerar la operación de sus sistemas de

protecciones.

g) Función 85D (TDD): Es un comando de teleprotección asociado a las funciones de protección de

Falla de Interruptor (50BF) o Diferencial de Barras (87B), la que utiliza los canales de

comunicaciones para enviar una orden de apertura a el/los interruptor(es) local y remoto(s), según

corresponda. Para mayor información, consultar la Guía Técnica CDEC-SING “Requerimiento de

Diseño de Esquemas de falla de interruptor, 50BF” [5].

5

h) G703.1 o G703.6: Tipo de interfaz utilizada en los sistemas de teleprotección por MMOO.

i) MMOO: Microondas.

j) MPB: Mantenimiento preventivo básico.

k) MPLS: Multiprotocol Label Switching.

l) MTBF: Mean time between failure (Tiempo medio entre fallas, medido en horas).

m) MTR: Mean time to restore (Tiempo medio de restauración, medido en horas). Este tiempo

considera el MTBF del equipo, más el tiempo de logística involucrado en el traslado de los

especialistas y/o equipos a la subestación respectiva.

n) NT de SyCS: Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio.

o) OPAT: Onda portadora.

p) 𝑃𝑚𝑐: Es la probabilidad de perder un comando. Corresponde a un dato del equipo de

teleprotección proporcionado por los fabricantes.

q) Sistema de teleprotección: Sistema compuesto por equipos de teleprotección y un sistema de

telecomunicación, entre los extremos de una línea de transmisión protegida.

r) SNR: Signal to noise ratio (Relación señal ruido).

s) Switch de mantenimiento: Permite realizar el bloqueo de los sistemas de teleprotecciones, durante

los periodos de mantención.

t) TDD: Transferencia de desenganche directo.

u) WECC: Western Electricity Coordinating Council.

v) 50BF: Función de protección falla de interruptor.

w) 87B: Función de protección diferencial de barra.

Los comandos 85A, 85C y 85D se deben transmitir de manera independiente, utilizando equipos de

teleprotecciones dedicados para cada uno de los medios de comunicación que se disponga.

4. CONSIDERACIONES DE DESEMPEÑO PARA SISTEMAS DE TELEPROTECCIÓN.

4.1 CONFIABILIDAD, DISPONIBILIDAD Y REDUNDANCIA DEL SISTEMA DE TELEPROTECCIÓN.

4.1.1 Confiabilidad.

La confiabilidad del sistema de teleprotección, se refiere a la capacidad de emitir y recibir comandos válidos

en presencia de interferencia y/o ruido. Esta se determina mediante la siguiente expresión:

𝐶𝑜𝑛𝑓𝑖𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 = 1 − 𝑃𝑚𝑐

En relación a la pérdida de un comando, enviado desde el extremo remoto de un sistema de

teleprotecciones, este se considera perdido en los siguientes casos:

a) Estado del comando en el extremo de recepción está ausente o con retardo excesivo.

b) Estado del comando en el extremo de recepción es más corto que una duración especifica.

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Por lo tanto, cuando ocurra cualquiera de las dos condiciones anteriormente descritas, el resultado es que el

sistema de protección no va a operar cuando sea requerido.

4.1.2 Disponibilidad.

La disponibilidad corresponde al tiempo en que el sistema de teleprotección se encuentra activo, para

transmitir y recibir comandos de teleprotección entre los sistemas de protección que se encuentran en los

extremos de una línea de transmisión. Aun cuando la NT de SyCS establece que los sistemas de

teleprotecciones deben cumplir con una disponibilidad del 99.95%, medido en una ventana móvil de doce

(12) meses, esta Guía Técnica sugiere estándares más exigentes, los cuales se detallan en la sección 4.2.

El cálculo de indisponibilidad, debe considerar los tiempos por falla tanto en los equipos de teleprotección

como en los medios de comunicación. Adicionalmente, se deben considerar los tiempos en que el sistema

de teleprotección este bloqueado manualmente por motivos de mantenimiento, ya sea del equipo de

teleprotección o de los medios de comunicación.

Se considerará indisponibilidad cuando la línea protegida no cuente con ningún sistema de teleprotección

activo. No se deberá contabilizar en los tiempos de indisponibilidad, los periodos en que la línea esté fuera

de servicio tanto por falla como por mantenimiento.

Sobre la utilización de redes MPLS con fines de teleprotección: No es posible garantizar con certeza la

disponibilidad de todos los equipos intermedios de estos enlaces y tampoco existe control sobre los planes

de mantenimiento, ni los tiempos de ejecución de éstos. Además, no se tiene la seguridad de que con las

intervenciones realizadas por el propietario del enlace, se emitan comandos falsos que pongan en riesgo la

operación segura del sistema eléctrico.

Por lo anterior, los medios de comunicación a utilizar deben ser Fibra óptica (FO), Microondas (MMOO) y

Onda portadora (OPAT).

Metodología de Cálculo de disponibilidad.

La metodología para el cálculo de la disponibilidad de los sistemas de teleprotecciones, considera la

información de cada uno de los componentes que la conforman, además del medio de comunicación

utilizado. Para luego contabilizar una disponibilidad conjunta, tanto para sistemas independientes o

redundantes.

La información que se utiliza de cada uno de los componentes que conforma el sistema de teleprotección, se

obtiene de los respectivos datasheet de los equipos y de los planes de mantención preventivos que cada

Coordinado defina, estos se resumen a continuación:

MTBF: Mean time between failure (tiempo medio entre fallas, medido en horas).

MTR: Mean time to Restore (tiempo medio de restauración, medido en horas).

MPB: Mantenimiento preventivo básico, corresponde al total de horas de mantención realizadas

durante el MTBF.

7

Así, la disponibilidad de un elemento “i” que conforma el sistema de teleprotección, se determina de la

siguiente forma:

𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑖 =𝑀𝑇𝐵𝐹𝑖 − 𝑀𝑇𝑅𝑖 − 𝑀𝑃𝐵𝑖

𝑀𝑇𝐵𝐹𝑖

El valor de MPBi será igual a cero, en los casos en que el MPB del sistema de teleprotección se realice

exclusivamente cuando la línea de transmisión se encuentre fuera de servicio por mantención.

Para el cálculo de la indisponibilidad de un elemento “i” que conforma el sistema de teleprotección, esta se

obtiene de la siguiente forma:

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑖 = (1 − 𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑖)

Luego, para realizar el cálculo de la disponibilidad de un sistema de teleprotección independiente,

compuesto de “n” elementos dispuestos en serie. La expresión de cálculo resulta:

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑡𝑒𝑙𝑒𝑝.𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = ∑ 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑖

𝑛

𝑖=1

+ (𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜)

𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑡𝑒𝑙𝑒𝑝.𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = (1 − 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑡𝑒𝑙𝑒𝑝.𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒) ∙ 100 [%]

Mientras que la disponibilidad de un sistema de teleprotección redundante, compuesto de “n” sistemas de

teleprotección independientes, la expresión de cálculo resulta:

𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑡𝑒𝑙𝑒𝑝.𝑟𝑒𝑑𝑢𝑛𝑑𝑎𝑛𝑡𝑒 = (1 − ∏ 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑡𝑒𝑙𝑒𝑝.𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑖

𝑛

𝑖=1

) ∙ 100 [%]

Utilizando esta metodología para el cálculo de la disponibilidad, los ejemplos que se presentan en el anexo 1 del presente documento, demuestran que el cumplimiento de la exigencia del 99.95% de disponibilidad indicado en el Art. 3-23 a i) de la NT de SyCS, no es posible de alcanzar con un solo medio de comunicación.

De acuerdo a lo anterior, se deben utilizar sistemas de Teleprotecciones redundantes y dedicados, con

medios de comunicación independientes, para cumplir con las exigencias normativas.

Medición de disponibilidad:

La disponibilidad deberá ser medida calculando los tiempos en que los switch de mantenimiento de los dos

(2) sistemas de teleprotecciones estén bloqueados o que ambos sistemas de teleprotecciones estén con

falla, tanto en el equipo de teleprotecciones como en la vía de comunicaciones.

Todos estos estados deben ser reportados hacia el Coordinador del Sistema Eléctrico, quien realizará la

medición de disponibilidad. Para su implementación, el Coordinado deberá reportar una (1) variable de

estado con el resumen para cada extremo de línea, llamado “ESTADO DE TELEPROTECCIONES”, el que

deberá agrupar las siguientes señales:

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Tabla 1. Variables a reportar por los Coordinados, por cada paño de línea que posea teleprotección.

Elemento Condición

Switch de Mantenimiento Sistema de Teleprotección 1 En Mantenimiento

Falla Equipo Sistema de Teleprotección 1 En Falla

Falla vía de comunicaciones Sistema de Teleprotección 1 En Falla

Switch de Mantenimiento Sistema de Teleprotección 2 En Mantenimiento

Falla Equipo Sistema de Teleprotección 2 En falla

Falla vía de comunicaciones Sistema de Teleprotección 2 En Falla

Estado de Teleprotecciones Disponible/No Disponible

4.1.3 Redundancia.

Consiste en la duplicación de los componentes del sistema de teleprotección, con el fin de mejorar la

confiabilidad y disponibilidad en la transmisión de información, entre los sistemas de protecciones que se

encuentran en los extremos de una línea transmisión. De este modo, se recomienda considerar esquemas

redundantes a nivel de componentes del sistema de teleprotecciones y de los medios de comunicación.

En la figura 1, se presenta la topología recomendada.

Figura 1. Redundancia de los componentes del sistema de teleprotección.

4.2 TIEMPOS MÁXIMOS DE OPERACIÓN.

El envío de una señal de teleprotección entre dispositivos ubicados en subestaciones remotas, se ven

afectados por múltiples retardos en la transmisión. Por lo cual, resulta necesario definir los tiempos

máximos de retardo para los sistemas de comunicaciones, con el fin de que estos sean coherentes con los

tiempos máximos de despeje de falla definidos en la NT de SyCS vigente.

En la figura 2 se describe el tiempo entre la detección de una condición en el extremo “a” y la acción del

comando de control en el extremo “b”, conocido como tiempo de retardo de extremo a extremo. El tiempo

de operación del interruptor de poder en el extremo “b” no está considerada en el tiempo total de retardo.

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Figura 2. Tiempos asociados a la transferencia de información de teleprotecciones [WECC].

Donde:

A. Tiempo de detección: Es el tiempo que requiere el equipo de protección para detectar una

condición anormal.

B. Tiempo de codificación del mensaje: Tiempo requerido por el equipo de protección para crear un

mensaje de cambio de estado, para transferirlo al equipamiento de comunicación.

C. Tiempo de transferencia de datos: Es el tiempo requerido para transferir la información que

contiene el mensaje de cambio de estado, desde la protección al equipo de comunicaciones.

D. Tiempo de transito de la comunicación: Es el tiempo requerido para que el sistema de

comunicación transporte la información. También se conoce como tiempo de propagación.

E. Tiempo de transferencia de datos: Es el tiempo requerido para transferir la información que

contiene el mensaje de cambio de estado, desde el equipamiento de comunicación al equipo de

protección.

F. Tiempo de decodificación del mensaje: Tiempo requerido por el equipo de protección del extremo

remoto, para procesar el significado del mensaje y decidir tomar una acción.

G. Tiempo de acción: Es el tiempo requerido para que el equipo de protección envíe la acción de

control al interruptor de poder.

H. Tiempo global de retardo de extremo a extremo: Corresponde al tiempo transcurrido entre la

detección de una condición anormal (A) en el extremo “a” y el envío de una acción de control sobre

el interruptor de poder del extremo “b”.

En la tabla 2, se establecen los estándares de desempeño para la disponibilidad y retardo de los sistemas de

teleprotección, para los distintos niveles de tensión [2].

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Tabla 2. Estándares de desempeño para sistemas de teleprotección – Disponibilidad y retardo.

Aplicación de Protección Desempeño sistema de

teleprotección

Tiempo máximo indicado en la

norma IEC60834 Nivel de redundancia

Sistema de Transmisión > 200 kV

Disponibilidad esperada: 99.995% Teleprotección analógica:

Requiere sistemas redundantes y canales de comunicación independientes.

Máximo retardo permisivo: 20 ms. Permisivo: 20ms

Máximo retardo TDD: 50 ms. TDD: 40 ms

Teleprotección Digital:

Permisivo: 10 ms

TDD: 10 ms

Sistema de Transmisión ≤ 200 kV

Disponibilidad esperada: 99.5% Teleprotección analógica:

La redundancia típicamente no es requerida para conseguir la disponibilidad.

Máximo retardo: 33.3 ms.

Permisivo: 20ms

TDD: 40 ms

Teleprotección Digital:

Permisivo: 10 ms

TDD: 10 ms

5. MEDIOS DE COMUNICACIÓN PARA LOS SISTEMAS DE TELEPROTECCIÓN.

Los medios de comunicación utilizados para la transmisión/recepción de señales de teleprotección podrán

ser: FO, MMOO u OPAT.

En la tabla 3, se presenta un cuadro comparativo de las principales características para las citadas

tecnologías, las que podrán ser utilizadas como referencia para el diseño del sistema de comunicación con

fines de teleprotección.

En particular, si la selección del medio de comunicación corresponde a OPAT, deberán considerarse los

requerimientos adicionales que se muestran en la tabla 4 y tabla 5.

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Tabla 3. Cuadro comparativo de los diferentes medios de comunicación utilizados para teleprotección.

Desempeño/Medios FO MMOO OPAT

Ventajas

Inmunidad a Ruido Electromagnético.

Altísima capacidad de ancho de banda.

Capacidad de transmitir a grandes

distancias.

Alta capacidad de ancho de banda.

Medio inalámbrico (sin servidumbre). Alta disponibilidad del canal.

Desventajas

Requiere manejo e instalación

especializada.

Requiere servidumbre o soporte en línea

de transmisión existente.

Requiere repetidores cuando no hay

línea vista.

Requiere repetidores para enlaces de

más de 60 km, aproximadamente.

Se deben negociar arriendo o compra

de sitios para los repetidores.

Se debe gestionar permisos con la

Subsecretaría de Telecomunicaciones

(Subtel).

Restricción de frecuencia, baja

capacidad.

Saturación de uso de frecuencias en

zonas con muchas líneas de transmisión.

Confiabilidad <10

-4 a un BER de 10

-6.

Teleprotecciones deben ser de doble tono.

< 10-4

a un BER de 10-6

.

Teleprotecciones deben ser de doble

tono.

≤ 10-4

a SNR de 6 dB.

Teleprotecciones deben ser de doble

tono.

Disponibilidad

Disponibilidad alta sujeta a la correcta

especificación del cable, manipulación e

instalación.

Tiempo de vida esperada 20 años,

aproximadamente.

Disponibilidad alta, según diseño.

Depende del clima y obstrucciones.

Disponibilidad alta, depende de la línea

de transmisión.

Redundancia (*) MMOO. OPAT o FO. MMOO.

Tipo de interface Interfaz óptica directa en teleprotecciones

y multiplexores. G703.1 o G703.6

Debe aceptar señales analógicas y

digitales.

Ancho de banda Del orden de los Gbps. 64kbps o 2Mbps 4kHz

(*) Redundancia implica la utilización de medios independientes, pudiendo ser incluso de la misma tecnología.

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Tabla 4. Requerimientos del medio de comunicación OPAT para teleprotección.

Medio Número de sistemas por línea Frecuencia OPAT Tipo de acoplamiento Nivel de atenuación

OPAT

Depende de la capacidad de frecuencias disponibles

en la línea de transmisión.

Se debe mantener reservas de frecuencia para

futuros enlaces.

En caso de no existir más disponibilidad de

frecuencias, se debe considerar otros medios.

Definido por el estudio de

frecuencia.

Definido por el estudio

modal. De preferencia fase-

fase.

Definido por el

estudio modal y el

cálculo del enlace.

Tabla 5. Estudios recomendados al utilizar un medio de comunicación OPAT para teleprotección.

Nombre del Estudio Descripción/Objetivo

Estudio de Frecuencia Definir la frecuencia de operación de los enlaces OPAT considerando los enlaces existentes.

Estudio Modal Definición de fases para el sistema de acoplamiento.

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6. SOLUCIONES PRÁCTICAS PARA MEJORAR LA DISPONIBILIDAD Y OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE

TELEPROTECCIÓN.

A continuación, se describen soluciones que se han implementado en distintas empresas eléctricas del

sector, las que han permitido mejorar la seguridad, operatividad y desempeño de sus sistemas de

teleprotecciones. Por tanto, resulta necesario considerar estas buenas prácticas en el diseño de nuevas

instalaciones, como también en la medida de lo posible, adoptarlas para aquellas que se encuentran en

servicio.

6.1 HABILITACIÓN DE SWITCH PARA MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TELEPROTECCIONES.

Con el objetivo de evitar la operación errónea de los sistemas de protecciones durante los periodos de

mantenimiento o intervención de los equipos de teleprotección y sus vías de comunicación, los proyectos

deben considerar la instalación de un switch que efectúe el bloqueo de cada sistema de teleprotección,

durante el periodo de tiempo que sea necesario, para asegurar la integridad de las instalaciones eléctricas

propias y de terceros.

Además, con el objeto de disponer de las estampas de tiempo en que se efectúan los cambios de estado del

switch de mantenimiento, se deben habilitar los estados del switch en el Sistema de Control de la

instalación.

6.2 INCORPORACIÓN DE FILTRO PARA ATENUACIÓN DE INTERFERENCIA ELECTROMAGNÉTICA.

Con el propósito de evitar que las interferencias electromagnéticas de las subestaciones afecten la calidad

de la señal binaria de teleprotección “Transferencia de Desenganche Directo (TDD)”, en el cableado de cobre

entre el equipo de protección y los equipos de teleprotecciones, se recomienda configurar los equipos de

teleprotección de modo que se considere valida una señal TDD, siempre que esta permanezca activada por

un tiempo superior a los 10 [ms]. Caso contrario, se asume que corresponde a una señal de ruido, por lo que

esta señal no es transmitida a los equipos de protección respectivos.

6.3 INCORPORACIÓN DE ALARMAS PARA MONITOREO DE ENLACES.

Los estados de los sistemas de comunicación utilizados para las teleprotecciones y el switch de

mantenimiento señalado en el ítem 6.1, deben estar disponibles en los sistemas SCADA de los centros de

control (CC) de los Coordinados, permitiendo tomar las acciones necesarias para poder enfrentar una

indisponibilidad de estos enlaces y además informar de manera más precisa los tiempos de indisponibilidad.

6.4 REDUNDANCIA DE COMPONENTES CRÍTICOS.

Para los principales elementos del sistema de teleprotecciones, entre ellos multiplexor y equipos de teleprotección, estos deben ser redundantes en sus componentes críticos, como por ejemplo la fuente de poder y la CPU. Además, ambas fuentes de poder deberán ser alimentadas desde bancos de baterías independientes.

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Por otra parte, si un mismo multiplexor se utiliza para más de un circuito de transmisión, se debe utilizar una tarjeta independiente por cada canal, con un máximo de cuatro circuitos por multiplexor, con sus respectivos respaldos.

7. REFERENCIAS.

[1] Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio (NT de SyCS), Versión de Enero de 2016 y Res. Exta.

N°375 del 22 de Abril de 2016.

[2] Western Electricity Coordinating Council (WECC), “Communications System Performance Guide for

Electric Protection Systems”, Octubre de 2013.

[3] Western Electricity Coordinating Council (WECC), “Guidelines for the Design of Critical Communications

Circuits”, Noviembre de 2010.

[4] IEC 60834-1 “Teleprotection equipment of power systems – Performance and Testing”, 1999.

[5] CDEC-SING, “Guía Técnica: Requerimiento de diseño de esquemas de falla de interruptor, 50BF”, Junio de

2014.

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8. ANEXO 1.

Caso Práctico 1: Cálculo de disponibilidad de sistemas de teleprotección.

En la figura 3, se presenta un esquema donde se distinguen los componentes que constituyen un sistema de

teleprotección, siendo estos componentes los que se utilizaran para ejemplificar la metodología de cálculo

de la disponibilidad.

Eq. Protección Eq. Teleprotección Sistema de Comunicación Medio de Comunicación

21/21N 85A OPAT LAT

67/67N 85C FO ADSS/OPGW/OPC

50BF 85D MMOO Aire

Figura 3. Esquema general de teleprotección.

i. Caso 1: Teleprotección vía OPAT.

El sistema de teleprotecciones se encuentra constituido en ambos extremos del circuito protegido, por el

acoplamiento, y los equipos OPAT y teleprotección.

En la tabla 6, se presenta el cálculo de la disponibilidad de cada uno de sus componentes, para luego realizar

el cálculo de la disponibilidad del sistema en su conjunto (los valores utilizados son netamente

referenciales).

Nota: Para este ejemplo en particular, no se considera el condensador de acoplamiento y trampas de onda.

Tabla 6: Componentes de la teleprotección OPAT y cálculo de su disponibilidad.

TELEPROTECCIÓN OPAT FILTRO DE ACOPLAMIENTO

MTBF [h.] 160308 MTBF [h.] 453768 MTBF [h.] 876000

16

MPB [h.] 54.9 MPB [h.] 155.4 MPB [h.] 300

MTR [h.] 48 MTR [h.] 24 MTR [h.] 24

Disponibilidad 99.94% Disponibilidad 99.96% Disponibilidad 99.96%

Indisponibilidad 0.06419% Indisponibilidad 0.03954% Indisponibilidad 0.03699%

El MPB Total señalado en la tabla 6, corresponde al total de horas de mantenimiento de un equipo, las

cuales se realizan durante el periodo de MTBF.

Así, la disponibilidad de la teleprotección OPAT en su conjunto resulta:

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑂𝑃𝐴𝑇 = ∑ 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑖

6

𝑖=1

+ (𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜)

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑂𝑃𝐴𝑇 = ∑ 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑡𝑒𝑙𝑒𝑝. 𝑖

2

𝑖=1

+ ∑ 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑂𝑃𝐴𝑇 𝑖+

2

𝑖=1

∑ 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑎𝑐𝑜𝑝𝑙𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑖

2

𝑖=1

+ (𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 )

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑂𝑃𝐴𝑇 = 0.0006419 ∙ 2 + 0.0003954 ∙ 2 + 0.0003699 ∙ 2 + (0)

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑂𝑃𝐴𝑇 = 0.0028144

𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑂𝑃𝐴𝑇 = (1 − 0.0028144) ∙ 100 [%] = 99.71858 [%]

Para este caso particular, la disponibilidad de la teleprotección OPAT es de 99.718 %.

ii. Caso 2: Teleprotección vía MMOO.

El sistema de teleprotecciones se encuentra constituido en ambos extremos del circuito protegido, por un

equipo MMOO, y los equipos multiplexor y teleprotección.

En la tabla 7, se presenta el cálculo de la disponibilidad de cada uno de sus componentes, para luego

obtener la disponibilidad del sistema en su conjunto (los valores utilizados son netamente referenciales).

Tabla 7: Componentes de la teleprotección MMOO y cálculo de su disponibilidad.

TELEPROTECCIÓN MUX MMOO MEDIO

MTBF [h.] 160308 MTBF [h.] 84972 MTBF [h.] 101616 MTBF [h.] 3197400

MPB [h.] 54.9 MPB [h.] 14.55 MPB [h.] 17.4 MPB [h.] 0

MTR [h.] 48 MTR [h.] 24 MTR [h.] 24 MTR [h.] 16

Disp. 99.94% Disp. 99.95% Disp. 99.96% Disp. 99.99950%

Indisp. 0.06419% Indisp. 0.04537% Indisp. 0.04074% Indisp. 0.00050%

Al igual que el caso señalado anteriormente, el MPB Total señalado en la tabla 7, corresponde al total de

horas de mantenimiento de un equipo, las cuales se realizan durante el periodo de MTBF.

Así, la disponibilidad de la teleprotección MMOO en su conjunto resulta:

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𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑀𝑀𝑂𝑂 = ∑ 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑖

6

𝑖=1

+ (𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜)

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑀𝑀𝑂𝑂 = ∑ 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑡𝑒𝑙𝑒𝑝. 𝑖

2

𝑖=1

+ ∑ 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑀𝑈𝑋 𝑖+

2

𝑖=1

∑ 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑀𝑀𝑂𝑂 𝑖

2

𝑖=1

+ (𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 )

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑀𝑀𝑂𝑂 = 0.0006419 ∙ 2 + 0.0004537 ∙ 2 + 0.0004074 ∙ 2 + (0.0000050)

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑀𝑀𝑂𝑂 = 0.0030110

𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑀𝑀𝑂𝑂 = (1 − 0.0030110) ∙ 100 [%] = 99.6989 [%]

Para este caso particular, la disponibilidad de la teleprotección MMOO es de 99.698 %.

iii. Caso 3: Teleprotección redundante, mediante OPAT y MMOO.

Para este caso, se consideran las teleprotecciones OPAT y MMOO de forma redundante, por lo que la

disponibilidad del sistema en su conjunto resulta:

𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑡𝑒𝑙𝑒𝑝.𝑟𝑒𝑑𝑢𝑛𝑑𝑎𝑛𝑡𝑒 = {1 − (𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑡𝑒𝑙𝑒𝑝. 𝑂𝑃𝐴𝑇 ∙ 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑠𝑝.𝑡𝑒𝑙𝑒𝑝. 𝑀𝑀𝑂𝑂 )} ∙ 100 [%]

𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑡𝑒𝑙𝑒𝑝. 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑛𝑑𝑎𝑛𝑡𝑒 = {1 − (0.0028144 ∙ 0.0030110)} ∙ 100 [%] = 99.99915 [%]

Para este caso particular, la disponibilidad de la teleprotección OPAT y MMOO es de 99.999 %.

Si bien cada vía de comunicaciones por separado no cumple con la disponibilidad requerida por la NT de

SyCS, al combinar ambas vías se obtiene una disponibilidad del 99.999%. Por lo que se puede concluir que,

para cumplir con la disponibilidad requerida, resulta necesario contar con vías redundantes totalmente

independientes para el sistema de comunicación.