informe de pasantÍarepository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/15856/1/...el presente informe...
TRANSCRIPT
I
INFORME DE PASANTÍA
METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE TABLEROS DE CONTROL Y PROTECCIÓN PARA SUBESTACIONES DE ALTA TENSIÓN EN COLOMBIA.
WILLIAM ALBERTO FLÓREZ FRANCO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERÍA
PROYECTO CURRICULAR INGENIERÍA ELÉCTRICA BOGOTÁ D.C.
2019
II
INFORME DE PASANTÍA
TRABAJO DE GRADO MODALIDAD DE PASANTÍA EN LA EMPRESA ‘FTC ENERGY GROUP. PARA OPTAR PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE
INGENIERO ELÉCTRICO
PRESENTADO POR: WILLIAM ALBERTO FLÓREZ FRANCO
DIRECTOR INTERNO ADOLFO JARAMILLO, Ph.D.
DIRECTOR EXTERNO I.E. OSCAR MAURICIO PARRA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERÍA
PROYECTO CURRICULAR INGENIERÍA ELÉCTRICA BOGOTÁ D.C.
2019
1
CONTENIDO
CONTENIDO ................................................................................................................................................... 1
LISTA DE TABLAS ............................................................................................................................................ 1
LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................................................... 1
1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................... 2
2 TÍTULO ................................................................................................................................................... 2
3 OBJETIVOS DE LA PASANTÍA .................................................................................................................. 2
4 DESCRIPCIÓN DE CADA UNO DE LOS RESULTADOS ALCANZADOS ....................................................... 3
5 ANÁLISIS DE RESULTADOS, PRODUCTOS, ALCANCES E IMPACTOS DEL TRABAJO DE GRADO, DE
ACUERDO CON EL PLAN DE TRABAJO ......................................................................................................... 14
6 EVALUACIÓN Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS DE LA PASANTÍA ............................................... 17
7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................................................................. 19
8 BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................................... 20
LISTA DE TABLAS Tabla 1. Resumen requisitos técnicos tableros .............................................................................................. 3
Tabla 2. Tableros Control y protección solicitados durante el año 2018 ...................................................... 6
Tabla 3. Evaluación de cumplimiento de los objetivos específicos de la pasantía...................................... 17
LISTA DE FIGURAS Figura 1. Diagrama de bloque proceso ingeniería básica .............................................................................. 8
Figura 2. Ejemplo disposición física de los tableros. .................................................................................. 10
Figura 3. Procedimiento propuesto para la puesta en marcha. .................................................................... 11
2
1 INTRODUCCIÓN
El presente informe describe las actividades realizadas y resultados obtenidos durante la ejecución
de la pasantía realizada en la empresa FTC energy group.
FTC energy group es una empresa dedicada a la fabricación de tableros eléctricos para sistemas de
baja y media tensión, que ejerce sus actividades dentro del ámbito nacional y que a partir del año
2016 paso a formar parte del grupo WEG, multinacional brasilera de gran reconocimiento en la
fabricación de motores, generadores, turbinas, transformadores de potencia, entre otros.
En este trabajo de pasantía se realizó la metodología para el diseño de tableros de control y
protección para subestaciones de alta tensión en Colombia, debido a la necesidad de desarrollar
nuevas soluciones y productos que aseguren un suministro eléctrico confiable, disponible,
ininterrumpido y seguro para las personas e instalaciones, esta necesidad se evidenció dentro de la
empresa FTC energy group debido a la cantidad de pedidos realizados desde del sector eléctrico
Colombiano, y por ello se planteó como solución inicial la metodología obtenida en éste trabajo.
2 TÍTULO
Metodología para el diseño de tableros de control y protección para subestaciones de alta tensión
en Colombia.
3 OBJETIVOS DE LA PASANTÍA
OBJETIVO PRINCIPAL
Desarrollar una metodología para el diseño y puesta en marcha de tableros de control y protección
para subestaciones de alta tensión en Colombia.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
1. Identificar las cinco configuraciones más utilizadas para tableros de control y protección,
en función a los requisitos normativos y técnicos exigidos por las compañías de suministro
eléctrico colombianas.
2. Describir los elementos que componen los tableros de control y protección para cada una
de las configuraciones típicas.
3. Formular el procedimiento general para el desarrollo de la ingeniería eléctrica y mecánica
básica de los tableros de control y protección.
4. Elaborar el procedimiento para la puesta en marcha de las configuraciones típicas para
tableros de control y protección.
3
4 DESCRIPCIÓN DE CADA UNO DE LOS RESULTADOS ALCANZADOS
La pasantía fue realizada en el departamento de ofertas de la compañía, el cual se encarga de
administrar, revisar y elaborar la ingeniería básica de las solicitudes recibidas por el departamento
comercial, entregando soluciones técnico-económicas que garantizan satisfacer las necesidades de
los clientes en el menor tiempo posible y con el menor costo.
En línea con lo anterior y buscando tener soluciones para nuevos mercados, la pasantía se centró
en desarrollar una metodología para el diseño de tableros de control y protección (TCP), obteniendo
los resultados descritos a continuación:
El primer resultado fue la identificación de los requisitos técnicos exigidos en Colombia para la
fabricación de los tableros de control y protección. Estos se obtuvieron realizando la revisión, el
análisis y clasificación de las normas y documentación técnica expedida por algunas de las más
importantes compañías eléctricas del sector, tales como: ISA-Transelca [1], Electrificadora de
Santander S.A. E.S.P (ESSA)[2], Enertolima [3], Termobarranquilla S.A. E.S.P. (TEBSA)[4],
Empresa de Energía del Pacífico S.A. E.S.P (EPSA)[5], Empresas Públicas de Medellín [5],
Empresa Electrificadora del Meta (EMSA)[6], Empresa de Energía de Bogotá (EEB)[7], Grupo
ENEL (Codensa)[8], y la UPME Unidad de planeación minero energética para sus convocatorias
del sistema de transmisión [9].
Estos requisitos se dividieron en tres grupos:
1. Requisitos mecánicos para la construcción de tableros de Control y protección.
2. Requisitos eléctricos
3. Requisitos técnicos para dispositivos.
En la Tabla 1 se presenta el resumen de los parámetros definidos.
Tabla 1. Resumen requisitos técnicos tableros
Descripción Unidad Requerido 1. Requisitos Mecánicos para la construcción de tableros de Control y protección. Tipología de Fabricación tableros. Auto soportado
Uso interior
Elementos Estructurales tableros.
Paneles: Laterales y traseros
Puerta de acceso: Con vidrio 6 mm
Bisagras apertura 133°
Cierre de tres puntos
Bastidor Abatible
Materiales de fabricación Lámina Cold Rolled
calibres
4
Envolvente y Base: CAL 12
Estructura: CAL 14
Tapas y puertas: CAL 14
Soporte Equipos: CAL 14
Tratamiento de superficies y acabado de pintura Pintura en polvo
Color: RAL 7032
Dimensiones
Altura: mm 2200
Ancho: mm 800
Profundidad: mm 800
Grados de protección IP 54
IK 5
2. Requisitos Eléctricos para tableros de Control y protección.
Tensión nominal (Un): V 125Vdc
Tensión nominal de aislamiento (Ui V 690Vac-1000Vdc
Tensión nominal soportada a impulsos (Uimp): kV 1
Corriente asignada (In): A 100
Corriente asignada de cortocircuito condicional
(Icc): KA 10
Frecuencia asignada (Fn): Hz 60
3. Requisitos técnicos para dispositivos.
Equipos de Control y Protección
Tensión asignada en corriente continua v 125
Margen de tensión para operación % 80-110
Corriente asignada: A Para 5 o 1 Amp
Carga a corriente nominal: VA <=1
Tensión asignada (fase a fase) V 115
Carga a tensión nominal VA <=1
Auto monitoreo continuo Si
Protocolo de comunicaciones 61850 nativo
Tipo de conector LC/ST
Resolución ms 1
Estampa de tiempo mínima para el reporte de
eventos ms 1
Tecnología numérica
Registro de fallas Si
Osciloperturbografía Si
Registros oscilográficos en formato comtrade Si
Registrador de eventos exportable a formatos xls Si
Display LCD
Con display para
despliegue de unifilar y
teclas de mando
Teclas de función y LED's configurables Si
5
Lógica programable Si
Control sobre objetos 5
GOOSE digital y analógico horizontal Si
Medidores
Valores medidos Intensidades IL1, IL2, IL3, IN Si
Valores medidos Tensiones UL1, UL2, UL3, U12,
U23, U31, Usyn Si
Componentes simétricos I1, I2, 3I0; U1, U2, 3U0 Si
Clase 0,5S
Memoria Mb 10
Relés Auxiliares
margen de tensión de operación % 80-110
carga para operar VA 1250
carga para reponer VA 3000
tiempo de operación máximo ms 8
tiempo de reposición ms 500
reposición eléctrica Si
señalización con reposición eléctrica y manual Si
Equipos y accesorios para servicios auxiliares del tablero.
Auxiliares
Tensión control aux: Vac 120-127
Lámpara Fluorescente
Calentador W 100
Toma Corriente Si, NEMA 5-15R.
Termostato Higrostato SI
Tierra mínimo 1” X 3/16” de Cu
Secciones cables
Control: AWG 14
Circuitos de Tensión: AWG 14
Circuitos de Corrientes: AWG 12
Tipo: THWN-2, 600V,90°C
Posteriormente, de la mano con la identificación de los requisitos técnicos, también se realizó la
recopilación y clasificación de las normas que deben cumplir los tableros, como resultado estas se
dividieron en 3 grupos:
1. Normas generales tableros.
2. Normas para comunicaciones
3. Normas generales para dispositivos.
De estas, se profundizó en la descripción de la norma IEC 61439-1 “Cuadros de distribución y
maniobra de baja tensión – “Parte 1: Reglas generales”[10] , debido a que es en está donde se a
bordan las características, rendimiento, verificaciones y pruebas de los tableros eléctricos en
general, y es la norma solicitada por la reglamentación nacional (RETIE), también se describió con
6
más detalle la norma IEEE C37.2 “Sistema de energía eléctrica estándar Números de función del
dispositivo, acrónimos y designaciones de contacto” [11], debido a que a pesar de ser tableros
certificados y IEC, en este medio se utilizan mucho las siglas para la denominación de cada una de
las funciones de control y protecciones. .
Una vez identificados los requisitos de fabricación, se continuó con la determinación de las 5
configuraciones de tableros de control y protección más comunes detallando sus componentes y
esquemas de protección. Para esto se realizó un estudio basado en la revisión de 36 solicitudes para
la fabricación de tableros de control y protección, recibidas de 10 empresas colombianas del sector
de energía durante el año 2018. Dentro de cada una de las solicitudes se analizaron 115 tableros
para 51 subestaciones entre 110kv y 230kv como se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2. Tableros Control y protección solicitados durante el año 2018
Tableros
subestación 110KV
subestación 115KV
subestación 220KV
subestación 230KV
Sub Total, de tableros 22 un 11 un 7 un 11 un
Tablero de control y protección campo de línea
23 8 2 9 42
Tablero de control y protección campo de transformador
14 3 8 2 27
Tablero de control y protección campo acople de barras.
8 3 2 1 14
Tablero de control y protección para generador
1 8 3 12
Tablero de control y protección para banco de condensadores
5 1 3 9
Tablero de control y protección campo autotransformador
2 4 1 7
Tablero de control y protección reactores de derivación
1 1 2
Tablero de control y protección línea, en configuración anillo.
1 1
Tablero de control y protección diámetro
1 1
Total, tableros 115
7
El primer paso para la determinación de las configuraciones típicas fue identificar los 5 tipos de
tableros más solicitados, los cuales son resaltados en la Tabla 2 de amarillo. El siguiente paso fue
obtener las configuraciones, llamadas típicas en este trabajo, en función al esquema de protección
de cada uno de ellos, componentes principales, funciones de protección, características y
propiedades más recurrentes. Como resultado se obtuvo 5 configuraciones:
1. Configuración 1 - Tablero de control y protección campo de línea
Conformada por los siguientes componentes:
- Un relé de protección Principal con función de distancia (ANSI 21)
- Un relé de Protección de respaldo con funciones de controlador y protección direccional de
corriente (ANSI 67)
- Un medidor Multifuncional
2. Configuración 2 - Tablero de control y protección campo de transformador
Conformada por los siguientes componentes:
- Un relé de protección Principal con diferencial de transformador (ANSI 87T)
- Un relé de Protección de respaldo con función de sobre corriente (ANSI 50/51)
- Un medidor Multifuncional
- Un controlador de bahía de línea
3. Configuración 3 -Tablero de control y protección campo acople de barras.
Conformada por los siguientes componentes:
- Un relé de protección Principal con función de Sobre corriente (ANSI 50/51)
- Un relé de Protección de respaldo con funciones de controlador y protección de sobre
corriente (ANSI 50/51)
4. Configuración 4 -Tablero de control y protección para generador
Conformada por los siguientes componentes:
- Un Medidor
- Un relé de protección Principal con función de diferencial de generador (ANSI 87T)
- Un relé de Protección de respaldo con función de sobre corriente (ANSI 50/51)
- Un Controlador de Bahía generador
5. Configuración 5 Tablero de control y protección para banco de condensadores
Conformada por los siguientes componentes:
- Un relé de protección Principal con función de Sobre corriente (ANSI 50/51)
- Un relé de Protección de respaldo con funciones de controlador y protección de sobre
corriente (ANSI 50/51)
8
Una vez definidas las configuraciones típicas, se elaboró la Ingeniería Básica para cada una de ellas
utilizando la metodología indicada en la Figura 1, Obteniendo el desarrollo de los esquemas
unifilares, principios de enclavamientos, definición de la lista de equipos, disposiciones físicas,
estudio de la arquitectura de comunicaciones.
Figura 1. Diagrama de bloque proceso ingeniería básica
Como se muestra en la Figura 1, La iniciación de la ingeniería básica requiere establecer unos datos
de entrada los cuales deben ser suministrados por parte del responsable de la subestación para la
cual se esté diseñando el tablero.
Los datos de entrada mínimos que se requieren para dar inicio a la ingeniería básica de cualquier
tablero de control y protección es la siguiente:
- Datos de las condiciones ambientales y de ubicación de los tableros
o Temperatura
o Altura sobre el nivel del mar
o Humedad relativa
o Grado de contaminación
o Amenaza sísmica
o Instalación interior en cuarto eléctrico o exterior en patio.
- Datos del Sistema
o Configuración de la subestación
o Tensión y frecuencias asignadas
9
o
o Tensión de sistemas auxiliares de AC
o Tensión de sistemas auxiliares DC.
o Equipo principal del sistema de potencia al cual se asociará el tablero.
o Cantidad, ubicación, clases y precisiones de los transformadores de medida de tensión
y corriente.
o Protocolo de comunicaciones
Una vez se tengan disponibles estos datos se procede al desarrollo de los siguientes documentos:
1. Diagrama unifilar general control y protección
En los diagramas unifilares se indican los circuitos de medida de intensidad y tensión, las funciones
de protección y sus actuaciones más relevantes sobre los interruptores, otras protecciones y relés
de disparo.
Los diagramas unifilares deben incluir la siguiente información:
- Denominación y características de equipos y de las máquinas eléctricas.
- Denominación y características de los transformadores de medida, de intensidad y tensión.
- Denominación y funciones activas de los equipos de protección y control.
- Circuitos de intensidad y tensión, los elementos de prueba e interruptores de protección.
- Relés auxiliares relevantes, como pueden ser de disparo, de supervisión de los circuitos de
disparo o de bloqueo.
- Convertidores y aparatos de medida
- Elementos relevantes de mando y señalización como selectores, conmutadores, pulsadores
y lámparas.
- Equipos de tele protección, tele disparo, tele señalización y tele medida con su
denominación, funciones y características.
- Red de comunicaciones del sistema de protección y control, incluyendo los equipos
principales y de respaldo, de sincronización horaria, anillos, buses y enlaces de
comunicación indicando el medio físico, tipo de conductores y protocolo usado.
2. Diagramas de principio
El objetivo de estos diagramas como su nombre lo indica es indicar en forma global los principios
de operación y la protección, en ningún caso pretenden incluir todos los detalles del conexionado,
denominación de puntos de conexión, numeración de borneras, ubicación, etc.
Los diagramas de principio son los planos que representan la alimentación de los tableros
proveniente de los servicios auxiliares, los niveles de mando en los equipos, las lógicas de los
enclavamientos para los equipos de patio que realizan maniobras (seccionadores e interruptores) y
las acciones de ejecución de disparos de los equipos de protección [12] .
10
3. Listas de equipos tableros de control y protección
Tras la elaboración de los diagramas unifilares y de principio se realiza la selección de la marca y
referencia de los relés de protección, medidores multifuncionales, controladores de bahía,
selectores, indicadores, bloques de prueba, bornas, relés auxiliares, entre otros dispositivos,
analizando la relación costo beneficio, cumplimiento de la normatividad, y características de
operación.
4. Arquitectura comunicación
La arquitectura de comunicaciones es una estructura organizada jerárquicamente con el fin de
permitir el intercambio de datos entre los niveles de control de la subestación.
5. Diseño mecánico para tableros de control y protección
En los diseños mecánicos de la ingeniería básica se realizan las disposiciones físicas de los tableros
basados en las cantidades y dimensiones de las referencias obtenidas de los listados de equipos
La información mostrada en las disposiciones es la siguiente:
- Dimensiones de los tableros
- Ubicación de los equipos principales y auxiliares
- Hojas de datos con las características de fabricación de los tableros tales como tipo de
lámina, calibres, pintura.
En la Figura 2, se presenta el ejemplo de una disposición física para tablero de control y protección.
Figura 2. Ejemplo disposición física de los tableros.
11
Finalmente, el último resultado obtenido fue la elaboración de la propuesta del procedimiento para
la puesta en marcha de los tableros de control y protección el cual contempla la realización de las
pruebas y verificaciones indicadas en la
Figura 3.
Figura 3. Procedimiento propuesto para la puesta en marcha.
Para la ejecución de la puesta en marcha o puesta en servicio se debe disponer de los estudios de
coordinación de protecciones y haber efectuado satisfactoriamente las pruebas en fábrica (rutina,
tipo, especiales) para todos y cada uno de los equipos y sistemas que conforman los tableros.
Los bloques funcionales de la Figura 3 se detallan a continuación:
Verificaciones iniciales
Antes de iniciar la ejecución de las pruebas se deben llevar a cabo algunas actividades preliminares,
con el fin de garantizar que no existan, o que sean mínimos, los inconvenientes a encontrar durante
la ejecución de las mismas. Para cada uno de los tableros deben verificarse los aspectos indicados
a continuación:
12
- Verificación estado (visual) general del tablero y cada uno de sus componentes
- Acabado y presentación general del alambrado o cableado
- Inspección de terminales del conexionado
- Inspección de marquillado conexionado
- Inspección de marquillado cables de fibra óptica
- Inspección terminados del tablero
- Inspección del estado de la pintura
- Verificación de apriete de conexiones (en borneras)
- Verificación de placas de identificación de elementos
- Verificación de polaridad de las señales de tensión y corriente
- Pruebas de energización
Pruebas de Puesta en marcha
Una vez finalizadas satisfactoriamente las actividades preliminares, se deben realizar las pruebas
funcionales a los tableros. Estas deben ser realizadas por función de protección de acuerdo con el
tipo de elemento protegido, simulando la operación de cada uno de los relés, y verificando que las
variables eléctricas asociadas a la instalación, como lo son: corriente, tensiones, potencias,
frecuencias, estados de elementos de alta tensión, entre otros, estén siendo mostrados y procesados
[13].
A continuación, se presenta el resumen de las pruebas que deben ser realizadas a los tableros:
➢ Pruebas Mecánica
- Correcto cierre y apertura de puertas de los tableros
- Correcto cierre y apertura de marco basculante
- Correcto bloqueo y desbloqueo de cerraduras
- Torque y fijación de barras de tierra
- Torque y fijación de argollas de izaje
- Torque y fijación de techos
-
➢ Pruebas individuales a relés de protección
- Verificación y funcionamiento de interfaces IHM (controladores de bahía, relés,
etc.)
- Verificación de lógicas de enclavamientos
- Prueba de funciones programadas a las botoneras de los Relés
- Disparo de protecciones al detectar señales de falla
- Alarma de relés
- Ajuste de parámetros de relés
- Inyección de corrientes secundarias bloques de prueba
- Inyección de tensiones secundarias en bloques de prueba
13
➢ Pruebas de Medida
- Datos propios de la instalación e identificación del equipo
- Relación de transformación de los transformadores de corriente y tensión
- Constante de pulsos
- Otros, de acuerdo a los requerimientos del equipo utilizado, (por ejemplo,
instalación de perfiles de acceso)
➢ Pruebas de Control
- Realización de maniobras desde controlador de bahía
- Verificación de niveles de mando 1 y 2
➢ Pruebas de Comunicación
- Datos propios de la instalación e identificación del equipo
- Frecuencias de trasmisión y recepción
- Ancho de banda
- Medición de la atenuación de la señal
- Medición de nivel de la señal (relación señal-ruido)
- Pruebas de señales GOOSE por protocolo IEC61850 configuradas en los relés.
Protocolos de prueba Al ejecutar cada una de las pruebas para la puesta en marcha se elabora el documento denominado
protocolo de pruebas, en el cual se registran los procedimientos a seguir para cada prueba, los
equipos requeridos, las medidas de seguridad a tomar y los resultados esperados y obtenidos par
cada caso.
14
5 ANÁLISIS DE RESULTADOS, PRODUCTOS, ALCANCES E IMPACTOS DEL TRABAJO DE GRADO, DE ACUERDO CON EL PLAN DE TRABAJO
Durante la elaboración de la pasantía se cumplieron al 100% los objetivos planteados, y por tanto
todas las actividades del plan de trabajo propuesto en el anteproyecto.
Para el primer objetivo “Identificar las cinco configuraciones más utilizadas para tableros de
control y protección, en función a los requisitos normativos y técnicos exigidos por las compañías
de suministro eléctrico colombianas.” en el plan de trabajo se plantearon las siguientes actividades:
• Recopilar la información de los requisitos técnicos para tableros de control y protección
expedidos por las empresas generadoras, transmisoras y distribuidoras más importantes del
país.
• Examinar las normas que deben cumplir los tableros de control y protección según la
Reglamentación Nacional (RETIE y NTC 2050)
• Describir las fallas eléctricas más comunes que afectan a los sistemas de potencia.
• Establecer las 5 configuraciones típicas para tableros de control y protección de acuerdo
con el equipo principal que protegen.
Estas actividades se desarrollaron a cabalidad. El análisis de los resultados obtenidos muestra que
se debe iniciar desde la definición y descripción de los componentes más importantes de los
sistemas eléctricos de potencia haciendo énfasis en las subestaciones eléctricas e indicando los
diferentes tipos de falla que se pueden presentar, sus causas y consecuencias. La descripción de las
características y elementos principales de los tableros, también es necesaria, donde se debe revisar
el estado del arte de los relés de protección y describir las funciones de protección más importantes.
Adicionalmente los requisitos mecánicos y eléctricos exigidos por las empresas de energía
colombianas, y finalmente realizar la clasificación de las normas, profundizando en la norma IEC
61439-1/2 e IEEE C37.2.
Para el segundo objetivo “Describir los elementos que componen los tableros de control y
protección para cada una de las configuraciones típicas.” Las actividades propuestas fueron:
• Indicar los principios y características fundamentales del funcionamiento de los
relevadores.
• Realizar la Descripción de las funciones de control y protección usadas en las
configuraciones típicas seleccionadas.
• Crear el listado de componentes mínimos requeridos para la implementación de cada
configuración.
De los resultados obtenidos en estos capítulos se pudo analizar los siguientes aspectos:
Dentro de la demanda de tableros de TCP se identificó que el 67 % correspondía a sistemas de 110
y 115KV, por tanto, las configuraciones típicas establecidas se caracterizaron por tener un relé de
protección principal y un controlador de bahía con funciones de protección de respaldo, a diferencia
de los sistemas de tensiones superiores que se caracterizan por tener dos relés de protección
(principal 1 y principal 2), un controlador de bahía dedicado y 2 medidores.
15
El TCP de acople de barras inicialmente no se contemplaba como un posible estándar típico, sin
embargo, durante el estudio de las solicitudes del mercado se identificó una alta demanda de esta
configuración, en razón de la modernización de subestaciones que migran de la barra simple a barra
principal y transferencia y doble barra.
Se observó que cada compañía tiene sus propias preferencias al momento de especificar los TCP,
sin embargo, contrastando cada una de ellas fue posible lograr definir unas propiedades y
características que abarcan las necesidades de cada compañía, y que cumplen con la normativa y
reglamentación nacional colombiana.
El tercer objetivo específico del plan de trabajo: “Formular el procedimiento general para el
desarrollo de la ingeniería eléctrica y mecánica básica de los tableros de control y protección.”
conllevó las siguientes actividades del plan de trabajo:
• Definir los requisitos mecánicos de los tableros (grado de protección, segregación, IK, tipos
láminas, etc.)
• Definir los requisitos Eléctricos y de comunicaciones de cada configuración.
• Crear la lista de la documentación técnica y de equipos de cada configuración
• Elaborar las hojas de datos para cada tipología.
La ingeniería básica elaborada fue para configuraciones de subestaciones barra sencilla y barra
doble para el caso del tablero de control y protección campo de transformador, sin embargo, el
procedimiento planteado es aplicable para el desarrollo de la ingeniería básica de cualquier tipo de
subestación, tales como: Barra Sencilla, Doble Barra, Barra principal y transferencia, doble barra
más by-pass, doble barra más transferencia, anillo, interruptor y medio, entre otras.
Existen tres arquitecturas de comunicación básicas (Cascada, Anillo y Estrella), que muy
frecuentemente se implantan en las subestaciones utilizando swiches de Ethernet o fibra óptica. El
presente trabajo no profundizara en el diseño de detalle de estas arquitecturas para subestaciones,
debido a que solo está orientado al diseño del tablero de control y protección, sin embargo, como
los equipos que conforman los tableros hacen parte del sistema de comunicaciones de la
subestación en la ingeniería básica de estos se presenta la siguiente información:
- El protocolo de comunicación a utilizar
- El medio físico (cobre, Fibra, etc.).
- las características y tipo de conectores
- la interacción entre relés, controladores, medidores, de cada tablero hacia el sistema.
- Integración con el Centro de control o despacho de cargas del gestor de la red
- Requerimiento de Mensajería GOOSE
Se entregó al departamento de diseño eléctrico de la compañía, la ingeniería básica elaborada en la
pasantía para las 5 configuraciones típicas de tableros de control y protección como guía para la
elaboración de estos tableros o similares. En total se entregaron 76 planos, 5 tablas con listados de
equipos, 5 hojas de datos.
16
Finalmente, el cuarto objetivo “Elaborar el procedimiento para la puesta en marcha de las
configuraciones típicas para tableros de control y protección” el cual se planteó con las siguientes
actividades:
• Diseñar el check list de requisitos previos para la puesta en marcha.
• Definir el tipo de pruebas que deben realizarse a los equipos según la configuración típica.
• Identificar los equipos de prueba, herramientas y personal requerido para la elaboración de
las pruebas.
• Crear los protocolos de prueba para cada configuración típica.
En este punto, puesto que cada tablero es único e incluye diferentes relés con funciones de
protección específicas, elaborar un único protocolo que contenga y satisfaga todos los aspectos
técnicos para cualquier configuración es complejo, por tanto, como solución se creó un único
formato con un protocolo en donde se reúnen los aspectos comunes más relevantes, y el cual se
debe complementar con cada protocolo de pruebas funcionales de cada equipo especifico. (Relés,
controladores, medidores).
17
6 EVALUACIÓN Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS DE LA PASANTÍA
La Tabla 3 muestra los objetivos específicos, evaluación de los mismos y el porcentaje de
cumplimiento correspondiente, teniendo en cuenta los resultados más relevantes en cada caso.
Tabla 3. Evaluación de cumplimiento de los objetivos específicos de la pasantía
Objetivo Evaluación Cumplimiento (%)
1. Identificar las cinco
configuraciones más
utilizadas para tableros
de control y protección,
en función a los
requisitos normativos y
técnicos exigidos por
las compañías de
suministro eléctrico
colombianas.
El objetivo se cumple
plenamente. Analizado con
las configuraciones típicas
de tableros TPC de mayor
demanda para la compañía
durante el año 2018,
correspondientes a
subestaciones de 110 y 115
KV con aplicaciones que no
requieran medida de
respaldo según CREG
038/14. En consecuencia,
cualquier otro tipo de
configuración de tableros
TPC deberá ser desarrollada
como una aplicación
especial.
100%
2. Describir los elementos
que componen los
tableros de control y
protección para cada
una de las
configuraciones típicas.
El objetivo se cumple
plenamente para las cinco
configuraciones
determinadas en el primer
objetivo. La descripción de
elementos abarca aspectos
teóricos, especificaciones
funcionales y esquemas
generales de protección.
100%
3. Formular el
procedimiento general
para el desarrollo de la
ingeniería eléctrica y
mecánica básica de los
tableros de control y
protección.
El objetivo se cumple para
las cinco configuraciones
determinadas en el primer
objetivo. El desarrollo de la
ingeniería eléctrica incluyó
diagramas unifilares
estandarizados, diagramas
de principio, arquitectura de
comunicación, esquemas de
alimentación y listado de
equipos. El desarrollo de
ingeniería mecánica se
100%
18
limitó a especificar
dimensiones de la
envolvente, disposiciones
físicas internas de equipos,
grados de protección IP e
IK, características de
lámina metálica, accesorios
y otros requerimientos
generales; la ingeniería
mecánica no contempló
desarrollo detallado de
construcción
metalmecánica.
4. Elaborar el
procedimiento para la
puesta en marcha de las
configuraciones típicas
para tableros de control
y protección.
Se elaboró un
procedimiento general de
puesta en marcha aplicable
a las cinco configuraciones
típicas determinadas. El
procedimiento incluyó un
protocolo general para el
registro de resultados de las
pruebas eléctricas y
mecánicas del tablero TPC.
Se aclara que no se
desarrollaron protocolos
específicos para cada una
de las funciones de
protección disponibles en
los equipos.
100%
Con el cumplimiento de los objetivos específicos se da cumplimiento al objetivo general:
“Desarrollar una metodología para el diseño y puesta en marcha de tableros de control y protección
para subestaciones de alta tensión en Colombia.”, obteniendo como resultado una metodología que
inicia con la propuesta de cinco configuraciones típicas para tableros de control y protección,
basada en las solicitudes realizadas en 36 solicitudes para la fabricación de tableros de control y
protección, recibidas de 10 empresas colombianas del sector de energía durante el año 2018,
posteriormente incorpora la descripción de los elementos requeridos en cada configuración y
finalizando con la descripción de los procedimientos para el desarrollo de la ingeniería necesaria y
puesta en marcha de cada tipo de tablero obtenido.
19
7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
• Con la información de solicitudes de oferta de tableros TCP durante el año 2018 disponible
en la compañía fue posible inferir de manera amplia y suficiente las características
generales para las cinco configuraciones típicas de tableros de control y protección
establecidos como meta en este trabajo de pasantía, las cuales son aplicables a subestaciones
hasta 115 KV que no requieran medida de respaldo según CREG 038/14.
• El listado preliminar de equipos obtenido en la ingeniería eléctrica básica es útil para apoyar
procesos conceptuales y presupuestales en la etapa comercial de tableros TCP.
• El procedimiento y protocolo general de puesta en marcha, por sus características, resulta
aplicable para cualquier otro tipo de tablero TCP diferente a las configuraciones
desarrolladas en este proyecto.
• Las especificaciones básicas eléctricas y mecánicas de las configuraciones típicas
desarrolladas pueden presentarse como una propuesta de estandarización nacional para
tableros TCP que permita agilizar procesos de ingeniería aplicada, ingeniería conceptual,
presupuesto y construcción de dichos tableros.
• La metodología propuesta y sus entregables constituyen una base documental de ingeniería
que puede ser rápidamente aplicable a proyectos relacionados con la temática de tableros
TCP.
20
8 BIBLIOGRAFÍA
[1] G. de producción Proyectos, “Especificaciones Técnicas Electromecánicas.,” no. 0000001915. ISA Transelca, Bogotá-Colombia, p. 194, 2016.
[2] E. de S. S. A. E.S.P., “Documento de Especificaciones Generales Programa REMOS.” p. 249, 2014.
[3] A. de P. Enertolima, “Especificaciones técnicas garantizadas para el suministro de cuatro (4) tableros de control medida y protección de nivel 4 para la subestación papayo.” COMPAÑÍA ENERGÉTICA DEL TOLIMA S.A. ESP, Ibague, Tolima, p. 13, 2018.
[4] C. Subcontratista, “Control cliente proyecto nueva subestación TEBSA II 110 kV.” pp. 1–18, 2018.
[5] EPSA, “Especificación Tecnica tableros y Equipos de Protecciones sala 110kV,” p. 29, 2016.
[6] Electrificadora del meta s.a. e.s.p., “Especificaciones técnicas de tableros de control, proteccion y medida.” Villavicencio, p. 23, 2017.
[7] I. D. F. Acero, “Especificaciones técnicas sistemas de control, protección, medida y comunicaciones en subestaciones de alta tensión.” Bogotá-Colombia, p. 219, 2014.
[8] E. Técnica, “ET-AT917 Tablero de control y proteccion.” Bogotá-Colombia, pp. 1–6, 2010.
[9] UPME, “Descripción y especificaciones técnicas del proyecto convocatoria publica UPME-04 de 2018,” vol. UPME 04-20. Bogotá-Colombia, p. 59, 2018.
[10] INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION, “IEC 61439 Low-voltage switchgear and controlgear assemblies – Part 1: General rules,” Switzerland, 2011.
[11] Ieee, IEEE C37.2-2008 Standard for Electrical Power System Device Function Numbers,
Acronyms, and Contact Designations, vol. 2008, no. October. 2008.
[12] David Alejandro Chigne Tataje, “Diseño de los sistemas de control, protección, medicion y señalizacion de la subestación los bordones 115 kV / 13,8 kV,” Simón Bolivar, 2006.
[13] C. F. Ramirez, Subestaciones de Alta y Extra Alta Tension, Segunda. Medellín-colombia, 2003.