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UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD
ESTUDIO DE FACTIBILIDAD E IMPLEMENTACIÓN DEL EQUIPO
POWERLOGIC ION7350 PARA ANÁLISIS DE FALLA.
JJuuaann CCaarrllooss TToorrrreess MMuuññoozz
Punta Arenas, Chile
2012
ii
UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
FACULTAD DE INGENIERÍADEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD
ESTUDIO DE FACTIBILIDAD E IMPLEMENTACIÓN DEL EQUIPO
POWERLOGIC ION7350 PARA ANÁLISIS DE FALLA.
“Trabajo de titulación presentado en
conformidad a los requisitos para
obtener el Título de Ingeniero de
Ejecución en Electricidad con mención
en electrónica industrial.”
Profesor Guía: Serafín Ruiz Rebolledo.
Juan Carlos Torres Muñoz
Punta Arenas, Chile
2012
Este trabajo de título ha obtenido la siguiente calificación:
Trabajo de título
Examen
Final
ROLANDO AGUILAR CÁRDENAS Director
Departamento Electricidad
PUNTA ARENAS,…………………….………. del 2012.
ii
AGRADECIMIENTOS
Agradezco en forma especial a mi señora Giselle, mi hija Ivanna, por
darme el tiempo y el espacio necesario como para concluir este esfuerzo.
Agradecer también a mis compañeros de trabajo de la Central Tres
Puentes, al equipo de operadores, por su tiempo y voluntad.
Juan Carlos
iii
RESUMEN
El trabajo consiste en el estudio, implementación y actualización del
equipo ION7350 actualmente instalado en la Central Tres Puentes de la ciudad
de Punta Arenas. Este equipo, en la actualidad presenta una configuración
básica, por lo cual no se ha logrado obtener el máximo de su utilidad. Por
ahora, el ION sólo entrega datos de potencias y corrientes de dos unidades
generadoras de la central antes mencionada.
Para comprender el sistema, se hará una descripción del funcionamiento
básico del equipo ION7350, componentes y dispositivos, para comprender las
funciones del equipo.
También se explicarán los componentes del software ION Enterprise y la
manera en que este software se utiliza para supervisar, mantener y personalizar
el sistema.
En el presente trabajo se incluirán las configuraciones realizadas en el
equipo ION7350, así como también en el software ION Enterprise, donde los
principales puntos abordados en la tesis fueron los siguientes:
Configuración Power Meter.
Configuración Comm1 y Comm2.
Configuración Infrared Comm.
Configuración Sag/Swell.
Configuración de management console (Servers, Sites, Devices).
Configuración designer (Sag/Swell, Maximum, Minimum, Set Point,
Clock, etc).
Además se explicará la interfaz Vista, y se mostraran las distintas
pantallas, donde se entregan datos de las variables medidas, una vez realizada
la configuración del Software. También se hará un análisis de falla de un evento
ocurrido, en el cuál se obtuvieron registros de la perturbación en el sistema
eléctrico de potencia.
El sistema PowerLogic facilita la comprensión del sistema de generación
y distribución eléctrica y ofrece herramientas para el análisis de la operación
normal y de fallas, lo que permite evaluar el proceso e identificar las causas de
los problemas.
iv
TABLA DE CONTENIDO
Página
CAPÍTULO I Introducción
1.1 Introducción…………………………………………………………………….... 2
1.2 Objetivos…………………………………………………………………….……. 4
1.2.1 Objetivo general ………………………………...……….…… 4
1.2.2 Objetivos específicos…………………………………….…… 4
1.2.3 Necesidades……………...……………………………….….. 4
1.3 Unidades que se están monitoreando…………………………..…….……… 5
1.4 Descripción de las unidades……………………………..…………….....…… 5
1.4.1 Unidad Hitachi…………………………...…………….…….... 5
1.4.2 Unidad Solar Mars 100…………………………………..…… 6
1.5 Diagrama unilineal simplificado……..…………………..……………......…… 5
1.5.1 Diagrama unilineal simplificado de las unidades…..…….... 7
CAPÍTULO II Elementos de los sistemas eléctricos de potencia
2.1 Introducción………………...………………………………………….....….….. 9
2.2 Clasificación de los sistemas eléctricos de potencia…………….…..….…. 10
2.2.1 Sistema de Generación……………………….…….…….…. 10
2.2.2 Sistema de Transmisión……...…………………….…....….. 10
2.2.3 Sistema de Distribución...………………...….………...…… 10
2.3 Características de operación de un sistema de generación….….……….. 11
2.3.1 Despacho económico de carga…...…………………….…. 11
2.3.2 Demanda………...…………………………………………… 11
2.3.3 Calidad de servicio………………………………….……….. 12
2.3.4 Continuidad de servicio…………………………….……….. 12
2.4 Descripción de componentes de un sistema………………….…….……… 13
2.4.1 Central eléctrica……...………………………..…………….. 13
2.4.2 Turbina de gas………………………………………….……. 13
2.4.3 Generador………………...…………………………….……. 14
2.4.4 Patio de Alta Tensión (AT)………………………………..… 15
2.4.5 Sala de comando y control……...…………….……….…… 15
2.4.6 Interruptor………………………………………………….…. 16
2.4.7 Sistema de protección…………………………………….… 16
2.4.8 Subestaciones………………………………………….……. 16
v
2.4.9 Transformador...……………………………….…………….. 17
2.4.10 Desconectadores…………………………………….…….. 17
2.5 Esquema final………………………………………………………………….. 18
2.6 Sistemas de control y protección………………………………………….…. 19
2.7 Fallas en los sistemas eléctricos………………………………………..…… 20
2.8 Tipos de cortocircuitos……………………….…………………………..…… 20
2.8.1 Cortocircuito trifásico………….………………………….…. 21
2.8.2 Cortocircuito bifásico…………….………………………….. 21
2.8.3 Cortocircuito bifásico a tierra………………………………... 21
2.8.4 Cortocircuito monofásico…………………………………….. 21
CAPÍTULO III PowerLogic serie ION7300
3.1 Introducción..………………………………………………………………….… 23
3.2 Justificación de la incorporación del ION7350…...……………………….… 23
3.3 Aplicaciones del equipo……...……………………………………………..…. 24
3.3.1 Medición de potencia y energía…...………………………. 24
3.3.2 Análisis de la calidad de energía…...……………………… 24
3.3.3 Estudios sobre la potencia……..……………………….….. 24
3.3.4 Monitoreo y control del equipo…..…………………..…….. 24
3.4 Funciones………..…………………………………………………….………. 24
3.4.1 Mediciones…………………………...………………………. 24
3.4.2 Comunicaciones……...……………………………………… 25
3.4.3 Almacenamiento de datos en memoria interna...………… 25
3.4.4 Setpoints para el control y las alarmas…..…………..…… 25
3.4.5 Entradas y salidas…..………………………………….…… 25
3.4.6 Registros históricos……..……………………………..……. 25
3.5 Otros………..………………………………………………………………..…. 26
3.5.1 Calidad de la Energía………..……………….……………... 26
3.5.2 Configurando la calidad de la energía…………………….. 26
3.5.3 Límite superior (SWELL)……………..…………………….. 26
3.5.4 Límite bajo (SAG)…..………………………………….……. 26
3.5.5 Tensión nominal……………..………………………..….….. 26
3.6 Ajustes del módulo Sag/Swell…..……..…………………………………….. 27
3.7 Reseteo…………………..………………………………………………….…. 27
vi
CAPÍTULO IV Configuración PowerLogic serie ION7300
4.1 Introducción……………………………………..……………………………... 29
4.2 Descripción del medidor……..………………………………………….….… 29
4.2.1 Parte delantera del medidor…..……………………….…… 29
4.2.2 Parte posterior del medidor……...…………………………. 29
4.2.3 Instalación del equipo en la Central Generadora…………. 30
4.3 Conexionado al transformador……………………………………………..… 30
4.4 Configuración del ION7350…….………………………..…………………… 31
4.4.1 Configuración del equipo por el botón Quick Setup...…... 31
4.5 Configuración inicial del equipo…..…………………………………………. 32
4.5.1 Menú Quick Setup…..…………………………………….…. 32
CAPÍTULO V Software ION Enterprise 5.5
5.1 Introducción……..…………………………………………………………...… 38
5.2 Scada…..……………………………………………………………………..… 38
5.3 Características del equipo y sistema operativo…..………………………... 39
5.4 Software instalado ION Enterprise……..………………………………….… 39
5.4.1 Introducción a la arquitectura ION……..………………..… 40
5.5 Componentes del software…..……………………………………….…….… 42
5.5.1 Vista...………..……………………………………….………. 42
5.5.2 ION Designer…….…..………………………………………. 42
5.5.3 Management Console…..……….………………………….. 43
5.5.4 Bases de datos de ION Enterprise…...……………………. 43
CAPÍTULO VI Configuración Software
6.1 Configuración de Management Console…..……………………………...… 45
6.2 Configuración Designer……………………………………………………….. 49
6.3 Algunas funciones importantes para la configuración Designer…..……... 50
6.3.1 Accesos directos de Designer…..…………………………. 50
6.3.2 Caja de herramientas de módulos ION…..……………..... 50
6.3.3 Árbol ION......……………………………………………..….. 51
6.3.4 Orden de prioridades…..………………………………….... 51
6.4 Configuración de Sag/Swell…...……………………………………………... 52
6.5 Configuración módulo Power Quality y Máximum…..…………………...… 55
6.6 Configuración de Set Point…..….....……………………………………….... 56
vii
6.7 Configuración clock………………………………………………………….… 58
6.8 Análisis final capítulo VI……...……………………………………………….. 59
CAPÍTULO VII Interfaz Vista
7.1 Interfaz de vista……………………..…………………………………………. 61
7.2 Análisis de falla………………………………………………………………... 68
7.2.1 Descripción del evento…………..……………………….…. 68
7.2.2 Análisis del evento………………………....………………... 69
7.2.3 Conclusión del evento…………………………………..…... 73
7.3 Análisis final capítulo VII………………..………………………………..…... 76
CAPÍTULO VIII
Conclusiones……………………………………………………………………..…. 78
Bibliografía...………………………………………………………………………… 79
Anexo I Equipos de generación…...…………………………………………….... 80
Anexo II Dimensiones y Montaje de la unidad ION7350………………………. 81
INDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Turbogenerador Hitachi………..……………….………………..…….. 5
Figura 1.2 Turbogenerador Solar Mars 100..…….………………………..……... 6
Figura 1.3 Diagrama unilineal simplificado de las unidades……………….….... 7
Figura 2.1 Demanda de la ciudad de Punta Arenas…...………………..…….. 11
Figura 2.2 Componentes principales de la Turbina de Gas Titán 130...……. 13
Figura 2.3 Turbomáquina (incluye disposición del generador)…..………….... 14
Figura 2.4 Patio de alta tensión (AT) típico de una Central eléctrica...…….... 15
Figura 2.5 Sala de comando……...…………………………………………......... 15
Figura 2.6 Transformador típico AT…...………………………………..………. 17
Figura 2.7 Esquema completo de un sistema Eléctrico……..……………….... 18
Figura 2.8 Tipos de cortocircuitos……………………………..……………........ 21
Figura 3.1 Sag/Swell……………………………………………………………….. 26
Figura 4.1 Descripción general del medidor………...………………………….. 29
Figura 4.2 Conexionado al transformador de la central…..……………..…….. 30
Figura 4.3 Equipo ION7350……………...…….…………………………………. 31
viii
Figura 5.1 Licencia ION Enterprise 5.5…..……………….…………………….. 39
Figura 5.2 Diagramas de nodo……..………………………….…………………. 41
Figura 5.3 Caja de Herramientas…..…………………………….…………..….. 42
Figura 6.1 hasta 6.23……..………..………………………………………...… 45-58
Figura 7.1 hasta 7.12…………………………………………………………... 61-67
Figura 7.13 Plano de la ciudad de Punta Arenas…….………..………………. 68
Figura 7.14 Condición normal (Turbina Solar Mars)…………………………… 69
Figura 7.15 Gráfica sobre corriente en unidad (inicio falla)…..……………..... 70
Figura 7.16 Gráfica sobre corriente en unidad (término de falla)………......... 70
Figura 7.17 Gráfica tensión/corriente………………………………………........ 71
Figura 7.18 Gráfica diagrama fasorial…………………………………………… 71
Figura 7.19 Curva sobre corriente relé Basler………………………………..… 73
Figura 7.20 Curva sobre corriente IEC………...…………………...…………… 74
Figura 7.21 Duración del evento…………………………………………….……. 76
TABLAS
Tabla 3.1 Ajuste del módulo Sag/Swell……..……………………………….….. 27
Tabla 4.1 Configuración Power Meter…..……………………………………..... 33
Tabla 4.2 Configuración Comm1…..………………………………………….…. 34
Tabla 4.3 Configuración Comm2……..………………………………………….. 34
Tabla 4.4 Configuración Infrared Comm…...………………………………….… 35
Tabla 4.5 Configuración Ethernet…..……………………………………………. 35
Tabla 4.6 Configuración Swell/Sag..…………………………………………..… 36
1
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
2
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN
1.1 INTRODUCCIÓN
Los sistemas eléctricos están constantemente expuestos a variaciones
en su operación normal y ante contingencias, por lo cual el gobierno de Chile
dispone de una Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio para
Sistemas Medianos (NT SyCS SM), la que establece estándares de seguridad
y calidad a las empresas generadoras de energía, donde se dispone que las
empresas de generación y/o transmisión, deben mantener un registro con
detalle mensual, debidamente actualizado, de las variables más significativas
de operación.
Las variables de operación que deben ser registradas y evaluadas en
cada punto de conexión de cada sistema mediano son: tensión, factor de
potencia, frecuencia e índices de continuidad. Se considera sistema mediano al
parque de generación eléctrica cuya capacidad instalada es inferior a 200
megawatts y superior a 1.500 kilowatts.
Los aspectos más importantes a considerar en la NT SyCS SM son:
La magnitud de la tensión en las barras del sistema mediano (SM) en
estado normal de operación debe estar comprendida entre 0,94 y 1,06
por unidad, medido en intervalos de 15 minutos y realizando un
promedio horario de los valores registrados.
El factor de potencia en cada punto de conexión de cada SM, medido en
intervalos de 60 minutos, debe estar comprendido entre 0,93 inductivo y
0,98 capacitivo.
La frecuencia nominal de cada SM es 50 [Hz], aceptándose en
condiciones de operación normal y régimen permanente variaciones de
+/- 1,0%, esto es, un valor mínimo de 49,50 [Hz] y un valor máximo de
50,50 [Hz].
La NT SyCS SM indica que debe realizarse un Análisis post operativos
luego de fallas severas ocurridas en el Sistema, en especial aquellas de escasa
probabilidad de ocurrencia, o que se hubieran iniciado por causas
desconocidas.
3
Es por esto que las Empresas Eléctricas mantienen un esfuerzo continuo
por entregar una mejor calidad de servicio a sus clientes y su personal dedica
un gran tiempo en analizar y detectar fallas, para posteriormente entregar
soluciones a éstas.
Bajo esta perspectiva es que, cuando ocurren fallas de esta naturaleza,
ya sean de origen transitorio o permanente, se requiere de un equipo adecuado
para el análisis de esta problemática.
Por esto, las empresas eléctricas adquieren equipos que sean capaces
de analizar disturbios en el sistema eléctrico de potencia, para su posterior
análisis, lo cual es posible conseguir con el equipo ION7350 en su configuración
adecuada.
Este tipo de instrumento empezó a utilizarse en la empresa eléctrica
hace ya algunos años, con el propósito de apoyar la operación y el análisis de
falla del Sistema. Actualmente se tienen dos equipos PowerLogic ION7350
instalados en la Central Tres Puentes en Punta Arenas y se siguen
incorporando nuevos equipos por parte de la Empresa EDELMAG, a otros
centros de generación que la Empresa posee en la región.
El ION7350 actualmente sólo se utiliza para la medición de potencias en
unidades generadoras, el equipo adquiere y entrega información sobre los
parámetros mencionados.
Este sistema puede ser utilizado en uno o más computadores en
ambiente Windows a través de un software dedicado.
4
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo general
El trabajo consiste en estudiar e implementar mayores prestaciones del
equipo PowerLogic ION7350, con lo que se pretende obtener lo siguiente:
Lograr la configuración necesaria para el análisis de falla y operación
óptima del equipo.
Configuración de eventos y alarmas.
Visualización de alarmas.
Se estudia la factibilidad de sincronización del reloj en todos los equipos
(el tiempo es un factor muy importante en el estudio de eventos).
Guía para la administración de información.
Configuración de software ION Enterprise.
1.2.2 Objetivos específicos
Ver situación actual de configuración del equipo PowerLogic ION7350.
Conocer los componentes que involucran este equipo.
Comunicación entre el dispositivo ION7350 y un computador central
dedicado, con Software PowerLogic ION Enterprise.
Comprender el principio de funcionamiento de los componentes.
Configurar y programar equipo PowerLogic ION7350.
1.2.3 Necesidades:
Se dispone de un computador con software instalado.
Equipo ION7350.
5
1.3 UNIDADES QUE SE ESTÁN MONITOREANDO
Actualmente se están monitoreando con el Equipo PowerLogic ION7350,
dos unidades ubicados en la Central tres Puentes de la Empresa EDELMAG,
estos dos turbogeneradores son la Unidad Hitachi y unidad Solar Mars 100,
ambas unidades utilizan gas natural como combustible. Con el equipo se
obtienen datos de corrientes, potencias y tensiones. La configuración definitiva
de estos equipos aún no se ha realizado, por lo que no está configurado para la
obtención de alarmas y ondas ante contingencias, que pueden obtenerse con
el software ION Enterprise.
1.4 DESCRIPCION DE LAS UNIDADES
1.4.1 Unidad Hitachi
Esta Unidad es del año de fabricación 1975, con una potencia máxima
de 24 MW, en la actualidad se encuentra como unidad de apoyo del sistema
eléctrico de potencia. El combustible gas se toma directamente del gaseoducto
que alimenta la ciudad. Este turbogenerador posee un motor diesel para el
arranque de la turbina a gas, que lo lleva desde cero al 20% de su velocidad
nominal (5100 rpm), donde se produce el encendido de la turbina. La turbina es
de 2 etapas, los gases calientes llegan a la primera etapa y son enviados hacia
la segunda etapa y de allí salen al escape. El generador empleado es de
fabricación Hitachi del año 1976 con una velocidad de 3000 rpm. 3 fases, 2
polos y una frecuencia de 50 Hz.
Figura 1.1 Turbogenerador Hitachi
6
1.4.2 Unidad Solar Mars 100
La unidad Solar Mars 100 es del año de fabricación 1995, con una
potencia máxima de 10 MW, su velocidad es de 10780 rpm, esta unidad se
encuentra como unidad de apoyo del sistema Eléctrico de potencia y al igual
que la unidad Hitachi, el gas se toma del mismo gaseoducto. Su tensión de
generación es de 11500 Volt. El generador empleado es del año de fabricación
1995 con una velocidad de 1500 rpm y una frecuencia de 50 Hz.
Figura 1.2 Turbogenerador Solar Mars 100
7
1.5 DIAGRAMA UNILINEAL SIMPLIFICADO
1.5.1 Diagrama unilineal simplificado de las unidades
Los turbogeneradores Hitachi y Solar Mars, poseen un sistema de
barras de 11,5 kV en celdas bajo techo y se interconectan por medio de dos
transformadores de poder de 11,5/13,2 kV y 11,5/66 kV respectivamente. La
línea de interconexión, transmite desde la Central Tres Puentes en 11,5/66 kV,
y recibiendo en la Central Punta Arenas en 66/13,2 kV, con un trazado
aproximado de 8 km.
En una Sala de Comando, se ubican los paneles remotos de control de
cada una de las unidades generadoras, desde esta se ejecutan maniobras
directas sobre los alimentadores en 13,2 kV., y la línea de transmisión en 66 kV.
Figura 1.3 Diagrama Unilineal Simplificado de las unidades
8
CAPÍTULO II
ELEMENTOS DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA
9
CAPÍTULO II: ELEMENTOS DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS DE
POTENCIA
2.1 INTRODUCCIÓN
Fundamentalmente un sistema eléctrico de potencia comprende los
siguientes subsistemas:
Generación de energía Eléctrica.
Transmisión de energía Eléctrica.
Distribución de energía Eléctrica.
Desde un sentido amplio, se ve que el sistema de generación de energía
comprende:
1. La producción de la energía desde las Centrales Eléctricas habilitados
para ello.
2. Su transporte y distribución se realiza por medios de líneas eléctricas,
donde los clientes utilizan este servicio ya sea en la industria, viviendas
o servicios.
Estas líneas eléctricas en un sistema de redes se pueden clasificar
en líneas de alta, media y baja tensión.
3. El cliente o consumidor de la energía eléctrica, espera que se le
entreguen algunos requerimientos básicos como ser:
Suministrar siempre la potencia que los consumidores necesitan.
Mantener la tensión nominal según lo que establece la normativa.
Mantener la frecuencia nominal según lo que establece la normativa.
Suministrar la energía a un precio aceptable.
Entregar la energía según la normativa eléctrica y de seguridad.
Este servicio entregado por las empresas del rubro eléctrico, deben tener
las mejores condiciones de seguridad y continuidad. No obstante, no siempre
es posible ser riguroso y tener los mejores equipos o unidades generadoras, ya
sea por razones técnicas o económicas, por lo tanto, los equipos de protección
y monitoreo que se disponen deben aprovecharse al máximo y a través de
éstos, establecer límites de seguridad para la protección de las personas y
equipos.
10
El presente capitulo tiene la finalidad de entregar una visión clara y
objetiva respecto a los sistemas eléctricos de potencia, citando cómo se
clasifican y los términos más comunes utilizados en esta obra.
2.2 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA
2.2.1 Sistema de Generación: En la generación industrial se recurre a
instalaciones denominadas centrales eléctricas, que transforman la energía
mecánica en energía eléctrica.
Este sistema se encarga de generar la energía eléctrica en una cantidad
comparable con lo solicitado por el sistema (consumidor). En este sistema
encontramos las unidades generadoras (motogeneradores y turbogeneradores)
y transformadores que nos permiten entregar la tensión con los niveles
adecuados.
2.2.2 Sistema de Transmisión: La energía eléctrica es transportada por
conductores tales como líneas de transmisión en altura o subterráneos desde
las centrales generadoras hasta las subestaciones, ubicadas cercanos a los
puntos de consumo.
En estas líneas el voltaje es en alta tensión. Para la ciudad de Punta
Arenas esta tensión corresponde a 23 kV y 66 kV, utilizándose la línea de 66 kV
en servicio permanente, en cambio la línea de 23 kV solo está para situaciones
de emergencia.
2.2.3 Sistema de Distribución: Es el conjunto de líneas denominadas
alimentadores, que permiten dividir por sectores un sistema complejo, a la cual
se entrega energía y desde éstos, entregar la energía eléctrica al usuario final.
Dependiendo de las características de la energía entregada así como de
su ubicación éstos se clasifican en:
Industriales.
Comerciales.
Urbana.
Rural.
11
2.3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE UN SISTEMA DE
GENERACIÓN
Se entiende por operación en un sistema eléctrico de potencia un
conjunto de acciones que están destinadas a la operación normal o emergencia
del conjunto del parque de generación.
Hablar de este concepto lleva a las siguientes definiciones:
2.3.1 Despacho económico de carga: Este concepto consiste en repartir la
demanda total del sistema entre los generadores disponibles, de forma tal que
el costo total de generación sea el mínimo posible. El costo de generación es
variable ya que las unidades generadoras pueden usar distintos tipos de
combustibles, también porque el rendimiento de cada unidad generadora no es
igual, por lo tanto la eficiencia de éstas son distintas.
2.3.2 Demanda: Es la potencia total absorbida por los clientes de una
compañía de electricidad, esta demanda fluctúa entre ciertos límites,
dependiendo de la estación del año y la hora del día. Un patrón a destacar, es
que esta demanda es muy similar durante los días de la semana. La hora de
mayor demanda del día ocurre cuando la actividad doméstica, servicios y los
centros comerciales están operando a plena capacidad.
Figura 2.1 Demanda de la ciudad de Punta Arenas
12
De la fig. 2.1 se puede observar que en el eje vertical se tiene la potencia
en MW y en el eje horizontal las horas del día, la línea segmentada
corresponde a la potencia total demandada por la ciudad de Punta Arenas el
día 03 de Mayo de 2012. En cambio, las líneas inferiores corresponden a la
potencia entregada por distintas unidades generadoras de la Central Tres
Puentes, en diferentes horarios; como se puede observar, para este día, dos
turbogeneradores estaban como unidad base (en funcionamiento permanente).
2.3.3 Calidad de servicio: Toda vez que se habla de calidad de servicio, este
término involucra mantener valores de tensión y frecuencia de acorde a la
legislación vigente. Así como tomar todas las medidas necesarias para
mantener en forma satisfactoria la continuidad de este servicio.
2.3.4 Continuidad de servicio: este término es hoy en día muy utilizado, su
significado implica el tiempo en que un consumo se encuentra desconectado o
sin servicio a causa de eventos producidos en el sistema eléctrico, ya sea por
detención por falla de una unidad generadora o por anomalías en el sistema
eléctrico.
13
2.4 DESCRIPCIÓN DE COMPONENTES DE UN SISTEMA
2.4.1 Central eléctrica: Una central eléctrica es una instalación capaz de
convertir la energía mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía
primaria, en energía eléctrica. Para realizar esta conversión se requieren de
unidades generadoras como ser turbogeneradores o motogeneradores.
2.4.2 Turbina de gas: La turbina de gas es una turbomáquina cuyo fluido
energético es el gas, estas turbinas son máquinas térmicas (accionada por la
expansión de los gases calientes), generadoras, cuya franja de operación va
desde pequeñas potencias (30 kW para microturbinas hasta 500 MW en las
más grandes).
Sus principales ventajas son su poco peso y volumen en relación a la
potencia obtenida y la flexibilidad de operación, lo que hace que sean muy
utilizadas en el área de generación eléctrica.
El principio de funcionamiento es el siguiente: El aire atmosférico es
aspirado dentro de la sección del compresor y luego es comprimido, se le
agrega combustible en la cámara de combustión y la mezcla se enciende. Una
vez que se tiene la combustión, los gases calientes se expanden a través de
una o varias etapas de la turbina, produciendo un movimiento rotativo en un eje
de donde se extrae la potencia mecánica necesaria para mover el generador.
Los gases de combustión son luego descargados a la atmosfera por
medio del sistema de escape.
Figura 2.2 Componentes principales de la Turbina de Gas Titán 130
14
2.4.3 Generador: Este equipo es accionado por la Turbomáquina. Transforma
la energía mecánica en energía eléctrica. Aunque se puede usar una variedad
de configuraciones, el turbogenerador estándar incorpora típicamente un
generador de corriente alterna trifásica, equipado con sus devanados, cojinetes
y un excitador. Para controlar el generador se requiere de un regulador de
tensión, medidores, interruptores y otros equipos. Esta unidad debe excitarse,
controlarse y su salida debe conectarse al sistema de distribución de la Central
eléctrica.
Durante su funcionamiento el generador puede ser dañado, por lo que
necesita un sistema de protección: protección eléctrica frente a condiciones de
sobrecorriente, sobretensión o sobre y sub frecuencia, también necesita
protección mecánica frente a altas temperaturas y un sistema de vibración.
Figura 2.3 Turbomáquina (incluye disposición del generador)
15
2.4.4 Patio de Alta Tensión (AT): El Patio de AT es el encargado de recibir la
energía eléctrica de las unidades generadoras y a través de las líneas de
transmisión, se envía al usuario final. Aquí se encuentran las barras, los
equipos de maniobras (interruptores, seccionadores), equipos de protección,
transformadores y otros equipos auxiliares.
Figura 2.4 Patio de alta tensión (AT) típico de una Central eléctrica.
2.4.5 Sala de comando y control: Es donde está el operador de sistemas,
aquí se encuentran equipos de control, protección, tanto del patio de AT como
de las unidades generadoras. A través de los interruptores de poder se pueden
realizar diferentes intervenciones o maniobras que sean necesarias para
energizar o interrumpir un equipo de generación, servicio o suministro de
energía hacia los diferentes sectores de la ciudad.
Figura 2.5 Sala de comando
16
2.4.6 Interruptor: Este equipo de potencia es el dispositivo encargado de
conectar y desconectar una carga o una parte del sistema eléctrico, tanto en
condiciones de operación normal (máxima carga o en vacío) como en condición
de cortocircuito. La operación de un interruptor puede ser manual o accionada
por la señal de un relé encargado de vigilar la correcta operación del sistema
eléctrico, donde está conectado.
2.4.7 Sistema de protección: Es el conjunto de equipos destinado a
interrumpir en forma automática, cualquier anomalía que se presente en el
sistema eléctrico. Las protecciones deben cumplir con las siguientes
características:
Sensibilidad para detectar variaciones en su entorno.
Ser selectivo para determinar el tipo de anomalía en un determinado
componente o equipo del sistema de potencia, desconectar sólo los
equipos involucrados en la secuencia correcta y no operar ante otro tipo
de fallas.
Rapidez para limitar la duración de las anomalías.
Confiabilidad para reducir la probabilidad de falla del sistema de
protección.
Un ejemplo de un sistema de protección es un relé de sobrecorriente,
que es la forma más barata y simple de proteger un equipo o línea de
transmisión, ésta además, necesita ser reajustada toda vez que cambian las
condiciones del sistema.
2.4.8 Subestaciones: En todo sistema eléctrico se encuentran subestaciones,
comenzando con la planta de generación. Las subestaciones se alimentan
directamente de la línea de transmisión y reducen la tensión para ser entregada
a los centros de consumo de energía. Una subestación es un conjunto de
máquinas, aparatos y circuitos que tienen la función de modificar los parámetros
de potencia eléctrica, permitiendo el control de la energía, brindando seguridad
al sistema eléctrico, para los mismos equipos y el personal de operación y
mantenimiento. Estas contienen los siguientes elementos:
Transformadores.
Equipos de protección.
Desconectadores.
17
2.4.9 Transformador: Es la parte más importante de una subestación
eléctrica, este equipo es el que se encarga de modificar los niveles de tensión y
corriente a los valores apropiados para ser entregados a los clientes.
Figura 2.6 Transformador típico AT
Existen transformadores de potencia monofásica, que está constituido
principalmente por dos devanados, y el transformador trifásico, donde los
devanados aumentan en número
2.4.10 Desconectador: Es un equipo de maniobra que puede tener una
operación manual o automática, su función principal es conectar o retirar del
servicio una parte del sistema. Estos equipos no poseen capacidad de ruptura,
por lo tanto no se pueden operar con carga.
Debido a que este equipo no está diseñado para cortar corrientes de
falla, se utiliza siempre aguas arriba de un interruptor de potencia, para aislar
sistemas, y realizar mantenciones preventivas o programadas.
18
2.5 ESQUEMA FINAL
Figura 2.7 Esquema completo de un sistema Eléctrico (generación, transmisión
y distribución)
En la figura 2.7 se presenta el esquema de un sistema de distribución de
energía eléctrica, que nace de una central generadora y que va a los centros de
consumo (residencial, comercial o industrial).
A la salida de la planta, un transformador eleva el tensión para iniciar la
distribución, en la cercanía de los centros de consumo se instalan
transformadores de distribución que bajan la tensión a valores de uso en Baja
Tensión (400/231 V para consumos trifásicos y 231 V para monofásicos).
Debido a las caídas de tensión en conductores y transformadores, la
tensión que reciben los clientes finales, es de aproximadamente de 380/220 V.
19
2.6 SISTEMAS DE CONTROL Y PROTECCIÓN
Se describirá brevemente los sistemas y equipos de control en una
central eléctrica.
En un primer nivel, está el esqueleto que forma el sistema de generación,
estos se vigilan y se controlan desde un centro de control, que supervisa en
tiempo real cuál es el estado del sistema.
En la Planta ubicada en la Central tres Puentes de la ciudad de Punta
Arenas, estos datos son procesados y entregados convenientemente a un
sistema que recibe el nombre de Scada (ver capítulo V, 5.2 Scada). Estos
centros de control recopilan toda la información relevante en lo que se refiere a
corrientes, tensiones, frecuencias, potencias activas, reactivas, etc. Toda esta
información está a la vista a través de un computador dedicado para tal efecto,
el operador de la central, basándose en estos datos, puede cambiar las
consignas de algún parámetro si ve que éste está fuera del rango establecido
por el libro de protocolos de operación.
En un segundo nivel están los sistemas de control instalados, por lo
general en la misma unidad, como son el regulador tensión y el regulador de
velocidad, este regulador de velocidad se encarga de mantener el equilibrio
instantáneo entre la generación y la demanda de potencia solicitada por el
usuario del sistema eléctrico, por lo tanto cualquier incremento o disminución en
la demanda debe ser compensado inmediatamente por el sistema de
generación. Cuando la potencia demandada no coincide con la generada, las
unidades generadoras tienden a acelerarse o desacelerarse, provocando un
cambio de velocidad en el giro y por lo tanto un cambio en la frecuencia.
Las unidades, al estar equipadas con un regulador de velocidad, al
detectar cualquier cambio en ésta, actúan directamente sobre la válvula de
paso de combustible, para compensar este cambio.
Las unidades también están provistas de un sistema de control
relacionadas con las tensiones de éstas, lo que es muy importante, tanto para la
seguridad del sistema, como para garantizar que estos valores se encuentren
dentro de los límites permitidos. El sistema de control mide la tensión en los
bornes del generador o en algunos puntos seleccionados previamente, los
compara con un valor de referencia y actúa sobre la corriente de excitación del
alternador.
20
2.7 FALLAS EN LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS
Las fallas son eventos extremadamente perjudiciales para el sistema
eléctrico de potencia, que a veces impiden continuar con un equipo en servicio.
Estas por lo general corresponden a cortocircuitos, fallas a tierra,
perturbaciones eléctricas.
Una perturbación importante en un sistema eléctrico crea un estado de
emergencia, por lo tanto se debe tomar las medidas necesarias para evitar que
esta falla se extienda a las unidades generadoras o equipos del sistema.
Si se pierde una carga importante en el sistema, las unidades
comienzan a acelerarse y la frecuencia del sistema se incrementa sobre el valor
normal de ajuste.
En cambio, si se desconecta una unidad generadora de una central, la
velocidad de los generadores restantes disminuye, porque deben suministrar la
potencia que dejó de servir el generador retirado, esto implica que la frecuencia
disminuye y si ésta baja hasta un valor preestablecido, actúan los sistemas de
protección propios de una central, la cual produce la apertura de alguno o varios
alimentadores, creando inconvenientes del sector afectado tales como:
Servicio interrumpido.
Clientes sin energía.
Semáforos dejan de funcionar.
Fábrica o comercios dejan de producir.
La principal falla es el cortocircuito, entendiendo por tal la perdida de
aislación de una parte del sistema eléctrico, en general un cortocircuito
compromete la calidad del servicio y la estabilidad del sistema eléctrico.
2.8 TIPOS DE CORTOCIRCUITOS
De acuerdo a la topología de la red eléctrica y a las fases comprometidas
los cortocircuitos se pueden clasificar en cuatro tipos de ocurrencia (trifásicos,
bifásicos, bifásicos a tierra y monofásicos).
En promedio el porcentaje de ocurrencia de cada tipo de falla de
cortocircuito es la es el siguiente:
Cortocircuitos monofásicos: 70% Cortocircuitos bifásicos: 15%
Cortocircuitos bifásicos a tierra: 10% Cortocircuitos Trifásicos: 5%
21
La falla de ocurrencia mayor son los cortocircuitos monofásicos y en
último término se encuentran las fallas trifásicas.
2.8.1 Cortocircuito trifásico: Compromete todas las fases y solo se presenta
en redes trifásicas ya sea de tres o cuatro hilos, tienen una baja impedancia de
línea.
2.8.2 Cortocircuito bifásico: Compromete dos fases y como en el caso
anterior, se presenta solo en redes trifásicas, su impedancia de línea es mayor,
y por lo tanto la corriente de cortocircuito es menor al cortocircuito trifásico.
2.8.3 Cortocircuito bifásico a tierra: Compromete dos fases y estas a tierra y
se presenta tanto en redes trifásicas como en sistemas monofásicos y la
corriente de cortocircuito es de menor amplitud que en los casos anteriores.
2.8.4 Cortocircuito monofásico: Se produce por el contacto de una fase a
tierra y suele presentarse tanto en redes trifásicas como en las monofásicas.
Figura 2.8 Tipos de cortocircuitos
22
CAPÍTULO III
POWER LOGIC SERIE ION7300
23
CAPÍTULO III: POWER LOGIC SERIE ION7300
3.1 INTRODUCCIÓN
Este equipo, como se ha mencionado en los capítulos anteriores, es
utilizado para la medición y monitoreo de unidades generadoras en la Central
Tres Puentes de la ciudad de Punta Arenas, los medidores de la serie ION7300
ofrecen un valor, funcionalidad y facilidad de uso incomparables. Estos
medidores pueden establecer interfases con el software ION Enterprise u otros
sistemas de automatización, a fin de compartir y analizar la información de
forma rápida.
El equipo es el sustituto ideal de los medidores análogos, dado que
ofrecen una variedad de mediciones de potencia y energía, puertos de
comunicación y protocolos estándar de la industria. El medidor también incluye
la función de alarmas, almacenamiento de datos, un módem opcional, presenta
un análisis de la calidad de la energía.
La tecnología ION también permite personalizar las funciones de
medición y análisis en su estación de trabajo, sin necesidad de conexiones, sólo
se debe unir gráficamente algunos iconos de arrastrar y soltar, o bien
seleccionar unos parámetros predeterminados para éstos.
Las comunicaciones se realizan por medio de los distintos protocolos de
comunicación que existen hoy en día, actualmente en esta central se está
utilizando el protocolo de comunicación RS-485.
3.2 JUSTIFICACIÓN DE LA INCORPORACIÓN DEL ION 7350
Este equipo permite capturar, a través de un sistema Scada, datos de
corrientes, tensiones, frecuencias, etc., en forma continua y ante cualquier
anomalía en el sistema, es capaz de capturar información relevante en formas
de onda, que luego de ser procesadas por un software computacional (ION
Enterprise), sirven para realizar un estudio más acabado de cómo se originó
una falla.
Estos equipos pueden ser instalados en puntos clave del sistema de
generación eléctrica o en el sistema de distribución, ya que ofrecen una
funcionalidad inigualable.
24
3.3 APLICACIONES DEL EQUIPO
3.3.1 Medición de potencia y energía
Con este equipo se pueden obtener un gran número de mediciones,
estas medidas son entregadas para ser visualizadas por el personal de
mantenimiento u operaciones con una gran precisión y eficacia.
3.3.2 Análisis de la calidad de energía
Se puede utilizar la información entregada por este medidor para ayudar
a descubrir las fuentes de armónicas y tensiones altos/bajos y de este modo
analizar los problemas en las líneas de transmisión y evitar interrupciones
recurrentes en el sistema.
3.3.3 Estudios sobre la potencia
Se puede determinar cuáles son los valores máximos o mínimos de
potencia, visualizarlas a través de gráficos, ver en qué día ocurrió, en qué
horario y el tiempo en que se mantuvo esta demanda, para analizar las
tendencias de carga del sistema.
3.3.4 Monitoreo y control del equipo
Al estar estos equipos en constante observación, se obtiene un mejor
rendimiento general del sistema, ya que las lecturas entregadas son
instantáneas.
3.4 FUNCIONES
3.4.1 Mediciones
Energía: bidireccional, absoluta y neta
Armónicas: distorsión armónica individual y total hasta la armónica 31
Funciones lógicas y matemáticas avanzadas, estos medidores calculan la
demanda en cualquier valor instantáneo y registran la demanda máxima y
mínima. Los registros de demanda se pueden resetear manualmente desde el
software ION Enterprise o desde el panel frontal.
25
3.4.2 Comunicaciones
Las comunicaciones se realizan por medio de los distintos protocolos de
comunicación que existen hoy en día.
Dos puertos RS-485, capaces de alcanzar tasas de datos de hasta
19200 bits por segundo.
Módem opcional integrado que permite acceder con el módem a 31
dispositivos adicionales.
Puerto opcional Ethernet con EtherGate para la transmisión directa de
datos de Ethernet a RS-485 y a los 31 dispositivos adicionales.
Puerto estándar de datos infrarrojos compatible con ANSI C12.13 tipo II.
3.4.3 Almacenamiento de datos en memoria interna
El almacenamiento puede darse en forma programada o derivada de los
eventos de hasta 96 parámetros. Además se almacenan secuencias de eventos
y cargas mínimas / máximas de corriente, tensiones y formas de onda.
3.4.4 Set Point para el control y las alarmas
Set Point en cualquier parámetro o condición, funcionamiento de 1
segundo
3.4.5 Entradas y salidas
El formato estándar incluye 4 entradas digitales para las funciones de
estado/contador y 4 salidas digitales para las funciones de control/impulso.
Entradas y salidas análogas opcionales.
3.4.6 Registros históricos
Puede registrarse cualquier combinación de mediciones programados o
mediante puntos de ajuste o bien manualmente.
El medidor ION7350 ofrece un máximo de 6 registros de datos, cada uno
registra hasta 16 parámetros definidos por el usuario dando un total de 96
parámetros.
26
3.5 OTROS
3.5.1 Calidad de la Energía
En el ION7350, los parámetros de la calidad de la energía pueden ser
configurados usando los módulos SAG/SWELL. Estos módulos monitorean las
tensiones aplicadas en las fases para sobre y sub tensiones en los disturbios
que puedan ocurrir en un sistema.
Cuando un disturbio es detectado, la magnitud y duración de este son
capturadas por este módulo.
Figura 3.1 Sag/Swell
3.5.2 Configurando la calidad de la energía
Esta configuración se puede hacer por medio del panel delantero,
navegando a través de los distintos menús del equipo o utilizando el software
ION Enterprise.
3.5.3 Límite superior (SWELL)
Este valor debe ser expresado como un porcentaje de la tensión nominal.
Se coloca el valor SWELL LIM al cual uno desee cambiar, de fábrica ésta
viene con un valor de 106 por ciento.
3.5.4 Límite bajo (SAG)
Este valor debe ser expresado como un porcentaje de la tensión nominal.
Se establece un valor del límite inferior cambiando el que viene
establecido de fábrica.
3.5.5 Tensión nominal
Por defecto, este valor es colocado para 0 V en la fábrica. Todas las
funciones del límite SAG/SWELL están desactivadas cuando la tensión nominal
es 0.
27
3.6 AJUSTES DEL MÓDULO SAG/ SWELL
Tabla 3.1 Ajuste del módulo Sag/Swell
Este módulo monitorea las formas de onda de la tensión de su sistema y
reporta cada disturbio y la duración de éste.
3.7 RESETEO
Se indica cuáles son los parámetros que se pueden resetear en el equipo
Peak Máx/Min.
Al resetear este valor vuelve a cero (Demanda kW, kVAR, kVA).
Min/Max.
Se pone a cero cada uno de los siguientes valores:
Frecuencia, tensión de línea, factor de potencia, total de kW, kVAR, kVA.
Armónicos valores Min/Max.
Se resetea la corriente y la tensión total.
Reseteo de energía.
Se pone a cero los siguientes parámetros de energía:
kWh, kVAh, kVARh.
Estado del contador.
Este indica el número de veces que ha sido reseteado los parámetros
mencionados.
28
CAPÍTULO IV
CONFIGURACIÓN DEL
POWER LOGIC SERIE ION7300
29
CAPÍTULO IV: CONFIGURACIÓN POWER LOGIC SERIE 7300
4.1 INTRODUCCIÓN
En este capítulo se dará una breve descripción del medidor, la
configuración actual en las unidades generadoras que se encuentran
instalados los equipos.
En lo que respecta al montaje de esta unidad no se entrara en mayores
detalles ya que este se encuentra en el respectivo folleto del fabricante.
4.2 DESCRIPCION DEL MEDIDOR
4.2.1 Parte delantera del medidor: La parte delantera de este medidor es el
área que es visible para el personal de operaciones o de mantenimiento, desde
este lugar se pueden realizar la primera configuración del equipo o algún
cambio de esta. El panel frontal del equipo ION7350 sirve para despliegue de la
información y los propósitos de configuración. Contiene una pantalla de cristal
líquido y la navegación se realiza a través de los botones dispuestos para ello.
Los datos de corrientes, tensiones y potencias se pueden visualizar a
través de esta pantalla, para acceder a los menús se dispone de un botón de
acceso, llamado QUICK SETUP.
4.2.2 Parte posterior del medidor: En este sector se ubican los terminales
donde serán conectados todos los cables de corrientes y tensiones
provenientes de los turbogeneradores que serán medidos, también se
encuentran las salidas que serán enviadas a un computador dedicado.
Figura 4.1 Descripción general del medidor
30
4.2.3 Instalación del equipo en la Central Generadora
Este equipo ha sido instalado en el interior (sala de comando de la
central), en un panel eléctrico industrial.
Cada unidad generadora en esta central posee un panel eléctrico, este
equipo fue instalado en los gabinetes de los turbogeneradores Hitachi y Mars
100.
Los requerimientos de instalación del equipo se encuentran en los
folletos de instalación del ION7350, por lo cual, no se considera necesario
mencionarlos en este capítulo.
4.3 CONEXIONADO AL TRANSFORMADOR
En el folleto de instalación entregado por el fabricante del equipo
aparecen distintos tipos de conexiones, solo se mostrara el tipo de conexión
utilizado en la Central Tres Puentes (fig. 4.2).
Se requiere del uso de transformadores de tensión de 12000/120 V L-L.
En cuanto al transformador de intensidad, el medidor es compatible con
Transformadores de corriente que tengan un valor nominal de 5 A, secundarios
de escala completa de 10 A.
Figura 4.2 Conexionado al transformador de la central.
31
4.4 CONFIGURACIÓN DEL ION7350
Para que este equipo funcione correctamente y se comunique, se debe
configurar adecuadamente, para esto es necesario utilizar el menú Quick
Setup.
4.4.1 Configuración del equipo por el botón Quick Setup
Para su correcta configuración se realizan los siguientes pasos:
1. Acceder al menú pulsando el botón redondo (QUICK SETUP, fig. 4.3)
dos veces mientras el medidor muestra los datos del sistema de
alimentación.
2. Desplazarse hacia abajo con los botones de dirección (botones de
flecha) en el menú Setup y resaltar menú QUICK SETUP y pulsar el
botón redondo para seleccionarlo.
3. Utilizar los botones de flecha para desplazarse por la lista de registros
hasta resaltar el parámetro que se desea modificar. Pulsar el botón
redondo para modificar el valor de los registros.
4. Cambiar el valor del registro utilizando los botones de flecha para
seleccionar un nuevo valor del menú o cambiar los dígitos de un número.
Pulsar el botón redondo para guardar la nueva configuración en el
registro.
5. Cuando introduzca una modificación en cualquier registro de
configuración, el medidor le pedirá la contraseña. Una vez introducida la
contraseña, confirmar el cambio del registro seleccionando YES (Sí)
cuando sea necesario.
Figura 4.3 Equipo ION7350
32
4.5 CONFIGURACION INICIAL DEL EQUIPO
4.5.1 Menú QUICK SETUP
La primera operación de configuración del equipo ION7350, una vez que
se ha terminado con el montaje, conexiones y posteriormente el energizado del
equipo, es acceder al Setup QUICK desde el panel frontal pulsando el botón
redondo, como se ha indicado anteriormente, al hacer este procedimiento,
aparecen los siguientes menús del Setup QUICK:
Power meter.
Comm 1.
Comm 2.
Infrared comm.
Ethernet y Sag/Swell.
Se ha confeccionado una serie de tablas para cada uno de los menús
mencionados, donde en la columna pantalla se indican los distintos menús, la
que se puede visualizar en la pantalla de cristal líquido de la unidad; en la
columna selección se indicarán las distintas alternativas que puede seleccionar
el personal.
En las siguientes tablas se entregan los valores de la configuración de
las dos unidades generadoras en las que se encuentran instalados los equipos,
y una breve descripción del significado de los menús en la pantalla.
33
Pantalla Selección Descripción Hitachi Solar Mars
PM1
Volts
Mode
4W-WYE
DELTA
SINGLE
DEMO
3W-WYE
DIRECT-DELTA
La configuración del
sistema de alimentación,
(estrella de 4 hilos,
triangulo, monofásico,
demostración, estrella de 3
hilos, triangulo directo)
DELTA
DELTA
PM1
PT Prim
1 a 999.999.999 La tensión nominal del
devanado primario del
transformador de tensión
12000 12000
PM1
PT Sec
1 a 999.999.999 La tensión nominal del
devanado secundario del
transformador de tensión
120 120
PM1
CT Prim
1 a 999.999.999 La corriente nominal del
devanado primario del
transformador de corriente
2000 800
PM1
CT Sec
1 a 999.999.999 La corriente nominal del
devanado secundario del
transformador de corriente
5 5
PM1
V1 Polarity
Normal
Inverted
La polaridad del
transformador de tensión
en V1
Normal Normal
PM1
V2 Polarity
Normal
Inverted
La polaridad del
transformador de tensión
en V2
Normal Normal
PM1
V3 Polarity
Normal
Inverted
La polaridad del
transformador de tensión
en V3
Normal Normal
PM1
I1 Polarity
Normal
Inverted
La polaridad del
transformador de corriente
en I1
Normal Normal
PM1
I2 Polarity
Normal
Inverted
La polaridad del
transformador de corriente
en I2
Normal Normal
PM1
I3 Polarity
Normal
Inverted
La polaridad del
transformador de corriente
en I3
Normal Normal
Tabla 4.1 Configuración Power Meter
34
Pantalla Selección Descripción Un.
Hitachi
Un. Solar
CM1
Unit ID
1 a 9.999 Todos los medidores de
una red RS-485 deben
tener un número de ID de
unidad único
0001 0004
CM1
Baud Rate
1.200, 2.400, 4.800,
9.600, 19.200
Velocidad de los datos en
bits por segundo
9600 9600
CM1
Protocol
ION, ModemGate,
Modbus RTU, DNP
3.00,Factory
Protocolo de
comunicaciones
ION ION
Tabla 4.2 Configuración Comm1
Pantalla Selección Descripción Un.
Hitachi
Un. Solar
CM2
Unit ID
1 a 9.999 Todos los medidores de
una red RS-485 deben
tener un número de ID de
unidad único
9019 6450
CM2
Baud Rate
1.200, 2.400, 4.800,
9.600, 19.200
Velocidad de los datos en
bits por segundo
9600 9600
CM2
Protocol
ION, EtherGate,
Modbus
RTU, DNP 3.00,
Factory
Protocolo de
comunicaciones
ION ION
Tabla 4.3 Configuración Comm2
35
Pantalla Selección Descripción Un.
Hitachi
Un. Solar
IR1
Unit ID
1 a 9.999 El ID de unidad del puerto
de infrarrojos
9019 6450
IR1
Baud Rate
1.200, 2.400, 4.800,
9.600, 19.200
Velocidad de los datos en
bits por segundo, del
puerto de infrarrojos
9600 9600
IR1
Protocol
ION, EtherGate4,
Modbus RTU, DNP
3.00, Factory
Protocolo de
comunicaciones del puerto
de infrarrojos
ION ION
Tabla 4.4 Configuración Infrared Comm
Pantalla Selección Descripción Un.
Hitachi
Un. Solar
ETH1
IP address
000.000.000.000 a
999.999.999.999
La dirección IP de red del
medidor.
0 0
ETH1
Subnet
Mask
000.000.000.000 a
999.999.999.999
Se utiliza si la subred es
aplicable en su red.
0 0
ETH1
Gateway
000.000.000.000 a
999.999.999.999
Se utiliza en
configuraciones con
varias redes.
0 0
ETH1
SMTP
Server
000.000.000.000 a
999.999.999.999
Establece la dirección IP
para el servidor de correo
SMTP configurado para
enviar correo desde el
medidor.
0 0
ETH1
SMTP
Connection
0 a 9.999 Establece el tiempo
mínimo en segundos que
espera el medidor para
lograr conexión con un
servidor SMTP.
060 060
ETH1 Web
Server
Enable
Disabled
Enable
Enable
Tabla 4.5 Configuración Ethernet
36
Pantalla Selección Descripción Un.
Hitachi
Un. Solar
SS1
Swell Lim
0 a 9.999 Límite que una tensión
supervisada debe superar
para que el medidor la
clasifique como una
situación de sobretensión
106
106
SS1
Sag Lim
0 a 9.999 Límite por debajo del que
debe caer una tensión
supervisada para que el
medidor la clasifique como
una situación de baja
tensión
99
88
SS1
Nom Volts
0 a 9.999.999 La tensión nominal del
sistema de alimentación
primario (tensión L-L para
sistemas de triángulo y
tensión L-N para sistemas
de estrella)
11500
11500
Tabla 4.6 Configuración Sag/Swell
37
CAPÍTULO V
SOFTWARE ION ENTERPRISE 5.5
38
CAPÍTULO V: SOFTWARE ION ENTERPRISE 5.5
5.1 INTRODUCCIÓN
La empresa Eléctrica de Magallanes, es la única proveedora de energía
a la ciudad de Punta Arenas y su central de generación de mayor importancia
es la Central Tres Puentes. Aquí se encuentra una estación de trabajo
dedicada con el software ION Enterprise y dos equipos ION7350, ubicados en
los respectivos paneles de las unidades que se están monitoreando.
Actualmente PowerLogic es uno de los sistemas más poderosos en
medición del mercado, sus medidores ION son precisos, versátiles y permiten el
desarrollo de aplicaciones personalizadas.
5.2 SCADA
Viene de las siglas “Supervisory Control and Data Adquisition”. Se trata
de una aplicación de software especialmente diseñada para trabajar sobre
ordenadores en el control de la producción, proporcionando comunicación con
los dispositivos de campo y controlando el proceso desde la pantalla del
ordenador, generando toda la información del proceso. Uno de los punto más
importantes de este sistema son las alarmas generadas ante una eventualidad
o falla, la alarma puede ser modificada en cuanto a los valores seteados, de
acuerdo a los requerimientos del sistema.
Dentro de las tareas de un sistema Scada están los siguientes puntos:
El sistema Scada presenta usualmente la información al operador de
sistemas de manera gráfica.
Supervisión remota de instalaciones y equipos, lo que permite al
operador conocer el desempeño de los equipos de la planta.
Es posible ajustar parámetros, valores de referencia.
La información entregada por el sistema es procesada, analizada y
comparada con datos anteriores, por el operador de sistemas.
Permite generar reportes, entrega señales de alarmas para alertar al
operador frente a una falla o una condición riesgosa de la unidad o
equipo medido.
Almacenamiento de información histórica.
39
5.3 CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO Y SISTEMA OPERATIVO
El servidor posee sistema operativo Windows XP Profesional (SP3), en
español, marca DELL modelo Vostro 420.
El hardware instalado en esta computadora consta de un Procesador
Pentium Intel Core 2 (CPU E7400@ 2.8 GHz), disco duro modelo Western
Digital de 300 GB, unidad óptica DVD+RW de 16x, 3 GB de memoria RAM.
La tarjeta de video es integrada modelo Intel GMA X4500HD.
5.4 SOFTWARE INSTALADO ION ENTERPRISE
El programa de licencias permite la elección del paquete apropiado para
cada sistema, en el que se incluyen todos los drivers.
Un computador con una licencia puede llevar a cabo todas las funciones
de interfaz del operador, e intercambiar datos con los servidores. Las licencias se
pueden adquirir para uno o varios usuarios.
Figura 5.1 Licencia ION Enterprise 5.5
ION Enterprise, es un software completamente integrado a redes de
comunicación, con una arquitectura cliente – servidor, que ha sido diseñado
para requerimientos especiales de integración, monitoreo, control de energía y
adquisición de datos.
40
ION Enterprise tiene como base la arquitectura de Schneider Electric,
con programación orientada a objetos y soportado con un manejador de base
de datos relacional SQL Server Express 2005. Actualmente se encuentra
instalado sobre una plataforma Windows XP Profesional en la Central Tres
Puentes.
La interfaz de usuario (Pantalla LCD) permite monitorear cualquier
aspecto del sistema, analizar datos almacenados e interactivamente controlar
equipos de uno o más sitios. La interfaz gráfica provee una información
completa, dinámica, con capacidades de control y con un manejo orientado a
objetos. Se pueden graficar tendencias de la información registrada en la base
de datos, realizar un análisis minucioso con la interfaz visual propia de ION
Enterprise llamada VISTA. Brinda además, manejo de alarmas y eventos
configurables de acuerdo a los requerimientos de operación de la Planta.
5.4.1 Introducción a la arquitectura ION
ION (Red integrada al objeto), es la arquitectura que forma la base del
Sistema ION Enterprise y cada medidor usa la tecnología ION para administrar
y cambiar los datos del sistema eléctrico de potencia, esta arquitectura de
sistema orientada a objetos, define las trayectorias lógicas utilizadas para
controlar la información, cuando se mueve entre bloques de función dentro de
un dispositivo y entre dispositivos y otras partes del sistema. La flexibilidad de
esta arquitectura reside en la facilidad y rapidez para satisfacer la demanda de
información.
Los objetos fundamentales, como son los módulos y nodos, se organizan
jerárquicamente en las distintas pantallas. Estas pantallas contienen todos los
módulos disponibles en un nodo. Ellos están arriba de la jerarquía para
organizar los módulos. Siempre que un nodo necesita información de otro nodo,
este simplemente interactúa con el sistema para obtener la información
solicitada.
Los módulos son bloques de funcionalidad virtual que pueden enlazarse
y configurarse.
Cada módulo tiene uno o más registros de configuración y uno o más
registros de salida. Los registros son lugares de almacenamiento de datos para
valores numéricos, eventos y formas de onda. El módulo lee datos en su
41
entrada, los manipula de acuerdo a su función y los registros de configuración y
escribe el resultado en sus registros de salida.
Cada nodo (fig. 5.2) se hace al enlazar módulos. La entrada de cada
módulo puede enlazarse a registros de salida de otros módulos. Esto permite el
flujo de datos de un módulo a otro.
Los registros de configuración son internos a cada módulo, por lo que
generalmente no se enlazan.
Al configurar estos nodos, se puede crear un sistema de comunicación
de datos eficiente, según las necesidades de información sobre calidad y datos
de energía eléctrica.
En resumen, ION es una poderosa herramienta de programación, cada
función de un dispositivo ION se representa por un bloque virtual o modulo, el
cual se puede combinar con otros módulos para crear programas
personalizados, este arreglo permite a los usuarios ION modificar los sistemas.
En la mayoría de los casos, el sistema esta pre-configurado, y cualquier
tarea de programación es realizada por un usuario avanzado.
Figura 5.2 Diagrama de nodo.
42
5.5 COMPONENTES DEL SOFTWARE
A continuación se entregará un resumen de los componentes del
software ION Enterprise, los que se ejecutan en plataforma Windows, y la
manera que estos se utilizan para construir, supervisar y personalizar el
sistema.
5.5.1 Vista
Esta aplicación de supervisión es la interfase del usuario principal del
sistema ION Enterprise. Vista presenta una visión gráfica del sistema eléctrico,
permitiendo ver datos en tiempo real de los medidores ION7350 y datos
históricos desde la base de datos.
Vista informa sobre el estado de sus componentes, como la apertura y
cierre de un dispositivo, además, informa de las condiciones de alarma.
También incluye sofisticadas herramientas para realizar un análisis en
tiempo real de los parámetros registrados y eventos del sistema.
Vista ofrece muchas opciones configurables, permitiendo a los usuarios
avanzados de este sistema, crear aplicaciones personalizadas para satisfacer
las necesidades específicas de la empresa.
5.5.2 ION Designer
Esta es una aplicación de programación, que permite configurar
medidores, creando nuevos módulos ION, cambiar los vínculos entre los
módulos o modificar los registros dentro de los módulos existentes.
La caja de herramienta de ION Designer (fig. 5.3), muestra los iconos de
todos los módulos disponibles en el medidor ION7350. Se pueden crear
estructuras complejas utilizando una combinación de módulos a partir de nodos
de hardware o de software.
Figura 5.3 Caja de Herramientas
43
Para agregar un módulo, se debe ubicar el ícono en la caja de
herramientas de ION Designer, presionar con el botón del mouse sobre el icono
y arrastrarlo hacia el diagrama del nodo.
5.5.3 Management Console
Permite agregar, eliminar o configurar componentes de red, tales como
servidores, sitios (vínculos de comunicaciones) y dispositivos de medición del
sistema de energía. Además, Management Console proporciona acceso a
aplicaciones de sistema y de bases de datos, así como utilidades para gestionar
elementos como cuentas de usuario y licencias de software.
5.5.4 Bases de datos de ION Enterprise
Las bases de datos de ION Enterprise se instalan en el servidor primario
y se ejecutan de fondo en el sistema de dicho software. Para conectarse con
estas bases de datos, ION Enterprise utiliza la instancia de SQL Server que se
creó al instalar dicho software.
SQL Server es el motor de bases de datos que gestiona las bases de
datos de ION Enterprise: la base de datos ION (ION_Data), la base de datos de
configuración de red (ION_Network) y la base de datos de eventos del sistema
(ION_SystemLog).
Base de datos de configuración de red:
Almacena información acerca de la topología de la red (conexiones red y
todos los dispositivos conectados).
Base de datos de eventos del sistema:
Los eventos del sistema que se generan durante el funcionamiento de
componentes de ION Enterprise. Por ejemplo, los detalles de eventos acerca de
las interacciones del servicio de comunicaciones con dispositivos, los detalles
acerca de los controles iniciados a través de Vista y los eventos generales o de
nivel de alarma.
Base de datos ION:
Contiene toda la información recopilada de dispositivos que tienen
capacidad para registrar datos y de componentes de ION Enterprise.
44
CAPÍTULO VI
CONFIGURACIÓN SOFTWARE
45
CAPÍTULO VI: CONFIGURACIÓN SOFTWARE
En el presente capítulo, se muestra la configuración de Management
Console, así como también, algunos módulos del programa Designer y una
breve reseña de algunos de sus componentes.
6.1 CONFIGURACIÓN DE MANAGEMENT CONSOLE
Para acceder a Management Console desde un computador se debe ir a:
Inicio/todos los Programas/ION Enterprise tools/Management Console
Al acceder a Management Console (previamente se solicita la clave de
usuario), automáticamente se abre la ventana mostrada en la fig. 6.1, donde ya
se puede configurar el proyecto.
Figura 6.1
A continuación se indicará paso a paso la configuración de Management
Console, a través del software ION Enterprise.
46
Paso1
Figura 6.2 Ventana para la creación de un nuevo proyecto.
Lo primero es seleccionar el ícono Servers desde la ventana principal de
Management Console (fig. 6.2), y posteriormente pulsar y soltar el botón
derecho del mouse sobre el espacio en blanco de la ventana servers, elegir
New/Computer y se abrirá un cuadro de diálogo como el mostrado en la figura
6.3.
Figura 6.3
Una vez llenados los casilleros correspondientes, donde se le debe dar
un nombre al computador (para este caso CTP), dar una descripción cualquiera,
confirmar con botón OK y se puede continuar al siguiente punto.
Paso 2
Figura 6.4
47
Seleccionar desde la ventana principal ícono Sites (ver fig. 6.4), se
realiza el mismo procedimiento anterior con el mouse y sobre el espacio en
blanco, elegir New/Direct Site, obteniendo el siguiente cuadro de dialogo de la
fig. 6.5, en el cual se deben llenar los casilleros en blanco.
Figura 6.5
Name: Se puede designar un nombre cualquiera.
Serial Port: Se debe elegir entre todas las opciones consideradas desde com1
hasta com32.
Baud Rate: Velocidad de los datos en bits por segundo, se deja en 9600.
Paso 3
Figura 6.6
Se pulsa con el mouse el icono Devices y se obtiene la ventana mostrada
en la figura 6.6, pulsando con el mouse el botón derecho y eligiendo New/serial
Device, se mostrará la imagen de la figura 6.7.
48
Figura 6.7
Group: Se elige un nombre de grupo.
Name: Se selecciona un nombre para este dispositivo.
Device Type: Se elige un modelo de los dispositivos ION (de las opciones
entregadas), el dispositivo utilizado es ION7350, por lo que debe elegirse este
modelo.
Unit ID: Se debe ingresar el número de ID de unidad único, que se seleccionó
en la configuración de QUICK SETUP.
Site: Este nombre ya fue seleccionado en el cuadro de diálogo de sites, por lo
tanto, se debe ingresar el mismo dato en el casillero.
Figura 6.8
Este segundo cuadro de diálogo mostrado en la fig. 6.8 (Ethernet Device
Options), no fue configurado, ya que a este dispositivo no se le incorporó el
cable de Ethernet.
49
6.2 CONFIGURACIÓN DESIGNER
Figura 6.9
Como se puede ver en la figura 6.9, esta es la interfaz principal del
sistema, donde la barra de menús y la barra de herramientas se encuentran en
la parte superior, y el área de trabajo son las carpetas que se encuentran
dentro de ION7350 configuration.
Desde esta pantalla se efectuarán todas las configuraciones necesarias
para el buen funcionamiento del dispositivo.
Para iniciar designer en plataforma Windows ir a:
Inicio>todos los programas>ION Enterprise Tools>Designer
Al acceder a DESIGNER, se solicitará la clave de usuario y se accede a
la pantalla principal, desde donde se inicia la configuración del dispositivo.
50
6.3 ALGUNAS FUNCIONES IMPORTANTES PARA LA CONFIGURACIÓN
DESIGNER
6.3.1 Accesos directos de Designer
Figura 6.10
En la etiqueta se muestra el nombre del módulo, una imagen gráfica para
distinguir el tipo de módulo de otro. Las entradas y salidas proporcionan
accesos a los registros del modulo al hacer clic sobre ellos.
6.3.2 Caja de Herramientas de módulos ION
Figura 6.11
La caja de herramientas de módulos ION se muestra al seleccionar
Opciones>mostrar caja de herramientas, la que es necesaria para editar un
módulo o realizar cualquier configuración en ésta. Al hacer clic con el botón
derecho sobre algún módulo, se mostrará la cantidad de módulos utilizados y al
hacer clic sobre ellos, el programa Designer localizará el módulo seleccionado
como si fuese un acceso directo.
51
6.3.3 Árbol ION
Figura 6.12
El uso del árbol ION (fig. 6.12), es más rápido para el inicio de la
configuración de los módulos, éste se activa al hacer clic sobre el botón ION de
la barra de herramientas.
6.3.4 Orden de prioridades
Cuando se solicite un valor de prioridad en alguna casilla, este valor
corresponde a una importancia relativa a cada tipo de evento en la red ION
Enterprise, un número mayor indica que el evento es más grave, la escala va
desde 0 a 255.
Vista identifica como alarma cualquier evento con una prioridad superior
a 128.
De forma predeterminada, las prioridades se clasifican en:
Diagnóstico: 0 – 5 Información: 6 -20
Advertencia: 21- 63 Error: 64 – 191
Crítico: 192- 255
52
6.4 CONFIGURACIÓN DE SAG/SWELL
Este módulo monitorea entradas de tensión para los disturbios que están
definidos. Cuando se detecta una anomalía, este modulo es el encargado de
aportar información primaria para su análisis, indicando la duración y la
magnitud de cada disturbio a fin que pueda ser analizado por las formas de
onda en el programa Vista.
Figura 6.13
Para realizar la configuración de este módulo, hacer clic sobre Sag/Swell
(ver fig. 6.13), con el botón izquierdo del mouse, se abrirá una ventana
emergente con los siguientes datos, si estas estuvieran preconfiguradas de
fábrica:
V1: HS Vln a V2: HS Vln b V3: HS Vln c
V1 Delta: HS VII ab V2 Delta: HS VII bc V3 Delta: HS VII ca
Enable: EB10 Switch
Si falta el módulo Sag/Swell, se ubica en la caja de herramientas y se
arrastra a la ventana de trabajo. Los datos de tensión se obtienen del árbol ION,
al seleccionar el botón ION de la barra de herramientas:
Power Meters Modules>HS Power Meter> y se seleccionan todas las
salidas de registros de este módulo, que serán las entradas del módulo
Sag/Swell, como se muestra en la figura 6.14.
53
Se crea un modulo Ext Bool (EB10 Switch), y se vincula con la entrada
del modulo Sag/Swell, el cual tiene la finalidad de habilitar o desactivar
los límites de tensión en Vista.
Figura 6.14
Las salidas de registro del módulo Sag/Swell, serán las tensiones
supervisadas en el sistema.
Sag/Swell Modules> Sag/Swell1 > se seleccionan todas las salidas de
registros, como se muestra en la fig. 6.16.
Figura 6.16
A continuación, se deben indicar los límites de la tensión, para ello, hacer
clic con el botón derecho del mouse en el módulo.
Los límites, tanto superior como inferior, deben ser ingresados como
porcentaje de la tensión nominal.
En la ventana emergente (fig. 6.15), hacer clic en modificar e ingresar los
valores de porcentaje de tensión nominal. Para la activación de la alarma
en VISTA, ingresar valor de la tensión nominal y orden de prioridad de la
alarma:
SS1 Swell Lim: 106
SS1 Sag Lim: 88
SSI Nom Volts: 11500
SS1 EvPriority: 200
54
Figura 6.15
Una vez ingresados los datos, se debe vincular el módulo Sag/Swell con
el módulo Data Rec, para lo cual se sigue el mismo procedimiento mencionado
en la creación de módulos, utilizando el árbol ION.
Para guardar el diagrama de nodo activo, seleccione Archivo/Enviar y
guardar.
Este procedimiento es necesario realizarlo, ya que de no hacerlo, el
contorno del módulo se verá con líneas segmentadas, lo que significa que no
estará activo para su operación en VISTA.
55
6.5 CONFIGURACIÓN MÓDULO POWER QUALITY Y MAXIMUM
La configuración del módulo Sag/Swell que se encuentra dentro de esta
ventana de trabajo (fig. 6.16), se realizó en el punto 6.4.
Los módulos restantes vienen pre configurados de fábrica, donde la
finalidad es entregar las señales senoidales de corrientes y tensiones en VISTA.
Las tensiones corresponden a la nominal del sistema. Por defecto este
registro es asociado al módulo Sag/Swell.
Figura 6.16
En la siguiente ventana de trabajo (fig. 6.17), se encuentran los módulos
de Maximum, los cuales vienen pre configurados de fábrica. Registra el
máximo valor alcanzado y puede o no estar habilitado.
Lo mismo aplica para el módulo Minimum.
Figura 6.17
56
6.6 CONFIGURACIÓN DE SET POINT
Este módulo provee capacidades de protección secundaria y de análisis,
pudiéndose iniciar una acción en respuesta a una condición especifica.
Algunas de sus funciones principales son:
Monitorización de la calidad de la energía.
Detección de falla.
Activación de alarmas.
En este módulo se ingresan entradas numéricas o Booleanas (ON/OFF)
para una condición específica, y al cambiar, también esto se observa en Vista,
en la pantalla SET POINT.
Figura 6.18
El procedimiento para crear y configurar este módulo, el que se puede
ver en la fig. 6.18, es similar al explicado anteriormente, donde se requiere
además, el modulo Ext Bool. Por lo tanto, una vez ubicados los módulos en la
caja de herramientas, se arrastran a la ventana de trabajo, donde el sistema
permite crear solo 4 módulos Set Point. Para la configuración, se hace clic
sobre alguno de los módulos Set Point con el botón izquierdo del mouse, y se
abrirá una ventana emergente para realizar la configuración de éste.
Desde el árbol ION, seleccionar el botón ION de la barra de
herramientas:
1. Power Meters Modules/Power Meter y se selecciona cualquiera de las
salidas de registros, ya sea corrientes, tensiones, potencias o la
frecuencia de la unidad, como se aprecia en la fig. 6.19.
57
Figura 6.19
2. Ext Bool/Ext Bool 6/EB6 Switch, con este procedimiento realizado
desde el árbol ION (fig. 6.20), el módulo está creado, por lo que el
siguiente paso será la vinculación de éste, procedimiento que se realiza
haciendo clic con el mouse sobre el símbolo de entrada del módulo Set
Point, al tener la línea segmentada, volver a hacer clic con el símbolo de
salida del módulo Ext Bool6.
Figura 6.20
Se inicia eligiendo frecuencia. Ya creado el parámetro a controlar, hacer
clic con el mouse sobre los módulos y configurar.
Figura 6.21
Los valores a seleccionar para la frecuencia se muestran en la imagen
superior (fig. 6.21), se eligieron los límites considerando que en estado normal
de operación, la frecuencia no debería estar fuera de este rango.
En el modo de entrada se eligió signed (fig. 6.22).
58
Figura 6.22
Los otros 3 parámetros que se configuraron (corriente, Potencia, tensión)
con sus respectivos Ext Bool son:
1. Corriente:
High Limit: 550 A
Low Limit: se dejó con el valor definido en fábrica (0), por lo que no se
activará.
2. Potencia Activa:
High Limit: 10000 kW
Low Limit: se dejó con el valor definido en fábrica (0), por lo que no se
activará.
3. Tensión de barra:
High Limit: se dejó con el valor definido en fábrica, por lo que no se
activará.
Low Limit: 11400 V.
6.7 CONFIGURACIÓN CLOCK
Figura 6.23
Este módulo presenta una configuración similar a la de un equipo
computacional con Windows instalado, donde se puede elegir entre una
configuración nueva (hora universal coordinada), o el reloj interno del
computador principal para determinar la hora local.
59
6.8 ANÁLISIS FINAL CAPÍTULO VI
La configuración mostrada en este capítulo corresponde al
turbogenerador Solar Mars 100, ya que esta unidad, al momento de realizar
este proyecto, ingresaba al sistema eléctrico de potencia de acuerdo a un
programa planificado (despacho de carga). El turbogenerador Hitachi estaba
disponible para situaciones de emergencia del sistema.
Se han mostrado en este capítulo, las opciones de configuración más
importantes de estos programas (Management Console, Designer), los pasos
seguidos y los módulos configurados son suficientes como para después
mostrar los resultados de las mismas en la interfaz Vista.
Estos programas tienen un potencial mucho mayor que el mostrado aquí,
sobre todo si se considera integrado en el paquete de software ION Enterprise;
sin embargo, lo que se ha configurado aquí es suficiente para efectos de
análisis de condicionales normales de operación y de falla del sistema, además
de la inclusión de alarmas típicas de desvíos con respecto a la operación
normal. Se pueden agregar otras prestaciones que están disponibles en el
software.
60
CAPÍTULO VII
INTERFAZ DE VISTA
61
CAPÍTULO VII: INTERFAZ DE VISTA
7.1 INTERFAZ DE VISTA
La Interfaz consiste en una pantalla principal con una barra de título, una
barra de menú, una barra de herramientas y un espacio de trabajo.
Para iniciar Vista en plataforma Windows ir a:
Inicio>todos los programas>ION Enterprise Tools>VISTA
Al acceder a VISTA se solicitará la clave de usuario y se podrá acceder a
la pantalla principal, desde donde se puede supervisar el sistema ya
configurado, permitiendo ver datos en tiempo real y datos históricos.
En la esquina superior derecha de la ventana, hay vínculos a información
adicional, como ser: Calidad de la Potencia, datos de Energía y Demanda y Set
Point.
Figura 7.1 Pantalla principal
Como se puede apreciar en la figura 7.1, los datos son desplegados en
un diagrama predefinido. En estos diagramas se puede acceder rápidamente a
la mayoría de las funciones comúnmente requeridas en el medidor.
En esta ventana se pueden observar datos en tiempo real, que muestran
las variables medidas por el dispositivo instalado en la unidad Solar Mars.
62
Al seleccionar algunos de los parámetros de la ventana en la esquina
inferior derecha, se despliega información como la que se muestra en la figura
7.2, en la que se indica la corriente de la unidad. Para que esta información esté
disponible, se requiere que esté en ON el switch de estado Booleano.
Si se requiere información de la tensión, Potencia o frecuencia, solo se
requiere hacer clic con el mouse en el acceso correspondiente.
Figura 7.2 Datos de corriente
Estos datos grabados en el sistema son transferidos por el servidor de
registros del dispositivo a la base de datos. Vista luego usa el servidor de
registros para transferir esta información desde la base de datos al escritorio.
Estos registros son útiles para ver los datos de tendencia histórica, o
datos de las formas de onda.
La ventana de la figura 7.3, de Máximos y Mínimos, se obtiene al hacer
clic sobre el ícono correspondiente en la pantalla principal (Real Time), donde
se desglosa toda la información de tensiones, corrientes, potencias y
frecuencia.
63
Figura 7.3 Máximos y Mínimos
En la siguiente ventana (fig. 7.4), se muestra información de la energía
del medidor, de las potencias máximas suministradas por la unidad y la fecha
correspondiente al suceso, en Designer no fue necesario la configuración del
módulo de Min/Max, ya que estos venían creados de fábrica.
Figura 7.4 Energía/Demanda
64
La ventana mostrada a continuación corresponde al Set Point, donde se
requiere que para su correcto funcionamiento esté habilitado el switch de la
esquina derecha.
Figura 7.5 Set Point
Para comprobar el correcto funcionamiento de la configuración del Set
Point en DESIGNER, se ajustó el valor de frecuencia inferior hasta un valor que
permitiera observar la señal de alarma visual parpadeante y auditiva en VISTA
para el evento generado.
En la figura 7.6, se observa la ventana de calidad de la energía. Se
pueden trazar datos históricos, mostrar las formas de onda registradas ante
cualquier anomalía presentada en el sistema, así como diagramas fasoriales, y
realizar análisis de armónicos.
Figura 7.6 Calidad de Energía
65
Para probar el correcto funcionamiento de la configuración realizada en
DESIGNER, se visualiza un registro que muestra un gráfico que representa
una anomalía ocurrida en el sistema Eléctrico de Potencia de la ciudad, que
produjo perturbaciones en la Unidad Solar Mars, por la desconexión de un
Reconectador en la Red de Distribución, la cual originó varios registros.
Figura 7.7 Evento en Unidad Solar Mars
La siguiente ventana mostrada (fig. 7.8), se obtuvo seleccionando los
datos de tensión (V1 – V3, de la fig. 7.7), de la columna 3 del registro, donde se
puede observar una ventana de valores y 2 líneas verticales, las que se pueden
deslizar a voluntad dentro de las formas de ondas visualizadas, con la finalidad
de mostrar los datos de tensión, fecha y hora, diferencia de tiempo entre
cursores y el valor mínimo y máximo en la posición de los cursores.
Figura 7.8 Formas de onda de un evento
66
En las figuras 7.9 y 7.10, se muestran datos de corrientes del disturbio
antes mencionado. En la primera imagen solo se seleccionó una variable, la
corriente. Se observa su comportamiento durante el disturbio.
En el eje vertical se muestran los valores de corriente con sus
respectivos rangos, los que se generan automáticamente de acuerdo a la
magnitud de la falla.
Figura 7.9
En cambio, en esta segunda imagen se seleccionaron dos datos de la
misma fase, donde se puede observar las formas de onda en el momento de
producido el disturbio y cuando la corriente de la unidad se encontraba con sus
valores normales de funcionamiento.
Figura 7.10
67
El programa VISTA da la posibilidad de entregar un diagrama fasorial,
como el que se aprecia en la fig. 7.11. Si la ventana de la calculadora está
operativa, entrega información de la magnitud y el ángulo de la corriente.
Figura 7.11
Figura 7.12
En la figura 7.12, muestra el visor de registro de eventos en el medidor,
el cual es útil para monitorear los eventos de baja prioridad del equipo ION de la
unidad actual.
Los eventos de alta prioridad los muestra el registro global de eventos, el
cual muestra todas las alarmas de alta prioridad de todos los equipos del
sistema.
Cuando una alarma está activa, se anuncia con un sonido, y la barra de
la fila correspondiente es intermitente y de un color rojo, hasta que se reconoce
la alarma en este visor.
Para acceder a este registro desde la pantalla principal, seleccionar el
menú View/Show Global Event.
68
En los visores de registro de eventos en cada columna se muestra un
solo tipo de datos, y en cada fila numerada representa un solo registro de datos.
La importancia de cada alarma viene dada por el valor de prioridad, en
una escala de cero a 255.
7.2 ANÁLISIS DE FALLA
7.2.1 Descripción del evento
El día 24 de Julio del 2012 a las 12:13 horas, se produjo la apertura de
un interruptor de poder del sistema eléctrico de potencia existente en la Central
Tres Puentes, de la ciudad de Punta Arenas.
La apertura del interruptor fue ocasionada por la operación de un relé de
sobre corriente del alimentador (relé Micom P141), lo que ocasionó la pérdida
de potencia en 2,7 MW en el sistema de generación, de un total de 34,8 MW
(cuatro turbinas se encontraban generando energía eléctrica durante el evento),
y que clientes de un sector de la ciudad permanecieran sin servicio eléctrico
(fig. 7.13), lo que originó registros en el software ION Enterprise, debido a que
el turbogenerador Solar Mars se encontraba aportando potencia al sistema.
Figura 7.13 Plano ciudad Punta Arenas
69
7.2.2 Análisis del evento
La recolección de datos, las técnicas analíticas, son fundamentales para
la determinación de las causas que originan una falla, o una perturbación en el
sistema eléctrico de potencia.
En la figura 7.14, se muestra la condición normal de funcionamiento, con
respecto a las variables de tensiones y corrientes del turbogenerador Solar
Mars, la cual antes del evento se encontraba con una potencia de 3,8 MW.
De esta grafica (fig. 7.14), se obtuvo los siguientes datos:
Corriente (I3): 192,12 (A)
Tensión (V3): 11520,66 (V)
Frecuencia: 50 (Hz)
Figura 7.14 Condición normal (Turbina Solar Mars)
En la gráfica de la figura 7.15, se puede apreciar que el tipo de
cortocircuito que provoco la apertura del alimentador es bifásico en los primeros
ciclos (2 fases en cortocircuito), después de unos cuatros ciclos la falla pasa a
ser trifásica, lo cual se aprecia con el aumento de corriente en sus tres fases en
el generador de la unidad.
70
Figura 7.15 Gráfica sobre corriente en unidad (inicio de falla)
Figura 7.16 Gráfica sobre corriente en unidad (término de falla)
71
Los valores obtenidos de estos registros en el software ION Enterprise,
corresponde a las gráficas de tensión/corriente (fig. 7.17, la que corresponde a
una de las 3 gráficas) y son los siguientes:
Corriente (I1): 767,48 (A)
Corriente (I2): 782,15 (A)
Corriente (I3): 763,07 (A)
Tensión (V3): 9079,15 (V)
Frecuencia: 49,30 (Hz)
Duración del evento: 410,67 (ms)
Para el cálculo de potencia activa, durante el evento, se utilizó el método
de los dos vatímetros, el cual consiste en obtener las medidas eléctricas de
tensión y corriente, teniendo un punto en común en un sistema de líneas
trifásicas (registro de potencia, cuando ocurre un evento no está disponible
directamente en el software), para obtener estos datos se analiza entre los
horarios 12:13:55.747564 y 12:13:55.767559 (1 ciclo), la gráfica mostrada en la
figura 7.18 se utilizó para obtener el coseno del desfase entre los fasores de
tensión y corriente, la cual obtuvo el siguiente resultado:
1 161,02 16,5 44,52 44,52
2 20 ( 102,04) 102,04 102,04
Luego, calculamos la potencia activa, donde P (Total) = P1 + P2
1 1 1 1( )L LP V I Cos
2 2 2 2( )L LP V I Cos
1 9097 722,5 (44,52) 4,68 ( )P Cos Mw
2 9043 737,3 (102,04) 1,39 ( )P Cos Mw
Y, por lo tanto,
4,68 1,39 3,29 ( )totalP Mw
El valor de la potencia activa en esta unidad disminuyo, en comparación
a la condición pre-falla (potencia anterior 3,8 MW), si se considera la lenta
reacción de los controladores de estas unidades, y que otros turbogeneradores
estaban conectadas al sistema eléctrico de potencia, las cuales tienen distintos
sistemas de control, se puede teorizar, que estas unidades reaccionan de modo
distinto ante un disturbio en la red de distribución.
72
La corriente máxima registrada fue de 782,15 (A) de acuerdo a la gráfica
tiempo/corriente de la unidad. Para obtener la frecuencia de la unidad, en la
anomalía registrada, se tomaron 13 ciclos de muestreo (fig. 7.17), la duración
en que la unidad Solar Mars, estuvo expuesta a la falla (410,67 ms), se obtuvo
situando los cursores en los extremos, donde el inicio corresponde al siguiente
horario 12:13:55:599161 y el término en 12:13:56:009835.
Figura 7.17 Gráfica tensión/corriente
Figura 7.18 Gráfica diagrama fasorial
73
7.2.3 Conclusión del evento
Se entregan algunos datos de las protecciones del generador de
la unidad Solar Mars, y del relé del alimentador Micom P141, los cuales son
necesarios para interpretar los resultados obtenidos.
a) Relé sobre corriente marca Basler Electric modelo BE 51/27R
Ajuste: 942 (A) a 100% de la Tensión
Selector de posición: (B4) TAP E, Time Dial 30
b) Relé de frecuencia modelo General Electric
Sobre frecuencia: 52,0 (Hz)
Sub frecuencia: 47,0 (Hz)
Figura 7.19 Curva sobre corriente relé Basler
74
Figura 7.20 Curva sobre corriente IEC
La figura 7.21 corresponde a la curva característica del equipo Micom
P141, (relé del interruptor de poder que abrió por falla). Este relé presenta un
ajuste de 300 Amperes por operación de sobre corriente.
De los resultados obtenidos mediante el software ION Enterprise, la
frecuencia alcanzo un valor de 49,30 Hz, siendo la apertura por baja frecuencia
en el interruptor del generador en los 47,0 Hz y la apertura del interruptor del
75
Alimentador en 49,0 Hz, valores que no alcanzaron el límite inferior de apertura
por baja frecuencia en ninguno de los dos relés de protección.
La corriente máxima obtenida por el software antes mencionado fue de
782,15 (A), con una duración del evento de 410,67 (milisegundos), al observar
la curva característica del relé Basler modelo BE 51/27R (fig. 7.18), la curva en
color rojo (Time Dial 30), indica el rango en que el relé de sobre corriente
actuaria.
Considerando el ajuste de 942 (A), obtenemos los siguientes valores:
942 1,5 1.413 ( )A
Los 1.413 (A) indica la corriente inicial en la curva, la que debe
mantenerse por 8 segundos para la activación del relé, la corriente máxima
obtenida de las gráficas de corriente es de 782,15 (A), la cual está lejos del
valor de operación del relé.
En lo que respecta al relé de sobre corriente modelo Micom P141 del
alimentador, la falla en la red registro una corriente de 2400 Amperes (valor
obtenido en los registros del relé Micom P141), si observamos la curva
característica de la figura 7.21 (curva IEC), podemos verificar el tiempo en que
el relé entrego la señal de apertura del interruptor de poder:
2400 / 300 8,0
El valor calculado 8,0 corresponde al valor de la constante de la
corriente, en la curva IEC, si la intersectamos con la curva de color rojo, esta
nos entregara un valor cercano a los 340 milisegundos, al compararla con los
410,67 milisegundos del tiempo en que la unidad estuvo afecta a esta falla nos
da una diferencia de 70,67 milisegundos, hay que considerar que el tiempo de
operación efectivo del interruptor de poder es de unos 70 milisegundos
aproximadamente, la diferencia restante en de unos 0,67 milisegundos los
cuales pueden tener distintos motivos, como ser la posición de los cursores al
analizar la falla en el software ION Enterprise, el tiempo efectivo de cierre del
interruptor (3 ciclos y medio), no siempre es el valor indicado (ver fig. 7.21).
76
Figura 7.21 Duración del evento
7.3 ANÁLISIS FINAL CAPÍTULO VII
Las ventanas mostradas en este capítulo, explican la manera de utilizar
los diagramas de usuario de vista, donde se pueden ver los datos históricos del
sistema (procedentes de grabadores de datos y grabadores de formas de onda)
y en tiempo real procedentes del equipo de medida ION.
En la ventana de datos históricos de la fig. 7.1, donde se pueden adquirir
las variables (corrientes, tensiones, potencias y frecuencia), estos datos son
entregados cada 15 minutos (valor predefinido de fábrica).
Las formas de ondas mostradas en este capítulo, como se puede
apreciar en las imágenes de la fig. 7.8 hasta la 7.10 son de 16 ciclos, pero ante
un disturbio de mayor duración, los datos los entrega en más de un registro.
Las fallas aguas debajo de los alimentadores, son despejadas por cada
alimentador, estas protecciones deben ser más rápidas en operar que las
correspondientes de los generadores, lo cual se verifico en este capítulo, donde
por los resultados obtenidos se puede comprobar la coordinación de las
protecciones de sobre corriente y frecuencia del sistema eléctrico.
77
CAPÍTULO VIII
78
CONCLUSIONES
Las empresas eléctricas deben renovarse tecnológicamente, o pueden
quedar rezagadas, perdiendo confiabilidad, calidad de servicio y con el
tiempo perder su imagen corporativa, por este motivo la Empresa está
incorporando estos sistemas de medición (PowerLogic ION7350).
La configuración de este equipo no presentó mayores inconvenientes, ya
que éste realiza solo funciones de monitoreo de la unidad.
Al configurar el software ION Enterprise para el equipo ION 7350, se
logra un pleno control sobre las variables que se obtienen con el equipo
ION. Una de sus principales ventajas es el monitoreo en tiempo real de
todas las variables eléctricas de interés (tensiones, corrientes, potencias,
etc.), medición de energía y análisis posterior a las fallas, de las
corrientes y tensiones, donde un técnico o ingeniero de mantenimiento
puede analizar y tomar las medidas necesarias ante un evento ocurrido
en la unidad, sin la necesidad de utilizar otros equipos.
Con el software ION Enterprise, se puede comprobar el comportamiento
de las variables y ver por ejemplo, si el factor de potencia, tensión y
frecuencia, están dentro de los límites establecidos por la NT SyCS SM.
De no ser así, el equipo activa alarmas para que el operador tome las
medidas necesarias para ajustar las variables y evitar multas.
Este trabajo puede ser utilizado como base, para la configuración del
software en unidades generadoras y alimentadores, donde se incorpore
el ION7350.
Para una correcta utilización del software ION Enterprise, se requiere
capacitar a los operadores de la Central Eléctrica.
Como conclusión final, se puede considerar que se ha cumplido con los
objetivos planteados en este trabajo.
79
BIBLIOGRAFIA
Edelmag S.A. (2011). Memoria Edelmag 2011.
Edelmag S.A. (1999). Centrales Generadoras Edelmag S.A.
Edelmag S.A. (1995). Mars 100 Gas Turbine. (Vol.1). Systems Operator’s
Guide.
Edelmag S.A. (1995). Mars 100 Gas Turbine. (Vol.2). Installation and
Maintenance Instructions.
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http://www.google.cl/imghp?hl=es&tab=ii, varias imágenes.
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Wildi, T. (2007). Máquinas eléctricas y sistemas de potencia.
(6.ed.).Prentice Hall.
80
ANEXO I
Equipos de Generación
Al 31 de diciembre de 2011, el parque generador de la empresa Edelmag
S.A., estaba compuesto por las siguientes unidades:
Fabricación
81
ANEXO II
Dimensiones y Montaje de la unidad ION7350
Se indica las especificaciones y montaje del ION7350 modelo básico,
unidad utilizada en este proyecto.
![UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA ... · utilizar debe ser al menos del mismo orden de la potencia del generador [4]. En relación a la interfaz de electrónica de](https://img.pdfslide.us/doc/110x75/5e3dc106c3588859fc796f9a/universidad-de-magallanes-facultad-de-ingeniera-utilizar-debe-ser-al-menos.jpg)
