Seccionalizador

Electelco, S.A. DE C.V. INGENIEROS CONSULTORES

APASEO EL ALTO No. 21-5A

COL. SAN BARTOLO ATEPEHUACAN MEXICO, D.F. C.P. 07730

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SECCIONADOR BAJO CARGA / SECCIONALIZADOR SERIE RL

CON CONTROL MICROPROCESADO PARA MONTAJE EN POSTE DE NU-LEC




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I. Descripción del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador

El Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador Nu-Lec integran la tecnología más avanzada en el rubro de Seccionador Bajo Carga / Seccionalizadores trifásicos con control microprocesado servicio intemperie para montaje tipo poste para utilizarse en sistemas de distribución y automatización. El Modelo RL-27 de Nu-Lec cumple con las especificaciones de CFE, para sistemas de voltaje nominal de 13.8Kv y 24kV, y voltaje máximo de diseño de hasta 15.5kV y 27kV respectivamente, corriente nominal de 630A, 60Hz, 150kV de BIL. Boquillas poliméricas de hule silicón con distancia de fuga de 770mm (49mm/kV F-F) para zonas de alta contaminación. El Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador está diseñado para abrir hasta con una carga de 630 Amperes sin correr el riesgo de mermar la vida útil del equipo. El aislamiento y la interrupción del arco eléctrico es con gas SF6 y se encuentran en un tanque de acero inoxidable grado marino 316 completamente sellado. Estas características reducen el mantenimiento que se le tuviera que dar a la unidad como lubricación, ajustes, reemplazo de partes, entre otros. Incluye puentes semiaislados, antifauna y a prueba de agua, con longitud de 3mts por puente, incluye 2 soportes para los seis apartarrayos integrados en el diseño del tanque y dinámico diseño de montaje tipo poste, que contribuyen a una rápida instalación a bajo costo. Su operación se basa en un motor de CD que no requiere alimentación de alto voltaje. Observe la Fig. 1 Integra un transformador de voltaje de medición en cada una de las seis terminales y un transformador de corriente en cada una de las fases, instalados de fábrica en el interior del tanque. Estas características únicas en el mercado hacen que el control microprocesado y la UTR del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador Nu-Lec midan y registren a partir de las señales provenientes de los transformadores de corriente y voltaje de medición las corrientes, voltajes, potencia real (kW), potencia aparente (kVA), potencia reactiva (kVAR) y factor de potencia en tiempo real.




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Además la medición de todos estos parámetros, los seis transformadores de voltaje de medición permiten que el equipo sea bidireccional y que no sólo ofrezca detección por sobrecorriente sino que además proteja al circuito por pérdida o desbalance de tensión en cualquiera de las 3 fases alarmando ante la ausencia de voltaje. El tanque del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador ofrece protección contra fauna gracias a que las terminales del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador están protegidas con boquillas poliméricas de hule silicón, además los cables de interconexión a las líneas de distribución son con cables semi-aislados, resistentes al agua y con una longitud de 3mts. El tanque tiene un indicador de estado visual que nos indica físicamente si se encuentra abierto o cerrado y una palanca de apertura y cierre manual para accionamiento con pértiga.

Figura 1: Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador y Gabinete de Control y Comunicaciones

Transformadores de Voltaje en las 6 terminales

Puerto Local RS-232

Fuente de Alimentación para el Radio o Módem

UTR integrada

Baterías

Plataforma para el Radio




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II. Descripción del Gabinete de Control y Comunicaciones El Gabinete de Control y Comunicaciones (Fig. 1 & 2), también es fabricado en acero inoxidable grado marino 316 y se alimenta con 110VCA 60Hz. En ausencia del potencial de alimentación el microprocesador habilita el respaldo de las baterías automáticamente. El respaldo de las baterías es de hasta 5 días sin equipo de comunicaciones y 24hrs con equipo de comunicaciones. El gabinete está diseñado para minimizar cualquier elevación de temperatura producida por el sol. De igual forma, previene la formación de humedad y condensación y elimina la posibilidad de ingreso de insectos al interior. Se cuentan con tres modelos diferentes, diseñados para diferentes climas:

• Tropical (para climas con temperaturas que oscilen entre -15°C a 50°C) • Moderado (para climas con temperaturas que oscilen entre -15°C a 40°C) • Templado (para climas con temperaturas que oscilen entre -30°C a 40°C)

Fig. 2 Gabinete de Control y Comunicaciones




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El Gabinete de Control contiene y protege lo siguiente:

1. Módulo de Control y Protección (CAPM, por sus siglas en inglés) con su respectivo Panel de Control con display líquido iluminado y botonera para el usuario. El Panel de Control del Usuario está completamente en español. Observe la Fig. 3

2. Incluye una UTR con la implementación más completa del

protocolo DNP3.0. nivel 2, el cual se integra con 93 entradas digitales, 53 entradas analógicas, 31 salidas digitales y 1 salida analógica.

3. Incluye de manera estándar un Módem V23 FSK.

4. Incluye dos interfaces serie RS232 DB25, uno para comunicación

con la UCM SCADA y otro para la configuración del propio Gabinete.

Fig. 3 Panel de Control de Usuario

5. Incluye un bus SPI que es un puerto para conectar una tarjeta de expansión de entradas y salidas (no incluida).

6. Incluye de manera estándar una fuente de alimentación regulable

de 5 a 15VCD, la cual proporciona una corriente continua de 3A y 5A de corta duración para el equipo de radio-comunicación.

7. Incluye un respaldo formado por dos baterías.




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El Módulo de Control y Protección CAPM, es una tarjeta electrónica de control que procesa todas las señales y las envía a las diferentes interfaces. Observe la Fig. 4. La tarjeta CAPM integra el control electrónico que opera el Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador y todas las operaciones del Gabinete de Control, la UTR, el módem y los puertos de comunicación. Tanto el control electrónico microprocesado como la UTR comparten el mismo microprocesador, por lo que las operaciones de ambos se realizan rápida y eficientemente. El microprocesador que utiliza la tarjeta CAPM es el 68332 de Motorola con memoria EEPROM “Flash” no-volátil de 4Mbytes de memoria y 1Mbyte de memoria estática volátil. Debido a que el Gabinete de Control y Comunicaciones ofrece un módem V23 FSK y dos interfaces serie para control remoto: RS232 DB25 y bus SPI (puerto para tarjeta de expansión de entradas y salidas) es posible incorporar cualquier equipo de comunicaciones que desee usar. El control electrónico (fabricado y probado de acuerdo a las normas ANSI C37.60, IEC56, IEC255) se encarga de procesar las señales provenientes de los seis transformadores de voltaje de medición integrados (uno por terminal) y los tres transformadores de corriente integrados (uno por fase) para realizar las funciones de automatismo, registro de eventos, detección, medición y monitoreo permanente de las corrientes en cada fase y a tierra, así como de los voltajes fase a fase y fase a tierra.

Fig. 4 Módulo de Control y Protección CAPM




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Gracias al manejo de estas señales, el Gabinete de Control es capaz de registrar reportes semanales y mensuales en donde se pueden observar los promedios de múltiples parámetros como son: Potencia Real (kW), Potencia Aparente (kVA), Potencia Reactiva (kVAR), Factor de Potencia y La Potencia Real Integrada Total Mensual/Semanal (kWh) y el promedio de las corrientes medidas en cada una de las fases. Otra característica adicional, es que se puede crear un historial totalmente configurable en el que el usuario configura los parámetros que desee para que sean registrados. Estos parámetros son: los valores de corrientes en cada fase, voltajes en cada terminal, los valores de potencia (kW, kVA, kVAR, kWh), la presión del gas, la temperatura del gabinete y del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador, el voltaje de las baterías. Se puede configurar que se registren todos estos parámetros cada 15, 30, 45 o 60 minutos y de esta manera podemos obtener promedios de cualquiera de estos valores por minutos, horas o incluso días; por ejemplo, los valores de kWh, KVAR, al tener las mediciones promedio por hora, podemos sacar su equivalente por día y tener un registro kWD, kVARD, etc.

Control y Comunicaciones El Gabinete de Control se encuentra listo para comunicarse con protocolo DNP3.0 nivel 2. El mapeo de entradas y salidas analógicas y digitales es sumamente completo, por lo que el control, las indicaciones y alarmas son fáciles de configurar y de “mapear”. Nu-Lec cuenta con un “mapeo” estándar para Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador. Sin embargo, el usuario puede crear su propio mapeo y de esta forma utilizar las señales que mas le convenga. Para mayor información, consulte el Manual Técnico de Protocolo DNP3 de Nu-Lec. Dentro del “mapeo” estándar que mencionamos, se cuenta con 93 entradas digitales, 53 entradas analógicas, 31 salidas digitales y 1 salida analógica.




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Como ejemplo de algunas de las 93 entradas digitales, mostramos las siguientes:

• Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador Abierto

• Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador Cerrado

• Control Local/Remoto • Mantenimiento Requerido.

“Significa que cualquiera de los siguientes parámetros se encuentra operando en forma incorrecta (Baterías, capacitores, baja presión del gas, datos del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador no válidos, falla mecánica)”

• Bloqueo de Trabajo • Grupo de detección activo • Detección de Fase Viva • Detección a Tierra habilitada

o deshabilitada • Detección de sobrecorriente

en fase (falla de fase)

• Detección de sobrecorriente en tierra (falla de tierra)

• Falla en el suministro de 110VCA

• Baja presión de gas • Falla en las baterías

(sobrevoltaje, bajo voltaje o baterías muertas)

• Vida de los contactos muy baja

• Falla en el mecanismo (el Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador no abre ni cierra)

• Puerta del Gabinete abierta • Sobre/baja frecuencia

Como ejemplo de algunas de las 31 salidas digitales, mostramos las siguientes:

• Habilitar detección a tierra • Abrir/Cerrar el Seccionador

Bajo Carga / Seccionalizador • Aplicar el Bloqueo de Trabajo • Habilitar detección de Carga

Fría • Habilitar la función de

Seccionalizador

• Resetear las banderas de falla de fase y tierra

• Habilitar cualquier grupo de detección

• Habilitar el registro de medición de cortes (TIU)




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Como ejemplo de algunas de las 53 entradas analógicas, mostramos las siguientes:

• Medición en tiempo real de la corriente en cada una de las fases

• Medición en tiempo real de la corriente de tierra

• Medición en tiempo real de los parámetros de potencia (kW, KV, KVA, factor de potencia)

• Contador de operaciones mecánicas

• Registro del valor máximo de corriente de falla en cada una de las fases

• Registro del valor máximo de corriente de falla de tierra

• Medición en tiempo real del voltaje fase a fase del lado fuente y lado carga

• Medición en tiempo real del voltaje fase a tierra del lado fuente y lado carga

• Medición de la presión del gas SF6 en tiempo real

• Porcentaje de vida útil de cada uno de los contactos

• Grupo de Detección seleccionado

Por último, la única salida analógica con la que se cuenta de manera estándar, es la siguiente:

• Selección del grupo de protección

Si se requieren más salidas digitales, se puede incorporar una tarjeta de expansión de entradas y salidas, la cual se puede proveer como accesorio adicional.

• El grupo de entradas digitales nos sirven como alarmas e indicaciones del estado del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador.

• Las salidas digitales las podemos utilizar como comandos para hacer cambios en el Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador.

• Las entradas analógicas hacen referencia a mediciones en tiempo real de lo que está registrando el equipo.

• La única salida analógica nos sirve para seleccionar el grupo de protección que deseemos utilizar.




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III. Funcionamiento El funcionamiento del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador es muy simple, lo cual lo hace altamente eficiente. El Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador cierra por medio de un motor de CD el cual es energizado por un capacitor que se encuentra ubicado en el Gabinete de Control. El comando cierra los contactos tipo Tulipán y asegura el mecanismo en la posición de cierre. Esto queda indicado por el indicador de estado apuntando hacia la línea roja que se encuentra en la parte externa del tanque. El Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador se puede abrir y cerrar de cuatro formas, una de ellas puede ser accionando el brazo de posición con una pértiga, otra es activando el motor de CD por medio del Gabinete de Control, una mas es por medio de un comando de apertura o cierre desde una Unidad Central Maestra (por protocolo DNP3) y por último desde el software WSOS instalado en una PC. La posición de apertura o cierre se indica por el indicador que se encuentra señalando la posición verde o roja, respectivamente. El motor de CD se energiza por medio de un par de capacitores que se encuentran ubicados en el Gabinete de Control. Ambos capacitores toman su energía de un par de baterías que respaldan la fuente de alimentación auxiliar de 110VCA. En ausencia de alimentación auxiliar, las baterías aseguran un respaldo de 5 días exclusivamente al Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador o 24hrs al Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador más el equipo de radio comunicación. La ventaja de contar el motor de CD operado por los capacitores es que se asegura un balance perfecto en el consumo de energía, prueba de ello es que se pueden realizar un mínimo de 100 operaciones de apertura y cierre del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador únicamente con la batería, excluyendo la alimentación auxiliar. A diferencia de otros equipos que cuentan con baterías, el control electrónico de los Seccionador Bajo Carga / Seccionalizadores Nu-Lec es capaz de operar solamente con la alimentación auxiliar, prescindiendo de las baterías. Las operaciones de apertura y cierre local del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador se controlan e indican en el panel de control. La conexión entre el tanque del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador y el Gabinete de Control se realiza a través de un Cable de Control que se




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conecta a las tarjetas electrónicas correspondientes tanto del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador como del Gabinete de Control. Lo anterior se ilustra en el diagrama de la Figura 5.

Figura 5: Diagrama a Bloques del Sistema de Control

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IV. Características Principales Como se indicó anteriormente, el control electrónico se encarga de procesar las señales provenientes de los seis transformadores de voltaje de medición y los tres transformadores de corriente para realizar las funciones de automatismo, telecontrol, registro de eventos, detección, medición y monitoreo permanente del circuito de potencia. A continuación se describen brevemente cada una de estas funciones:

TELECONTROL & MONITOREO La UTR está integrada en la tarjeta electrónica del control principal del Gabinete de Control y Comunicaciones. La implementación del protocolo de comunicaciones DNP3.0 nivel 2 es muy rica y gracias a que cuenta con dos interfaces (V23 & RS232) se asegura cualquier esquema de comunicaciones. Es posible configurar todos los parámetros referentes a la UTR como por ejemplo: Ø Selección del puerto para el sistema SCADA de comunicaciones. Ø Configuración de transferencia de bits (300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600

ó 19200 baudios). Ø Configuración de tiempos de Pre-transmisión y Post-transmisión (0-

3000mseg, con resolución de 1mseg). Ø Habilitación de “Reporte por Excepción” y configuración. Ø Manejo de las señales CTS, RTS, TX, RX, CD. Además de la implementación del DNP3.0 hay algunos protocolos propietarios de Nu-Lec que conjuntamente con el software WSOS (el software de Nu-Lec para controlar, configurar y monitorear los Seccionador Bajo Carga / Seccionalizadores y/o Seccionalizadores Nu-Lec) pueden conformar una opción atractiva, eficiente y económica a un sistema de control SCADA. En este caso, se podría utilizar cualquier computadora personal o laptop como Unidad Central Maestra (con el software WSOS previamente instalado) y utilizar el protocolo propietario de Nu-Lec en sustitución del DNP3.0 nivel 2 para entablar la comunicación entre la computadora con el WSOS (Unidad Central Maestra) y las UTR’s de los Gabinetes de Control y Monitoreo.




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REGISTRO DE EVENTOS El control electrónico cuenta con una memoria no volátil que tiene una capacidad de almacenamiento de 8000 eventos. Hay más de 90 diferentes tipos de eventos. Cada evento indica algún cambio de estado o condición del sistema de control y/o potencia o la indicación de la intervención de alguna función de protección por alguna condición de falla. Por poner un ejemplo, es posible conocer la magnitud de una corriente de falla y la fase en la que se presentó, además conocer la hora a la que ocurrió el Pickup y el tiempo que transcurrió entre el Pickup y el disparo de protección.

DETECCIONES El control electrónico ofrece detección de sobre-corriente de fase y tierra, SEF (Sensitivo de Tierra), diferentes grupos de Detección. Todas estas características se pueden ajustar directamente por el software WSOS o por medio del Panel de Control que tiene el Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador. Entre las funciones de detección que ofrece el Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador además de la detección por sobre-corriente de fase y/o tierra se encuentra: Ø Bandera de Trabajo.- Inhibe los Cierres tanto de forma Local como

Remota. Ø SEF (4-20A / t).- Sensitivo de Tierra. Detecta cuando el circuito está

desbalanceado y se tiene una falla de tierra. Ø Loss of Phase Detection.- Detecta cuando el Seccionador Bajo Carga /

Seccionalizador pierde el potencial en una o más fases. Ø Under and Over Frequency Detection.- Detecta cuando la frecuencia

incrementa u decrementa por encima de umbrales de operación previamente configurados.

Ø Inrush Restraint.- Habilita la detección de corrientes inrush (de

magnetización).




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Ø Cold Load Detection.- Habilita la detección de corrientes de carga fría. Ø Automatic Detection Group Selection.- Habilita el cambio automático de

parámetros de detección en función de la demanda de energía o de la dirección del flujo de corriente.

Ø Supply Outage Measurement. (SAIDI & SAIFI).- Indica la duración y la

frecuencia de las interrupciones en el suministro de energía al usuario. Las funciones que se acaban de mencionar son totalmente configurables.

MEDICIÓN

Al conocer la corriente en cada una de las tres fases y el potencial en cada una de las seis terminales se pueden conocer varios parámetros de medición en tiempo real en el Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador Nu-Lec, entre los cuales encontramos: Ø Frecuencia. Ø Corrientes en cada Fase y a Tierra. Ø Potencia Real (kW). Ø Potencia Aparente (kVA). Ø Potencia Reactiva (kVAR). Ø Factor de Potencia. Ø Voltajes (Fase a Fase o Fase a Tierra).

Además, proporciona la Demanda Máxima Mensual y la Demanda Semanal con los siguientes datos: Ø Fecha (Mes/Año) del Periodo Pico. Ø La hora final del Periodo Pico Promediado. Ø Potencia Real (kW) durante el Periodo Pico. Ø Factor de Potencia durante el Periodo Pico. Ø La Potencia Real Integrada Total Mensual/Semanal (kWh).

También es posible configurar un registro de mediciones adicional, es decir, seleccionar los parámetros y la frecuencia con la que se promediarán.




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SECCIONALIZACIÓN

La seccionalización consiste en que el equipo sea capaz de abrir automáticamente tras realizar un conteo de operaciones de disparo de un equipo de protección ubicado aguas arriba. Esta detección se logra por medio de una corriente de falla seguida de interrupción de voltaje y corriente, llamada Interrupción del Suministro de Energía”. La detección de la Interrupción del Suministro de Energía ocurre cuando la corriente cae repentinamente en su valor hasta cero en un lapso menor a 1 segundo aunado a la pérdida de tensión en las seis terminales. Esto genera un evento de interrupción de alimentación. Al momento de encontrarse operando como Seccionalizador, este será capaz de abrir de acuerdo al contador interno programado de interrupciones. Al adquirir el equipo se otorga la licencia del software para Controlar y Configurar los Seccionador Bajo Carga / Seccionalizadores en Ambiente Windows, (WSOS) sin costo adicional. Además se proporciona el manual de operación del Seccionador Bajo Carga / Seccionalizador completamente en Español.

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Seccionalizador