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SUBESTACIONES DIGITALES:
El camino hacia una red Inteligente
Por Ronald Valdés, Líder de Ingeniería de la Unidad de Control y Protecciones - Automatización de Subestaciones de la División Power Systems de ABB en Chile.
En estos días, las Smart Grids (o redes inteligentes) requieren de mayores niveles de comunicación, por lo que la digitalización representa el siguiente paso en la evolución de las subestaciones eléctricas.
Ronald Valdés.

Una red eléctrica inteligente necesita información digital desde el punto más cercano donde se genere y esta información se obtiene desde las subestaciones. La “Subestación Digital” ha sido un concepto visto como un ideal por mucho tiempo, teniendo presente la infraestructura existente en servicio; sin embargo, con los avances de hoy y la definición de estándares, el concepto es ahora mucho más práctico.


IEC 61850

Con la publicación del estándar IEC 61850 en 2004, se marcó un antes y un después en lo que se refiere a las comunicaciones dentro de una subestación. Se puede decir que esta comunicación es más que intercambio o transmisión de datos, sino información globalmente entendible por su sintaxis y semántica. Inicialmente, este estándar se diseñó como una herramienta para cubrir requerimientos de interoperabilidad entre distintos fabricantes o distintas versiones de los mismos fabricantes de IEDs (Dispositivos Electrónicos Inteligentes) en una subestación con arquitectura flexible y una estabilidad en el largo plazo. Se trata de una norma muy completa que incluye, por ejemplo, la forma en que deben describirse las funcionalidades de los aparatos de las subestaciones, cómo deben comunicarse entre sí, qué deben comunicar y cuál debe ser la velocidad de comunicación. Posteriormente, se implementó la transmisión de señales análogas por medio de muestras sincronizadas basadas en la sección IEC61850-9-2 que describe el bus de procesos con la transmisión de valores muestreados por Ethernet. Este principio asegura la entrega a tiempo de datos de alta prioridad por medio de enlaces Ethernet que, de otro modo, serían tiempos impredecibles.

Ultimamente se han enfocado los esfuerzos en dar seguridad, redundancia, disponibilidad y confiabilidad a las redes y los sistemas que conformen la arquitectura de comunicaciones, así como permitir la supervisión, pruebas y expansión.


Subestación digital

Hoy en día, las subestaciones con IEC 61850 trabajan con tecnología digital y los sistemas SCADA (Control, Supervisión y Adquisición de Datos) suelen requerir información digital a nivel del bus de estación, pero para contar con una verdadera subestación digital, el estándar se extiende mucho más, abordando la recolección de la información desde la raíz del proceso (Equipo primario) y es cuando hablamos de IEC 61850-9-2 o bus de proceso.

Actualmente las señales de medida obtenidas de los equipos primarios convencionales, como transformadores de corriente o tensión, siguen comunicándose de forma analógica, a través de hilos de cobre, pero no se aprovechan las ventajas que se obtienen al abordar la misma aplicación con señales digitales como:

Durante la permanente supervisión del sistema, los equipos digitales reducen la necesidad de intervención manual en circuitos eléctricos y aumentan el grado de supervisión.

Mayor cantidad de información puede ser procesada de manera digital, así como la disponibilidad de dicha información en distintas bahías de la subestación.

Facilita el análisis de la información al poder tenerla centralizada.

Adquisición de información sin pérdida de calidad de la misma, lo más cercano a la fuente.

Integración de transformadores de instrumentación no convencionales (NCIT).

Equipos NCIT libres de aceite y SF6, como tecnología disponible para su implementación.

Bajos requerimientos en transformadores de corriente y tensión, debido a la proximidad de los equipos que transforman la señal análoga a digital.

Reducción de cantidad en cables de cobre y a posibles interferencias electromagnéticas en sus recorridos.

Aumenta la seguridad del personal de operación al reducir riesgo eléctrico.

Reducidos tiempos de intervenciones para expansiones, se utilizan sistemas pre-comisionados al poder simular de mejor manera los sistemas en servicio.

Sistemas e información altamente estandarizados, lo que permite agilizar los trabajos durante y posteriormente en posibles expansiones.

En ese sentido, y para cubrir todos los requerimientos y ventajas mencionadas, los equipos utilizados involucran altos requerimientos de fácil instalación y cada bit debe ser tan robusto y confiable como el equipo análogo al que se esté reemplazando o con el cual se esté interactuando.

Es muy conveniente utilizar la tecnología digital, sin embargo aún existe una resistencia a hacerlo, porque hay poco conocimiento y relacionamiento con esta tecnología, pero con el tiempo debiese migrarse paso a paso hacia lo digital, y la manera más recomendable de hacerlo es mediante proyectos piloto que funcionarán en paralelo a los sistemas convencionales.

La subestación digital prescinde del cobre empleando el bus de proceso digital, que puede utilizar fibra óptica o una red inalámbrica. El bus de proceso añade también flexibilidad, ya que los aparatos digitales pueden hablar directamente entre ellos.

Gracias al IEC 61850, hoy todos podemos hablar el mismo idioma e incluso se puede pensar que una expansión se puede hacer ya en cosa de días y no de meses; ahora el siguiente paso son subestaciones completamente digitales y luego la comunicación entre subestaciones. En Chile, la norma se está implementando desde 2005 y el proceso no ha sido tan rápido como en otros países, pues depende de las necesidades o prioridades de cada cual. La función que tienen las protecciones dentro de un sistema eléctrico es preservar la integridad y estabilidad del sistema, monitorear cada uno de los equipos que lo componen desconectando y desenergizando las partes del sistema que presenten anomalías, en el menor tiempo posible para evitar daños permanentes en los equipos, y la mejor forma de hacerlo es aprovechar las nuevas tecnologías que ofrece el mercado.

Una subestación completamente digital es de menor tamaño, más fiable, tiene un costo menor durante su vida útil y es más fácil de mantener y expandir que una analógica. Todavía no es necesario que todas las subestaciones pasen a ser completamente digitales, sino que dependerá del tamaño, tipo de subestación y de si se trata de una subestación nueva o de una remodelación del sistema secundario. Se debe analizar caso a caso y entregar a cada uno la solución adecuada para que marquen su propio paso hacia las subestaciones digitales y de ahí a una red inteligente.

Marzo 2015
.......
Comentarios acerca de este artículo
Javier Garcia Vargas ENDE (21/02/2017)
INTERESANTE...
CREO QUE FORMA PARTE DEL DESARROLLO DE LAS SUBESTACIONES Y ME INTERESA MAYOR INFORMACIÓN TÉCNICA.
PARA CONSIDERAR UN PROYECTO DE INVESTIGACIÓN APLICATIVA.
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