Coordinación de protecciones en redes automatizadas

En este tiempo, donde cada vez aumentan más las exigencias en la prestación de los servicios públicos, es necesario buscar herramientas que conduzcan a la satisfacción plena de los usuarios sin incrementos demasiado grandes en cuanto a costos para las empresas. En el caso del servicio de Energía Eléctrica se han introducido conceptos de calidad de energía que ponen al usuario en un lugar de privilegio. Con el fin de suministrar un servicio confiable y de respuesta rápida, se pensó en implementar una red de distribución con múltiples posibilidades para suplir una zona de falla, teniendo en cuenta los criterios de capacidad y selectividad en el menor tiempo posible. De ahí nacen las redes automatizadas, cuyo objetivo principal es mejorar la calidad del servicio y la eficiencia de todo el sistema en el uso del capital y energía, juntamente reduciendo el tiempo de la localización de fallas y el tiempo de restablecimiento del servicio. Así se disminuye el número de usuarios afectados por daños y suspenciones, optimizando la operación de la red, con una manejo eficiente, seguro y confiable del sistema de distribución a partir de una buena configuración, teniendo un control constante del estado de los equipos en tiempo real y con posibilidad de enviar señales desde y hacia los equipos de protección. Estas redes automatizadas manejan un concepto amplio de reconfiguración de redes. Bajo condiciones normales de operación, los alimentadores deben ser reconfigurados para abrir y cerrar interruptores y reducir las pérdidas en las redes e incrementar la confiabilidad de las mismas mientras se encuentran todos los requerimientos de las cargas y el mantenimiento de la red. Cuando la red se enfrenta a variaciones drásticas como cambios de carga muy grandes, ya sea aumento o transferencia de cargas, debe asumirlos de la mejor manera en el menor tiempo posible. Para lograr la configuración óptima es necesario verificar cada una de las topologías examinando todas las operaciones posibles de los interruptores, lo cual llevaría mucho tiempo ya que el número de opciones usualmente es grande. Sin embargo, a través del uso de un software de reconfiguración los tiempos pueden ser considerablemente reducidos. Lo anterior nos ubica en un plano de una red dinámica, en la cual los ajustes de las protecciones, al igual que la red deben ser variables. Condición que motiva la realización de este proyecto, ya que tanto las protecciones como los criterios de coordinación deben cambiar para que los objetivos de la automatización se cumplan. La metodología empleada en esta investigación fue encaminada principalmente a identificar posibles problemas y proponer soluciones adecuadas en el manejo y la operación de los elementos protectores en redes de distribución automatizadas. Para determinar dichos problemas fue necesaria una comparación de la operación y elementos entre redes de distribución tradicionales y redes automatizadas. En primer lugar se muestra cómo se hace la coordinación de protecciones y cuáles son los equipos más empleadas en la coordinación tradicional, para luego colocarlos sobre las redes automatizadas y analizar si afectan o no el cumplimiento del objetivo de la automatización que es brindar una calidad, continuidad y confiabilidad del servicio, minimizando el tiempo de salida de los usuarios debido a las fallas ocurridas en la red. De esta comparación anteriormente mencionada sale a la luz la incompatibilidad entre algunos equipos y sobre todo la necesidad de protecciones mucho mas compactas y eficaces, que suplan las necesidades de los usuarios y permitan la automatización de redes de distribución de la manera más efectiva y económica. De la coordinación de protecciones y los equipos protectores tradicionales en las redes de distribución, se extractó la metodología de coordinación y los principios de operación de los elementos protectores. Este estudio se presenta con un enfoque introductorio para brindar una idea clara y concisa al lector de como funciona una red tradicional y como se viene manejando la coordinación de protecciones, mostrando cada elemento empleado y su comportamiento con los demás elementos de protección que están en un mismo circuito. También se muestra las diferentes clases coordinación que puede haber entre estos elementos de forma sencilla, para que el concepto quede firme y se pueda partir a una innovación conociendo plenamente las características de protecciones en un sistema de distribución de potencia. Luego entramos en el campo de las redes automatizadas, con el fin de conocer objetivos, características y condiciones de implementación en una red existente, es decir, como se puede automatizar una red con modificaciones específicas. Se muestra la forma de operación de estas redes y sus cualidades, elaborando una comparación entre las redes tradicionales y las redes automatizadas. Esta parte, brinda una noción general de las redes automatizadas las cuales tienen una amplia importancia en el desarrollo de este tema, ya que es a través de estas que tenemos un manejo de información en el momento adecuado. Como se mencionó anteriormente se introduce el concepto de redes reconfigurables dinámicas y se hace evidente el concepto insuficiente de elementos de protección y de coordinación de protecciones para las redes automatizadas. Esto se debe a que siempre se ha conocido una coordinación sin mayores variaciones de topología, uno o dos cambios máximo para casos de suplencias y con tiempos de respuesta demasiado grandes. Si se presenta una falla, esta generalmente se localiza través de llamadas de los usuarios y se procede a mandar suplencia de otro circuito cercano mientras se restaura el servicio. Cuando hay aumento de cargas que se tiene que programar maniobras con días de anticipación, esto sin olvidar que es necesario reajustar los relés de protecciones a estas variaciones topológicas, paso que muchas veces es desechado dejando la red temporalmente desprotegida o con una protección insuficiente. Ahora desde el punto de vista de coordinación de protecciones vemos que con los criterios de coordinación tradicionales no podemos entrar a un cambio como la automatización, por esto con este trabajo se examinan cuidadosamente las características de nuevos equipos de protección que puedan ajustarse a las exigencias de tiempo de respuesta y cambios de ajuste frente a las topologías dentro de un tiempo prudencial, es decir, de 0 a 5 segundos. En este trabajo se tomaron como base para la propuesta del empleo de equipos y metodología de coordinación de protecciones dos condiciones principalmente: Cuando se pretende automatizar una red existente y cuando se va a realizar la coordinación de protecciones en una red totalmente automatizada. Estas dos condiciones ofrecen diferencias importantes para la coordinación. En el primer caso, el concepto de reconfiguración de redes se ve muy limitado debido a la capacidad de los conductores, por consiguiente, los cambios de topologías no pueden ser grandes. Sin embargo, se busca que las protecciones respondan de manera adecuada en los dos o más circuitos involucrados, independientemente del tiempo que dure un circuito con suplencia. Para esta condición es necesario el cambio de los elementos protectores, eliminando el uso del fusible e implementando el uso de los reconectadores y seccionalizadores, con un sistema de comunicación adecuado que se ajuste a las exigencias, pero que a su vez no ofrezca mayores costos. Para mostrar un ejemplo de este caso se tomó un circuito de la Subestación de Usme en Bogotá manejado por Codensa. En este circuito se partió de la configuración existente y del tendido de la red, parámetros que no podían variar, cambiando los relés de protección electromecánicos por relés numéricos, los seccionadores por seccionalizadores con lógica Voltaje - Tiempo y colocando un reconectador. Estos equipos inteligentes pueden ser involucrados en el sistema de comunicación propuesto para este caso. A través de este ejemplo se aplica la metodología propuesta y el empleo de los equipos que se aconsejan, ya que ofrecen numerosas ventajas en el momento de automatizar la red completamente. Para el segundo caso, el de una red automatizada completamente, se utiliza la metodología de coordinación propuesta y, además, se muestra el empleo de equipos de protección y sistemas de comunicación, que tienen la posibilidad de ser ajustados desde un centro de control en tiempos muy cortos, dependiendo de las comunicaciones. Se debe tener en cuenta que para la automatización total se debe contar con un software especializado en reconfiguración de redes, que le brinde la topología óptima en el menor tiempo, los programas de flujos de carga realizados con anterioridad y los sistemas de comunicación para que a través de ellos pueda ajustarse el equipo de protección en tiempos no mayores a 5 segundos. Para determinar como se debe hacer una buena coordinación en redes de distribución automatizadas, se tuvo que encontrar un equipo de protección que brindara las condiciones necesarias para realizarla. Un elemento que brinde la posibilidad de responder a cambios en la red, es decir, pueda reajustarse automáticamente según la impedancia que vea, ó que tenga posibilidades de ser programado con varios ajustes y que permita una comunicación bidireccional con el centro de control o con una locación remota. Además, en conjunto con este, un grupo de elementos protectores que brinden la opción de disminuir tiempos de coordinación aguas arriba y que no requieran la intervención de un operador en su funcionamiento. Teniendo en cuenta estos requerimientos se recomienda del empleo de los Relés Numéricos de Sobrecorriente, tanto para el interruptor como para el reconectador y el uso de los seccionalizadores con lógica voltaje - Tiempo, que para su operación no responden a señales de corriente lo cual disminuye los tiempos de coordinación dentro de un circuit