Redes inteligentes. Reconectadores

Resumen

En este paper proponemos explicar e indicar sobre las nuevas tecnologías que se intenta implementar en nuestras vidas cotidianas, ya que con las redes inteligentes (Smart grids) podemos tener un control más eficaz sobre la energía que se brinda a los usuarios desde una sub estación, además de tener un amplio control sobre todo un tendido eléctrico o sobre cuadras urbanas.

También con la implementación de estos sistemas inteligentes podremos ser más amigables con el medio ambiente ya que será mucho más fácil tener energía más limpia en nuestras casas lo cual es un tema que debería importarnos a todos. Y finalmente nos basaremos en los reconectadores cuales cumplen un papel muy importante en las redes eléctricas, pero su tiempo de ejecución es manual y eso implica mucho más tiempo de respuesta lo que puede causar ciertos daños y perdidas entre desconectar, arreglar y volver a conectar. Entonces lo que se plantea o se busca con los reconectadores en las nuevas reden inteligentes, es la automatización de estas, es decir que puedan operar automáticamente, solucionando ciertos problemas que se presente y con una respuesta mucho más rápida y eficiente

Categoría y descripción del contenido

Redes de comunicación inalámbrica: Reconectadores.

Palabras Claves

Red eléctrica, seguridad, inalámbrico, optimización, acceso múltiple, reconectadores, eficiencia. Introducción En los últimos años los avances que se han ido dando en el control de las redes eléctricas ha crecido muy favorable y cada vez ha ido evolucionando en pasos agigantados, ya que en el presente se puede tener el control permanente y en tiempo real ayudado y resolviendo ciertos problemas que se presenten en la red eléctrica y así evitando ciertas complicaciones inclusive la suspensión del servicio eléctrico. Además, gracias a estos controles y sistemas inteligentes ayuda a brindar un producto eficaz y de calidad al usuario.

Redes inteligentes aplicados a sistemas eléctricos de potencia más conocido o identificado como "Smart grid with SEPS" hoy en día es tendencia mundial debido a la infraestructura de todas las ciudades y sitios que usan o necesitan energía eléctrica y además es un tema muy importante para realizar un estudio profundo debido a que es un tema muy atractivo tanto para estudiantes como para profesionales. [1] También cabe recalcar que, en las últimas décadas, los apagones y las interrupciones del servicio eléctrico eran muy notables provocando inconvenientes, perdidas inclusive molestias a los usuarios [2], ya que hoy en día dependemos mucho de la energía eléctrica. Es por ello que se plantea de que las futuras redes eléctricas sean mucho más fiables, eficientes, seguras y mucho más amigables con el medio ambiente. Para todo esto se implementa las rejillas (Grid the next generation), hablando sobre las redes inteligentes, que está caracterizado por un flujo bidireccional de energía eléctrica y de información, ahí también veremos una amplia red de suministro con una red inteligente emergente, además de una amplia integración inteligente y automatización se pueden activar ciertas aplicaciones tales como: la automatización del hogar (domótica) y también edificios, mediciones de lectura automática, automatización, interrupción y la gestión de la restauración e integración de los vehículos [3] Además, cabe recalcar los problemas que afectaran más a las líneas de carga que las tensiones en los nodos ya que este sistema de protección no garantiza un funcionamiento seguro durante cualquier reversión del flujo de cierta potencia, ya que este sistema de protección no nos garantiza un funcionamiento seguro durante cualquier reversión del flujo de la potencia. [4][5]

Marco teórico

Smartgrid del Futuro

Un tema importante dentro de esta nueva tecnología que se intenta implementar en el mercado, hay que tener presente que la infraestructura, cables, postes, subterráneos, etc. Que sostendrás las nuevas redes inteligentes serán las mismas o talvez de componentes similares, ya que lo que se intenta implementar o cambiar, está basado más en el control y la distribución activa a través de sistemas de telecomunicación, sistemas inteligentes computacionales, tecnología y sistemas de control y sistemas de medición son los aspectos que más fluyen dentro de los nuevos sistemas inteligentes. [6][7]

Figura 1: Diagrama sobre como estaría integrado el usuario con el distribuidor [10]

Características

Bloque de funciones En este aspecto aprovecha cierta similitud que tiene con el bloque-diagramway. Él diseño en si está en un bloque de funciones que se ha ido extendiendo desde la subrutina, tal como la estructura con ciertas normas (norma IEC-61131-3), Además, un bloque de funciones todavía puede representar solamente una parte de código que se está procesando dentro de un proceso, sin embargo, el mecanismo de este encapsulado es un proceso similar que proporciona la fuerza en esta arquitectura, es decir que permiten reasignaciones más arbitrarias en los componentes dentro de los dominios que se están ya ejecutando. [8] Encapsulamiento Es otra disposición dirigida a la portabilidad ya que la portabilidad de datos es fuerte en los componentes que han sido reconocidos dentro del mundo o comunidad software ya que es uno de los pilares de la creación de los seguros y también de los códigos utilizables.

Sin embargo, las herramientas de los diseños más inteligentes estos pueden hacer un desarrollo mucho más fácil, haciendo factibles procesos de educación ya que este puede ser orientada a patrones de diseño y empleos que se muestran como automatización típica de ciertos problemas que se resuelven utilizando ciertos bloques de funciones. [8][9] Modelo de implementación En esta parte podemos hablar sobre el anidamiento limitado que está apoyado por la arquitectura en sí del bloque de ciertas funciones compuestas y combinaciones de ciertos tipos de diagramas, como: Diagramas de bloque, gráficos de estado y la lógica de escalera en el mismo diseño.

El resultado del diseño de una especificación ejecutable de ciertos sistemas de automatización distribuidos, que también incluyen los modelos de dispositivos y con sus interconexiones de red, pero esto trae ciertas desventajas ya que las dualidades al ser del mismo modelo y para la misma aplicación ejecutable se muestras cuando se trata de portabilidad. [8] Ejecución dirigidos por eventos Por normas (IEC 61499) podemos decir que ciertos eventos deberían permanecer inactivos a menos que estas estén operando.

Una de las principales motivaciones para poder ejecutar ciertos eventos, son impulsándolos por la portabilidad, lo que quiere decir que el código se haría independiente de las secuencias de innovación. [8]

Evolución de las redes inteligentes

En este punto daremos a conocer como han ido evolucionando estas redes para hoy por hoy estar en un gran nivel tecnológico, además de la infraestructura que nace o renace en los sistemas de energía que ya existen en el presente, para poder aclarar y fomentar cuales son las principales deficiencias, ya que este sería un factor muy importante que vale la pena recalcar.

También se fomentarían sobro los nuevos paradigmas de generación eléctrica de los últimos tiempos además del suministro y no hace falta decir que del consumo también ya que todo esto se prevé para las redes eléctricas. [9]

Figura 2: Red eléctrica inteligente como ha ido evolucionando y como puede estar interconectado entre todos los usuarios y sus beneficios. [12]

Enfoque de una red inteligente [11]

En esta parte nos enfocaremos sobre las ventajas que esta nos puede brindar, tales como:

• Un auto equilibrio en la red ya que esta estaría aceptando cualquier tipo de combustible, tales como:

• Carbón

• Viento

• Solar

• Etc.

Y transformándolo en uso doméstico con una mínima intervención de una persona, como, por ejemplo:

• Calor

• Energía eléctrica

• Agua caliente

• etc.

• Un sistema que nos permitirá usar y también generar energía mucho más limpia y así contribuir con el medio ambiente, ya que reduciríamos nuestras huellas ambientales colectivas.

• Otro punto importante son las rejillas que nos da la capacidad de controlar la red, como ejemplo si existe una sobre carga en la red esta reaccionara y controlara este problema, para evitar que este problema se extienda y ocurra problemas inclusive llegase a interrumpir el servicio eléctrico.

• También podemos tener un control o una comunicación dentro de esta red, en un tiempo real entre los prosumidores y las unidades que optimizan, Además el equilibrio sobre el uso de energía eléctrica, y concientización con el medio ambiente y una eficiente reducción de costos.

• Una infraestructura sobre la comunicación de apoyo y la información que nos brindaran estos sistemas de distribución.

• Nuevos sensores.

• Una infraestructura robusta en los sistemas de medición avanzada.

Figura 3: Entre las herramientas centralizadas, red inteligente incluirá [11]

Luego de una breve introducción sobre las redes inteligentes ahora nos basaremos en un punto muy importante y eficiente que está centrado en los reconectadores.

Reconectadores

Los reconectadores en un sistema inteligente realizan la operación o el objetivo de estos es abrir o cerrar en modo de un interruptor el cual permitirá aislar un circuito o conectar el circuito[15] dependiendo de cuál sea su objetivo en ese instante este operara al momento de detectar una falla en el sistema o se produzca un cortocircuito y luego de haberse corregido la falla la misión de este de igual manera será reconectar o aislar un circuito en donde se detecte la falla de los demás circuitos que conforman todo el sistema eléctrico de potencia.[1]

Figura 4: Imegen de un reconectador para una red electrica[14]

Funcionamiento

En el funcionamiento de los reconectadores no requieren la intervención de personal es decir su funcionamiento será automatizado dependiendo las exigencias del medio. [17] Es decir su control será realizado a distancia.

La implementación de los reconectadores de sistemas inteligentes para sistemas eléctricos de potencias se desarrolló debido a que en una red de distribución existen tan solo un 10 % de fallas permanente "Daños físicos en los componentes de distribución". [13]Y lo restante es debido a fallas transitorias es decir a fallas que aparecen por rangos de tiempo muy pequeños y luego desaparecen entonces para ese problema el requerimiento de conectores automáticos es muy indispensable. [16] También podemos reducir los costos de operación debido a que la intervención manual de los operadores ya no es necesario.

Operación de los Reconectadores en la Red

Los reconectadores están programados para repetir su funcionamiento o su modo de operación durante 3 veces es decir cuando se produce una falla en el sistema este realizara su operación una vez si inconveniente sigue en la red este intentara reconectar o cerrar el circuito durante dos veces más al momento de llegar a su tercera vez si no se ha solucionado la falla este enviara una información por medio de una señal esta puede ser usando internet o cualquier medio que se utiliza hoy en día para la comunicación al llegar esta señal al centro de control[16] este enviara a una patrulla como se conoce hoy o si el daño en la red necesita más tiempo para solucionar la falla este esperara y del mismo centro volverá a poner en funcionamiento al sistema claro esto una vez resuelto el problema que se presentó.[17]

Figura 5: Diagrama, como se daría una interconexión dentro de estas redes [16]

Control del Reconectador

El control de un Reconectador e una red se realiza mediante un dispositivo llamado gabinete de control el cual será implementado a un poco altura este permitirá un fácil acceso para un operador o ingeniero el cual estará conectado al reconectador mediante un cable umbilical enchufable en realidad esta conexión constituirá el sistema de control como se diría manual [16].

Modo de operación

Un impulso de corriente controlada por un capacito y a través de una bobina lograra que los contactos se abran. Este mismo impulso atraerá a la armadura de la barra de apertura que hace girar a esta última y liberara el enganche. [14]Luego el resorte de apertura y los resortes de los contactos aceleran esta apertura de los contactos. La presencia de la conexión flexible está destinada a permitir que ocurra el movimiento de dichos contactos. [17] Conclusiones

• Gracias a estos nuevos sistemas que se pretenden implementar dentro de las nuevas redes inteligentes, es la amplia conectividad que se tiene dentro de estas, además de la rápida interfaz y respuesta a cualquier tipo de problema ya que están operando las 24 horas y con una respuesta en tiempo real, evitando suspensiones en la red eléctrica, evitando molestias a os usuarios ya que dichos problemas se demoraría mucho tiempo en poder resolverlo y así parar varias horas sin el suministro eléctrico, entonces lo que se pretende con estas redes inteligentes es la disminución de este tiempo de espera, es más se pretende que ya no exista interrupciones en el suministro eléctrico brindándonos un servicio de calidad.

• Un concepto fundamental es la disponibilidad de energías limpias que podremos tener al alcance de nuestros hogares, ya que podremos utilizar energías eólicas, solares etc., además de poder utilizar ciertos medios como, por ejemplo, se hará más fácil contar con un automóvil eléctrico ya que la demanda de estos es demasiado grande y en la actualidad las redes o la distribución de la energía eléctrica no cubriría la demanda lo que implicara reactivar ciertos tipos de centrales para cubrir con esta, pero se deberá pagar ciertas multas no lo no favorece al usuario, pero con estas nuevas redes se plantea eliminar estos picos que se genera en el consumo facilitando la disponibilidad de autos eléctricos. También podremos contribuir con el medio ambiente ya que las emisiones de Co2 bajaran exponencialmente y así preservar nuestro medioambiente ya que hoy en día está muy contaminado por estos gases.

• Ciertos problemas en los equipos de protección son los cierres de estos ya que son muy lentos ya que se realizan manualmente [18], pero con las redes inteligentes se plantea o propone el uso de elementos esenciales los cuales podrán hacer el trabajo de una forma automática, más precisa y mucho más rápida, como por ejemplo el usos de los reconectadores que operan las 24 horas y pretende resolver ciertos problemas que se presenten en la red eléctrica de una forma precisas rápida y eficiente, además de tener la capacidad de desactivarse y reactivarse automáticamente, dependiendo si estos fueron capaces o no de resolver el problema presente en la red.

Conclusions

• Thanks to these new systems are to be implemented within the new intelligent networks is the wide connectivity that is within these, plus the fast interface and answer to any problem because they are operating 24 hours a real-time response, avoiding suspensions in the grid, avoiding inconvenience to you users as these problems long it would take to be able to solve it and so stop several hours without power, then what is intended with these intelligent networks is decreasing this time out, it is intended that there is no longer interruption in power supply giving us quality service.

• A fundamental concept is the availability of clean energy that we have to reach our homes, because we can use wind, solar energy etc., besides being able to use certain means, for example, will be easier to have an electric car since the demand for these is too big and today networks or the distribution of electricity would not cover the demand which involve reactivating certain types of plants to cover this, but you must pay certain fines not favor the user, but with these new networks it aims to eliminate these peaks generated in consumption facilitating the availability of electric cars. We may also contribute to the environment as Co2 emissions go down exponentially and preserve our environment and today is heavily polluted by these gases.

• Certain problems protective equipment are the closures of these as they are very slow because they are done manually [18], but with smart grids is proposed or proposes the use of essential elements which will do the job in an automated way, more accurate and much faster, such as use of recloses operating 24 hours and aims to solve certain problems that arise in the electrical network in a fast and efficient accurate way, besides having the ability to be turned off and automatically reactivated, depending on whether or not these were able to solve this problem on the network.

Referencias

[1] Deve lopment of Smart Electric Power System (SEPS) Laboratory at The College of New Jersey. Conference Proceedings:2013 IEEE Power & Energy Society General Meeting.

[2] US Department of Energy, The Smart Grid: An Introduction. energy.gov/sites/prod/files/oeprod/DocumentsandMedia/ DOE_SG_Book_Single_Pages(1).pdf> (last accessed on 01.2013).

[3] Massachusetts Institute of Technology, The Future of the Electric Grid, 2011. (last accessed on 01.2013).

[4] A. Neural, V.I Kogan, C.M. Schafer C.M., "Load Leveling Reduces T&D Line Losses", Power Delivery, IEEE Transactions on, vol. 23, no. 4, pp. 2168–2173, Oct. 2008.

[5] A. Borghetti, M. Bosetti, S. Grillo, S. Massucco, C.A. Nucci, M. Paolone, F. Silvestro, "Short Term Scheduling and Control of Active Distribution Systems with High Penetration of Renewable Resources", IEEE Systems Journal, Special Issue on "Identification and Control of Sustainable Energy Systems", Vol 4, Issue 3, September 2010, pp. 313-322.

[6] CEATI Report T024700-5036, "Electric Distribution Utility Roadmap,": January 2004

[7] European Commission, Eur 22040,"European Smartgrids Technology Platform", 2006

[8] IEC 61499 as Enabler of Distributed and Intelligent Automation: State-of-the-Art Review Valeriy Vyatkin, Senior Member, IEEE

[9] W. Dai and V. Vyatkin, "Efficient data handling model in IEC 61499 function block approach," in Proc. 8th Int. IEEE Conf. Ind. Inform.(INDIN"10), Osaka, Japan, 2010, pp. 1142–1147

[10] Imagen obtenida de: http://www.fronius.es/cps/rde/xchg/SID-681EA8C5-09B2C40E/fronius_espana/hs.xsl/27_12447.htm#.V3-qsjVaQyc

[11] The distribution control centre in a smartgrid, gilbert suter thomas g. Werner, Siemens schweiz ag, t&d eam – Switzerland

[12] Imagen obtenida de: https://heavenb.wordpress.com/

[13] An innovative approach to smart automation testing at National Grid. John-Paul H. Knauss; Cheri Warren; Dave Kearns. Transmission and Distribution Conference and Exposition (T&D), 2012 IEEE PES.

[14] Distribution Automation: Multiple scheme complexity & benefits: An overview of the benefits in implementing schemes with multiple reclosers. Hussain Biyawerwala; Viktor Terziysky; Ashok Rajan.2014 IEEE PES T&D Conference and Exposition.

[15] Recloser application possibilities and the related benefits at a Hungarian MV network. Andras Dan; Balint Hartmann; Jozsef Kiss; Istvan Vokony.PowerTech, 2015 IEEE Eindhoven.

[16] Advanced distribution reclosing using wireless communications. Terrence Smith; Jakov Vico; Craig Wester.Rural Electric Power Conference (REPC), 2011 IEEE.

[17] Application of cutout type reclosers on distribution lateral circuits — A field study. Nicholas Carlson; Haukur Asgeirsson; Raluca Lascu; James Benaglio; Michael G. Ennis.2009 IEEE Power & Energy Society General Meeting.

[18]http://facoel.com/productos/reconectadores/images/pdf/2-El%20Reconectador%20en%20los%20Sistemas%20de%20Distribucion%20Electrica.pdf

Universidad Politécnica Salesiana – Sede Cuenca

Autor:

Byron Espinoza.

bespinoza[arroba]est.ups.edu.ec.

Lucas Matute. lmatutev[arroba]est.ups.edu.ec.