UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CA FACULTAD DE INGENIERA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNI
APLICACIÓN DE SISTEMAS DE ONDA PORTADORA EN LA TELEPROTECCIÓN ENTRE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS EN 220 kV INFORME DE COMPETENCIA PROFESIONAL Í : INGENIERO ELECRICITA ULISES ORCO LIBERATO OMOIÓ 2003-1 LIM-PERÚ 203
APLICACIÓN DE SISTEMAS DE ONDA PORTADORA EN LA TELEPROTECIÓN ENTRE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS EN 220 kV
A Dos por el don de la vda qu me permó acanzar sueños guardados A mi querda Alma Mater,a UNI en a cua compartí años de juvenud. A ms Padres por movarme a seur adene quenes alegran m da con su compañía
SUMARIO
Las telecomuncaciones son de suma mporanca en toda empresa e industra. En el sector eléctrco los enlaces de telecomuncacones entre subestacones elécrcas, se mplementan aplcando dversas tecnologías tales como: mcroondas fbra óptca y onda poadora. Las aplcacons más mportantes de estos sstemas de telecomuncacones son transmsón de datos voz telecontrol y teleproteccón l pesete nforme desrbe el sstema de telecomunicacones por nda potadora la cual es mplementada entre las subestacones Chlca REP, Desero e Independenca. A través de este sstema de teleomuncacones la nueva SE Deseto 220 kV podrá transmtr la nformacón del sstema de teleproteccón del sstema de SADA y del sstema de telefonía prvada a las subestacones adyacentes l sstema de telecomunacones por onda poadora, hace uso de las líneas de alta tensón para la transmsón de nformacón para la mplementacón se utlzan equpos que cumplan los estándares IE ANS, EE los cuales regulan las especfcacones técncas y funconaldades de los elementos de un sstema de onda poadora (trampa de onda dspostvos de
acoplamento equpos de sntonzacón y equpos de
transmsón/recepcón). El sstema de telecomuncacones por onda portadora mplementado, srve de platafoma para la nstalacón de un sstema de teleproteccones entre las subestacones Chlca RP Deseo e Independenca, este sstema de teleproteccones permtrá el despeje de fallas en las líneas de transmsón nvolucradas líneas 291 y 2208 ambas en 22 kV. l contendo de este nforme se enfoca en el sstema de onda poradora y su aplcacón en las teleproteccones por ende no se profundza en las otras aplcacones tales como la transmsón de datos telecontrol y telefonía Por otro lado dado que el sstema de teleproteccón por onda poadoa tene como respaldo los enlaces de mcroondas el nforme complementa la nformacón relaconada a equpos de mcroondas en los enlaces de telecomuncacones
ÍNDICE NTRODUCCÓN ............ 1 CAPÍTULO PLANTEAMENTO DE NGENERÍA NG ENERÍA DEL PROBLEMA PROB LEMA 3
1.1
Descripción del problema .......................... ................................. ............... .......... .. 3
12
Objetivoss del trabaj Objetivo trabajo o .................... ..................................... ................... .. 3
1.3
Ealuación del problema ............ .................. ................ ............ .. 3
.4
Alcance del trabajo ........ .............. ............. ............... .................... ............. . 5
15
Síntesis del trabajo ....... ................ ................... ................. ....... 5
CAPÍTULO MARCO TEÓRCO CONCEPTUAL 6
2.1
Antecedentes históricos de las comunicaciones or onda portadora .. ..... ..... .. 6
22
Aspectos general generales es de los sistemas de comunicac comunicaciones iones ..... ............. ........ 7
2.21 Element Elementos os de un sistema de comunicacio comunicaciones nes.... .......... .......... .... 7 2.22 spectro electromagnético..................... ....................................... .................. 8 22.3 Ancho de banda ..................... ............................. ............... ........ . 8 22.4 Modulación .................. ..................... ......... ........... ............ ....... 9 225 Tipos de modulación ........ .............. ............ .......... .................. ................... ..... 1 2.26 Transmisión de datos digitales............ ............................ .................... .... 12 227 22 7
Multiplexación ............... ........................ ............ ............ ........... 4
23
Sistemas Sistem as de telecomunicaci telecomunicaciones ones de onda poadoa etre subestaciones .. .... 15
2.3.1 Generalidades ............. ........................ ...................... ................. ...... 15 23.2 Componentes de u sistema de comunicación or onda poradora......... 16 23.3 Métodos de acoplamiento de una señal de onda poradora ................. 21 2.4
Equipo Equip o de trasmisión Powerink y sus aplicaciones ........... .................... ......... 26
2.4.1 Aplicacón del Powerink en redes telefóicas ...... ......... ...... ........ ..... . .. . 28 2.4.2 Aplicación del PowerLink e telecontrol ............................. 29 24.3 Aplicación del Power Powerink ink en la transmisión de datos....... ......... ..... ... 29 244 Alicación del PowerLink en la teleprotección....... ............. ........ .. 3 2.5
Sistemas de protección en líneas de tansmisión .......... .. 32 .............. .....
251 Ssema de teleproeccione teleproeccioness ..... ....... .... ...... ...... .. . 33
VII
.................. .............. .......... .... 33 2.5.2 Definición de zonas de protección ............. Protección cción de distancia .... ........ ......................... ............................. ............. ........... 25.3 Prote ...... 33 Protección cción direccional de sobrecorriente de fases (67) (6 7) y de tierra (67N) ... 2.54 Prote .... . 38 di recto transferido (DDT) ..................................... ............................................ ....... 39 2.5.5 Disparo directo CAPÍTULO 111 METODOLOGÍA METODOLO GÍA PARA LA SOLUCIÓN DEL PROBLEM PROBLEMA A .... .... 41
3.1
Planteamiento Plantea miento de la solución ................. ................................ ......................... .......... 41
3.11 Alternativas de solución al problema problema .............. ........................ ............... ..... 41 3.1.2 Solución al problema de telecomunic telecomunicaciones aciones......................... ............................. .... 42 313 Seicio de teleprotección teleprotección ........................... ..................................... ................. ....... 43 3.2
Dimensionamiento de equipamiento y hardware......... ...................... ................. .... 43
3.21 Equipos instalados en la SE Chilc REP ............... .............................. ............... 44 44 3.2.2 Equipos instalados en la SE Desiero .............. .................. ...................... ................... . 44 323 Equipos instalados en la SE Independencia ................................. ................................. 45 3.3
Descripción Descrip ción de los enlace enlacess de datos ............ .................................. ....................... . 45
331 Enlace de datos Chica Chica REP REP - Desiero ............... .......................... ................. ...... 45 3.32 Enlace de datos Desiero ndependencia ........ ................. ................ ....... 45 3.4
Descripción de los enlaces e nlaces de teleprotec teleprotección ción ................ .................... .... 49
341 Equipos de teeprotecci teeprotección ón en la SE Chilca REP .......... ................... ............... ...... 49 342 Equipo Equiposs de teleprotección en la SE Desieo ............................. 50 343 Equipos de teleprotección en la SE Independencia ................. 50 35
Descripción de equipamiento y hardware ....... ........................... ............................ ........ 50
3.51 Equipo de telecomunicaciones telecomunicaciones Powerínk ............. .......................... ............. 52 352 Equipo de teleprotec teleproteción ión iSWT3000 ...... ............... ................ ....... 52 3.53 Módulos del Powerink ..................... .......................... ................. ............... ... 52 3.6
Instalación y montaje de equipos del sistema de onda portadora implement implementado ado 58
3.61 Actividades en el montae de equipos del sistema implement implementado ado ... ...... ... 58 3.62 Personal para el montaje de equipos del sistema implementado ........... 8 36.3 Equipamiento y maquinaria para montaje de equipos .......................... .......................... 58 3
Puesta Pues ta en seicio del d el sistema si stema de onda poradora ......... ................... .................. ........ 58
31 Personal para la puesta en servicio ........ ....................... ............... 59 37.2 Equipos para la puesta en servicio ............................ ............................ 59 3.3 Pruebas para la puesta en servicio .................. .... 59 ...................... ........ 38
Pruebas de puesta en servicio del sistema de protección ..................... ..................... 60
38.1 Pruebas Eremo Extremo .......... 60 .................... .............. ....
VII
CAPÍTULO IV PRESENTCIÓN N DE RESULTADOS RESULT ADOS ......... .......... ......... ........ 61 AN ÁLISS Y PRESENTCIÓ
4.1 4 42 42 42 422 43 431 44
Análisis de enla enlaces ces de ond onda a poradora y elacón señal/rudo . . 61 Enlace Chlca REP - Deseto ... ..... ....... ..... 63 Enlace Desero ndepende ndependenca nca . ... .. 65 Análiss del ss sstem tema a de teleprotección mplement mplementado ado ..... ...... . 67 Estándares aplcados ... ..... .. 67 Característcas de sstema de teeproteccón mpementado mpementado .. 67 Costo referencal en la mpementación del sistema de onda o nda potadora .. 68 Comparacón de costos del sstema implementado implementado con otros siste sistemas mas 70 Cronograma de monte y puesta en secio del sstema de onda poadora poadora 7
CONCUSONS .......................... 73
D EL SSTEMA DE ONDA PORTADORA PORTA DORA 76 ANEXO A PRUEBAS SAT REFERNCAL DEL .. . 78 AEO B PROCEDMENTO PRUBAS EXTREMO A EXTREMO . ANEXO COSTO REFERENCAL SSTEMA MCROONDAS ... 84
R FEENCAL SSTEMA FBRA OPTCA OPT CA .. .. 85 ANXO D COSTO RFEENCAL ANEXO E UNDAD DE SNTONA AKE 100 .... .... 86
.... . 87 ANEXO F DATOS TECNCOS DE EQUPOS ... NEXO G GLOSAR GLOSARO O DE TÉRMNOS . .. . 89
SSTEMA GENERL DE TELECOMUNCACONES TELECOMUNCACONES 90 ANEXO H PLANO DEL SSTEMA BIBLOGRAFÍA .................................. 92
INTRODUCCIÓN
Las subestaciones eléctricas necesitan contar con un enlace de telecomunicaciones entre ellas, de alta confiabilidad, capaz de transmitir y recibir señales de los sistemas SCADA de telefonía privada y teleprotección. Para el caso de estudio, existía la necesidad de que la nueva SE Desieto 220 kV, a situarse entre las SSEE Chilca REP e Independencia, cuente con un sistema de teleprotecciones,
Para
lograr
ello,
es necesario mplementar
un sisema de
telecomunicaciones que se integre a los sistemas de telecomunicaciones existentes La solución a as telecomunicaciones fue usando la tecnología de onda poradora la cual sirve de plataforma para instalar los sistemas de teleprotecciones en la SE Desieto 220 kV con las subestaciones adyacentes La solución a implementar debía ser por onda portadora para que sea compatible con el sistema existente (enlace Chilca REP - Independencia). Por ello es que a la SE Desieto, colocada entre las subestaciones Chilca REP e ndependencia, se le habilitó un sistema de teleprotección activo, que permitiera realizar un disparo automático en os dos extremos de la línea de transmisión que presente una falla la cual debe ser despada dentro del tiempo permitido El sistema de teleprotecciones por onda potadora debía cumplir con los estándaes internacionales EC, ANS IEEE. El sistema de Onda Poadora consiste de una trampa de onda, un transformador de tensión capacitivo, un equipo de sintonización y terminales Tx/Rx que manejan la información recibida (telefona, datos, teleproteción, etc), que para el caso de estudio el más importante es el servicio de telepotección La solución se implementa con el equipo Powerink de Siemens, un equipo que cumple con los estándares mencionados y permite las comunicaciones de redes telefónicas, el telecontrol la transmisión de datos y la telepotección La teleprotección se implementa adicionalmente con el iSWT3000, integrado al equipo de onda potadora Powerink, que en sí es la intefaz entre el equipo de Transmisión/Recepción y el relé de protección El informe está organizado en cuaro capítulos principales: Capítulo I Planeamiento de ingeniería del poblema. En este capítulo se efecúa el planteamiento de ingeniería del problema, se describe el problema y se precisa el obetvo del trabao se evala el problema y se establecen los alcances del informe paa
2
finalmente presentar una síntesis del informe. - Captulo II Marco teórico conceptual- Donde se exponen las bases teóricas conceptuales más impoantes para la comprensión del sistema descito en el presente informe Capítulo 111 Metodología para la solución del problema.- escribe la solución implementada para el caso de estudio Este desarrolla los siguiente tems: planteamiento de la solución, dimensionamiento de equipamiento
y
hardware descripción de los
enlaces de datos enlaces de teleprotección descripción de equipamiento y hardware Captulo IV Anlisis
y
presentación de resultados- El cual consta de Anlisis del enlace
de telecomunicaciones por onda poadora la determinación de la relación señal/ruido Análisis del sistema de teleprotección implementado la puesta en sevicio de los sistemas costo reerencial en la implementación del sistema de onda poradora la comparación de precios con otros sistemas seicio del sistema de onda portadora
y
el cronograma de monte
y
puesta en
CAPÍTULO 1 PANTEAMIENTO DE NGENIERÍA DE PROBLEMA
En este capítulo se reaiza el panteamiento de ngeniería de problema, para elo primeramente se descrbe el probema se evaúa e probema
y
y
uego se expone e objetivo del trabajo también
se precsan os alcances de nforme para finalmente presentar
una síntesis de diseño presentado.
. Descripción del problema La nueva subestaión Deserto en 220 kV a situarse entre as SSEE Chca REP e Independencia necesta contar con un sistema de teecomunicacones que e sira como pataorma para la instaación de un sistema de teleprotecciones e cual permtirá reaizar un disparo automátco de os relés de protección en los dos extremos de la línea de transmisón que presente una aa, la cua debe ser despejada dentro de tiempo permtido E sistema de teecomunicaciones a mpementar debe ser compatble con el sstema eistente (enlace Chlca REP - Independenca) Además el sistema debe ser confable y actibe técnica y económicamente tanto en e costo de nstaación montaje e ingeniería
.2 Objetivos del trabajo E presente informe tiene por obetivo describir el sstema de onda poradora como soución implementada en el caso de estudio mediante la cual permitirá que a SE Desiero en 220 kV cuente con un sistema de teeproteccones para e despee de faas de las líneas de transmisión 2091
y
2208 ambas en 220 kV
3 Evaluación del problema El 20 de Julio de año 2007 la compañía minera Mip inauguró a operación de su cuara Unidad Operativa: Cerro Lndo y para cubrr a demanda de energía elctrica; Mip construyo a SE Desiero que toma 220 kV de Sistema Interconectado Naciona y la transforma a 60 kV y 229 kV para su uso industra La SE esieto está ubicada a 175 klómetros al sureste de Lma en a Provncia de hincha departamento de a (Fgura 1) Esta nueva subestación de propiedad de Mipo se ubica entre as subestacones Chica REP e Independenca ambos en 220 kV de nive de tensón
4
Figura 1.1 Ubicacón de las subestacones Chilca REP, Desieo e ndependenci
El sstema de telecomuncaciones por onda poadora srve como nraestructura de sopre par la mejor peración de los sstemas que cen posble ntegr la SE Deseo 220 kV al Sstema Interconectado Ncina (Fiura 1.2); y además sirve para transmitir la informacón de sistem de teleprotección, del sistema de SADA y del sstema de telenía privada a las subestcones adacentes cuso
/ L-29:
IJl�
KPA CHILCA
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L-2091
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Figura 12 Detale del Sstema nterconeado Naciona de la zona Fuente: COES
5
El sistema de teleprotección, deberá contar con un canal de datos dedicado paa la actuación de los relés al presentarse una falla; deberá suspenderse el seicio de voz en su ancho de banda solo en el instante en que el servicio de teleprotecciones se pesente una vez teminado con la orden respectiva se restablece el seicio de vo se mantienen inalterables los seicios de datos y telecontrol 1.4 Alcance de trabajo
En el presente infore se describe el sistea de onda poadora y su aplicación en las teleprotecciones por ende no se profundiza en las otras aplicaciones (tansmisión de datos telecontrol y telefonía). Por otro lado debido a que el sistema de teleproteción por onda poradora tiene coo respaldo el enlace de microondas el infrme compleenta la información relacionada a equipos de los sisteas de telecomunicaciones por microondas El presente infore no está enfocado en el diseño por ende no incluye cálcuos la ingeniería fue realizada por una empresa exerna a la ejecución del proyeo 15 Síntesis de tabajo
Para el desarrollo conceptual se describe previamente los siguientes aspectos: Antecedentes históricos de las counicaciones por onda potadora. Aspectos generales de los sisteas de counicaciones - Sisteas de telecounicaciones de onda poradora entre subestaciones. Equipo de transmisión Powerink y sus aplicaciones Sisteas de prteción en líneas de transmisión. Posteriorente se descrie la impleentacón consistiendo de los siguentes aspeos Planteamiento de la solucón Diensionaiento de equipaiento y hardware Descripción de los enlaces de datos Descripción de los enaces de teleprotección Descrpción de equipaiento y hardware. Instalación y monte de equipos del sistema de onda poradora ipleentado Puesta en seicio del sistema de onda poadora Pruebas de puesta en servicio del sistea de protección Finalente se concluye desarrollando los siguientes tes nálisis de enlaces de onda poradora y relación seal/ruido. Análisis del sistema de teleproteción ipleentado. Costo referencial en la ipleentación del sistea de onda poradora Cronograma de ontje y puesta en seicio de sistea de onda poadora.
CAPÍTULO MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL
En este capítulo se exponen las baes teóricas conceptuales más imporantes para la comprensión del istema descrito en el presente informe.
2.1 Antecedentes históricos de las comunicaciones por onda poadora En us inicios la utilización de lo itema de onda poadora se limitaba al control y a la transmisión de dato a baja velocidad de la lectura de lo medidores de energa eléctrica, sin embargo debido a su crecimiento paulatino las propias empresas eléctricas empezaron a utilizar sus propias redes eléctrica para la transmisión de datos para su uo interno. La Tabla 2.1 presenta el dearrollo tecnológico de este sistema. [1]
Tabla 21 Cronologa de los itema de onda potadora Años
Características del desarrollo tecnológico
1920
Nace la idea de ealizar a comunicacón a travé de la red elérica - Aparecen dos patentes relacionadas con las comunicaciones por Onda Poadora conocida como Powerline. Entró en funcionamiento el primer istema de frecuencia poradora (CFS) en las lneas de alta tensión rango de frecuencias (15 hata 500kHz), - Mantiene la operatividad de las redes de suministro de potencia. - En redes de alta tensión se llegaron a distancias de hasta los 500 Km usando 1 W de energa. Serva para comunicaciones tales como mediciones remotas y tareas de control. Uo en aplicaciones internas se ha utilizado para la automatización de: luces temeratura seuridad otros. Los sistemas de frecuencia poradora (CS) operaban tanto para el nivel de media tensión como para el nivel de baa tensión mediante la eñalización de ondas en la poradora (RCS) Empezó la transmisión de dato entre los rangos de frecuencia de (125 Hz y 3 KHz) Limitado ancho de banda de unos pocos bit por segundo equipos de implementación escasos. En Canadá e Inglaterra e presentó al mercado una tecnologa que poda conseguir que Internet fuera accesible desde la red eléctrica: naciendo el istema de Onda Potadora comercial El uso de la red de baa tenión (BT) para proveer acceso a Internet de banda ancha nació como una alternativa para problema que preentaba ADS el cable modem o el acceo inalámbrico. En la actualidad las comuncaciones por Onda Poadora se ha desarrollado con aplicacione de Internet para vivienda de hasta 100Mbit/s
1922
1930
1997
1998
7
Actualmente los sistemas de ondas portadora en lneas de alta tensión han tenido grandes desarrollos con aplicaciones de alta coniabilidad en voz, datos video y telerotecciones; además existen nuevos diseños con los últimos estándares de tecnología estos sistemas tal como Poweink de SIEMENS, proveen los más altos estándares de comunicacin para proteccin de sistemas eléctricos pueden ser ntegados fáclmente a otras tecnologas de comunicación taes como fibra óptca y conexin a satélites o microondas. 2.2 Aspectos generales de los sistemas de comunicaciones
Un sistema de comunicaciones es el conjunto de dispositivos que consttuyen el eslabón de información entre la fuente y el destino Un sisema eléctrico de comunicación es aquel que realia esta funcin prncipalmente aunque no exclusivamente con dispositivos y fenómenos eléctricos l propósito primordial que se persigue en el diseño de un sistema de comunicación es lograr que el sistema entregue en el punto de destino los mensajes en tal forma que difieran lo menos posible de los mensaes que originalmente se transmiten, cualesquiera que éstos sean [2] Los sistemas de comunicaciones tiene como esencia la transmisión la recepcin y el procesamiento de información usando circuitos eléctricos, esta información puede ser de forma analógica (vo humana, imágenes de vdeo, música) o de forma digital (gráicos, códigos, informacin de base de datos) Toda inormación debe ser convertida en energa electromagnética antes de que pueda propagarse por un sistema de comunicaciones Los conceptos relacionados con los sistemas de comunicaciones y que son desarrollados en la pesente seccón son: elementos de un sistema de comunicaciones espectro eectromagnético ancho de banda moduación ipos de modulación, transmisión de datos digitales, multiplexación 221 Elementos de un sistema de comunicaciones
Existes tres elementos básicos para todo sistema de comunicación transmisor canal y receptor, como se indica en la figura 21
Sistema de comuncaón �------
1 " Señal 1 _mensaj e e 1 F
1
1
Es m a ó n de . lamensaj Sea ee TraSeñ� nsmta eal Recbda
r
Rr
l - - - - - - - - - - - - - - _1
Figura 21 Elementos de un sistema de comunicación
8
El transmisor se localiza en un punto en el espacio, el receptor se ubica en algún otro punto separado del transmisor
y
el canal es el medio sico que los conecta. El propósito
del transmisor es converir la señal de mensaje producida por la uente de inormación en una forma aecuada para la transmisn por el canal Sin embargo como la señal transmitida se propaga a lo largo del canal se distorsiona debido a las imperecciones de este último Aún más con el resultado de que la señal recibida es una versión corrompida de la señal transmitida El receptor tiene la tarea de actuar sobre la señal recibida de manera que reconstruya par el usuario en una orma reconocible de la señal de mensae original [3] 2.22 Espectro electromagnético
El propósito de un sistema de comunicaciones es comunicar inormacin entre dos o ms ubicaciones (normalmente llamadas estaciones) Esto se logra transormando la inormacin de la uente original a energía electromagnética luego transmitiendo la energa a uno o ms destinos en donde de nuevo adquiere su orma orginal Esta energía puede propagarse en varios modos; por eemplo en orma de voltae corriente ondas de radio por espacio libre o como ondas de luz por bra ptica Est energía est distribuida a través de un rango de recuencias casi ininito Las designaciones de banda según el Comité Consultivo internacional de radio (CCIR) se muestran en la Tabla 21 Tabla 21 Bandas de recuencia del espectro electromagnético Banda
2 3 4
8 0 2 3 4 5 6 7 8 9
Intealo de frecuencias
30 Hz-300 Hz 0.3 kHz-3 kHz 3 kHz-30 KHz 30 kHz-300 kHz 03 MHz 3 MHz 3 MHz30 MHz 30 MHz-300 MHz 03 GHz-3 GHz 3 GHz-30 GHz 30 GHz300 GHz 03 THz-3 THz 3 THz-30 THz 30 THz-300 THz 0.3 PHz-3 PHz 3 PHz30 PHz 30 PHz-300 PHz 03 EHz-3 EHz 3 EHz30 EHz
Designación
ELF Frecuencias extremadamente baas VF Frecuencias de voz VLF recuencias mu baas) L (Baas recuencias) MF Frecuencias intermedias HF recuencias altas VHF Frecuencias mu altas UH (recuencias ultra altas) SHF recuencias ultra altas EHF Frecuencias extremadamente altas Luz inraroa Luz inrarroa Luz inrarroa Luz visible Luz ultravioleta Raos X Raos amma Raos cósmicos
223 Ancho de banda
El ancho de banda de una señal de inormacin no es ms que la dierencia entre las
9
frecuencias máxma y mínma contenidas en la informacón, y el ancho de banda de un canal de comuncacones es la diferenca entra las frecuencas máxmas y mnimas que pueden pasar por el canal (es decir son bandas de paso). El ancho de banda de un cana de comunicacones debe ser suficientemente grande (ancho) para pasar todas las frecuencas impotantes de la informacón En otras paabras el ancho de banda de cana de cmuncaciones debe ser ual o mayor que le ancho de banda de la nfrmacón [3] 2.24 Modulación
Es el proceso de cambiar una o más propiedades de la poradora (ampltud frecuencia o fase) en proporcón cn la seña de nformacón. Las señaes de información no pueden ser envadas drecamente hacia el canal de comuncacón (cable fbra óptca, atmosfera terrestre) cas sempre es necesario moduar a nformacón de la fuente con una señal analógca de mayor frecuenca lamada poadora Esta seña es la que se encarga de transporar la información a través de sistema La señal de informacón modua a la potadora cambiando su amplitud su frecuenca o su fase (Fgura 22) Las dos razones más mpoantes por la que se hace necesara a modulacón son: - Es sumamente difcl rradiar señales de ba frecuenca en forma de energa electromagnétca con una antena Ocasionalmente, las señales de informacón ocupan la msma banda de frecuencas y s se transmten a msmo tempo las señales de dos o más fuentes inteferirán entre si Por ejempo cada estación de rado en FM convee a su nformacón a una banda o cana de frecuenca distinto Trnsmsor S mdudr
Rcp to
dudor
t
scildr d pdr
Cn �
.
e mpcdr Dmdudor + demdud
scidr locl
agrama de bloques de un esquema de comuncacones La modulacón se hace en un transmisor medante un circuito amad modulador Una poadora sobre la que ha actuado una señal de nformación se lama onda modulada o seña moduada La demoduación es e proceso inverso a la moduacón y reconviere a la poradora moduada en la nformacón oriinal (es decir quta a nfomacón de a poadora). La demduacón se hace en un receptor, con un crcuto llamado demodulador 3 Figura 22
10
El proceso de conveir una frecuena, o banda de frecuenas y pasara a otro ugar e el espectro total de freuencias se llama traslaió de frecuencia. 2.25 Tipos de modulacón
Existen báscamete dos tpos de moduacó: a moduacón aaógia que se reaiza a pair de señaes aalógias de informaió; por eempo a voz huana audio y video e su forma elética y a moduacó digtal que se leva a abo a patir de señaes geeradas por fuetes digtaes por ejempo una computadora. - Modulacó Aalógca AM FM PM. Modulaión Dgital ASK FSK PSK QAM. S a seña de informaón es aalógca y a amptud (V) de a potadora es proporcoa a ea se produce la moduaión de amptud (AM Si se varía la freuecia f en forma poporiona a a señal de información se produce la moduaón de freuenia (FM) por útimo s se varía la fase (0 en proporó con la seña de iformacón se produce la modulaión de fase PM). [3] S a señal de formaió es digital y la amptud (V) de a potador se varía proporcionalmente a a seña de iformación se poduce una seña moduada dgitamete amada moduació por conmutaión de ampiud (ASK de amplilude shi keying) Si la frecueca f vara en forma proporconal a a señal de nformaón se produe a modulació por onmutaón de frecuea (FSK de frequecy sh keyg) y s la fase 0) varia de manera proporcona a la seña de nformación se produe la moduacón por onmutación de fase (PSK. de phase shi keying) Si se varían al msmo tempo a ampitud y la fase e proporcó o a seña de informaó resulta a moduación de ampiud en cuadratura (QAM de quadrature ampitude modulatio. Se puede represetar una señal poradora de ata freueia a través de una oda seoida de voltae variable en e tempo omo se muestra en a euaón 2 1 v(t)=Vse 2f+0 (21) Donde v(t) = votaje variabe senodamente e el tiempo V = ampitud máxma (volts) f = amptud máxima hez) 0 = despazamento de fase (radiaes) En este informe se utilizan a moduaión por ampud AM y e sistema de Banda Lateral Úica y es desarrolado a onnuación. a Modulacón por ampltud (AM)
E un sistema de trasmsión es imprescindibe a exstenca de un equpo tasmsor un ana de comunacón y un dspositvo reeptor. as araterístas de
11
transmsor y del receptor deben ajustarse a las característcas del canal. Uno de los métodos empleados en a búsqueda de estos austes es la lamada amplitud modulada (AM), que consste en varar la ampltud de a onda. Cuando una seña de ba frecuenca BF) controla la ampltud de una onda de alta frecuenca (RF) se tene una modulacón por ampltud En la transmsón exsten dos procesos fundamentales. E prmero mprmr la Informacón de BF en la Portadora (F) proceso al que se denomna modulacón E segundo es el proceso decodfcador es decr la recuperacón de la nformacón procedmento que denomnamos Demoduacón o Deteccón La modulacón de una señal se vsualzar gráfcamente en la Fgura 23
(vm) Seal odudr
Sin muló:
Y tJ Od d /_. pdora f
_
cn ió
Figura 2.3 Modulacón por ampltud de la onda potadora
Donde se tene: para a seña poadora (22) para a seña moduladora 2.3) para la onda modulada (4) vt)=VsenTt
2.2)
23 t)=V sen20 (t) 2 n a gura 24 se muestra el espectro de frecuencas para una onda de AM Donde m
am
12
este espectro se etende desde f - fm(max) haa f+ fmmax), i f frecuenc de l podor fm(max) l frecuenc á de señl oduldor.[3] Jl
Apltud Podor Bnd Lterl nferor
Bnd Lterl superor
Frecuencias del lado · Frecuencs de do Superior nferor " � Frecuenc f fmax f fmax f Figur 2.4 Espectro de frecuencs de un ond AM b Sistema de banda laterl única con podora suprimida Este tipo de modulación es de alta mportancia en la transmsión de datos en e
sste de ond podor en línes de t tensón Los sstes convenconles de dobe bnd lterl en AM tenen vrs desventjs nerentes debdo que dos tercos de l potenc trnstd se encuentr en pordor por o que no y nforcón en l podor sno que nfrcón v por s bnds terles coo tnto bnd lter superor coo l bnd lter nferor trnspon l s nforcón esto se vuelve un redundnc En consecuenc l oducón por pltud AM convenconl es necente tnto en potenc coo en el nco de bnd que son dos de s consdercones ás pontes dseñr un sste de counccón electrónc En sstes de onds portdor se utlz oducón por ptud AM de bnd lterl únc con portdor suprd donde portdor se supre totlente se qut un de ls bnds terles Por lo tnto est oducón con pordor suprd requere de l td de nco de bnd que l AM convencon de dobe bnd lter consderbleente enos potenc trnstd. Esto corresponderí zon sobred de l Fgur 24 226 Transmisión de dtos digitles
L trnssón de dtos bnros se puede ler cbo en odo preo o en odo sere a Trnsmisión paralela
L counccón prle trnste todos los bts de un dto de ner sutáne es decr pueden envr n bts l so tepo en ugr de uno soo E ecnso es conceptulente senclo usr n os pr n bts Fgur 2.5 [4 Tene ventj de l velocdd de trnssón pero desvent de utzr grn
13
cantidad de leas y se atenúa a grandes distancias po la capacitancia entre conductoes. Se usa básicamente paa transmisiones en distancia ·s muy coas el cabeado Se limita habituamente a distancias coas
Los ocho bits se envían en conjunto _j, I
\
Tansmisor
Receptor
Necesamos ocho líneas Figura 2.5 Transmisión paaea de datos b Transmisión serie
En st so los datos son tansfdos bit a bit utzando un nico nal Pusto qu la comunicacón dentro de os dispositivos es paaela es necesao usa dispositivos de convesión en a intea nte el emiso y la lnea (Figua 26) [4]
is r r
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Transmiso
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o l l o o o l o
Reepto
. Crid ps
Crid _: psri Figura 26 Tansmsión seie de datos
La tansmisón serie puede llevarse de dos maneas - Tiansmsón asíncna
- Tansmisión síncona: b1 Transmisión asncrona
Se denomna as debido a que a temporiación de la señal no es impoante En ugar de ella, a inormación se recibe y taduce siguiendo patones acodados. Se enviará un bit de nicio ceo) a inico y uno o más bits de paada unos) a ina de cada byte Dento de cada byte el recptor si dbe esta sinconiado igura 27) La adición de bits de incio y parada y de os intervalos de inseción hace que la
14
transmisión sea más lenta. Será mpoante en conexiones de baja velocidad; po eemplo de un Terminal a un computador Drn u i
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Figura 2.7 ransmisión asíncrona de datos b2 Tansmisión síncona n este so se enva un bit detás de otro sn bits de inicio/parada o intervalos (Fgura 28) s responsabldad del receptor agrupar bits Si el emisor desea enviar datos en ráfagas separadas deben relenarse como una secuenca de ceros y unos que ndican vaco Dccn lu Transmisó
l O 001
1111111
Figura 28 ransmisión sncrona de datos 227 Mutipexación La mutiplexación es el conjunto de técnicas que ermiten la transmisión smultánea de mútples señales a través de un único enace de datos sta tcnica se apica cuando el ancho de banda de un medio que enaza dos dispostivos es menor que e anc de banda que necesitan los ispostivos [5]
1 c n c n nd
MUX
Figura 29 squema de multiplexo n la fgura 29 se tene n lneas de entrada, envan sus fujos de transmisión a un
15
multiplexor (MUX), que los combina en un único flujo En el eremo receptor el flujo se introduce en un demultiplexor (DMUX) que separa el flujo en sus transmisiones componentes y los dirige a sus correspondientes líneas. á L ó vó (TDM) y la multiplexacin por diisin de frecuencia (FDM) En el caso de DM a cada canal a transmitir se le asigna un momento de transmisin por un determinado tiempo En el caso FDM los canales se transmiten en el mismo momento (simultneamente) esto es posible cuando el ancho de banda útil del medio de transmisin supera el ancho de banda requerido por las señales a transmitir Se pueden transmitir arias señales simultneamente si cada una de ellas se modula con una frecuencia poadora diferente y as frecuencias poradoras estn suficientemente separadas para que los anchos de banda de las señales no se solapen de forma impoante Cada señal modulada precisa un cierto ancho de banda centrado alrededor de su frecuencia poadora y conocido como canal Para eitar inteferencias os canales se separan mediante bandas guardas o de seguridad las cuales son zonas no utilizadas del espectro 2.3 Sistemas de telecomunicaciones de onda podora entre subestaciones
os sistemas de telecomuniaciones ms usados entre subestaciones son las siguientes: - Sistema de Onda Portadora Sistema de Micro Ondas Sistema de Fibra Óptica En cada uno de os sistemas existen entajas y desentajas si se desea realizar una eficiente proteccin de la línea de transmisin se debe tomar en cuenta una ealuacin técnicoeconmica para ada sistema y escoger el que ms conenga para cada caso paticular Dado que este informe est limitado a Sistemas de Onda Poradoras por ende soo se desarrolla los aspectos relacionados a esta tecnología Esta seccin se desarrollan los siguientes aspectos Generalidades omponentes de un sistema de comunicacin por onda poradora y métodos de acoplamiento de una señal de onda potadora 231 Generaidades
El sistema de onda poradora es un sistema de telecomuniacin que utiliza las líneas potencia como medio de transmisin El rango de frecuencias que utiliza normalmente a de 40 a 500 kHz y el ancho de banda para cada comunicacin es de 4 kHz [6] a comunicacin se realiza por medio del enío de una onda poadora de alta tensin PC (Power ne Carrier) a informacin en radiofrecuencia modulada en el primer
16
exremo de la lnea, se recupera en el segundo extremo utilzando los amplficadores y circutos demoduladores correspondentes. Las ondas de radofreuenc que llegan a los equpos de telecomunicacones son las que se analzan y generan dsparo en los nterruptores en caso de ocurrir una falla Esto lo hace a través los equpos de teleprotección y los relés de protección Actualmente en el sistema nterconectado naconal e Perú para la prtección de as lneas de transmisón de 500 kV se está utizando ibra óptca como medo de telecomuncacón prncipal y sistema de onda poadora o sstema de mcroondas como espaldo n lneas en 220 kV en dvesos proyectos ejecutados se utlza sistema de onda poadora como medio de telecomuncacón prncipal y mcroondas como respaldo Para líneas menores de 60 kV se utlzan cualquiera de los tres sstemas (mcroondas fibra óptca PLC) dependendo de la evaluación técnico-económica
2.32 Componentes de un sistema de comunicación por onda poadora Los componentes de un sistema PLC está conformado por los sguientes componentes (Figura 21 O): - Trampa e onda - Undad de sntonía (Caa de Acoplamiento) Condensador de Acoplamento (Transformador de tensón capactvo) - Terminal PLC Transpore de energía eéctrca
Trampa Suesac,on de onda
Lnea de Alto voltae
Trampa Subestació de onda Capacitr de acople o CVT
Capactr de acople o CVT Z,
Dspostvo de ntona
Dispositivo de ntonía
Termna PLC
Transmisón de Voz datos y señales de proteccón
Figura 210 Componentes de istema de nda Poradora a Trampa de onda La trampa de onda o bobinas de bloqueo tienen la fnaldad de confnar la seña de onda poadora en el interior de la lnea de transmsión mpidiendo que la señal de teleproteccón legue a los equpamientos de la subestacón on nstaladas en los
17
extremos de la lnea a ser protegida, presentan una baja impedancia para la frecuencia industrial y una alta impedancia para la frecuencia de la onda poadora. La bobina de bloqueo es conectada en serie con la línea de transmisión a Figura 211 muesra una bobina de bloueo instalada en forma veical con conexión con cable ACCC desde la lnea de AT al transformador de tensión capacitivo y al pararrayos antes de llegar al pórtico de llegada a la subestación
AC 500 mm
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Línea en 220kV
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Figura 2 Instalación de trampa de onda tipo suspensión Otra imporante función de la trampa de onda es insensibilizar la señal de la P: f h b . � ' · . b • . - �.. .. ' . , ó " . independiente de las condiciones de conmutación ue modifican las configuraciones operativas del sistema El arreglo básico de una bobina de bloueo es constituido por un circuito LC paralelo ue presenta una alta impedancia a a señal de la poradora y una mnima impedancia a la frecuencia de 60 Hz aa una frecuencia determinada las reactancias inductiva y capacitiva son iguales (X=X) en este caso se dice ue el circuito está en resonancia o "sintonizado en esta frecuencia lamada frecuencia resonante W0). Lo descrito anteriormente se puede apreciar en la Figura 212
18
Ancho de onda potadora
Figura 2.12 Cua característca de fltro LC paralelo
Donde: W0
=
.1 / L
b Undad de sntonía
La undad de Sntonía, o ca de sntonía, tene por fnaldad evtar ntererencas y rudos, además de proteger al termnal de onda poadora de las sobretensiones y sobrecorrentes provenentes de alta tensón. Tambén tene como funcón permt la realzacón de acoplamento de mpedanca entre el termnal onda poadora la línea de alta tensón, resultando as en una mejor efcenca en a transmsón de la señal Los equpamentos ternaes de ondas potadoras son fabcados de forma que entre las termnales de salda o de entrada, a la línea de transmsón (LT), presenten una mpedanca de 50 o de 75 Por eso exste la necesdad de acoplar la mpedanca con la LT a través del sntonzador de línea (undad de sntonía) para líneas de transmsón de 500 kV y 230 kV 250 O y 400 O respectvamente La combnacón de la undad de acoplamento con el capactr de acoplamento sumnstra un camno de baja mpedanca para la seal de la poadora por la formacón de un crcuto sere LC, sntonzado en la frecuenca de la poadora El nductor de la caja de sntona se ajusta de tal foma que su reaanca nductva (XL) es gual a la eactanca capactva (Xc), obtenendo la frecuenca central del anco de la potadora pasante Ve fgura 213
Fgura 213 Cua caraerstca de fltro LC sere
19
c. Transformador de tensión capacitivo - CVT
Este tipo de transformador de tensión esá formado por unidades de cndensadores en serie, también se le conoce como condensador de acoplamiento. Presenta una baa impedancia a la fecuencia de la poadora y bloquea la corriente a la frecuencia de 60Hz freciéndole una ruta de alta impedancia es usado como pare del circuit de sintonía en ojto o ! dd d Aomto tdo do dtmt ! d transmisión evitando influencias de la frecuencia de la red de energa en los equipos de nda poradora Valores aractersticos de la capacitancia nominal del CVT se encuentran entre 1000 pF y 50000 pF [] Debido a la necesidad de nectar la salida de un sintonizador a un punto de baa tensión del CV puede usarse un dispositivo que proporione una ruta de alta impedancia dirgida a terra para la señal potadora y una baa mpedancia para el camino de la corriente a 60Hz Este dispsitiv es un inductr
y
se llama bobina de descarga. El
condensador de acoplamiento y bobina de descarga se muestra en la Figura 214
Ls
1- I l Cndeaor Acpl mi t J
u ee pe BbDj e
-··1 Dp v cc
Figura 214 Combinación de condensador de acopamiento
La bobina de bloqueo (circuit C en paralelo)
y
y
bobina de drenae
el CVT (transformador de tensión
capacitivo) untamente con la unidad de Sintona (circuito C en serie) están sintonizados en la banda que se desea transmitir la onda poradoa en la lnea de alta tensión. El CVT también tene con función suministrar la alimentación para la fuente de tensión de los sistemas auxiliares de la subestación (125Vcc/250Vcc) paa operar relés de protección lámparas indcadoras de alarmas etc d Cable coaxial
El cable caxial fue cread en la década de ls 30
y
es utlizado para transpar
20
señales eléctricas de alta frecuencia. Posee dos conductores concéntricos, uno central llamado vivo, encargado de llevar la inomación y uno exerior, de aspeo tubular llamado malla o blindaje que sive como reerencia de tierra
y
retorno de las correntes
Entre ambos se encuentra una capa aislate llamada dielérico de cuyas caracerístcas dependeá principalmente la calidad del cable Todo el conunto suele estar protegido por una cubiea ailante. Ver Fgura 215 Maa de cbre Alm o
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Figura 2.15 Cable coaxial
El cable coaxial es usado paa conectar los equipamentos de onda poradora !-z ! ! ! ! etán nstaladas en el patio de la ubestación También son utiliados para realiar la interconexión entre unidades de sintonía separadas por largas dstancias, para garantar conexiones de baa mpedancia, para conseguir una baa pédida en la conexión La malla de cobre debe ser aterriada sólo en la terminal de transmisión/recepción, o en sólo una terminación de una conexón entre undades de sintonía s dcir está hecho para evitar transeencias de tensiones peligrosas durante eventos de allas e. Equipos terminales de ransmisión y recepción
Son equipos de telecomunicaciones que reciben y transmten a señal de onda poadora son montados en un Tablero en a sala de control de la subestación stos equipo se conean con las undades de sintonía que quedan localadas en el patio de la subestacón unto a los transormadores de tensión capacitvos (capacitores de acoplamiento) esta conexión se hace a través de cables coaxiales blindados stos miniman la intererencia sobre la señal de la poradora causada por ruidos electromagnéticos tales como el eecto corona presentes en el ambiente de la subestación. El sistema a ser analiado en las próximas secciones utilia un equipamiento de abricacón Siemen modelo Powerink para la transmisión de señales de Teleprotección en conunto con señales de vo y datos. El equipamiento Powerink suministra un cana bidirecional transmisión/recepción) de datos de teleprotección, con modulación en ampltud utliando la tcnca la modulación de amplitud AM de banda lateral única con poradora suprimida
21
2.33 Métodos de acoplamiento de una señal de onda poadora
En el diseño de un sistema de comunicaciones PLC adquiere gran impoancia as tecnoogías de acopamiento en las íneas de media y ata tensón. Estos esquemas tienen a función de optimiza: La adaptación de impedancias entre as íneas de ata tensión
y
os equipos de
comncaciones 2 E ancho de banda disponible Se tienen os siguientes esquemas de acopamiento en su oren de uso genera,
y
que son expcados a continuacón. - FaseTiea Fase Fase ntercrcuito iásicos a Acoplamiento fase-tierra
En ese aego os equipamientos terminaes son conectadas ente una ase de a ínea de tansmisión y a tiera de a subestación confome o muestra a Figura 2.6 [7] Tramp de Onda
Capcito oplm
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1
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Unida e sito 1
Figura 216 Acopamento fase a tiea
La trayeoria de etorno paa e poado está sobe os dos otros cabes de a E conensado se debe conecta sempre con a ínea de a ase de centro puesto que las pérdidas serán menoes. La desventaja pincipa se pesenta a ocurir una aa en a ase
22
utlzad producedo ua reduccó cosderble e vel de la señal La expereca ha demostrado que usr l fase exteror e u líe de trasmsó par el acoplameto fase terr troduce veles ateuacó más ata y ét se debe i n n b. Acoplamiento fase - fase
E este tpo de copldor, el trasmsor-receptor está coectado etre cada fase y fucoa eseclmete balcedo a terra segú l Fgura 2.17 El rrelo del coplador vee l fase a terr cudo u coocrcuto o u crcuto beto ocurre e u de ls fases del coplador y prevee así l pérdd completa de señl ateucó más baj se produce cuado el copldor se coecta a do fase adyacetes es decr fse cetral y fase exter S realzmos u arreglo etre ls dos fses eeores puede fucor totalmete equlbrado ter pero la ateucó etoces será más alta c Acoplamiento intercircuito
Cuado dos líes de trsmsó so pralelas y recorre ls msmas estrucuras de sopore o cudo o está e l msm estructur pero coe las msmas subestcoes es posble utlzr u realzr el equvlete u coplameto fase-fse o aú dos fses de cda crcuto de modo relzr el coplameto doble fse fase sedo este últmo lo que preset la mayor codcó de segurdd y el mayor coste E l gura 218 se preset u coplmeto tercrcuto dode e cda ter hy u acoplmeto fse terr [7] Co el uso del acopldor tercrcutos, el rreglo vere l fe a terr Esta e la vetja prcpal puesto que s u crcuto se ecuetr e dfcultdes actúa el otro s embargo hay u aumeto e l ateuacó para et codcó que puede llegr a 12dB d Acplamiento risic
E este tpo de acoplameto el equpameto termal es coectada l tres fases de la líe de trsmsó de acuerdo co la Fur 2.19, este acoplameto produce la má pequeñ ateucó y reduce teerecs Debdo al alto coste de mpltacó ya que ecesta de tres cojutos acoplameto sólo es utlzdo e elces crítcos o e líes eremdamete largas de tesó 750 kV Como ls tres fases o utlzdas para trsmtr la eñal exste redudc y se obtee u desempeño mejor que e las cofguracoes terores rotu o l ocurrec de u cotocrcuto e uo de los cbos coxales o ocsoará pérdd de l señal. E ese caso el sstema queda automátcmete trasformdo e acoplameto fsefase de esa form l teucó aumeta 7]
23
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Figura 2.19 Esqem del coplmento fáco
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26
2.4 Equipo de transmsón Powerlnk y sus apcacones
Los equipos del sistema Powerink permiten transmitir por onda poadora: telefonía, fax y datos video para viilancia as como señaes de teleprotección de red en un rango de frcuencas ntre 28 500 kHz a través e línea aéreas de ata tenón cable d onda poaora. Las inrmacione se transmiten en el método d bana atera únca con supsión de a poadora a cual tiene la ventaja de alcanar randes distancias para la transmisión e a información aprovechano la enera al máximo con un anco de banda mínimo El Powerink permte la transmisión tranpaente de información sobe los 768 kbits/ Aemás e sistema Powerink con inteaz itl combinao con un sistema multiplexor exerno o interno puee tranmitir mltiples canales e vo e atos también posee un canal FSK en pacida e una transmisión confable de datos SCADA (2400 bauds máxio) La Fiura 220 muestra un esquema de eicios aplicaos entre dos ubestaciones [8] Subestación
ubescón
Subesó
-{
Fgura 220 Esquema e eicios aplicaos entre ubestaciones
27
Estos seicios consisten de teléfonos digital o analógico, Unidad de Terminal Remota (UTR) computador (transmisión de datos) vigilancia por vdeo relevadr de proteccón y modem. La configuración puede ser ajustada po PC (Figura 1) sin variación en el hardware lo cual garantiza una fácil modificación en sitio en caso de que la transmisión requiera cambios debido a modificaciones en la red a igura muestra el diagrama de bloques del Powerink
Figura 2.21 Configuración vía PC del quipo Powerin
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Fgura 222 Diagrama de bloque del Powerink
Para el significado de los bloques se puede consultar el glosario de este informe (Anx G) n sistema de onda portadora brinda varios servicios incorporados entre o más imporantes: redes telefónicas telecontrol transmisón de datos teleprotección
28
2.41 Aplicación del Powerink en redes telefónicas
Para aplicaciones de redes telefónicas el sistema de onda pradra Powerink de SIEMENS permite usar un sistema telefónico analógico PABX existente .Ver Fgura 223 Además cabe indicar que el sistema Powerink combinado con el multiplexr externo PMX 3000 FR (multiplexor de técnica "Frame Relay') le permite la conexión de hasta 20 teléfnos pr subestación, la capacidad de administrcón del tráfco de dats se consigue un uso óptimo de las tasas dispnibles de transmisión; basado en que el ancho de banda dispnible es solo cpado cuando las señales de voz u otros seicis sn transmtidos el PMX 3000 FR puede seir com una pequeña ntral telefónica {PAB) logrando de esta forma el mayor benefcio económico de su equip {Figura 224
Centro de con trol
Figura 223 Red telefónica sin cmpresión de voz
20
Centro de contro
Figura 224 Red telefónica con frame relay MUX
29
2.42 Aplicación del Powerink en telecontrol
La petición pemanente de los datos de unidad Terminal Remota (UTR) con canal integrado FSK frequncy shi keying uede llegar a tasa d bits d hasta 2400 Bd o interroación secuencial de los datos d UTR vía bomba de datos datapump) con un multiplexor una tasa d its d 19.2 kit/s
Cento de Conol
UTR
Figura 225 Telecontrol por medio dl canal FSK Interado
, hasa 19.2 kbis UTR
U
Ctr Cnrol
Figua 226 Tlcontol por medio de iMUX omba de datos Datapump)
Todas las UTR asinadas a mismo rupo van a recbir la interroación secuencial dsd Cntro d Control Si una UTR local s activada, la señal RTS reuest to send) va a conmutar la línea de transmisión de datos TxD) a la UTR local 243 Aplicación del owerink en la transmisión de datos
Los multiplexores interados MU) permiten la transmisión de hasta 8 canales de datos asincrónicos por medio del multipexor estadstico interado con función de adminstración de prioridades La funcionalidad del multpexor stadstico pemite asinar a los pueos en suma una tasa de bits eneraizada maor ue la corrienté de its areados ue el multipexor puede disponr Por ejemplo: 8 x 1,2 kbts = 153,6 kbits Las señales RTS/CS controlan cada cana individual La función de admnistración asina la prioridad más alta a os pueros del 1 al 4 por emplo*192 kbts/s) menor poridad a los pueos del 5 al 8 por ejemplo 4192kbits/s) Los canales con alta prioridad serán siempre transmitidos Los canales de menor prioridad serán transmitidos seún disponbilidad de
30
a capacidad; por ejemplo si uno o más pueos entre e 1 ero. y e 4to. están en estado de reposo
,/
Voz, FA Unidad rminal Reot Datos PC
Vd de viganóa Tle protón
Figura 2.27 Esquema de transmisón de datos con e IMUX y a DP (Bomba de datos)
E Powernk debe transmtr datos sincrónicos, es decir pueda trabar sobre redes PDH y SDH. (Figura 228
X.21
X.21
Figura 228 Transmisón en PDH/SDH
E Powerink se puede utizar para a transmisón de datos entre redes ocales LN de las subestaciones a través de a mala de alta tensión (Figura 229
Router
Router
LAN
LAN
Figua 229 ransmisón en PDH/SDH
31
Si se usa Powerink en modo analógico, pueden transmitirse hasta cuatro canaes de datos convencionales con hasta 2400 baudios a través de moduación · FSK y de forma transparente (igura 2.30)
RS232 - : RS232
-i
=l
RS232 =�
RS232 �
Figura 2.30 Transmisión en SK 2.44 Aplicación del Powerink en la teleprtección
E Powerink puede sirve de cana para tres sistemas de transmisión de señaes de protección independientes (Equipo de teleprotección externo SWT3000) - Seicio Único (SP) Seicio Múltipe Simutáneo (SMP) - Seicio Múltipe Aternado (AMP) Las iguras 23 y 232 muestran a comunicación con 4 hos o Fibra Óptica
Figura 2.31 Equipo SWT3000 externo Conexión de 4 hios
Figura 2.32 Equipo SWT000 eerno Conexión de fibra óptica a. Servicio único (SP)
E sevicio únco de teeprotección consste en un cana dedicado es decir soo cumpla con esta unción (igura 233)
32
Dispar Di spar Guarda 1
1
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1
1 1 1
1 1 1
1 1
1 1 J
1
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Figura 2.33 Seco únco e telepoteccón b. Seic Seicio io múltiple simultán simultáneo eo (SMP)
El tem múltple multáneo conte en comp el cnl e telepeccón cn vz o t n obeponee un con oto, quí cnven l po e gu con l nfomcón (Fgu (Fgu 2.34 y .35) Disparo Guada �1 11 1 1
)f
Figura 234 Sec Múltple Smultáne SMP) cn cnl e voz -
DP
Dispar Guarda
1 1
1 1
1
-' f f
Figura 235 Seco Múltple Smultáne (SMP) cn omb e t c Seici Seicio o múltiple múltiple alteado alteado (AMP) (AMP)
eco mútpe ter terno no e muy m evco ev co mútpe mu mutáneo táneo cn ieenc que l eñle e oz y to pueen lten entre en un mmo tmo el ncho e bn
Figura 2.36 Seco múltple lten con cnl e v
Dispar Guara DP
1
'
"
.:l )
Figura 237 Seco múltple lteno con bomb e t 2.5 Sistemas de protección en líneas de transmisión
Lo tem e poteccone hn elucn. A tvé e lo ñ ee pto con únc funcón e poteccón hc tem complej ue mplcn el u e meno componente e hwe y olucone e fwre Eto meno tem e poteccón zn má electvo en u eteccón y unconmento menu
33
exigen un mayor esfuerzo en el análisis y en la aplicación, así como métodos avanzados· para su evaluación y prueba. 2.51 Sistema de teleprotecciones
Es el sistema de teecomunicaciones aplicado a las proteiones cuya principal aplicación es la protección de líneas de transmisión y su finalidad es conducir una o más señales del relé de una subestación al reé de la subestación del eremo remoto de una línea de transmisión La transmisión de la señal es bidireccional quiere decir que debe ser factible la transmisión smultánea de las señales de una subestación a otra Los
quipos
de
teleprotección
constituyen
las
inteaces
entre
las
Telecomunicaciones y los Relés de Protección (Figura 238) [6] / I
I
1
1
,
- , , '
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Equipo de Equpo de Medo de trasmsó trasmsó TX/RX TXRX .j S Tl Tlc cn � - Equpo de Equpo de 1 eeproteó proteó eeproteió ee ste de eepoeó '---r '-------------------------------- ----+ +--r---Equpo de Equipo de proteó poteó S P '� 1
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Figura 238 Sistema de Protecciones ent subestaciones 252 Definición de zonas de prtección r lío� �5miA nCi nn o f• f • 'n o t WY a W . eS ietc a ctoe , '� se J o· ' U_IYea f fc a n� l 1 " Vb
de distancia y direccional se dene dos zonas de protección: a Zon Zona a primar primaria ia
Se define como el 100% de la línea de transmisión protegida Para el caso de la prtección de distancia se protege del 80% al 90% de la línea y para cubrir el porcente restante se utiliza zona de respaldo b Zon Zona a de respald respaldo o
Esta zona protege a un porcentaje de las línea de transmisión adyacentes a la zona primaria stos es únicamente posible únicamente mediante protección de dstancia 253 Protección de distancia
Este tipo de sistema de protección está basado en la impedancia calculada mediante el valor de voltae y corriente eistentes en el punto de ubicación del relé A través de la comparación de estas dos señales se obtiene su característica de operación que puede ser líneas rectas o crculos en el plano R-X Los relés para estos sistemas de protección son relés direccionales cua actuacn
34
se produce en distintos tiempos según la distancia a la cual se encuentra la falla del relé que la detea. La ventaja de este sistema de protección es que la actuación es indeendiente de la corriente de falla, y or tanto del estado de la alimentación de la red en el momento en que se produce produc e la falla Se desarrolla a continuación: Criterios de ajustes en la protección de distancia prtección de distancia con co n canales de comunicación esquemas de teleprotección a. Criterios de ajustes ajustes en la protección protección de distancia
Son dos: ajuste en zona Primaria ajuste en zona de respaldo 1 Ajuste en zona primri
También llamada zona 1 tiene u alcance del 80% 80% de la longitud total de la línea protegida que trabaa de manera instantánea (0ms) para cubrr el porcentae restante de la lnea y un poco más es necesario operar con otra unidades en forma temporizada que además serán como respaldo de esta zona a.2 Ajuste en zona de respado
Existen dos 2da y 3ra zona - Segund Segunda a zona Cubre el el 100% de la línea protegida y hasta un 20% de la siguiente línea con un retardo retardo de tiempo tiempo de entre entre (200 500ms) 500ms) Tercera zona Como Como se precia precia en el siguiente grafico esta cubre los dos primeros tramos de la lnea en su totalidad un pequeño porcentae del tercer tramo con u retardo de tempo ( a 2 segundos) a figura 239 se indica un auste de zonas para un sistema radial
Z:
A
B
e
D
I&
I
1�
Z2
Figura 239 Ajuste de zonas para un sistema radial
35
Todo este auste es hacia el sentido de operación de reé, por otra pae se podría decir que estas dos útimas zonas también se aprovechan par dar respado (respado emoto) a os transfomadores ya que en muchos casos estas zonas acanzan a cubriros. b. Protección de distancia con canales de comunicación
Para proteger e 100% de a nea de transmisión cubriendo la zona prmaria es necesaro e empeo de canaes de comunicación en esquemas de teeprotección Los reés ubicados en os exremos poseen canales para intercambar información y de esta manera ogran seectivdad para despejar as faas ocuridas en su aimentador o nea pregida sin tiempos de retraso e esquema se muestra en a Figura 20 A
B
70... 8%,
10. 5%
10. 5�-
Figura 240 Zonas de retraso en Zona Prmaria
Faa en a sección : Disparo rápdo en os dos exremos de a nea por zona de bao aance Faa en a sección I o Retraso de disparo en cada eremo por zona 2 Disparo rápido rquiere intercambio de información en los dos fnales de lnea Los siguientes medos pueden apcarse - Hio piloto tienen una protección especia y son aisados contra votajes inducdos provenientes de mismo sistema usados en distancias de hasta 25km aproximadamente Sstemas LC para neas de transmisión de ata ensión hasta 400km Microondas para distancias mayores de 50km pero con nea de vsta directa entre os eementos Fibra Óptica Usado para enace directo con dstancia hasta os 150km y par mayores distancias con ampifcadores repetidores c Esquemas de teleprotección
Son os siguientes Disparo transerdo directo de bajo acance (DUT Dsparo
36
transferido permisivo de bajo alcance (PUTT), Disparo transferido permisivo de Sobre alcance (POTT).
c.1Disparo transferido directo de bajo alcance - DU En este esquema el interruptor es abiero directamente al recibir un señal, su zona de trabao tiene un alcance de alrededor del 80% de la línea protegida y se aplica normalmente con un canal de comunicaciones FSK Con este tipo de canales la frecuencia de guada se transmite durante condiciones normales y en condiciones de falla el transmisor es conmutado a una frecuencia de disparo [9] ada extremo da orden de disparo cuando ve la falla en ona 1 o cuando recibe orden de disparo del otro eremo La Figura 241 ilustra este esquema
1 1
1
Disparo •---- Interruptor
-G :
1 �-
RU
�1
_¡
0- _
�----- Disparo Interruptor L_
�1
7
€}¡ i l-@ j G,_ . - -@L RU Figura 241 Esquema de disparo directo subalcanado - DU
Donde: TX
Transmisor de telepotección
RX
Receptor de teleproteccin
RU
Debe ser austado para bo alcance y se debe traslapar con el alcance del RU de
la zona remota Este esquema también es conocido como Disparo Directo ran por la cual al prducirse una señal de disparo errónea puede ocasionar una falsa opeación del relé y generr problemas en el sistema
c2Disaro transferido ermisivo de bao acance - PUTT Trabaa con dos onas la primera ona es la ona de protección con un alcance de alrededor del 85% de la línea protegida (bo alcance) y la otra es una zona de arranque con un alcance que sobrepasa el 100% de la línea protegida, aproximadamente el 120% (sobre alcance) Este esquema es idéntico al esquema DUTT sólo que todo disparo piloto (visto en
37
zona 1 de uno de los etremos) es transmitido al otro extremo (disparo permisivo) y es supeisado por una unidad que tiene un alcnce de ona 2 del otro eremo. La Figura 242 ilustra este esquema. [9] RO
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1
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1
Figura 2.42 Esquema de disparo permisivo subalcanado Donde: RU
Debe ser ustado para bajo alcance y se debe traslapar con el alcance del RU de
la ona remota RO
Debe ser austado para sobre alcance
El esquema de teleprotección de bao alcnce permisivo, PUT; es reconocido como seguro dado que no osiona falsos disparos, aunque tiene algunas limtaciones para detectar allas de alta impedancia, lo cual es de grn impotancia en líneas largas
c3Disparo transferido permisivo de sobre alcance - POT ste método es más usado en alimentadores pequeños su ona de operación sobrepasa el 00% de la línea protegida por lo general el 120% se usa recuentemente con canaes de comunicaciones FSK en los que se envía la señal de guarda permanentemente y se conmua hacia una señal de disparo cuando opera alguna de las unidades de sobrealcace l disparo se produce si se recibe una señal de disparo del otro extrmo y se iene una señal de sobrealcance en el punto de instaación del rel. [9] Con falas eternas soamente operar una de las undades de sobe alcance y por esto no se efecuará disparo en ninguno de los terminales a igura 23 ilustra este esquema
38
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• - Disparo : Interruptor
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Disparo í Ineupor
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Figura 2.43
TX -
TX
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Esquema de disparo permisivo sobrealcanzado POTT
Donde: R ebe ser ajustáo para sobre acance Ese sisema requiere de coordinación de proecciones y un anlisis de la ransmisión de señales para prevenir operaciones erróneas, como es el caso de la inversión de corriene. 254 Protección direccional de sobrecrriente de fases (67) y de tierra (67N)
Ese esquema consa de curo elemenos de sobre corriene de iempo uno para cada fase y uno para la corriene residual (ierra) Ls uniddes insanneas y de sobrecorriene de iempo usadas en relés direccionales son idénicas en operación y diseño a las usadas en reés de sobrecorrienes no direcciones con a diferencia que la operación de una o mbas uniddes es conrolda o supeisada por cad unidd direccional con o cual los relés de sobrecorriene direccionl solo rsponden a fas en una sola dirección La direccionalidad viene dada por una enrad que puede ser de volaje de corriene o de ambas Los relés direccionales de fse son polarizados por el voaje de fase mienras que os relés de ierra emplen vrios méodos de polarización usando canidades de secuenca cero o de secuencia negaiva Las unidades direccionales que se polarizn con secuencia negiva se prefieren en os csos donde los efecos de acoplamieno muuo de secuencia cero hacen que las unidades direccionales de secuencia cero pierdan direccionalidad íneas rgas de doble circuio por ejempo) Los requerimienos de juse de la corriene de arrnque de elemeno insanneo y s craerísicas de corrieneiempo son similares a los relés de sobre corriene no
39
drecconal, pero consderando solo las fallas en dreccón haca adelante 2.55 Disparo directo transferido - DDT
Se denomna Dsparo Drecto Transferdo ó DDT a la generacón y emsón de una ñi i i i, vé i equpos de comuncacones. Se trata de un dsparo trpolar duplcado (Sstemas Prcpal
y
Respaldo),
mplementado en redes de 220 kV a 500 kV , transmtdo de un extremo a otro en una línea de transmsón Utlza gual equpamento de comuncacones que el dedcado a la teleproteccón, con la dferenca que no nteene necesaramente la proteccón de dstanca especalmente s la lógca de emsón no está ntegrada a las proteccones. [1 O] a Casos donde se aplica un disparo directo transferido
La apetura del eremo opuesto de una lnea se da en los sguentes casos: a1 Protecciones
Por lo general se trata de casos oblgatoros, como por ejemplo, la funcón de nterrumpr el apoe del extremo remoto ante fallas en reactores rígdos a la línea (sn nterruptor, sólo con secconador} as como para stuacones de falla nterruptor, con accón de dsparo decdda por la proteccón de falla del nterruptor, especalmente ante cortocrcutos en barras. a2. Necesidades operativas
En lneas de gran longtud y reao capacto al operae la apertura trpolar de un eremo por proteccones o por manobras puede elearse la tensón en la línea a alores no admsbles para el equpamento. Ante tal crcunstanca, e alor de tensón del extremo que ha quedado cerrado puede no ser tan eleado como para ser detectada, en forma senclla, la perurbacón del extremo opuesto En otros casos resulta nconenente mantener energzada una lnea desde un determnado extremo por los problemas derados del eleado consumo de reacto Por ello, cualquer apetura trfásca por proteccones o por apeura manual) orgnada en un extremo deberá generar una seal DDT haca el otro extremo. De los orígenes menconados anterormente, el segundo engloba al prmero. Podría pensarse, por lo tanto, en smplfcar el planteo
y
establecer como prncpo que sempre
que se abra un eremo se debe producr la apetura del eremo opuesto por el comando DDT. sto últmo sera áldo excepto por la nconenenca que supone contar con una accón como la ndcada s la msma no es mprescndble, atendendo a razones de confabdad. Para resoer este concto se requerrá especcar e comando DDT para el caso más general
y
dsear la lógca para que medante adecuados puentes en
bornera ó cambando la confguracón lógca, puedan desactarse selectamente
40
deteminados circuitos, teniendo en cuenta los posibles cmbios del sistema eéctco. Para l cao d la DDT utilizarán quio d tlprotción n ña codificada n binario con alta xigncia d control n la recpción incluyndo la poibilidad d ajut del timpo de dciin o evaluacn de la eñal en el recepto S remienda qu la órden d arranqu y de diparo para l comando DD s den mediante do contacto ara aumentar el grado d eguridad[1 O] b. Envío y recepción de un disparo directo transferido
Hay caua y conideacion qu e dbn tomar al fectuar un nío y recepcin de un disparo directo transferido b1 Emisión de un disparo directo transferido
La aua más generales de emiión de un diparo direco tranferido on: - Emiión or proteciones Cualquier orden de diparo de la protciones que ocasion la aerura trifáia dfinitia d la lnea dbrá conducir al extremo oputo in prar la confirmacin d la apeura n el propio extrmo Esto comrndeá ntr otra a as eñales d disparo gnerada por la lgica de la la protección de falla del interruptor a la producida por la roteccione de reactor conectado diretamnte a la línea etc Emisión por apertura manua d la línea uando una orn de aperura manual ocasione la aperura d la línea deberá abrir l extrmo opueto b2 Recepción de un disparo directo transerido
a cnfiabilidad en la recpcin etá muy influenciada por l grado de eguridad ya que la sñal de recepción oasiona el disaro de lo interruptore in otra ndición adicional Por lo tanto dbeán tomare la medida adcuada en lo equios d teleprtección y en el nlace en general par garantizar un grado d guridad adecuado Si la ituacin fuera crítia y toda a medida adoptada no fueran aún uficient e aelará a agún grado de redundancia rie (6 erie arallo) para aumentar la guridad
CAPÍTULO METODOLOGÍA PARA LA SOLUCIÓN DEL PROBLEMA
En el presente capítulo describe la solución implementada para el caso de estudio.
3.1 Planteamiento de la solución Para contar con un seicio de teleprotecciones en la Subestación Desieo 220 kV es necesario primero contar con un sistema de telecomunicaciones en la nueva subestación de la Compaña Minera Milpo
y ampliar el sistema de telecomunicaciones existente
(Enlace: SE Chilca REP - SE Independencia), para lograr ello es necesario incorporar dos nuevos enlaces de telecomunicaciones E Chilca REP SE Desieo E Desero SE Independencia
11 Alternativas de solución al problema Para que la SE Deseo 220 kV cuente con el seriio de teleprotecciones los nueos enlaces de telecomunicacones pueden implementarse usando los siguientes sistemas - Sistema de Onda Poadora Sistema de Microondas - Sistema de Fibra Óptica En da uno de los sistemas de telecomunicación tiene ventajas y desventas tal como se muestra en la tabla 31 Para decidir la solución a implementarse se debe ealuar el aspecto técnico económico y escoger el que más conenga Se opta como solución el sistema por Onda Poradora por cuanto las subestaciones Chilca REP e Independencia ya se comunicaban utilizando esta tecnología con equipos de última generación en sstemas de onda poradora Por otro lado para el presente proyeo los costos de implementacón para el sistema de teecomuncacones por onda porado es muho menor al sistema de telecomunicciones por Fibra Óptia el uadr comparatio se muestra en la tabla 48 del capítul IV Cabe mencionar que un sistema de teleproteccones sempre debe contar con la disponibilidad de un sistema de telecomunicaciones es por esta raón que el sistema de telecomunicaciones cuenta con un sistema de respaldo Para el presente proyecto el sistema principal de telecomunicaciones es por Onda Potadora y el sstema de respaldo es por Microondas
42
Tabla 3.1 Ventajas y desventajas de los diferentes sistemas de telecomunicacones SISTEMA APLICADO
ONDA PORTADORA
VENTAJAS
DESENAJAS
Constituye un método económico en el caso de pequeños y medianos volúmenes de informªcón sobe
distancias medianos grandes.
Áncho e bana pequeño
Garantiza las comunicaciones Baja velocidad de eeado grado de seguridad para transmisión e caso de os seicios de Ncesidad de sistemas telefonía, teecontro y de de acoplamiento y teleprotección loqueo Pueden ser integrados fácilmente a otras tecnoogas de comunicación tales como fira ótica conexión a microondas MICROONDAS
Costo de inversión generalmente más reducido Alta capacidad de comunicaciones Instalación más rápida y sencilla
FIBRA OPTICA
Para grandes distancias son necesarios repetidores Muy sensile frente a fenómenos atmosféricos Saturación del espectro de frecuencias
ran anco de anda y muy alta apacidad de comunicaciones
Costo alto en equipos e instalación
Atenuación aja de la señal para grandes distancia
Las técnicas de empalmes son complejas y se necesitan de equpos muy caros y personal calificado
Inmunidad eectromagnética Seguridad y aislamiento eléctrico.
La instalación de los conectoes es compeja
312 Solución al problem de telecomuncacones
El prolema de telecomunicaciones en la S.E Desieo 220kV se rsuelve implementando dos sistemas por onda potadora digita Powerink de la marca SIEMENS E esquema de la solución implementada a presentamos en la fgura 31 onde P son os equipos de Transmisión/ Recepción Powerink Los sistemas por Onda Portadora digitales Powerink están diseñados con los más atos estándares de comunicación para protección de redes eléctricas y pueden ser integrados fácimente a otras tecnologas de comunicación tales como fira óptca y coneión a satélites
43
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E Dsrto
S Indepi
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L-2091
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Figura 3.1 Esquema de a conguración de sistema de comunicaciones PLC
Se debe considerar que la protección debe accionarse en un tiempo tan corto como sea posibe. E tiempo de transmisión máximo para una seña de protección en un sistema de comando (sin tomar en cuenta e tiempo de propagación) seguridad de funcionamiento
y
y
para una
una SRN definida debe se:
- meno a 20 ms para sistemas de boqueo menor a 40 ms para sistemas de disparo permisivo menor a 60 ms para sistemas de disparo interno Para estos tiempos, a probabiidad de tener un comando perdido será menor a 10·3 para sistemas de boqueo menor de 102 a 103 para sistemas de disparo permisivo menor de 103 a 1 o" para sistemas de disparo interno 313 Servicio de teleprotección
Para as protecciones de as íneas de transmisión ubicadas entre as SE Chica REP SE Desierto y SE Independencia se provee equipos de teeprotección SIEMENS iSW3000 integrado a equipo de onda portadora Powerink. E sistema de teeprotección deberá contar con un ana de datos dedicado para a actuación de os reés a presentarse una aa; deberá suspenderse e seicio de voz en su ancho de banda soo en e instante en que e servcio de teeprotecciones se presente una ve terminado con a orden respetiva se restabee e seiio de vo se mantienen inaterabes os seicios de datos y teecontro 32 Dimensionamiento de equipamiento y hardware
Se muestra e equipaminto para a soución en as tres subestaciones En as iguras 3 a 34 se descbe e esquema de conguración de sistema de comuncaciones de onda portadora de cada una de as tres subestaciones indicando e equipamento que orma pae de os enaces de datos Chica REPDesierto y Desiertondependencia Así
44
mismo se proporciona el esquema general a nivel de bloques (Anexo H), el cual incuye las tres estaciones y el sistema de respaldo de microondas. 3.21 Equipos instalados en la SE Chilca REP El gabinete de telecomunicaciones de la subestación Chilca correspondiente al enlace Chilca - Desiero está equipado de: Un (01) equipo de transmisión por onda poadora Powerink con teleproteccón integrada iSWT3000 para 4 comandos independientes. S conta con la inteaz X21 para transmisión síncrona de datos Adicionalmente como respaldo para las comunicaciones de datos y voz se tendrá un mutiplexor integrado de 4 canales con bomba de datos dinámica para transmisión de datos asíncronos. Este Powerlink funcionará en un esquema fase fase. Un (01) equipo exerno de telepotección SWT3000 con inteaz G7031 a 64 kbps para transmisión digital 322 Equios instalados en la SE Desiero Se describe equipamiento y hardware de los enlaces de telecomunicaciones Desieo Chilca REP y DesieoIndependencia. a Enlace de telecomunicaciones Desiero - Chilca REP El gabinete de telecomunicaciones de la subestación Desiero correspondiente al enlace Desieo Chilca REP estará equipado de Un (01) equipo de transmisión por onda poradora Powerink con teeprotección integrada iSWT3000 para 4 comandos independientes Se contará con la intefaz X21 para transmisión síncrona de datos. Adicionalmente como respaldo para las comunicaciones de datos y voz se tendrá un multipexor integrado de 4 canales con bomba de datos dinámica para transmisión de datos asíncronos Este Powerlink funcionará en un esquema fase fase Un (01) equipo externo de teleprotección SWT3000 con inteaz G703.1 a 64 kbps paa transmisión digital. Un (01) multiplexor de acceso SDM 9220 equipado con • Una (01) inteaz de datos X21 para conexión al multiplexor Loop Telecom para el respaldo vía microondas. • Una (01) tarjeta de voz E&M 4 hilos para un canal de voz Un multiplexor de acceso SDM 8400 equipado con • Una (01) interaz X21 para conexión al equipo de onda poradora PowerLink enlace Desiero Chilca • Una (01) inteaz X21 para conexión al equipo de onda poadora PowerLink enlace Desieo Independencia
45
• Un (01} canal de datos a baja velocidad interfaz RS232 para la RTU de DESIERTO. b. Enlace de telecomunicaciones Desieo - Independencia
El gabinete de telecomunicaciones de la subestación Desieo corrspondiente al enlace Desieo - ndependencia estará equipado de: Un (01) equipo de transmisión por onda poadora Powerink con teleprotección integrada iSWT3000 para 4 comandos independientes Se contar con la inteface X21 para transmisión síncrona de datos Adicionalmente como respaldo para las comunicaciones de datos y voz se tendrá un multiplexor integrado de 4 canales on bomba de datos dinámica para transmisión de datos asncronos Este Powerlink funcionará en un esquema fase fase Un (01) equipo exteo de teleprotección SWT3000 con inteaz G7031 a 64 kbps para transmisión digital 323 Equipos instalados en la SE Independencia
E gabinete de telecomunicaciones de la subestación ndependencia corrspondiente al enlace ndependencia Desiero estará equipado de Un (01) equipo de transmisión por onda poadora Powerink con teleprotección integrada iS3000 para 4 comandos independientes Se contará con la inteace X21 para transmisión sncrona de datos Adicionalmente como respaldo para las comunicaciones de datos
y
voz se tendrá un multiplexor integrado de 4 canales on
bomba de datos dinámica para transmisión de datos asncronos Este Powerlink funcionará en un esquema fase fase Un (01) equipo eerno de teleprotección SWT3000 con interaz G031 a 64 kbps para transmisión digital 33 Descripción de los enlaces de datos 331 Enlace de dats Chilca REP Desiero
En la subestación Chilca REP se tiene un equipo PowerLink el cual recibe los daos de la SE Desieo, y una tarjeta de voz interace FXO En la subestación Desieo será instaado un equipo Powerink con un canal de datos sncrono inteace X21 para transmisión de datos
una tarjeta de voz interace XS
332 Enlace de dats Desie Independencia
En la subestación Desieo se tiene un equipo Powerink el cual recibe los datos de la SE ndependenca
una tareta de voz inteace XO
En la subestación ndependencia será instalado un equipo Powerink on un ana de datos sncrono inteaz X21 para transmisión de datos y una tareta de vz inteface XS
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Figura 3.2 SE Chilca REP 220 kV - Esquema de la configuración del sistea de comunicaciones PLC
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Figura 3.3 SE Desieto 220 kV - Esquema de la confgración del sistema de comncaciones PLC
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Figura 3.4 SE Indepedenca 220 kV - Esquema de la confguración de sstema de comuncacones PLC
49
3.4 Descripción de los enlaces de teleprotección Se detallan en las tres subestacione: Chilca REP, Desiero e Independencia.
341 Equipos de telepoteccón en la SE Chila REP La transmisión y recepción de las señales de teleprotección e realiza en forma análoga y digital La Figura 35 incluye el enlace de teleprotección con la S Deieto SE CHILCA REP
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1 1 1 1 1 1 1
SITEMA D CROONAS
SITEMA DE ONDA PRTAD
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RESERVA
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LPOON CL -2091
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Figura 35 nlace de Teleprotección Chilca REP - Deierto a Equipos para sistema de teleprotección análoga n la S Chilca RP e tiene un (01) equipo de teleproección iSWT3000 integrada al PLC con capacidad para transmitir y recibir cuatro (04) comando independiente en esta teleprotección e implementarn las órdenes 21P y 67N en modo permiivo para proteger la línea 2091
b Equip_os para sistema de teleprotección digital (microondas) En cuanto a la teleprotección po microondas se tiene un (01) equipo de teleprotección externa SWT3000 con capacidad para tranmitir y recibir cuatro (04 comando independiente este equipo tene una interfaz X21 para conearse con el multiplexor Loop AM3440-A a una velocidad de 64 Kbps en esta teleprotección se implementarn la órdene 2 S y 67N en modo permiivo y la orden DD en modo directo para proteger la línea 2091
50
3.42 Equipos de teleprotección en a SE Desie La transmisión y recepción de las señales de teleprotección se realiza en forma análoga y digital:
a Equipos para sistema de teeprotecció aáoga En el gabinete del enlace Desiero - Chilca REP se tiene un (01) equipo de teleprotección iSWT300 integrada al PLC con capacdad para transmitir y recibir cuatro comandos independientes, en esta teleprotección se implementarán las ordenes 21P y 67N en modo permisivo para proteger la línea 2091. En el gabinete Desieo Independencia se tiene un (01) equipo de teleprotección integrada al PLC con capacidad para transmitir y recibir cuatro comandos independientes en esta teleprotección se implementarán las órdenes 21 P y 67N en modo permisivo para proteger la línea 2208
b Equipos para sistema de teeprotección dgita (Microonds) En el gainete del enlace Desieto - Chilca REP se tiene una (01) equipo de teleprotección eerna SWT300 con capacidad para transmitir y recibir cuatro comandos independientes este equipo tene una inteaz X21 para conearse con e multiplexor Loop telecom AM3440A a una velocidad de 64 Kps En este equipo de teleprotección eterna se implementarán las órdenes 21S y 67N en modo permisivo y a orden DDT en modo directo para proteger la línea 2091 En el gabinete Desieo - Independencia se tiene un (01) equipo de teleprotección eerna
SWT3000
con
capacidad
para
transmitir
y
rcibir
cuatro
comandos
independientes estos equipos tienen una interaz X21 para conectarse on e multiplexor Loop telecom AM3440A a una velocidad de 64 Kbps En la S300 (2208) se implementarán las órdenes 21S y 67N en modo permisivo y la orden DDT en modo directo para proteger la línea 228
343 Equipos de teeprotecci e a SE Independecia La transmisión y recepción de las señales de teleprotección se realiza en forma análoga y digital La Figura 36 incluye el enlace de teleprotección entre la SE Independencia con la SE Desierto
a Equipos par sistema de teeproteccin anáoga Se tiene un (01) equipo de teleproteción iSW30 integrada al PLP con capacidad para transmitir y recibir cuatro (04) comandos independientes, en esta teleprotección se implementarán as órdenes 21 P y 67N en modo permisivo para protege la línea 2208
b Equipos para sistema de teeproteccin digita (Microondas) Se tiene un (01) equipo de teleprotección eterna SWT3000 con capacidad para transmitir y reciir cuatro (04) comandos independientes este equipo tiene una intefaz
51
X.21 para conectarse con el multiplexor Loop AM3440-A a una velocdad de 64 Kbps en esta teleproteccón se mplementarán las órdenes 2 S y 67N en moo permsvo y la orden DDT en modo direo para proteger la lnea 2208 SE DESIERTO
SE INDEPENDENCIA
,-7 1 1 1
SISTEMA D CROON
.,_, _
____
,
1 1 1 1 1
SITEMA DE OND PORTDOR
r------- 1 1 1 1 1
-'' ' ' . ' ' ' ·1
'-
_
'
-
1 1 1 1 1 1
-
P PL -208 RESERVA
167N RESPALoG 1 DDT
P P L-2208
RESERA
Figura 3.6 Enlace de eleprotección Deseo Independencia
Cabe menconar que los dos nuevos sstemas de teleproteccón mplementados (nace: hca RP Desero y Deserto nepenenca) forman pare de varos sstema de teleproteccón existente, en el Anexo H, mostramo el plano general de teleomunicacones de las subestaciones nvolucradas en el proyeo desde una perpectva más amplia En el plano general de telecomuncacones Anexo se muestra los enlaces Clca E San Juan y el enlace Cilca E Cantera Independencia 35 Descripción de equipamient y hardware
En este proyecto se mplementaron dos sstemas C dgtales owernk para los enlaces SE Cílca E SE Deseto S.E Desero S.. Independenca En cada una de las subestacones se nstaló el equipo oerink on sus módulos respeivs y dentro de los cuales se encuentra el SWT300 el cual nos permte contar
52
3.5.1 Equipo de telecomunicaciones Powerink
Los equipos del sistema Powerink permiten transmitir por onda poradora (PLC) telefon, fax y datos, video para vigilancia, as como señales de Teleprotección de red en un rango de frecuencias entre 28 y 500 kHz a través de lneas aéreas de alta . tensión y cables de onda poadora Las informaciones se transmiten según el método de banda lateral única (SSB) con supresión de la poadora, la cual tiene la venta de alcanzar grandes distancias para la transmisión de la información aprovechando la energía al máximo y con un ancho de banda mnimo La Transmisión transpante de información sobre los 768 kbps provee de nuevas perspeivas y aplicaciones para el uso de tecnologa PLC El sistema PLC Power Link con inteaz digital combinado con un sistema multiplexor externo o interno puede transmitir múltiples canales de voz y de datos, también posee un canal FSK en capacidad de una transmisión confiable de datos SCADA (2400 Bauds máximo) La confguración puede ser ajustada por PC sin varación en el hardware, lo cual garantiza una fácil modificación en sitio en caso de que la transmisión requiera mbios debido a modificaciones en la red 3.5.2 Equipo de teleprotección iSW3000
Los equipos de teleprotección Siemens, iS3000 están integrado al equipo de onda poadora Powerink y están conigurados para transmitir cuatro (04) disparos independientes en modo permisivo y equipos de teleprotección externos SW3000 adecuados para cuatro (04) comandos simultáneos e · independientes, estos últimos configurados de tal modo que permite la transmisión de dos (02) disparos permisivos y dos (02) disparos directos con la misma tarjeta de comandos Dichos equipos de teleprotección constan de los siguientes módulos: - Módulo de inteaz de comando IFC-P con 4 entradas digitales y 4 salidas de contacto para conexión de relés de protección Módulo de señalización IFCS con 8 salidas de contao, previsto para la implementación eerna de contadores de disparos Módulo PU3 es la tarjeta central de procesamiento del equipo iSWT3000 33 Módulos del Poweink
Cada equipo de onda portadora Powerink a utilizar en el proyecto estará equipado con los módulos indicados en la Tabla 31 Solamente el tablero de la SE Desiero correspondiente al enlace Desiero Chilca REP contiene adicionalmente los equipos descritos en la Tabla 32 En la Figura 37 y 38 se puede apreciar el equipamiento a nivel
53
de módulos de los equipos de onda poadora. Se describen los siguientes módulos: Sección de Frecuencia Poadora (CFS), módulo PSC módulo IFC-P módulo IC módulo PU módulo CSP módulo ALRS y los módulos de Amplificación de señales (PA-40 PA40B y PSPLE-AC)[12] Tabla 3.1 Módulos del Powerink Descripción de los módulos del Powerink
Módulo Amplificador PA40 y PA408 para un total de 0 Watt de otencia de transmisión Módulo PSPEDC uente de alimentación módulo amlificador Módulo RXF Filtro de Receción Módulo CSP con data Pump dinámica para interaz X21 y con multilexor interado Módulo ALRS Módulo de alarmas Módulo IFC-P Módulo de cuatro comandos ermisivos Módulo IC-S Módulo de señalización de comando Módulo PU3 Módulo de rocesamiento de la telerotección Módulo PSCS Módulo fuente de alimentación de la ae de oradora Tala Módulos adicionales SE Desieo
Cantidad
1
1 1 1 1 1 1 1 1
1
1
-PSPLEDCPA40.XFI
conector panel RS23:HA
B PS . 1 · IUU�X1 1
r
fs.--
1ux,
c
r- � rr rr f ·
IMX
1 ·r
P
VM
Figura 37 Equipamiento a nivel de módulos de los equipos
de onda poadora.
54
a. Sección de frecuencia poadora (CFS)
El módulo de frecuenia poadoa está diseñado paa podese instala en un ack de 19". Este módulo contiene La fuente de potenca (PSCFS), el módulo ental de procesamiento de señal CSP un (1) módulo de alarmas una (1 teleprotección integrada SW3000 y un (1 módulo de voz VFx En la pae derecha del módulo de frecuenia poadora se encuentan los lots (anuas) paa ealizar el montaje de los módulos CSP
y
VFx los cuales pueden ser VFO
para conexión diea a una planta telefónica VFS paa onexón a una eensión telefónica y VFM para inteconeta centales telefónicas Al lado izquiedo se ubican los slots para coloca el módulo ALRS
y
el módulo
PSCFS En los Slot de la teleprotección integrada colocamos la unidad de pocesamiento PU-3 el módulo IFC-P y el módulo IFC-S [12]
-·
.
. SIEMEN
: .
�
�Pwrlnk
4_ - ·.
Figura 38 ódulo de fecuencia de poadoa b Módulo PSCFS
El módulo PSCFS es la fuente de alimentación de la seccón CF (Cae Fecuency El voltaje de entada de este móduo es de 48 VDC y los voltajes de salda son de +12VDC, 12VDC y + VDC. El módulo PSCFS suminsta los voltajes de alimentacón paa los módulos FCP PU3 FCS ALRS CSP y VFx c Móduo IFC-P
El módulo FCP posee cuato entadas bnarias
y
cuato salidas de contactos de
comando (por ejemplo paa oneca a entadas bnarias de elés de potecón o a contoladores de bahía Esto se muestra en la figua 39 Si una señal es deteada (ambio del flanco de la señal) po las entadas bnaias del
55
módulo IFC-P, se solcta una nterrupcón al módulo PU3. EL móduo IFCP está conectado al PU3 por un cabe plano a través del coneor frontal S el módulo PU percbe una nterrupcón puede este leer el estado de las entradas bnaras a través de las líneas DIFO.DIF3
Figura 3.9 Módulo IFCP d Módulo IFC-S El módulo IFS es empleado para señalizacin de comandos proenienes e las entradas bnaras o saldas de los elés de los módulos P Cada una de las 8 saldas del módulo FCS representa el estado de da una de las 4 entradas bnaras y de las 4 sadas de los relés del módulo FCP de tal forma que se reala el conteo ndependente de los dsparos transmtdos y los dsparos recbdos en la estacón e Mdulo PU EL módulo PU (móduo de procesamento y evauacón) es la undad central del equpo SW 3000 En la seccón transmsora converte los comandos de teleproteccón recbdos del módulo de ntea CP en tonos con frecuenca defnda Los módulos PU3 e FCP se encuentran ntegrados en el equpo Powernk por lo tanto se transmten las frecuencas drectamente al módulo de rado frecuenca del transmsor (HFS Al transmtrse en un equpo bcanal solamente con seNco de proteccón en un canal se envan las señales en la poscón de frecuenca ntermeda drectamente al módulo HFS La converón necesara de las frecuencas tambén es realada en el módulo PU En el lado receptor se recben los comandos entrantes a nvel de frecuenca ntermeda desde el módlo HFE convténdose en comandos "bnaros de roteccón pasándose a contnuacón al módulo IFC pa entrearos a la salda de comando f Mdulo CP El módulo de procesamiento central de seal contene todas las funcones del Poernk excepto las entradas y saldas análoas VF las señalacones de la
56
teleprteccón ntegrada y las funcnes de la etapa de amplfccón. Las ucoes de móduo so as siuetes: - Pocesamieto dgtal de señal paa la ució de moduaci, bomba de datos y trasmsión de caaes de dats FSK Uidad de cotol cn mcoctolado memoia Iteaz de dats a cua puede se poamada de modo sínco a tavés de un multpexo eeo y ua iteaz X21 o tasmisi de hasta 8 caaes de datos RS232 ascoos a tavés de u multiplexo teado Cotene la espuesta e salida de ata ecueca otiene e atenuado y e coto autmáico de aacia Caceladr autmátic de ec La bomba de datos es ota uc de mdulo CSP esta tee tes modos de tabajos 1 Óptm Realiza la mejo adaptacn del camn de tasmsón y as gaantiza el bitate más at 2 Rápid Gaatiza el tempo más ápido paa a scizació 3 Diámic Se adapta a las codicnes del temp (este md seá e utilizado e el poyeo Chca) E mdulo CSP co el n de asegua que o se tegan desviacoes de fecuencas ealiza u contol autmátic de ecuecia de tal maea que desviacies de ecuecas ete la seña de evo y a señal de ecepción so cmpesadas p este coto g. Módulo ALRS
E e PoweLink las alamas está distibuidas a tavés de este móduo co tes elés de salida Co este mduo máximo tes saidas de aamas está dispibes Las siguietes alamas pueden se cableadas al eé de aamas e el PoweLik GENALR (Alama Geneal) TALR (Alama de tasmis) RALR (Alama de ecepcó) SNALR (Alama de elacin seña uido) NU (Alama no ugete) REMALR (Aama de temia emoto) F61UE (Moitoeo del iSWT 1) F62UE (Motoeo de SWT 2) F61UNBL (Sada de mpus bloquead SWT 1) F62UNBL (Sada de mpuso o bloquead SWT 2)
57
h. Amplificación de señales
Se realizan con los módulos PA-40, PA40-8 y PSPLE-AC. h1 Módulo PA40
El módulo VE40-1 corresponde al amplificador de potencia de la señal de RF el cual entrega una señal de salida de 40 vatios el cual se puede apreciar en la figura 31 O
Figura 310 Módulo PLE40
l módulo PA 40 cuenta con una regulación dinámca de la potencia de salda para b q x Para evtar una soremodulación a la salida del amplifcador sé conducen los valores de tensión y rriente a una seccón del circuito donde el eceso de los valores limites estipulados son detectados En dicho caso se activa un ucle de regulación con el amplficador controlado por voltaje (VCA) ue actúa como elemento conector para fijar la señal de salida del amplficador de 40 W a un valor mámo permitido h2 Módulo PA40-B
l módulo V40-3 se encarga de amplifcar la señal provenente del módlo VE40-1 de tal forma ue a la salida se otiene una señal de RF con una potencia de 0 vatiosste modulo lo podemos aprecar en la fgura 311 La señal de salida del módulo V403 se conecta posterormente a la unidad de acoplamiento fase- fase AK100 a travs de un cale coaial de 75 ohm
Figua 311 Módulo E 40-8 h3 Módulo PSPLEAC
modulo amplificador de potenca PA-40 y PA 40-8 El voltaje de entrada al módulo es de 4 VDC y el voltaje de salida es de +4 VDC y 4 VC
58
3.6 Instalación y montaje de equipos del sistema de onda podora implementado Cada equipo instalado cumple con los estándares solicitados por la IEC, ANSI e IEEE en el Anexo F se muestra la tabla de datos técnicos de los equipos y materiales más impoantes que inteienen en el sistema de onda poadora implementado.
361 Actividades en el montae de equipos del sistema implementado La instalación y montaje de los equipos en patio de llaves tuvo una duración total de 24 días En el capítulo 46 se muestra el diagrama de Gan de todas las actividades realizadas El monte e instalación de equipos se dividieron en las siguientes activiades: - Montaje de 04 trampas de Onda - Montae de 04 cajas de Acoplamiento Tendido y Conexionado
de cable en A Trampa de Onda - ransf de ensión
Capacitivo Tendido y Conexionado de 800mt de cable Coaxial - 75 ohm - Monte de 04 equipos de telecomunicaciones en sala de control - Conexionado de 04 equipos de teleomunicaciones con hardware involucrado
362 Personal para el montae de equipos del sistema implementado El personal necesario en cada subestación para el montaje de los equipos del sistema PLC implementado es el siguiente - (01) Ingeniero Supervisor (02) Operarios Linieros - (02) Ayudantes - (02) Técnicos Electricistas - (01) Choer/Operario de Grúa (01) Rigger
36.3 Equipamiento y maquinaria para montae de equipos Los equipos y maquinaria más importantes para el monte de equipos en cada subestación son los siguientes (01) Camión grúa de 3 toneladas de carga máxima - (02) Radios de comunicación - (02) Multmetros digitales Fluke 2 (02) Maletas de herramientas mecánicas (02) Maletas de herramientas eléctricas
37 Puesta en servicio del sisema de onda poadora La puesta en servicio inicia con la programación del equipo Powerink y las pruebas locales en cada subestación Las pruebas locales consisten en el acoplamiento de la
59
señal Un buen acoplamiento permite que la potencia enviada por el transmisor llegue cn pérdidas mínimas al transmisor ell se logra calibrand adecuadamente la unidad de sintna (caja de acplamient). Las cuatr (04) unidades nuevas de sintona instaladas en el patio de llaves de cada subestacin es el AKE 1 00-A2 de SIEMENS, las caractersticas de este equip lo odemos encontrar en el Anexo E 3.71 Pesonal para la puesta en seicio
Para la puesta en seici del sistema PLC se necesita el siguiente persnal en cada subestación: - (01 lng Especialista de Teecomunicacines (01 Técnico Elericista 372 Equipos para la pues en seicio
Los equipos necesarios para las pruebas son los siguientes - (02 Medidres de frecuencia PSM 137 (02 Generador de frecuencia SPM 33 (02 Multimetrs digitales Fluke 27 - (02 Laptos HP 373 Pruebas para la puesta en servicio
La puesta en seicio de un sistema de nda ptadra concluye cn las pruebas SA T (pruebas de aceptación en campo) En las pruebas SAT se verifica la dispnibilidad y requerimientos solicitados para da uno de ls seicios que presta el sistema de nda poadra el servici de vz dats y teleprtección Estas pruebas invlucran las pruebas punt a apunto (desde un equipo Pwerin lcal a otro equipo Powerin remt) Para realizar la pruebas SAT primero se configura el equip en mdo de prueba, esta prueba se realiza según el siguiente prcedimient n especialista de telecomunicaciones por onda padra se ubica en cada eremo del enlace de cmunicacines en prueba debems tomar en cuenta que las pruebas SAT se realizan enlace pr enlae (Enlace Chilca REP-Desiert y Desieto ndependencia - Se genera una señal a una frecuencia defnida cn el SPM 33 y se mide la potencia de llegada de la señal cn el PSM 137 en el exremo remt (en decibelis ambs equips el generadr de señal y medidr deben estar calibrados en la misma frecuencia Esto se hae para ada una de las señales del seici 1 (Voz y señales de teleprotección y seici 2 (datos)Est se aprecia en el anex de Pruebas SAT (Anex A) En muchos casos se prueba el desempeñ del sistema de telecmunicacines simulando una falla en cada fase, esto se lgra aterrand una de las fases en frma
60
independiente, se mide la Relación Señal/Ruido (SNR) y atenuación de la recepción de la señal la cual debe estar dentro de los valores aceptables. - Las pruebas de teleproteccion se realizan a través bornes los equipos de teleproteion integrado iSWT3000 seguidamente se efectúan pruebas a través de los bornes seccionables de Tx y Rx ubicados en cada tablero de comunicaciones En el presente proyecto tenemos (04) canales de transmisión y (04) canales de recepción (21P, 67N, Resea 1 y Resea 2) Se procede en forma similar para los equipos de teleprotección externos S3000 (teleprotección de respaldo por micoondas) Concludas estas pruebas, los enlaces se encuentra listos para pruebas Extremo a Extremo las cuales se aplican a un sistema de protecciones de una lnea 3.8 Pruebas de puesta en seicio del sistema de protección
as pruebas de puesta en seicio del sistema de proteiones para las líneas 2091 y 2208 ubicadas entre las SSEE Chilca REP Desieo e Independencia se realizan con las pruebas Extremo a Extremo (End to End) 381 Puebas Extremo - Extrmo
Las puebas Extremo a Eremo se realizan enre un Relé de protección local a un Relé de protección remoto Estas pruebas permiten analizar el comportamiento global del sistema de protecciones asistido por el sistema de comunicaciones en condiciones de falla[13] Entre los principales puntos a verificar se pueden nombrar los siguientes: Operación de los relés de proteción Operación de los equpos de maniobra (nterruptores) Operación del medio de comunicación dedicado a la Teleprotección y las señales involucradas El detalle de las pruebas Extremo a Extremo es desarrollado en el Anexo B, existen diversas empresas especialistas que realizan estas pruebas, en el presente informe presento a modo de ejemplo la metodología y procedimientos que aplica una empresa peruana, especialista pruebas Exremo a Exremo, en pruebas de equipos de patio y studios de coordinación de las protecciones Los equipo de prueba y soware que utiliza esta empresa es de la Marca DOBE No profundizaremos en las pruebas Eremo a Eremo debido a su aplicación principal es verificar el comporamiento del sistemde protecciones frente un falla En las pruebas Exremo a Extremo el sistema de teleprotección debe compoarse como un sistema seguro, confiable y debe tener una velocidad en milisegundos que cumpla la norma EC 6083 (menor a 65 milisegundos) En diversos proyectos eecutados el sistema Powerink con teleprotección integrada utiliza un tiempo de transmisión de 25 a 30 milisegundos entre equipos de teleprotección.
CAPÍTULO IV ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
En el presente capítulo se tocan los siguientes temas: - Análisis de enlaces de onda poadora y relación señal/ruido. Análisis del sistema de teleprotección. Costo referencial en la implementación del sistema de onda poradora Conograma Montje y puesta en seicio del sistema de onda poadora
4.1 Análisis de enlaces de onda poadora y relación señal/ruido En esta sección se presenta el cálculo de los enlaces de onda poadora y la determinación de la relación señal/ruido en forma teórica Estos cálculos fueron realizados por el área de Ingeniería de Siemens, los cuales se efeuaron de acuerdo a la norma IEC 60663 bao condiciones adversas de tiepo Los valores obtenidos son aproximacones de los valores reales obtenidos en campo El ruido de una línea de energía decrece en función de la frecuencia mientras que la atenuación se incrementa con la frecuencia [11] La frecuencia óptima por lo tanto depende de los efectos mbinados de esos factores (dependientes de la frecuencia) y podrían ser diferentes en cualquiera de las dos líneas Ver figura 41
-20
dBkm
0 Atenuación
·a
-30
·s
�
005 - 40
00
200
00
Frececia, kHz
Figura 41 Relación de la Atenuación y ruido en una línea de 500kV típica En líneas simples (una terna) de hasta 160 km de longitud la cura Atenuación
62
versus Frecuencia es bastante ligero para los circuitos de acoplamiento fase a fase y fase central a tierra. Por otro lado, para climas adversos el ruido estará entre 6 dB a 1 o dB mayor a 50 kHz que a 200 kHz Bo esta condición la mejor relación Señal/Ruido para un transmisor dado podría ocurri a frecuencias tales como 150 kHz o 200 kHz Con líneas más largas que 160 km la frecencia óptima será correspondientemente menor Será también considerablemente menor en circuitos con coplamiento en los cuales no esté involucrada una fase central Para líneas coras el medio más fácil económico para incrementar la relación señal a ruido o el nivel de potencia recibido es ncrementar la potencia del transmisor En las líneas largas son requeridos transmisores de 50 W o 00 W de potencia, un incremento significativo en la potencia transmitida es impráica y económicmente no deseable [11] Los niveles de ruidos en sistemas de onda poadora para líneas de entre 34kV
y
765kV podemos apreciarlo en la igra 42 -10r�
( "
-� Z 40tf.i
-50_. 200 300 00
Figura 4.2 Niveles de ruido para: a) 345-61 kV b) 230345 kV, c) 500 kV d) 65 kV
os cálclos necesarios para asegurar que un canal de onda poadora pueda $ª $ª$ªª 'ª $$!ª ! ; la potencia de salida del transmisor el nivel de ruido que las señales de ser soetido las pérdidas de los elementos del canal
y
Esta información permite el calcular la magnitud relativa de la señal en mparación con el ruido, y es llamado el SNR El nivel de la señal transmitida por el transmisor debe ser lo suficientemente alta como para superar las pérdidas que se presenten (series paralela
y
y
llegar a la entrada del receptor con n cieo valor de SNR que asegure que
63
el ssema funcone de manera sasfacora sobre una varedad de clma, cambo y tas condiciones del sisema. El recepor debe ener margen sufcene para superar la dsmnucón de los nveles de señal y el aumeno de los nveles de rudo y para connuar funconando correcamene La aenuacón adconal causada por las fallas en la lnea deben ser superadas por el canal cuyo requermeno es operar en condcones de falla Las señales de nererenca de oros equpos de comuncacones ambién pueden causar fallos en el funconameno de un recepor PLC La oleranca de rudo del recepor se expresa en funcón de la SNR mínma permda (en decbelios) [11] La relación señal a ruido (SNR) es la diferencia enre el nivel de señal (SL) y el nivel de rudo (NL) dado por la ecuacón sguene: SNR(dB) = SL (dBm)- NL (dBm) Para comparar los resulados nuesra referenca será la norma IEC 60663 y CIGRE SC35 WG04 se recomendan los sguenes valores mosrados en la sguene abla para la peor condcón Tabla 4.1 Valores recomendados SNR (dB)
Función
25
Voz Daos
15
Para eleproeccón es recomendable requerr no menos de SNR=175 dB para rudo impulsivo por oro lado para la función de vo que no posee la cricdad de la eleproeccón podra aceparse valores de SNR=20d8 en condcones de peor caso [1 O] 4 Enlace Chlca REP - Deseo
Las sguenes son las caracerscas del enlace: Datos de entrada
Clene
MLP
Volaje de lnea:
220 kV
Longud de la lnea:
1077 Km
Tpo de acoplameno
FaseFase
Poenca del amplfcador:
0W
Número de ransposcones:
3
Frecuenca de operacón Tx:
1 a 196 kH
Frecuenca de operacón Rx
204 a 212 kH
Alneación de conducores
Trangular
Dámero onducores de fase
2736 mm
Secs requerds
Canal de daos:
Un canal daos sncrono
64
Equipo terminal PowerLink - Ancho de banda nominal HF:
8
kHz
Tipo de modulación
Poadora Suprimida
- Salida de potencia inteaz RF
+48
dBm
a. Resultado del cálculo Se muestran en a Tabla 4.3 y 4.4.
Tabla 4.2 Niveles de potencia de la señal por onda poadora Nivel Descrición Salida RF en e amplificador 35d8m Punto de acoplamiento 30d8m Tabla 4.3 Atenuación y relación señal/ruido de la señal por onda poadora Descrición Atenuación de la línea Nivel de señal en receción Nivel de ruido en la receción SNR
'
Tx 16,3 dBm 137 dBm 79 dBm 216 dB
Rx 166 dBm 134 dBm -79 dBm 213 dB
b. Gráficos resulntes
- , 25.00 � - ·- ·! 15.00 t=: �;ÉJ
20 Ἴ
-
Q "
e
10.00
+-- -- -- -- - - -- -- - -
•O
·o .
� 5.00 e
-- - - -- -- -- -- -- -- --
Q
000
+---------------- --
50
100
50
200
250
300
350
400
450
500
eueia ()
Figura 4.3 Atenuación de lnea vs Frecuencia 30.0dBm 250dBm
e 200dBm
t= : i � + ¡; j
� 150dBm
-- -- -- t -- - - -- -- --
o 10.0dBm
-- t - - - - - - - - - 1 - - -- -
z
50dBm
-- -- -- -- - > - -- -- --
OOdBm
-- -- -- -- + -- -- - 1 - --
50
00
50
200
250
300
350
400
Frecuencia kHz
Figura 4.4 Relación señal ruido SNR vs Frecuencia
450
500
65
La frecuencia de seNicio para el enlace Chilca REP - Desiero propuesta es de 188 a 196 kHz transmitiendo desde la subestacó Desiero y 204 a 212 kHz trasmitiedo desde la subestación Chilca REP. De acuerdo co los cálculos teóricos realizados por la consultora, el enlace en mención proporcionaría una relación SR superior a 20 dB. Utilizando estas frecuencias podemos teer un nivel de relación señal ruido teórico e la trasmisión de 216 dB y un nivel de relación señal ruido teórico en la recepció de 213 dB los cuales son aceptables para las cracterísticas del enlace y el canal de datos a establecer de 32 kbs 4.12 Enlace Desieo - Independencia
Las siguientes son las característics del enlace: Datos de entrada
Cliete
MILPO
Voltaje de líea
220 kV
Logitud de la línea
5875 Kmts.
Tipo de acoplamiento
FaseFase
Potecia del amplificdor
80W
úmero de transposicioes
2
Frecuencia de operación Tx
236 a 244 kHz
Frecuencia de operación Rx
220 a 228 kHz
Alineación de coductores
Triagular
Diámetro conductores de Fase
2736 mm
Seicios requeridos
Caal de datos
U cal de datos sícroo
Equipo terminal Powerink
Acho de banda ominal HF
8 kHz
Tipo de modulación
Poradora Suprimida
Salida de potecia interaz RF
+48 dBm
a Resultado del cálculo:
Se muestra en la Tabla 4.5 y 4.6 Tabla 44 iveles de potecia de la señal por oda poradora Descripción
Nivel
Salida RF en el amplificador
35 dBm
Puto de acoplamiento
30 dBm
66
Tabla 4.5 Atenuacón y relacón señal/rudo de la señal por onda portadoa Descripción
Atenuacón de la lnea Nvel de señal en rececón Nvel de rudo en la recepcón SNR
x
14,3 dBm 157 dBm -7,9 dBm 236 dB
Rx
142 dBm 15,8 dBm 7,9 dBm 23 dB
b Gráficos resultans:
18.00 600
l
c14.oo
"
-12.00 .s 000
� 00 - 600 ·o
r 400 :
e 200 00 50
50
00
200
250
300
350
00
Frececia (kz) Fgura 45 Atenuacón de línea vs. Frecuenca _0 E 0 <0 � C 0
450
500
¡-
. -
-
i
0
00
150
200
250
300
350
00
�.
0
500
H Figura 46 Relacón seña rudo SNR La recuenca de seco para el enlace DeseroIndependenca propuesta es de 188 a 196 z transmtendo desde la subestacón Deseto y 24 a 212 z transmtendo desde la subestacón ndependenca De acuerdo con los lculos teórcos realados por la consultora, el enlace en mencón roporconaría una relacón SNR sueror a 23 dB Utlzando estas frecuencas podemos tener un nvel de relacón señal rudo teórco en la transmsón de 236 dB y un nvel de relacón señal rudo teórco en la recepcón de 23,7 dB los cuaes son aceptables para las caracterstcas del enlace y el canal de datos a establecer de 32bps
67
4.2 Análisis del sistema de teleprotección implementado En esta sección se desarrollan los siguientes aspectos - Estándares aplicados Características del sistema de teleproteccón
421 Estándares aplicados Los equipos de teleprotección iSWT3000 han sdo diseñados y fabricados de acuerdo con la norma: Termnal de teleprotección IEC 60834 "Teleproteon equipment of power systems. Peormace and testing
42.2 Caacterísticas del sistema de telepotección implementado El Sistema de Teleprotección es altamente selevo y cumple con las sguientes caractersticas
a Confiabilidad y seguidad Es la facultad del sistema de teleprotección de cumplr la función comisionada sin errores en el tiempo establecdo Para conseguir confiabilidad y segurdad en los equipos de proteccones se aseguró que no exstan errores de medición ocasionados por los transformadores de corrente y tensión de medida, y además que no existan pérdidas en el canal de comunicaciones
b Selectividad Las pruebas al sistema de teleproteccones han permitido verficar que localiza la falla y aísla únicamente la pae afectada protegiendo así la porción del sistema que sale de seico Cuando ocurre una falla es despejado por los relés asociados a esta anomalía evitando la salda de pates del sistema que no tengan relación con esta falla
c Velocidad Al producirse una falla el sstema de teleprotecciones acciona los equipos necesarios para aislar la pae afectada de la línea en el menor tiempo posble El tiempo de total en que un comando es transmitido, recibido por el equipo de teleprotección en el otro eremo de la línea y envado al relé de protección fnal estuvo por debajo de los 65 ms cumplendo as con la norma IEC 60834
d. Disponibilidad El sistema de teleproteccones tiene dsponble el medo de comuncacones durante el tiempo convenido para que los equipos de protección del sistema de teleprotección puedan comunicarse de ocurrir una falla en el sistema
e Respaldo El sistema de teleproteccones tiene un sistema de respaldo en los siguientes niveles Equipos de protección Los equipos de protección de respaldo fueron instalados (Reles
68
de respaldo) con la finalidad de aislar la parte en falla de la red de alta tensión en el caso de que los equipos de protección principales fallaran en el intento. - Canal de comunicaciones: Por más que existiese respaldo a nivel de equipos de protecciones, si el medio de comunicaciones fallase no habría comunicación para los equipos de protección principal y de respaldo En tal sentido se tendría un sistema de teeprotección no confiable. Para evitar ello se cuenta con medio de comunicaciones de respaldo (Sstema Microondas) que permite la comunicación de os equipos de protección en caso fallase el canal de comunicaciones principal (Sistema PLC). Equios de Teleprotección: Se cuenta con dos (2) equios de teleprotección or línea (dos a cada extremo de la línea) uno que transmite por el canal de comunicaciones principal y el otro por el canal de respaldo En a solución implementada el equipo de teleprotección de respaldo es el SWT3000 de SIEMENS Los relés de protección envan señales de tensión (contactos secos) en las entradas binarias del ST3000 este digitaliza la señal recibida
y
la envía al sistema de Microondas o fibra óptica según sea el
caso. - Fuente de alimentación: Los equipos de teleproteión y protecciones principales y de respaldo cuentan con fuentes de alimentación independientes En cada subestación cuenta con un tablero de seicios auxiliares que roorciona alimentación a todos los equipos de comunicaciones además cuentan con interruptores termomagnéticos independientes que posibilitan la alimentación a cada equipo (principal
y
respaldo) de
teleprotección y de protecciones. -
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Figura 4.7 Equipo ST3000 para teleprotección de respaldo 43 Costo referencial en la implementación del sistema de onda poadora
m l fl l mii l iem Tl 46)
y
del montaje y puesta en servicio del sistema de onda poradora (Tabla 47.
69
Tabla 4.6 Costo referencial suministro del sistema de onda poraora .
IEM
Descripción
Unida Cantidad PU (US$)
.
1.0
.
Subotal (US$)
Costo suminis ro de equipos y maeriales
262,030.00
Equipos y mateiales
242,40000
Equipos de telecomunicaciones PowerLink incluye equipo de 1.1
teleproteccion integrado,cuatro
Und
4
4500000 18000000
Und
4
1000000
4000000
Und
4
300000
1200000
m
800
1300
1040000
ordenes (Permsivos) así como gabinete de telecomunicaciones Trampa e onda de 1200A 1
incluyendo aisladores y otros accesorios para montaje en 20kV
13
Cajas de acoplamiento y protección fase a fase Cable coaxial de 75 ohm ncluye
14
conectores para dos enlaces 04 equipos terminales)
1963000
20
Repuess
21
Módulo PSCFS
Und
1
,65000
2,65000
2
Fuente PSPLE-DC
Und
1
67000
267000
23
Módulo de Recepción XFI
Und
1
267000
27000
4
Módulo de PU3LA
Un
1
320000
320000
Un
1
1378000
1378000
25
Amplificador (ack PLE40PSPLEDC +P40 MP 40
70
Tabla 4.7 Costo referencial montaje y puesta en servicio de sistema de onda poradora
ITEM
Descripción Cost o montaje y puesta en sericio
1
Instalación
1.1
Montaje de 04 trampas de Onda
Montaje de 04 caas de acoplamiento
PU SubTotal 1 Unidad Cantidad (US$) {US$)
25,900.00 6
Und
4
25000
1,00000
lnd
6
Gbl
1
40000
40000
Gbl
1
1,00000
1,00000
Und
4
25000
100000
Und
4
40000
1,0000
T�nddo y conexonado de cable en 13
alta tensión: rampa de onda ransf de tensión capacitivo
14
endido y conexionado de 800mt d xl 7 hm Montaje de 04 equipos de
15
telecomunicaciones en sala de control Conexionado de 04 equipos de
1
telecomunicaciones con ardware involucrado
Puesta en seicio
21
Programación y pruebas locales
Und
4
250000
1000000
22
Pruebas punto a punto
Und
4
40000
10000
23
Pruebas SA
Und
4
30000
120000
18
4
3 Ingeniería de detalle sistema de onda poadora
31
Ingeniería de detalle sistema de telecomunicaciones con PLC
Gbl
1
4,000.00
400000
431 Comparación de coss del sistema implementado con otros sistemas
Comparando el costo del sistema de onda poadora (PC) con los otros sistemas de , de fibra óptica
71
En el presente proyecto mplementado se utiliza como sistema de respaldo la tecnología de microondas debdo a que existe como sistema de comunicaciones de respaldo en el enlace de telecomuncaciones nvolucrados. En la tala 48, obseamos a comparacón de precos con otros sistemas y presenta el menor costo en su implemenación Por otro lado actualmente en lneas de S00kV se está imlementando sistemas de telecomunicacones por fibra óptca como sistema rincpal y onda oadora como sistema de respaldo En muchas lneas de 200kV se mplementa sstemas de onda poadora como sistema rincipal y mcroondas mo sistema de respaldo Tabla 4.8 Comparacón de costos del sistema implementado con otros sistemas Costo / Sistema aplicado
Sistema PLC
Sistema MO
Sistema FO
· (US)
US)
US
26203000
11840000
66540000
2240000
1320000
186960.00
28443000
13160000
85236000
Costo suministro de euios materiales Costo montaje y puesta en seicio osto total del sistema de telecomunicacón
Cronogama de montaje y pues en servicio del sistema de onda poadoa
El cronograma es descrito mediante un diagrama de Gannt (Fgura 46) Los 31 das / Instalación - Montaje de 04 rampas de onda
- Monte de 04 cajas de acolamento Tendido y conexionado de cable en AT
Trampa de Onda Transf de Tensón
apaco enddo y conexonado de 800mt de cable coaxal 75 om Montaje de 04 equios de telecomunicaciones en sala de control Conexionado de 04 equpos de telecomuncacioes con ardware involucrado Puesta en seicio
rogramación y ruebas locales ruebas punto a unto ruebas AT
72
Id
6
18
j
6
- 7 ;! 8
Monté y Pues en seico de istem e Ona Por S.E- Dese k1V� ¡; 24 ís
lnsción
2
3
'Nombr de area
1
j 0 p
3
0 Ap
3
T Cx b A: p f Cpv
3
T y C 800 bl C 75 h
5
0 qp
C 0 p hw vl
7dfas
Puesta en Sericio
g pb
3
b p p
2
b AT
10
Taa
Hito
•
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Rumn
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Reme del poyeco
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(
Dón
Figura 4.6 Diagrama de Gantt del motaje y puesta e seNico
CONCLUSIONES
1. La solución implementada para las telecomunicaciones en la SE Desieo 220kV fue el sistema de Onda Poradora a in de que sea compatible con el sistema exisene (enlace PLC: Chilca REP - lndependencia)EI sistema de respaldo para las telecomunicaciones ue el sistema de Microondas Algunos años arás, se creía que la redes digiales de ibra ópica susiuirán completamente los sistemas PLC radicionales de las compañías elécricas Sin embargo los sistemas PLC digitales como el de Siemens son una buena alernaiva técnico económica para múliples aplicaciones y específicamene para sisemas de teleprotección 3 espués de una evaluación económica entre los ssemas Onda poadora Microondas y Fibra Ópica los sisemas de Onda Poradora siguen siendo una buena alternaiva debido a su bajo coso en comparación a los sistemas de Fibra Óptica además son confiables y de ácil implementación 4 Los sisemas PLC digiales ales como el sistema PowerLink de Siemens son capaces de inegrarse sin problemas a oras tecnologías de comunicación ales como ibra óptica y conexión a microondas cumpliendo sin inconvenientes los mas alos esándares de comunicaciones aplicados a sistemas de protección 5 El sisema PLC implemenado es de Banda Angosta con una capacidad de ransmisión de hasa 766 kbps esa velocidad puede considerarse como una velocidad de ransmisión aceptable debido a que el objeivo de los sisemas PLC no es la velocidad de ransmisión, sino la seguridad e integridad de los daos Acualmente los sisemas PLC digiales pueden tener velocidades de transmisión de hasta 256 kbps Es impoante hacer la dierencia entre el sistema PLC Banda Angosa (sistema implementado con los sisemas PLC de Bana Ancha los cuales se aplican en viviendas Aualmene los sistemas de Banda ncha, se vienen implementando en miles de hogares en Europa y son conocidos con el nombre de BPL (Broadband Powerline y ienen alas velocidades de transmisión de hasa 200 Mbps El sistema PowerLink con eleproección inegrada uiliza un tiempo de ransmisión de 0 milisegundos entre equipos e teleproección local y remoto cumpliendo la norma EC
74
60834 (tiempo menor a 65 milisegundos. 8 El seicio de teleprotección, es del tipo de AMP seicio múltiple alternado) donde los disparos de teleprotección están dentro de la banda de voz es deci cuenta con un canal dedicado para la actuación de los relés al presentarse una alla; al presentarse una falla en la línea se suspende el servicio de voz, solo en el instante en que el seicio de teleprotecciones se presente una vez terminado con la orden respectiva se restablece el seicios de voz Los demás seicios están aivos durante la alla 9 Los equipos de teleprotección iSW3000, están
integrado al equipo de onda
poradora Powerink y están conigurados para transmitir cuatro (04 disparos independientes en modo permisivo, 1O El sistema sistema de teleprotección implementado es conable seguro selectivo tiene disponible el medio de comunicaciones durante el tiempo convenido para que los equipos de protección del sistema de teleprotección puedan comunicarse de ocurrir una alla en el sistema cuenta con una velocidad aceptable dentro de la norma 11 El sistema de teleprotección implementado cuenta con respaldo en los siguientes niveles: respaldo de los equipos de protección (reles de respaldo respaldo en el canal de telecomunicaciones y en la uente de alimentación
ANEXOS
ANEXO A PRUEBAS SAT REFERENCIAL DEL SISTEMA DE ONDA PORTADORA
Tabla A.1
Prueba de transmisión - seicio 1 (Voz y Teleprotección) Salida de RF 750
Vf inteace F2 VFM1/P1 SysPil iSWT1 Tono de Reposo f g
iSWT1 Frecuencia de Desenganche Fs iS1 Frecuencia de Desenganche f1 iSWT1 Frecuencia de Desenganche f2 iSWT1 Frecuencia de Desenganche F3 iSWT1 Frecuencia de Desenganche f4 iSWT1 Frecuencia de Desenganche f5 iSWT1 Frecuencia de Desenganche f6 iSWT1 Frecuencia de Desenganche f7
Salida de RF Línea
dB. dB kHz dB dB kHz dB dB kHz dB dB kHz dB dB kHz dB dB kHz dB dB kHz dB dB kHz dB dB kHz dB dB kHz dB dB kHz
nominal actual frecuencia nominal aual frecuencia nominal actual frecuencia nominal aual frecuencia nominal actual frecuencia nominal aual frecuencia nominal aual frecuencia nominal aual frecuencia nominal aual frecuencia nominal aual frecuencia nominal aual frecuencia
Tabla A2
imensión
Prueba de transmisión seicio 2 (Datos) Salida de RF 750
nominal DP Signal Generator actual frecencia
Salida de RF Línea
Dimensión
dB dB kHz
77
Tabla A.3
Prueba de recepción - seicio 1 (Voz y Teleproteccón) Línea
SysPi
Vf inteace F2
VFM/P
RX-FI Salida
Nomina actua frecuencia nominal actual frecuencia Tabla A4
Dimensión
dB dB kHz
dB dB kHz
Prueba de recepción seicio 2 (Datos Línea
DP nominal Signa! Generator actual frecuencia
RXFI Salida
Dimensión
dB dB kHz
ANEXO B PROCEDIMENTO PRUEBAS EXTREMO A EXTREMO
B.1 Alcance
Se aplica en la ejecución de las pruebas eremo a extremo (End to End) que deberán realizarse a los relés de protección. Estas pruebas tienen la finalidad de verificar el estado del sistema de proteción en forma completa: operación de los relés de protección, del interruptor de potencia, de la teleprotección etc B2 Equipos a utilizar en cada extremo de la lnea de transmisión
Para estas pruebas se utilizan los siguientes equipos - Maleta de pruebas hexafásica marca Doble modelo F6150 o maletas monofásicas marca Doble modelo F2253 - Un reloj satelital para la sincronización de las pruebas - Una (1) maleta de cables propios de cada equipo de prueba puede ser del modelo F6150 o del F2253 - Dos (2) enchufes de prueba, el modelo dependerá del relé a probar. Una (1) computadora poátil con el sofware de la maleta de pruebas (Protest o F6test Transwin) y el sofware del relé de proteción Un ( 1) cable de comunicación para la maleta de pruebas Un (1) cable de municación para el relé de protección - Un (1) Multímetro digital Unitest Una (1) pinza amperimétrica AC/DC Medio de comunicación tal como celulares o radios B3 Docmentos a consltar
Manuales de los equipos de pruebas - Manuales del relé de proteción verificando la versión y código completo - lanos de Ingeniería en reisión final Estudio de Coordinación de Protecciones en su revisión final B4 Personal en cada extremo de la línea de transmisión
Un (01) Coordinador de Pruebas cuyas funciones son: � Es el representante de la empresa ejecutora de las pruebas ante el cliente � Lidera el grupo de trabo � Coordinar con el cliente que se cumplan los requisitos preios para la realización de las pruebas por eemplo: línea fuera de seicio etc � Coordinar con el cliente el inicio de los preparativos para las pruebas por ejemplo la intervención del tablero ubicación de la antena GS etc
79
Identificar el meio de comunicación: teléfono a través de onda poadora, señal e Claro o Movistar etc. Entablar comuniación con el otro eremo de la línea Autozación e inicio e cada caso de prueba en coorinación con el otro extrem de la línea Comunicar la aprobación local e caa caso de prueba al otro extremo de la lnea - U (01) Operador de Pruebas cuyas funciones son Crear la planilla e pruebas Preparar la maleta para las pruebas Ubicar las antenas GPS Conectar y cngurar la maleta para las pruebas nyectar los casos e prueba Dar aprobación a ls resulta de las pruebas Un (0) Analista de Proteccones � Entregar los archivos e simulación COMTRADE al Operador e Pruebas para la simulación de los casos � Confgurar los relés de potección y cerificar que están listos para las pruebas � Descargar y analizar las oscilografas del relé y registraor de fallas � Descargar y analizar ls events del relé y registrador e fallas � Dar apbación a los resultaos de las pruebas. Un (0) Especialista en Telecomuniaciones � Confgurar los equipo de telecomunicación
y
cerificar que están lists para as
pruebas � Comprobar y garantizar que el enlace e comunicación este operativ. Los trabajos que se realicen en las pruebas es respnsabilidad de tdo el grupo que inteiene en la tarea de manera directa o inirea B.5 Ejecución de trabajos
Las pruebas de exrem a erem (En to En) son un métoo que garantiza el funcionamiento lógico correct de todo el sistema e protección La compobación e los sistemas e protección (por
eemplo la protección a istancia cn soluciones e
comunicación e teleproteción potección iferencial e línea proteción e bara sistemas de medición de sincrofasofasor) es necesaa cuano se necesita cncer la correcta coordinación y el funcnamient lógico el istema de potección Un istema e protección distribuido requiere un sitema e prueba istribuido que esté pereamente sincronizado incluso a istancias muy largas En estas aplicaciones es impoante que los ispositivos de sincronización temporal aplicados sean
80
extremadamente precisos. Además, las unidades de prueba sincronizadas deben estar diseñadas de forma que las señales de sincrnización temporal como los pusos se procesen extremadamente rápido de forma que las propias señales de prueba generadas divean menos de 1 microsegundo entre ellas Con la tecnología disponible el reto está en lograr que estos sistemas de prueba distribuidos sean lo más fáciles de manejar y lo más eficaces posible Por lo tano es fundamental que el soware y el hardware de prueba esté diseñados para llevar a cabo las pruebas distribuidas de manera óptima
�--------- Com Channel
1. de DbT
Protctio unde test
Figura 8.1 Esquma de pruebas Extremo - Extremo 86 Sofare a utilizar
Trans\/Jin es un sofare de !a marc Doble utiizado para pruebas transitorias. Utiiza
las formas de onda almacenadas en formato COMTRADE el cual puede ser obtenido del registro de oscilografa de una falla real o a través de un soware de simulación de sistemas de potencia
Figura 82 Soware TransWin
81
B.7 Pasos de las prueba Son los siguientes: Paso 1) Acciones preiminares en cada extremo de a ínea Para Iniciar a etapa de pruebas se debe prever o siguiente - Creación de archivos COMTRADE de os casos de faas a ser simuados. Estos archios se crean mediante un sofware de simuación de transitorios eectromagnéticos. Para cada caso de smuación se generan dos archivos COMTRADE, uno para cada extremo de a ínea - La línea de transmisión se encontrará fuera de seicio, con los interruptores y seccionadores de lnea cerrados. Los seccionadores de barra de ambos exremos abieos Deshabiitar funciones como 50BF (Fala interruptor), diferencial de barras, disparo teletransferido a otras neas de transmisión etc - E relé de protección debe encontrarse energizado con su propia lae de aimentación a tensión nominal indicada en paca - Obtener a información neesaria para desarroar as pruebas taes como planos manuaes, estudio de coordinación, etc. - E circuito de rente debe estar coocircuitado y el circuito de tensión debe estar seccionado Ambos circuitos aisados de reé en prueba. Se coocará as respeivas borneras de pruebas. El relé debe estar confgurado y os ajustes deberán ser os definitivos para efectuar as pruebas - Coocar el reoj sateita en un ugar adecuado a campo abieo donde pueda rebir a seña de os satélites Paso 2) Obtener os datos de placa de reé de protección Paso 3) Preparar a panila de pruebas Con los ahivos en formato COMTRADE preparados con un soware simuador de sistemas de potencia por ejempo e Digsient. Para as panias de prueba utiizamos e soware Protest o F6test, de acuerdo al equipo de pruebas utilizado Tabla B1 Equipos y sofware Marca
Modelo
Sofare
Doble
F2253
Protest
Dobe
F6150
F6test / Proest
a. Ubicar a relé dentro del soware utiizando e explorador, tomando como referencia su
82
ubicación en el sistema eléctrico e ingresar los principales datos de placa. b Las señales digitales conectadas a la maleta de pruebas serán: Señal de recepción por 21 - Señal de transmisión por 21 Señal de recepción por 67N Señal de transmisión por 67N Orden de apertura al interruptor fase R - Orden de aperura al interruptor fase S - Orden de apeura al interruptor fase T - Orden de cierre al interruptor - Posición del interruptor fase R - Posición del interruptor fase S - Posición del interruptor fase T c Las señales digitales que no puedan ser conectadas a la maleta de pruebas serán analizadas en las oscilografas y eventos del relé o algún registrador de fallas d En el protocolo de pruebas se presentará Planilla de pruebas de la maleta con resultados - Oscilografas descargadas de los relés y registradores de fallas Eventos descargados de los relés y registradores de fallas Paso 4) Preparar el equipo de pruebas
Colocarlos en un lugar adecuado lo más cerca posible al tablero a intervenir teniendo cuidado de no interrumpir el libre paso Ubicar una fuente de corriente alterna 220VAC 60Hz (verificando con un multímetro) con toma de puesta a tierra para alimentación del equipo de pruebas, utilizar extensiones si fuera necesario Paso 5) Realizar conexiones
Conectar los circuitos de corriente tensión cables de comunicación señales de disparo recierre transmisión y recepción para medir los tiempos de operación en la maleta de pruebas. Paso 6) Comprobación de correcta conexión
Para comprobar que os circuitos de control estan conectados en forma correa Realizar una inyección desbalanceada de 25% 50% y 75% de la corriente y tensión nominales en las fases R S y T respeivamente para verificar la correspondencia de fases y la continuidad del circuito de pruebas Maniobras de control cierre y apertura de interruptores en forma local desde el tablero - Pruebas de disparos de los interruptores desde los reles de protección (inyección de corriente de falla)
83
- Comprobar la recepción de as señaes digitaes en la maeta de pruebas, rele de proteción y registradores de fala. Vericacón de a sincronización de os equipos de pruebas mediante e GPS Paso 7) Proceder con a inyección de os casos de simuación según e orden preestabecido Paso 8) En foma simutánea en cada extremo de a nea de transmisión inyectar o caos estabecidos en as simuaciones de los archivos COMTRADE Para la sincronización de os tiempos se utiizará e reoj satelital Durante a prueas e mantendrá una comunicación constante entre os extremos de a lnea Paso 9) En cada extrmo de la nea se verificará la operación de interruptor de potencia por disparo de elé de protección por ejempo os recierres disparo y loqueo ec Asimismo a operación de a eeprotección verificando as señales de Envío y Recepción
EMoo quipo deF6150 Puebas Dbl: Mol F2253 nfgur d Pu
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Figura .3 Diagrama de fuo de pruebas Paso 10) En cada extremo de a ínea luego de ada prueba se descargaran os eventos
5 Paso 11) Recordar que antes de empezar cada caso de simulación de pruebas se dee
cerrar o interruptores Paso 12) Cuando se termine as pruebas se eaiza la reposición de circuito de corriente
y tensión Paso 13) Se devover os documentos entreados por el cliente Paso 14) E ciente firmará e Aca de Conformidad de rabajo
ANEXO C COSTO REFERENCIAL SISTEMA MICROONDAS Tabla C.1 Costo referencial suministro del sistema de microondas ITEM
1.0 11 12 1.3 14 14 15 15
Descripción
Unidad Cantidad PU (US$)
Costo sumnstro de eq upos y materales Euios Maeiales Enlace Alto Pisco-Desieo, antenas Gbl cable coaxial Planta de energía solar para Alto Und Pisco Torre autosoporada de 12m de altura Und ara antena Adecuación de circuitos en Chilca m REP cn tarjetas de voz y datos Adecuación de circuitos en la repetidora Alto pisco con taretas de m voz datos. Tareta de datos CO4237 para la transmisión de teleprotección en Und Chilca REP e Indeendencia Equipos de teleprotección SWT3000 en Chilca REP Desieo (02) e Und Indeendencia
SubTotal (US$)
8,40000 11800.00 1
30,50000
30,500.00
4
11,00000
44,000.00
1
5,00000
5,00000
1
10200
10,20000
1
8300
8,300.00
2
1,30000
2,600.00
4
7,00000
28,00000
Tabla C.2 Costo reerencial Montae puesta en secio del sistema de Microondas ITEM Descripción
1.0 1.1 12 13 14 15
20 21 2.2 2.3 .0 31
Unidad
Costo montje y uesta en sevco Inslaión Montae de antenas cable coaxial Und en enlace Alto Pisco-Desierto Montae de Planta de energía solar Und para Alto Pisco Montae Torre autosopotada de 12m Und de altura ara antena Instalación montae configuración m de taretas para voz datos Instalación montae configuración Und de Equipos de teleprotección SWT3000 Puesa en seio Gbl Programación pruebas locales Und Pruebas punto a punto Und Pruebas SAT Ingenieía de detalle ssma moondas ngeniería de detalle Sistema de Gbl Telecomunicaciones con Microondas
Cantidad PU (US$)
SubTotal (US$)
3,0000 60000
80000
1,600.00
1
1,00000
1,00000
1
1000.00
100000
4
20000
800.00
4
50000
2,00000
1 1 1
1,00000 1,500.00 300.00
280000 1,00000 1,50000 300.00 00000
1
4,000.00
4,00000
ANEXO D COSTO REFERENIAL SISTEMA FIBRA OPICA Tabla D.1 Costo referencal sumnstro del sstema de fbra óptca Cantidad PU (US$)
Unidad
ITEM Descripción
SubToal (US$
oo i is o q po y is
665,400.00
10
Equipos y Materiale
6650000
1.1
Swtch de fbra ópta Gabnetes termnales de fbra óta Caas de empame Cabe de fbra óptca ADSS tamo Chca REP-Deseo upos termnales de fbra ótca Ferretería para sopoe de fbra ótca upos de teleproteccón SWT3000 en Chca RP eseo e Independenca
12 13 14 15 16 17
Und
4
1,60000
64000
Und
4
260000
10,40000 '
1,5000
5250000
300
5061000
4
1300000
52,00000
Gbl
1
1000000
1000000
Und
4
7,00000
2800000
Und
3 5
m
168,700
Und
Tabla 2 Costo refeencal sumnstro del sstema de fba óptca IEM ión
•.
Unidad
Cantida PU (US$)
oo oj y iio
10 11 12 13 14 15 16
18696000
Intalación Montae de swtch de fbra óptca Montae de tableros de fbra óptca Montae empalme de fbra ótca T enddo de cable fbra óptca ASS Montae de04 eupos de telecomuncacone por fbra en sala de control Conexonado de04 eupos de telecomuncacones n hardware nvoucrado
SubTotal (US$) 173,6000
Und
2
8000
1000
Und
4
15000
60000
Und
35
1000
350000
km
187
Und
4
15000
60000
Und
4
5000
2000
100000 16870000
920000
20
Puesta en servicio
21
ogamacón y puebas locales
Und
4
50000
200000
22
Prueba punto a punto
Und
4
150000
600000
23
Pruebas SA
Und
4
30000
120000
30
Ingeniría de dealle de tlecomunicaciones por fbra óptica
31
Ingenera de detale de stema con fbra óptca
'
Gbl
1
400000
400000 400000
ANEXO E UNIDAD DE SINTONIA AKE 100 El AKE 100 de Siemens es la unidad de sintonía que contiene al fitro de acoplamiento, el sistema de protección de acoplamiento el seccionador de tierra y el transformador de aislamiento. El AKE 100 tiene un circuito pasa alto que permite a pair de una frecuencia mínima fµ determinada por el tamaño de los condensadores de acoplamiento transmitir hasta 500 kHz en la banda de frecuencias poadoras previstas para el sistema PLC. La AKE es usado en todos los casos de acoplamiento (Fase-Tierra Fase-Fase e lntersistemas). La unidad de acoplamiento puede ser coneada en ambos casos a distintos tipos de transformadores de tensión capacitivo <
HVline e
e
Couping captors
•
e
s
A
the PLC nt Figura E.1 Unidad de sintonía AKE 100
ANEXO F DATOS TECNICOS DE EQUIPOS
Los correspondientes a la trampa de onda son: Fabicante
TRENCH
Modelo
PDV 100
Tensión Nominal
220 kV
CorrieneNominal
2000 A
Inductancia
0.5 mH
Montaje
Suspendida
Frecuencia de bloqueo
115 a 500 kHz
Frecuencia de bloqueo
60 Hz
Zmin de bloqueo
600Ohm
Rmn de bloqueo
400Ohm
Los correspondientes al transformador de tensión capacitivo son Fabricante
ABB
Modelo
CCA 245
Tensión Nominal
220 kV
BIL
1050 kV
Capacitancia
7,500 pF
Relación de transformacón
220 0.10 010 / /
Clase
15VA 15VA , 15VA ;5P20,5P20,C 02
V
V
V
kV
Los correspondientes a la unidad de sintonía Fabicante
SIEMENS
Modelo
AKE 100-A2
medanciaNominal lado del equpo
600Ohm
Impedancia Nominal lado de lnea AT
240 a 400Ohm
Condensado de acoplamiento
4000 a 6000 pF
Potencia de RF
200W
Los correspondientes al cable coaxial Fabricante
LEON
Modelo
2YTK2YB2Y
Impedancia Caracterstica
75Ohm
Atenuación a 300kHz
33 dB/km
88
Diámetro de cable coaxia redondo
1.4mm
Tipo de aislaiento (2Y)
Polietileno
Tipo de conduor (TK)
Conductor de cobre
Apantallaiento
Trenzas de Hilo de Cobre
Los correspondientes al equipo terinal de onda poadora son: Fabricante
SIEMENS
Modelo
Powerink
Soware de configuración
PowerSys Ver 32118
Modo de operación
Ful dúplex, banda ateral única portado suprida
Gama de recuencas
28 a 500 kHz
Ancho de banda bruto
kHz
Estabilidad de frecuencia
% 0002
mpedancia en alta frecuencia
75Ohm
Potencia de salida de transisor
aow
Alientación
110 VDC
Los correspondientes al euipo de eleproteccion son Fabrcante
SEMENS
Modeo
iSWT3000
Modo de operación
AMP (servicio múltipe alternado) disparos
de
teeprotección
están
dentro de a banda de voz Modo de configuración
(04) disparos independienes en modo perisivo
ANEXO G GLOSARIO DE TÉRMINOS
C
Contrl automático de ganancia
ANSI
nstituto de estándares americano
AT
Atenuador
BF
Frecuencia telefónica
CFS
Secuencia de frecuencia poadora
CF
Frecuencia portadora
CSP
Módulo de "Procesamiento Central de Señal
CCVT
Transormadores de tensión capactvo para acoplamiento
CSP
Procesamiento Central de Señal
DP
Bomba de datos
IEC
Comisión Elerotécnica nternaciona
IEEE
Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos
iFSK
Canal FSK integrado
iU
Multplexor integrado
iW
SWT 3000 integrado
PA40
Amplfcador de ptencia 40W
PA40-B
Amplfcador de potencia 40W-Booster
PLC
Power Line Carrier (Sistema de Onda Poadora)
PU
Unidad de procesamento
RF
1 nteaz de alta frecuencia
232
Inteaz asincrónica diital
RX-FI
Filtro de recepcón
SAT
Site Acceptance Test (Prueba de aceptación en campo)
SCADA
Sistema de Control de Supesón y Adquisición de Datos.
SSBSC
Banda lateral única sin poradora.
swc
Resistencia a los pcos de sobretensión
VC
Amplfcador controlado por votaje
VFM
Inteaz telefónica E&M
VFO
Inteaz telefónica FXO
VFS
Inteaz de abonado FXS
.21
Intefaz sincrónica diital
ANEXO H PLANO DEL SISTEMA GENERAL DE TELECOMUNICACIONES
1
2
3
SAN JU
4
CHILCAREP
8
7
6
5
INDEPENDENCI
DESIERTO
293
A
2208
2091
= R� = t :l = + ; = f l ---- - - + ---- --- - - � --- - --- - _:T ---- - ' -- -- -- ---- ----------- ➔ - 4 -- - -- - ------ - - ., ----s
T
---
CNTERA 294
R
2207
2090
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T 295
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PLC
F
X
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F
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Nota
Fecha Diseñó Revsó eca Nomb. A robó
19/09/2 ULISES ORCO.
2
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIRIA APLICACION DE SISTEMAS DE ONDA POTADORA EN LA ELPROECCÓN ENRE SUBESACIONES ELECICAS DE 0 kV
FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECRONICA ENLACE GENERAL DE TEECOMUNICACIONES SS.EE
CHILCA
REP-DESERO-NDEPENDENCIA
S Hoja 1