Comunicación presentada al IV Congreso Ciudades Inteligentes:
Autores
- Dr. Rafael Álvarez García, Adjunto D.G. Medioambiente y Eficiencia Energética, Ayuntamiento Logroño
- Pedro de Grado Sanz, Directorl Departamento Medioambiente y Eficiencia Energética, Ayuntamiento Logroño
- Prof. Dr. Juan Carlos Sáenz-Díez Muro y Dr. Emilio Jiménez Macías, Profesores investigadores Departamento Ingeniería Eléctrica, Universidad de La Rioja
- Prof. Dr. Julio Blanco Fernández, Profesor Investigador Departamento Ingeniería Mecánica, Universidad de la Rioja
- Carlos Lorente Rubio, Estudiante de doctorado, Universidad de La Rioja
- Sergio Mamolar Domenech, Estudiante de doctorado, Universidad de La Rioja
Resumen
Un dispositivo capaz de detectar el posible robo de cableado eléctrico en instalaciones de alumbrado exterior. Tanto en horario nocturno como diurno, protege no sólo el cableado de energía sino el cable de tierra, utilizando una lógica cableada biestable. Otras soluciones previas, de precios muy elevados o altamente complejas y frágiles combinan tanto el bloqueo mecánico del cableado como complejos sensores de impedancia de todo el circuito. A diferencia de ellos, el dispositivo propuesto está formado por un micro relé lógico programable y unos relés electromagnéticos. De este modo, empleando sólo un cable adicional de control, establecen la comunicación a través de la propia red de alumbrado. Por ello, el dispositivo propuesto presenta una clara mejora respecto al resto, al garantizar la seguridad de toda la instalación, utilizando un método fiable, robusto y muy económico.
Palabras clave
Alumbrado Público, Cables, Sensor, Antirrobo, Lógica Biestable, Cobre, Smart City
Introducción y antecedentes
Las administraciones públicas actualmente gestionan grandes superficies dotadas de alumbrado exterior, las cuales pueden estar situadas tanto en los núcleos urbanos como alejadas de los mismos. Los elementos que forman parte del alumbrado público se encuentran situados a la intemperie, lo cual supone un riesgo ya que son fácilmente accesibles o vandalizables.
Debido a dicha facilidad de acceso, y dado el elevado valor del cobre en el mercado negro, el robo de cableado se está intensificando y convirtiendo en un grave problema tanto para particulares como para administraciones públicas y especialmente para los ayuntamientos, pues estos últimos gestionan gran cantidad de instalaciones. Los datos sobre toneladas de cobre decomisadas por las autoridades pasan de 459 toneladas en 2008 a casi el doble en la actualidad. En concreto en la ciudad de Logroño han desaparecido 45 kilómetros de cable de cobre en los últimos 5 años.
La utilización de aluminio como material conductor podría ser una acción disuasoria frente a dicho problema, ya que el precio es casi una cuarta parte frente a su homólogo en cobre. Debido a la diferencia de conductividad eléctrica, la sección equivalente de aluminio es un 58% mayor frente a la del cobre. No obstante, debido a la diferencia de densidades entre estos metales el conductor de aluminio pesa la mitad. Hay que tener en cuenta que, para evitar la corrosión galvánica de las uniones, los cables deben dotarse con terminales bimetálicos (más caros que un terminal normal de cobre). Sin embargo, debido a que la longitud del cableado es el factor más restrictivo, la repercusión de dichos terminales en el precio final no es relevante. No obstante, actualmente no se permite el empleo de cables de aluminio para instalaciones de alumbrado exterior debido a que el vigente Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (RD 842/2002), ITC-BT_09 sobre Redes de Alimentación: los cables serán multipolares o unipolares con conductores de cobre y tensión asignada de 0,6/1 kV, además los conductores de la red de tierra que unen los electrodos deberán ser también de cobre [desnudos de sección mínima 35 mm2 y aislados de 16 mm2]) prescribe que los cables serán multipolares o unipolares con conductores de cobre, además los conductores de la red de tierra que unen los electrodos deberán ser también de cobre.
Por consiguiente, frente al problema del hurto de cableado, resulta lógico considerar dispositivos que solucionen dichos problemas de seguridad, y que protejan o disuadan el robo en dichas instalaciones. El estado de la técnica actual comprende distintos dispositivos bloqueadores mecánicos del cableado, que tienen por objetivo evitar que se pueda extraer el cableado de su canalización. Los hay no solo para arquetas sino también para el hueco registrable del báculo de las luminarias. En el estado de la técnica son también conocidos diferentes tipos de dispositivos para impedir el acceso a arquetas registrables o al hueco registrable del báculo de las luminarias.
En el estado de la técnica más cercana al dispositivo objeto del presente artículo, encontramos dispositivos electrónicos complejos, o de sensores de impedancia que deben detectar variaciones mínimas de medida en el circuito, que son incompatibles en caso de lámpara fundida o balasto estropeado. Además, no detectan el robo del conductor de tierra, el cuál es uno de los elementos más importantes del alumbrado exterior.
La solución antirrobo
El dispositivo antirrobo consiste en un sistema técnológico que emite un aviso de alarma en el momento que detecta, o bien el corte de cualquiera de las fases, neutro o tierra, o el intento de manipulación no deseada de los elementos de un alumbrado público. De esta manera se tiene conocimiento de la incidencia, ya sea mediante un smartphone, tablet, u ordenador, y se puede alertar a los cuerpos de seguridad para que actúen con agilidad evitando el robo. Es destacable que el sistema funciona tanto cuando el alumbrado se encuentra encendido como apagado, ya que la mayoría de los robos se cometen a la luz del día. La comunicación con el centro de control se hace de manera continua y permanente, para verificar en tiempo real la seguridad de las instalaciones a proteger. La solución se basa en los principios del electro-magnetismo, lo cual la hace más robusta y fiable que sus alternativas, que son dependientes de electrónica compleja y frágil, además de menos económicas.
En una realización preferente pero no limitativa, los elementos que integran el sistema son:
- un cable de control, que discurre por las canalizaciones del circuito de alumbrado, desde el cuadro de mando hasta la última arqueta del circuito, incorporando detectores de apertura de tapa en las arquetas registrables.
- un conjunto de relés electro-magnéticos, que tienen como función establecer la comunicación con un autómata programable, mediante un método de niveles de presencia de tensión. Dichos relés se ubican en una caja estanca IP66 e IK10, situada en la arqueta final del circuito de alumbrado.
- un relé detector de estado, que se energiza en función del nivel de tensión del circuito de alumbrado. De día no hay tensión en el circuito por lo tanto estará sin energizar, y de noche energizado ya que hay tensión en la red.
- un autómata programable, al que se conectan tanto el cable de control, como sensores de apertura del centro de transformación y el cuadro de maniobra. Es el encargado de detectar las variaciones de tensión generadas por la manipulación de los elementos que integran el circuito de alumbrado.
- una pasarela de datos, que envía una señal de alarma cuando se corta cualquiera de los cables del circuito de alumbrado o se manipulan los elementos anteriormente mencionados.
- una fuente de alimentación con una tensión de salida de 24 V DC y una intensidad de 2,5 A, que alimenta el autómata y la pasarela de datos.
La instalación del dispositivo es funcional, sencilla y económica, se ubica dentro de los armarios eléctricos, o adyacente a ellos (también existe la opción alternativa de ubicarlo en una arqueta). Además, se dispone el cable de control a lo largo del circuito, y la caja de relés en la arqueta final del circuito, tal y como se representa en la Figura 1. En la imagen se dispone una representación gráfica en la que se identifican los diferentes elementos que componen el sistema antirrobo, así como sus relaciones funcionales.
Funcionamiento
A continuación, se describe el funcionamiento del dispositivo antirrobo, para los dos estados posibles del circuito de alumbrado, modo diurno (sin energizar) y modo nocturno (energizado).
Funcionamiento modo diurno
En modo diurno el contactor de alumbrado (CA) está sin activar por lo que el cableado eléctrico se encuentra sin energizar y por lo tanto el relé detector de estado (RDE) estará sin alimentar.
El polo negativo de una fuente de alimentación se encuentra, por una parte conectado con la referencia de entradas digitales de un micro relé lógico programable, y por otra, a través de un contacto NC y de un borne conexión con cable de tierra, con un cable de tierra alimentando un polo de una bobina de un relé latch sin energizar. A su vez, el polo positivo de la misma fuente de alimentación se encuentra conectado, a través de un contacto NC y de un borne neutro, con un cable de neutro alimentando el otro polo de la bobina, por lo que el relé latch (RDC) sin energizar se activará, cerrando su contacto NA, activado a través de un cable de control y de un borne de conexión, una entrada digital del micro relé lógico programable.
Por lo tanto, mientras haya continuidad del cable de tierra, del cable neutro y del cable de control permanecerá activada una entrada digital del micro relé lógico programable y esté enviará inalámbricamente una señal a un centro de control con el texto: “cableado correcto”; sí, por algún acto de robo el circuito se interrumpe, la entrada digital se desactivará y el texto enviado será: “cableado incorrecto: posible robo”.
Funcionamiento modo nocturno
En modo nocturno el contactor de alumbrado (CA) está activado por lo que el cableado eléctrico se encuentra energizado y por lo tanto el relé detector de estado (RDE) estará alimentado.
El polo negativo de una fuente de alimentación se encuentra conectado sólo con la referencia de entradas digitales de un micro relé lógico programable. A su vez, el polo positivo de la misma fuente de alimentación se encuentra conectado, a través de un contacto NA, que estará cerrado, y de un borne conexión con cable de tierra con un cable de tierra llegando hasta un contacto NA, que estará cerrado, de un relé latch (RAC) energizado, que estará activado ya que su bobina se encuentra alimentada con la tensión de alimentación que le llega a la luminaria N, llegando dicho polo positivo a través de un cable de control y de un borne conexión con cable de control hasta una entrada digital del micro relé lógico programable.
Por lo tanto, mientras haya continuidad del cable de tierra, del cableado eléctrico y del cable de control permanecerá activada una entrada digital del micro relé lógico programable y esté enviará inalámbricamente una señal a un centro de control con el texto: “cableado correcto”; sí, por algún acto de robo el circuito se interrumpe, la entrada digital se desactivará y el texto enviado será: “cableado incorrecto: posible robo”.
Cuando el alumbrado está energizado (modo nocturno) y se produce un disparo de una protección magnetotérmica o diferencial, el dispositivo reivindicado pasa automáticamente a estado sin energizar (modo diurno) siendo plenamente operativo, funcionando como se ha descrito anteriormente para el estado sin energizar (modo diurno). Cuando el alumbrado está energizado (modo nocturno) y se produce un fallo de alimentación y opcionalmente la alimentación auxiliar mantiene alimentados la fuente de alimentación y el micro relé lógico programable, el dispositivo reivindicado pasa automáticamente a estado sin energizar (modo diurno) siendo plenamente operativo, funcionando como se ha descrito anteriormente para el estado sin energizar (modo diurno).
Metodología
La aplicación de los fundamentos del electro-magnetismo y la lógica biestable ha permitido el desarrollo de la presente solución. El punto de partida ha sido el uso de una tecnología robusta, fiable y económica. Para el correcto diseño y ajuste del sistema se han empleado de técnicas de simulación de circuitos y automatismo que permiten la obtención de resultados y la realización de pruebas fiables reduciendo la cuantía económica de la inversión en prototipos. En la Figura 4 observamos la simulación del sistema antirrobo mediante el software de simulación CADe SIMU v3.0. A partir de dicho software y con la realización de un prototipo se ha optimizado el sistema.
El sistema tiene un módulo de comunicación para la transmisión de información y almacenamiento de información mediante la tecnología GPRS. Se ha previsto que dicha información se monitorice en tiempo real desde una plataforma de gestión.
El piloto
El sistema antirrobo se pondrá en marcha durante un año en fase de prueba. Así, se instalará en uno de los armarios de Logroño desde los que se controla el alumbrado, en concreto el CM 1263 ubicado en Paseo del Prior, 9 y se monitorizará para comprobar en una situación real su funcionamiento. El circuito en el que va a implementarse cuenta con 16 luminarias, y se encuentra en una zona que ha sido frecuentada por los ladrones. Tras dicho período de prueba, se instalará gradualmente en todos los circuitos de alumbrado municipal. El cálculo realizado para la fabricación e instalación de estos dispositivos es de 350 euros la unidad. Hay que considerar que en Logroño en estos momentos hay 357 armarios de luz, por lo que la inversión ascendería a unos 125.000 euros. La inversión no se antoja excesiva si atendemos a los trastornos y coste que supone continuamente el robo de cableado.
Conclusiones
El modelo actual urbano está presentando grandes cambios que comprenden la utilización de soluciones tecnológicas que solucionen problemas cotidianos y mejoren la calidad de los servicios ofrecidos.
Partiendo de la necesidad de impedir el continuo robo de cableado que se ha estado produciendo en los últimos años, y tomando como punto de partida el estado de la técnica en lo referente a dispositivos disuasores de dicho hurto, el Ayuntamiento de Logroño y la Universidad de La Rioja aúnan esfuerzos para concebir la solución objeto de este artículo, ahora patentada.
Se considera que el desarrollo de esta solución ayuda a los ayuntamientos, diputaciones y carreteras iluminadas a reducir en gran medida sus gastos de mantenimiento del alumbrado público, y a la vez mejorar la vida de los ciudadanos. Tras la primera etapa de implementación del piloto del sistema antirrobo, se ampliará la cobertura a toda la ciudad, y es susceptible de probarlo en un rango mayor de ciudades.
Agradecimientos
El trabajo de investigación, así como el desarrollo de este dispositivo ha sido financiado a través de un contrato de innovación establecido entre el Ayutamiento de Logroño y la el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Mecánica de la Universidad de La Rioja. Los autores del presente artículo quieren agradecer a los técnicos municipales, así como a todos los miembros del Grupo M&S (Grupo Modeling and Simulation in Science and Engineering) su implicación y apoyo.
Referencias
- Noticias de La Rioja, Ayuntamiento de Logroño y UR patentan un sistema contra robos de cable eléctrico, 20 Febrero 2018.
- Universidad de La Rioja, Dispositivo antirrobo de cable en alumbrado público, 20 Febrero 2018.
- Eurosim (the Federation of European Simulation Societies), 21 Febrero 2018.