Comunicación presentada al IV Congreso Ciudades Inteligentes:
Autor
- Paulo Samaniego Rojas, Especialista de Telecomunicaciones, INCA; Docente, Universidad Nacional de Loja
Resumen
En marzo del 2016, a través de la Alcaldía de la ciudad de Loja y sus socios estratégicos entre ellos la Empresa Eléctrica Regional del Sur (EERSSA), arranca la ejecución del Proyecto de Regeneración Urbana del Casco Urbano Central de la Ciudad de Loja con un presupuesto aproximado de 70MM$; la intervención integral del proyecto busca conseguir que las TI brinden su importante aporte para obtener como resultado una ciudad pionera en el campo de SMART CITIES en el Ecuador y lograr ser ejemplo de innovación y visión futurista. Entre los componentes propuestos en el Proyecto se encuentra la inclusión al sistema SCADA actual de EERSSA de varias cámaras de transformación, el alcance de este Proyecto se extiende a cámaras nuevas y existentes dentro del casco urbano central de la ciudad, la cantidad de cámaras de transformación a intervenirse es de a 32, todas estas equipadas con infraestructura completa para dotar de energía al casco urbano central de la ciudad de Loja, con esto se busca ampliar los mecanismos para conseguir eficiencia energética que permitan la sustentabilidad del sector eléctrico del Ecuador, en términos de las políticas planteadas hasta 2022.
Palabras clave
Eficiencia Energética, Telegestión, Smart Cities, Regeneración Urbana, SCADA, Cámaras de Transformación
Sistema Scada EERSSA Loja
Antecedentes
La ejecución del Proyecto de Regeneración Urbana de la Ciudad de Loja tiene como propósito renovar las redes subterráneas de servicios públicos (agua potable, alcantarillado, red eléctrica y de comunicaciones), mejorar la calidad de prestación de los mismos, y renovar la imagen del casco céntrico de la ciudad, mediante la ejecución de un conjunto de obras de infraestructura, planes sociales y ambientales que garanticen el uso eficiente del espacio público. Dentro del alcance para el componente eléctrico se proyecta el retiro de alrededor de 800 postes de hormigón armado, 15Km de redes primarias de media tensión, 200 transformadores, 150 circuitos de baja tensión que representan alrededor de 70Km de redes. (Municipio de Loja, CAF, 2015)
En el año 2003 la Empresa Eléctrica Regional del Sur, se plantea la implementación de su Sistema SCADA que le permita realizar telemedición y el telecomando de los equipos de seccionamiento del Sistema Eléctrico de Potencia y a su vez vigilar sus subestaciones cumpliendo: la reducción de índice de interrupciones, disponer de todos los parámetros del sistema en forma simultánea y sincronizada, disponer de control centralizado, disminución de costos operativos, entre otros beneficios esperados. Este Sistema se compone de una red de telecomunicaciones vía radio con 8 repetidoras que enlaza alrededor de 23 subestaciones y 3 centros de control en tres provincias del Ecuador, incluida por supuesto Loja. (Cardenas & Moreno, 2012)
El sistema actual de la EERSSA se diseñó contemplando posibilidades de expansión y compatibilidad de sus recursos, logrando que componentes adicionales puedan formar parte de este sistema ya existente.
Dentro del casco urbano central de la ciudad de Loja se proyectan 32 cámaras de transformación entre existentes y nuevas, las cámaras nuevas se enmarcan en el Proyecto de Regeneración Urbana de la ciudad. Para poder contar con los mismos beneficios de control que se planteó la Empresa Eléctrica para el control de sus subestaciones, se ha proyectado incluir a este sistema la mencionada infraestructura.
Integración de cámaras de transformación a sistema Scada (EERSSA)
Equipamiento eléctrico de las cámaras de transformación
El Proyecto contempla 32 cámaras de transformación subterráneas, su ubicación es en parques y calzada distribuidos en varios puntos del centro de la ciudad, cada cámara cuenta en general con el siguiente equipamiento:
- Celdas MV aisladas en SF6, 24KV, 630 A
- Transformadores trifásicos sumergibles 500/750 KVA, 13,8/0,22 kV
- Tableros de distribución de BV 220V
- Sistema de drenaje mediante bombas trifásicas sumergibles
- Sistema de ventilación
- Sistema de control de alumbrado público
Se ha considerado como parte de la integración únicamente a las celdas de MV.
Integración de celdas de MV
Estas se componen de celdas tipo C y celdas tipo V.
Las celdas tipo C se componen de: seccionador, seccionador de tierra, detector de fallas IKI-501F, relé de protección para arco interno y tarjeta REA107 e indicador de voltaje CAPDIS +S2. Las señales del seccionador y seccionador de tierra se encuentran cableadas en duro hacia entradas digitales de la RTU. Los detectores de falla IKI-501F se conectan en serie y se integran mediante comunicación MODBUS hacia la RTU. El relé de protección REA101 a través de la tarjeta REA107 recibe mediante cable de fibra óptica la señal de detección de arco de cada una de las celdas tipo C y V. De manera adicional el relé de protección REA101 tiene dos señales cableadas en duro a la RTU, la señal de disparo y la señal de falla relé IRF. El indicador de voltaje CAPDIS +S2 integra la señal de presencia de voltaje a una entrada digital de la RTU.
Las celdas tipo V se componen de: interruptor/seccionador, seccionador de tierra, relé de protección REC-615. Las señales de interruptor/seccionador y seccionador de tierra se encuentran cableadas en duro a las entradas digitales de la RTU. Todas las señales del relé de protección REC615 se envían por protocolo de comunicación DNP3.0 vía ethernet a la RTU.
Switch de comunicaciones
Se proyecta un SW de 8 puertos en las celdas de MV, 2 de estos puertos interconectan los 2 relés de protección REC615 y 1 puerto para conexión de la RTU.
Red de comunicación
Con el objetivo de realizar la interconexión entre cámaras de transformación y el centro de control (oficina central EERSSA), se proyecta una red de fibra óptica (12H), topología anillo con los componentes adicionales necesarios para este objetivo. Se aplica la normativa técnica referente al tendido de redes de fibra óptica, se consideran criterios de reservas como 2% de la longitud total del enlace, 15 metros de reserva por cada tramo de fibra óptica entre cámaras con un total de 30m de reserva de cable por cámara, reservas de 30m de cable cada 500m de longitud aproximada a lo largo del enlace. La longitud total aproximada del enlace es de 15Km.
Presupuesto Óptico
Las distancias entre cámaras de transformación, además de otros parámetros permiten el cálculo de presupuesto óptico, este brinda una herramienta para comprobar la calidad de cada uno de los enlaces.
La mayor longitud de enlace es de 685m (tramo 10 entre cámaras 22 y 26) el calculo de pérdida es de 4.2dB.; se proyecta el uso de un SFP Gigabit para transmisión de hasta 30Km con l=1310nm, este equipo posee una PTx máx. de 0dBm y min de -5dBm con una sensibilidad de -24dBm. Para el caso de utilizar la potencia mínima de transmisión se tendría una potencia en el receptor de -9.2 dB.
Componentes adicionales del sistema
Se tiene previsto en el centro de control, aledaño a la cámara de transformación principal, la inclusión de un servidor NTP y una RTU concentradora; el servidor se encargará de la sincronización del sistema con un reloj satelital con precisión en milisegundos, además con el uso del protocolo DNP3 base de las comulaciones, sincronizará las RTUs conectadas al sistema. La RTU concentradora ubicada en la cámara principal dará la posibilidad al sistema de dar el soporte a las comunicaciones utilizando protocolo DNP3, integración de las señales cableadas en sus entradas y salidas, capacidad de generación y suscripción de mensajes GOOSE, capacidad de generación/subscripción reports, capacidad de definir funciones lógicas a partir de informaciones internas o recibidas por GOOSE, report, entre otras; en resumen la RTU concentradora se dedica a recolectar los datos provenientes de los equipos remotos ubicados en las cámaras de transformación, almacenar los mismos en un buffer y quedar a la espera de la interrogación por parte del centro de control. (Valladares, 2012)
Discusión
La Empresa Eléctrica Regional del Sur y la Municipalidad de la ciudad de Loja, buscan a través del proyecto de Regeneración Urbana mejorar notablemente la calidad del servicio, reduciendo tiempos de reposición y optimizar recursos en la operación y mantenimiento del sistema, tanto en estado estacionario como en situaciones de contingencia. Las situaciones posibles previstas tienen que ver con: detectar, ubicar y aislar fallas, la Empresa Eléctrica podrá coordinar los trabajos con sus cuadrillas de operación y mantenimiento, mejorando la disponibilidad del sistema. Vigilancia y gestión de la red: a través del monitoreo y telemetría permanente del sistema de distribución, EERSSA podrá tener una visión de la red en su conjunto, lo que permite el registro, vigilancia de valores dentro de límites, estado de elementos de maniobra, monitoreo de la seguridad de equipos, señales de alarmas, etc. Regulación de tensión: se podrá controlar la tensión principal en los nodos del sistema y actuar sobre el mismo a través del telecontrol de transformadores, manteniendo los parámetros de acuerdo sus requerimientos. Control de potencias reactivas: se puede incluir o eliminar bancos de capacitores en nodos principales a fin de forzar algunas situaciones especiales de reactivo, según el estado de carga global en el Sistema. Se podrán realizar planificaciones de mantenimiento, con el manejo de información de los componentes del sistema, estadísticas de cada componente; aumento de la seguridad del personal, menor cantidad de personal en terreno, optimización de recursos en el componente de operación y mantenimiento. Optimización de la gestión de datos: información en línea en tiempo real e histórica.
La variación de tensión afecta la calidad del producto, la cual debe mantenerse entre ciertos límites. También resulta de interés conocer la relación entre las variaciones de tensión y las variaciones de carga, tanto activa como reactiva, interesan a fin de obtener registros de curvas de carga representativas. Estas curvas resultan imprescindibles en los estudios de planificación de la expansión, de compensación de reactivo y de operación del sistema, como también con propósitos de estudios de pérdidas técnicas y no técnicas, donde se comparan estas mediciones con las obtenidas por los sistemas de tarifación.
El almacenamiento digital de las variables permite disponer de información global de la calidad de servicio AT/MT/BT, datos actualizados de consumos y demandas para estudios de planificación del sistema. Los recursos de datos e información aportados por el sistema de telecontrol permite una administración de la red eléctrica en forma óptima, esto significa operar el sistema manejando los recursos de acuerdo a las instalaciones existentes, al disponer de una historia reciente en los perfiles de carga, permitiendo fijar límites de las maniobras de traspasos de carga a otras instalaciones. Este modo de operar el sistema posibilita una gestión razonable de acuerdo a las instalaciones, y poder afrontar los crecimientos esporádicos o estacionales de la carga, logrando un desarrollo programado de la red. Esto ayuda a lograr una distribución más armónica y programada de las inversiones. (Valladares, 2012)
Conclusiones
Debido a la saturación del espectro radioeléctrico, el medio elegido (fibra óptica) brindará la posibilidad de que la comunicación tenga alta confiabilidad, aunque la Empresa Eléctrica no maneja ningún porcentaje para este parámetro, se busca que sea superior al 99,9%. El manejo de información en tiempo real que va generando un histórico permitirá el análisis y la minería de la información que coadyuvaran en la toma de decisiones a futuro de los ejecutivos de la Empresa Eléctrica en cuanto a operación y planificación de su red. La infraestructura planteada garantiza una mejora en los tiempos de detección de fallas y en la mejora de la operación del sistema, tiempos de restitución y calidad de servicio, así mismo, se podrá lograr un seguimiento continuo de las variables eléctricas para la operación, mantenimiento y planificación del crecimiento de la red, aumentando la seguridad del personal que realiza maniobras en terreno, mejora de la imagen de ciudad, como consecuencia de la disminución de los tiempos globales de reposición del servicio en una zona muy sensible y de elevada actividad comercial, turística y financiera. De esta manera Loja pretende ser pionera en el Ecuador en el campo de ciudades inteligentes, sumándose esta propuesta a otras proyectadas y ya implementadas que buscan el bienestar de los 250.000 habitantes de la ciudad.
Para lo que lo anterior se cumpla es necesario entonces que los involucrados en el sector, autoridades ejecutivas, políticas y técnicas tomen decisiones convencidos de que esto ya no es el futuro sino el presente, que la ciudades se construyen en base a la eficiencia en el uso de los recursos y que la implementación de estos sistemas permiten incrementar la posibilidad de lograr este objetivo.
Referencias
- Cardenas, S., & Moreno, P. (2012). Implementación de la subestación Vilcabamba al sistema SCADA de la Empresa Eléctrica Regional del Sur S.A., Segunda Etapa Loja, 2011. Cuenca: Universidad Politecnica Salesiana.
- Municipio de Loja, CAF. (2015). Plan de Ordenamiento y Desarrollo Sostenible del Casco Urbano Central de la Ciudad de Loja. Manual de Operación del Proyecto. Loja: Municipio de Loja, CAF.
- Valladares, E. (1 de Septiembre de 2012). Sistema de telecontrol SCADA para mejorar la operación de un sistema de distribución subterráneo. Recuperado el 13 de Febrero de 2018, de Editores On Line.