CE 34.04 - cigré paraguay

IV SEMINARIO DEL SECTOR ELECTRICO PARAGUAYO SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA.
30 de Noviembre al 02 de Diciembre de 2000
CIGRE - PARAGUAY
Nº Comité de Estudio: 34
Nº IV SESEP:CE 34.04
PROYECTO DEL NUEVO SISTEMA DE MEDICION
DE ENERGIA PARA FACTURACION DE LA
CENTRAL HIDROELECTRICA DE ITAIPU.
Julio C. Montania
Itaipu Binacional
Julio C. Montania
Central Hidroeléctrica de Itaipu, Tel. (061) 5993642, E-mail: jcme@itaipu.gov.py
RESUMEN
La Itaipu Binacional ha tomado la decisión de realizar la
actualización tecnológica del sistema de medición de energía
para facturación existente, por otro sistema de medición de
energía para facturación, con equipos totalmente digitales.
Los principales motivos del cambio son:
a) Los equipos existentes actualmente son de una generación
ultrapasada, ya no cuentan con piezas de repuestos. b) La
clase de precisión de los equipos existentes es de 0,5 % y
actualmente la tendencia, para mediciones de facturación, en
todas las empresas es instalar medidores con clase de
precisión de 0,2%. c ) Las exigencias de la ONS/MAE, en el
Brasil, donde se establecen los requisitos mínimos que deben
cumplir los sistemas de medición para facturación.
Palabras claves: ONS – Operador Nacional del Sistema
Eléctrico Brasileño.
ASMAE- Administradora de Servicios del Mercado
Atacadista de Energía Eléctrica.
MAE- Mercado Atacadista de Energía Eléctrica.
1. INTRODUCCION
El proyecto para la instalación del nuevo sistema de medición
contempla la misma configuración del sistema de medición
existente. En primer lugar fue realizado un levantamiento
completo de todos los equipos componentes del sistema de
medición
existente
(
medidores,
totalizadores,
transformadores de corrientes, transformadores de potencial,
etc.).
Se tomó como base para los requisitos del nuevo sistema de
medición, el documento de la ONS/MAE. Fue realizado una
verificación de las características de los equipos
componentes del sistema de medición de energía para
facturación existente, comparándolas con las exigencias
establecidas en los requisitos de la ONS/MAE.
Fue constatado que las características de los
transformadores de corrientes y los transformadores de
potencial existentes cumplen con las exigencias de la
ONS/MAE. Por lo tanto será necesario cambiar solamente
los medidores y totalizadores para implementar el nuevo
sistema de medición.
El proyecto para el nuevo sistema de medición de energía
para facturación contempla la utilización de la tecnología
mas reciente, previendo en un mismo equipo, la medición
de energía y demanda activa y reactiva, medición de
calidad de potencia, mediciones instantáneas de corriente,
tensión, frecuencia,
facilidades de comunicación,
adquisición de datos y programación remota de los
medidores, emisión de relatorios, etc.
Los medidores serán instalados en la Central
Hidroeléctrica de Itaipu para cuantificar la energía de las
diferentes líneas de transmisión que parten de la Central
para las empresas interconectadas. Los medidores serán
conectados, a los secundarios de transformadores de
corriente y transformadores de potencial existentes.
Los medidores nuevos serán instalados en los mismos
tableros de los medidores existentes y reemplazaran a los
mismos, este mismo criterio será utilizado para los
totalizadores.
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30 de Noviembre al 02 de Diciembre de 2000
CIGRE - PARAGUAY
2. DESARROLLO DEL PROYECTO
El proyecto fue desarrollado tomando como base las
Especificaciones Técnicas de la ONS/MAE, para sistemas de
medición de energía para facturación.
En Itaipu actualmente existe un sistema de medición donde
los medidores y totalizadores presentan una configuración de
acuerdo a la disposición de las líneas de transmisión. El
nuevo sistema de medición a ser instalado utiliza la misma
configuración, idéntica a la existente, con algunas
adaptaciones.
En algunos puntos de medición, fue verificado que no reunían
las condiciones apropiadas para obtener los valores máximos
recomendados de errores de medición, por lo tanto dichos
puntos serán modificados.
2.1
ESPECIFICACION TECNICA
Para la adquisición de los medidores de energía fueron
adoptadas las especificaciones técnicas de la ONS/MAE, en
la cual se citan las características mínimas que deben cumplir
los medidores que serán instalados en un nuevo sistema de
medición. También se establece las características mínimas
del sistema de medición, así como de las facilidades de
softwares, comunicación de datos(adquisición de lecturas en
tiempo real, protocolos de comunicación, canal de
comunicación), etc.
Las características principales citadas para los medidores son:
El medidor deberá medir y registrar las energías y la
demanda, para sentido bidireccional de flujo de potencia,
activa y reactiva.
Garantía de inviolabilidad del sistema, a través de la
colocación de precintas y/o password.
Facilidad de software y hardware que permitan las
operaciones de lectura, programación almacenamiento, carga
y cambios de parámetros, tanto en forma local como remota.Que posibiliten los registros de la demanda, con capacidad de
almacenamiento de eventos, relativos a un mínimo de 32 días,
integrados en intervalos de hasta 5 minutos programables.
Este sistema debe poseer un dispositivo capaz de permitir que
sus intervalos de la demanda sean sincronizadas mediante
señal externo, inclusive por la red de corriente alterna
Clase de Precisión: El medidor de energía debe ser digital y
atender a todos los requisitos metrológicos pertinentes a la
clase 0,2S de acuerdo a la Norma IEC-687, para ambos
sentidos de flujo de energía (cuatro cuadrantes).
Características Eléctricas: El medidor deberá ser trifásico,
tres elementos, cuatro hilos, deberá poseer 3 elementos de
medición accesibles independientes, tanto en los circuitos
de potencial como en los de corriente.
Magnitudes a Medir:
- El medidor debe permitir la medición y el registro de
por lo menos las siguientes magnitudes eléctricas: energía
activa, energía reactiva, demanda, de forma bidireccional,
con por lo menos cuatro registros independientes, dos
para cada sentido de flujo (cuatro cuadrantes).
-
Valores instantáneos de potencia activa, potencia
reactiva, tensión, corriente y factor de potencia,
referidos a los valores primarios.
-
Fecha, hora, minuto y segundo actuales.
-
Tiempo de autonomía de la batería interna.
Medición de Calidad de Potencia(Power Quality): Debe
contemplar la medición de calidad de potencia,
respetando las funciones primarias para las cuales el
medidor fue concebido y sin perjuicio para la medición.
(Hardware
independiente para la función “Power
Quality”).
Conservación de los Registros: Debe ser provisto de un
sistema de conservación y grabación de los registros
durante las pérdidas de la alimentación auxiliar,
almacenando los datos en memoria no volátil. Para el
efecto, debe poseer una batería que suministre energía por
lo menos para 100 horas de funcionamiento y tenga una
vida útil garantizada por el Fabricante como mínimo de 5
años. También se debe tener la facilidad de señalizar la
necesidad de sustitución de la batería, antes de que
comprometa el correcto funcionamiento de la misma.
Exteriorización de los Registros: Los registros del
medidor serán exteriorizados de las siguientes maneras:
- Debe poseer un visor digital para lectura local, con por
lo menos 6 dígitos indicando de forma cíclica las
magnitudes programadas a ser medidas, asociadas a sus
respectivas unidades primarias, o sea, llevando en cuenta
su constante kh, y las relaciones de transformación de los
TIs.
- Deben permitir, a través de interfaces serial RS-232
y/o RS-485 o puerta óptica de comunicación, la lectura
remota de los valores medidos y de la memoria de masa.
- Deben permitir, a través de una interface propia, la
adquisición remota de datos en tiempo real.
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- Deben suministrar un registro con fecha y hora de las
últimas 15 ocurrencias de falta de alimentación y 15
ocurrencias de alteraciones realizadas en la programación del
medidor.
Se deberá prever la facilidad de realizar los ajustes
parametrizaciones y programación del medidor a través de
una puerta serial localmente con la ayuda de un computador.
2.2
CONFIGURACION DEL SISTEMA DE
MEDICION DE ENERGIA EN ITAIPU
A continuación realizaremos un análisis de la configuración
existente del sistema de medición de energía en Itaipu y
verificar si la misma es aceptable, de acuerdo a los valores
del error medio cuadratico (incerteza) y de la clase de
precisión (exatidao) de los equipos componentes del circuito
de medición.
Los valores serán comparados con los valores recomendados
por el MAE. Si la configuración en Itaipu es aceptable, será
utilizado la misma configuración para el nuevo sistema de
medición, si no fuera aceptable, se deberá modificar dicha
configuración
Para el efecto en primer lugar presentaremos los valores de la
clase de precisión (exatidνo) y del error medio cuadratico
(incerteza) a ser adoptados en el ámbito del MAE para
sistemas de medición de energía, luego indicaremos los
valores de la clase de precisión y realizaremos los cálculos
del error medio cuadrático de los diferentes equipos
componentes del circuito de medición de energía para
facturación en ITAIPU. Finalmente estos valores serán
comparados con los valores adoptados en el ámbito del MAE.
En noviembre de 1999 la ASMAE/CEPEL presenta a la
COEX el trabajo sobre las Especificaciones Técnicas de
Sistemas de Medición, a ser adoptados en el ámbito del
MAE.
CLASE DE PRECISION (EXATIDAO)
ADOPTADO EN EL AMBITO DEL MAE.
A
SER
Transformadores para Instrumentos: Clase de precisión
(exatidνo): 0,3.
Medidores de Energía: Clase de precisión (exatidνo): 0,2S.
Cables de los Circuitos Secundarios de los TC´s y TP´s
Para las pérdidas en dichos cables adoptamos como máximo
el valor de 0,05%.
CALCULO DEL ERROR MEDIO CUADRATICO
(INCERTEZA) DE UN CIRCUITO DE MEDICION EN
EL AMBITO DEL MAE.
Error Medio Cuadratico (EMC) = ( P2 + C2 + M2 )1/2 + S
Donde :
P = Clase de precisión de cada transformador de
potencial.
C = Clase de precisión de cada transformador de
corriente.
M = Clase de precisión del medidor.
S = Pérdidas en el circuito secundario de los TC´s y TP´s.
El Error Medio Cuadratico (Incerteza) total del conjunto
del sistema de medición que será adoptado para el caso de
grandes bloques de energía es:
EMC = ( P2 + C2 + M2 )1/2 + S = ( 0,32 + 0,32 + 0,22 )1/2
+0,05 = 0,52 %
CLASE DE PRECISION (EXATIDAO) DE LOS
EQUIPOS DEL SISTEMA DE MEDICION DE
ENERGIA PARA FACTURACION EN ITAIPU:
Transformadores de Corrientes
Todos los Transformadores de Corrientes actualmente
instalados en la Central Hidroeléctrica de ITAIPU, de las
líneas de 500, 220, 66 y 13.8 kV, pertenecientes a los
circuitos de medición de energía para facturación, tienen
la clase de precisión (exatidνo) igual a: 0,3
Transformadores de Potencial
Todos los Transformadores de Potencial y/o Divisores
Capacitivos de Potencial actualmente instalados en la
Central Hidroeléctrica de ITAIPU, de las líneas de 500,
220,
66 y 13.8 kV, pertenecientes a los circuitos de medición
de energía para facturación, tienen la clase de precisión
(exatidνo) igual a: 0,3
Cables de los Circuitos Secundarios de los
TC´s y TP´s: Para las pérdidas en dichos cables
adoptamos como máximo el valor de 0,05%.
CALCULO DEL ERROR MEDIO CUADRATICO DEL
SISTEMA DE MEDICION EN ITAIPU
El sistema de medición de energía para facturación de
ITAIPU, actualmente presenta dos configuraciones bien
diferenciadas en su circuito de medición. A continuación
presentamos las configuraciones y realizamos los cálculos
para cada uno de ellos.
CONFIGURACION 1.
Corresponde a todas las líneas de 500, 66 y 13.8 kV.
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Para el medidor adoptamos la clase de precisión 0,2.
EMC = ( P2 + C2 + M2 )1/2 + S = ( 0,32 + 0,32 + 0,22 )1/2
+0,05 = 0,52 %
Este valor esta de acuerdo a las recomendaciones dadas por
el ASMAE/CEPEL
CONFIGURACION 2.
Corresponde a todas las líneas de 220 kV, de la SEMD.
Para el medidor adoptamos la clase de precisión 0,2
El totalizador de la subestación de la margen derecha
adquirirá la información de todos los medidores instalados
en dicha subestación, de 50 Hz, correspondientes a las
líneas de 500 Kv (dos medidores), 220 kV(cuatro
medidores) y 66 kV(tres medidores). Dicho totalizador
enviará toda su información al totalizador de 50 Hz
instalado en la sala de despacho.
El totalizador instalado en la sala de despacho de 60 Hz
adquiere toda la información de todos los medidores de
las líneas de 500 kV, 60 Hz, (cuatro medidores), más una
línea de 13.8kV, 60 Hz (un medidor).
El totalizador instalado en la sala de despacho de 50 Hz
adquiere toda la información de todos los medidores de
las líneas de 500 kV, 50 Hz, (dos medidores), más la
información del totalizador de la margen derecha.
En cada punto de medición, correspondiente a una línea
de transmisión, será instalado dos medidores uno principal
y otro de respaldo, que serán conectados en el mismo
bobinado secundario de los transformadores de corriente y
potencial.
3. CONCLUSIONES
El valor calculado del error medio cuadrático de 0,798 %
para la configuración 2 en Itaipu, no es aceptable de
acuerdo a las recomendaciones dadas por la
ASMAE/CEPEL, en el cual se establece como máximo el
valor de 0,52 %.
EMC = ( P2 + C2 + M2 )1/2 + S = ( 0,32 + 0,32 + 0,32 + 0,52
+ 0,22 )1/2 +0,05 = 0,798 %
Este valor No esta de acuerdo a las recomendaciones dadas
por el ASMAE/CEPEL
Por lo tanto para las líneas L1, L2, L3 y L4 de 220 kV, de
la SEMD-ANDE, se debe modificar el circuito de
medición de energía para facturación, implementando una
configuración idéntica a la configuración 1, que es
aceptable como se demuestra en la hoja anterior.
2.3 ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE
MEDICIÓN.
Para el efecto será necesario la instalación de nuevos
TC`s en la salida de las líneas L1 y L2 de 220 kV. Las
líneas L3 y L4 de 220 kV, ya tienen instalados sus
respectivos TC`s.
En la Especificación Técnica que fue elaborada por la Itaipu
para la compra del sistema de medición completo, fue
presentado el plano Nº 6000-DE-15200-E, donde se muestra
la arquitectura básica que el fabricante debe suministrar.
Todas las demás líneas en Itaipu presentan la
configuración 1 en su circuito de medición, por lo tanto la
misma es aceptable y será adoptada en el nuevo sistema
de medición.
En la arquitectura básica se prevé tres puntos de totalización
de la energía en Itaipu, utilizando equipos duplicados. Dos de
los puntos de totalización estarán ubicados en la sala de
despacho de la central hidroeléctrica y uno en la subestación
margen derecha.
4. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]
Especificaciones Técnicas de los Sistemas Físicos
de Medición para Facturación en el Sistema
Eléctrico Brasileño. ONS/ASMAE.
IV SEMINARIO DEL SECTOR ELECTRICO PARAGUAYO SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA.
30 de Noviembre al 02 de Diciembre de 2000
CIGRE - PARAGUAY
[2]
Programa de Implantación del Sistema de Medición
en el MAE – Requisito Mínimo- Relatorio
10/Febrero/2000. CEPEL – Andersen Consulting.
[3]
Catálogos de la Siemens – Landis Gyr; de la Power
Measurement y de la Yokogawa.