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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:
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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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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.
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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.
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[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.