Área de Ingeniería Electromecanica Universidad Antonio Nariño Sede Villavicencio.
ESTUDIO DE VIABILIDAD DEL DISEÑO PARA LA REMODELACIÓN DE LAS REDES DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN, A RED ECOLOGICA O COMPACTA, DE LA VEREDA LA CECILIA DEL MUNICIPIO DE VILLAVICENCIO. Diana Marcela Díaz Hernández Yeffer Francisco Palacios Ardila
RESUMEN: Este proyecto pretende estructurar el tema de diseño eléctrico dejando el proyecto como guía de carácter didáctico, donde estudiantes y docentes de Ingeniería Electromecánica, encontraran una buena herramienta de trabajo a la hora de diseñar, La Comunidad se vería beneficiada en cuanto a la continuidad en el servicio de energía eléctrica, realizando la reubicación de la red que en este momento pasa por encima del polideportivo; el diseño realizado se entregara a la Electrificadora del Meta para que se encargue de agilizar la remodelación de la red que corresponde a los transformadores de 25kVA y 45kVA del circuito del sector de la Vereda la Cecilia el cual mejorara la adecuación entre oferta y demanda energética. En el diseño emitido se realizará un levantamiento topológico de la red existente de la comunidad de la Vereda la Cecilia, las memorias de cálculo correspondientes al diseño el cual propondrá pasar de red abierta a red compacta la línea de media tensión y a red trenzada la red de baja tensión. Los planos mostraran la red existente y la red proyectada permitiendo así observar las grandes ventajas al rediseñar, logrando reducir las pérdidas en el sistema y mejorar la calidad del servicio de energía entregado a la comunidad de la vereda. En las memorias de cálculo para el dimensionamiento de conductores de la red de MT y BT se utilizan los siguientes métodos: Cálculo por momentos Cálculo por corrientes, Para el cálculo de la potencia del transformador a instalar se realiza un levantamiento de la cantidad de usuarios existentes y sus consumos.
ABSTRACT: This project It aims to structure the issue of leaving the project electrical design as didactic guide, where students and teachers of Electromechanical Engineering, find a good
working tool when designing, the Community would benefit in terms of continuity of service of electricity, making relocation network that currently passes over the sports, the design made to surrender to the Power Authority to handle Meta streamline remodeling of the network corresponding to 25kVA transformer circuit Vereda sector Cecilia which improve the match between energy supply and demand.
The design will be issued a topographic survey of the existing real network or community of the La Cecilia, the calculation reports for the redesign of open network on cable network and the plans for eco reflecting the existing network and planned network allowing to observe the great advantages redesign, successfully reducing system losses and improve the quality of service delivered to the community power of the sidewalk. The calculation methods used for conductors of MV and LV network are:
sizing
• Calculation of moments • Calculation of currents, For the calculation of the power transformer is made to install a lifting of the existing users and their consumption.
Palabras Claves: CREG: Comisión de Regulación de Energía y Gas. SSP: superintendencia de servicios públicos. RETIE: Reglamento Interno de Instalaciones Eléctricas. ANSI/IEEE C2 NESC: Código Nacional de Seguridad Eléctrica del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electricistas. ACSR: Conductor de Aluminio con Refuerzo de Acero.
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INTRODUCCIÓN
La energía eléctrica es, sin duda, el energético más utilizado en el mundo, siendo un elemento esencial para el desarrollo social industrial y tecnológico de todos los países. Con la electricidad se establece una serie de comodidades que tras años de evolución se han hecho indispensables para el hombre. Actualmente, las empresas de energía continúan con el plan de recuperación de pérdidas y tienen como principal objetivo aumentar la eficiencia en el planeamiento, diseño, construcción y operación de las redes (con tendencia hacia la automatización) para cumplir con las metas impuestas por la CREG 1 y la SSP2. Dichas imposiciones pretenden el mejoramiento de índices de confiabilidad en la prestación del servicio tales como la duración y la frecuencia de las interrupciones al usuario. El presente proyecto tiene como objetivo, el estudio de viabilidad del diseño para la remodelación de las redes de media y baja tensión, a red ecológica o compacta, de la Vereda La Cecilia, zona rural del Municipio de Villavicencio (Meta). De acuerdo con encuestas realizadas a la comunidad se encontró un porcentaje alto de las continuas desconexiones o falta del servicio de energía eléctrica y las consultas realizadas en la gerencia de distribución de la Electrificadora del Meta S.A. En el último semestre se presentaron fallas como: tormentas, objetos o ramas sobre la red, interferencia de particulares sobre las redes de media y baja tensión que alimentan la Vereda La Cecilia (Ver Anexo 1); estas redes no han sido objeto de remodelación alguna, lo cual se refleja en fallas en la continuidad y calidad del servicio de energía eléctrica. Además de esto, existen otros factores que agudizan la problemática existente; por su ubicación rural, en la Vereda la Cecilia hay presencia de abundantes especies arbóreas, lo que se convierte en un factor problema en época de lluvias y vientos fuertes por el contacto del material vegetal con las redes, lo cual genera cortocircuitos que dejan a los usuarios fuera de servicio. Además, su situación geográfica dentro del municipio de Villavicencio, hace que el tiempo de respuesta por parte de la cuadrilla de mantenimiento de la EMSA se prolongue más de lo debido. 1
COMISIÓN DE REGULACION DE ENERGIA Y GAS
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SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PUBLICOS
Otro factor problema es la existencia de usuarios conectados ilegalmente a la red del circuito la Cecilia, hecho que afecta tanto el nivel de tensión prestado por la EMSA al usuario legalizado, como las finanzas de la empresa u operador local. En la actualidad, la red eléctrica de la Vereda la Cecilia pasa sobre el polideportivo de la Institución Educativa Centauros Sede Cecilia, lo cual genera un riesgo eléctrico para la comunidad escolar, no dando cumplimiento al Reglamento Interno de Instalaciones Eléctricas RETIE; específicamente en lo referente a las distancias mínimas de seguridad. En congruencia con lo anterior, el desarrollo del presente proyecto y una eventual remodelación de las redes eléctricas existentes, traería beneficios a la comunidad de la Vereda la Cecilia, como lo es la reducción de las interrupciones en el sistema eléctrico. Adicionalmente, el beneficio para la comunidad educativa de la Universidad Antonio Nariño Sede Villavicencio, es un texto guía que abarca temas relacionados a los sistemas de distribución, en el que tanto estudiantes como docentes tendrán una herramienta de consulta. A la Electrificadora del Meta de tener en cuenta la aprobación y de verlo viable en sus intereses redundaría en el mejoramiento de la calidad del servicio, consiguiendo la disminución del riesgo de sanción, inferior a la de referencia regulatoria, teniendo también un beneficio como operador local de las redes del municipio de Villavicencio.
2
FUNDAMENTOS TEÓRICOS.
Para el desarrollo de la presente investigación, y el alcance de los objetivos planteados, es necesario abordar las siguientes áreas de estudio, sistema SCADA, metodología MODIHC y lenguaje de programación.
2.1
SISTEMAS SCADA
Un SCADA debe cumplir tres funciones principales: 1. Adquisición de datos para recoger, procesar y almacenar la información recibida. 2. Supervisión, para observar desde el monitor la evolución de las variables del proceso.
Área de Ingeniería Electromecanica Universidad Antonio Nariño Sede Villavicencio. 3. Control para modificar la evolución del proceso, actuando bien sobre los reguladores autónomos básicos (consignas, alarmas, menús, etc.), bien directamente sobre el proceso mediante las salidas conectadas. Los módulos o bloques software que permiten las actividades de adquisición, supervisión y control son los siguientes: 1. Configuración: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su aplicación, según la disposición de pantallas requerida y los niveles de acceso para los distintos usuarios. 2. Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta. 3. Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando pre-programadas a partir de los valores actuales de variables leídas. La programación se realiza por medio de bloques de programa en lenguaje de alto nivel (C, basic, etc.). 4. Gestión y archivo de datos: se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos. 5. Comunicaciones: se encarga de la transferencia de información entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre ésta y el resto de elementos informáticos de gestión. Algunos de los paquetes SCADA más implantados en el mercado hoy en día son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Aimax, de TA-Engineering Products Cimplicity, de GE Fanuc Cmi NT, DE Siemens Factory Link 7, de USDATA FactoryFloor Software, de Opto 22 FactorySuite 2000 Wonderware GENESIS32 de Iconics.
8. Glass Master Control System 9. HMI/SCADA Paragon, de Nematron 10. Intouch, de Wondeware 11. Itellution Dynamics, de Itellution. 12. Lab Vieb, de Nacional Instruments 13. Lookout 4.5, de Nacional Instruments 14. PAradym-31, de Advantech 15. POWER CC, de Siemens 16. RsBatch, de Rockwell Automation 17. RS-VIEW32 de Rockwell. 18. SICAM PAS, de Siemens 19. SIMANTIC PLCSim, de Siemens 20. SuiteVoyager 1.0 de Wonderware 21. Virgo 2000, de AlterSys Inc. 22. WinCC HMI, de Siemens. 23. WizFactory, de eMation
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2.2
METODOLOGÍA MODIHC
(Modelo para Diseñar la Interacción Humano- Computador), Es un modelo que permite diseñar todos los aspectos involucrados en la iteración entre un humano y una computadora cuando se están desarrollando sistemas computarizados. Este modelo consta de cuatro componentes: usuarios, funcionalidad del sistema, ambiente de trabajo y tecnología, los cuales están estrechamente relacionados entre sí. El diseñador del sistema es el encargado de integrar estos cuatros elementos con el fin de producir un sistema computarizado usable, seguro, útil, efectivo y eficiente.
2.3
TECNOLOGÍA
Lo más importante del componente tecnológico para MODIHC es que permita determinar los dispositivos de entrada/salida y los estilos de iteración apropiados al sistema que se está modelando, para nuestro caso la interacción con los bancos de prueba existentes de la universidad Antonio Nariño sede Villavicencio.
2.4
MODELO DEL SISTEMA
Ahora explicaremos los cuatros componentes del modelo MODIHC para RSVIEW32, software utilizado en este proyecto:
presencia como operador es meramente testimonial. El modo desatendido en el SCADA equivale a un usuario de este tipo.
2.4.3 El Gerencial Este tipo de usuario tiene solamente permitida la opción de revisar los informes y reportes que se elabora en el SCADA.
2.4.4 El Operador Este tipo de usuario tiene las opciones de mando y seguimiento de alarmas permitidas (ver apartado siguiente). Es el tipo de usuario por defecto.
2.4.5 El Administrador Este es normalmente el/los responsable/s del sistema. Tienen permitidas las opciones de operador y las de configuración del propio SCADA. No se aconseja tener más de 2 Administradores.
2.5
AMBIENTE DE TRABAJO
Para la realización de este proyecto se emplearon: 1. Un computador industrial 2. Un teclado
2.4.1 Tipos de Usuarios El SCADA contempla a cuatro tipos de usuarios con sendos grupos de opciones u operaciones disponibles. Estos tipos de usuarios se describen a continuación.
3. Un Mouse 4. Un gabinete de control con abatible 5. Una UPS (Uninterrupted Supply), de 800 VA 6. Una fuente de 24 VCC
Power
2.4.2 El Invitado 7. Un PLC SLC500 con una tarjeta de
Este tipo de usuario no tiene permitida ninguna operación en el SCADA y su
16 entradas, dos tarjetas de ocho salidas, una tarjeta de entradas
Área de Ingeniería Electromecanica Universidad Antonio Nariño Sede Villavicencio. análogas y una tarjeta de comunicaciones con protocolo Modbus (Master/Slave) 8. Software RsView Rslogix500
32,
RsLinx,
9. Diez y seis relevos a 120 Vac. 10. Una resistencia de calefacción 11. Un controlador de temperatura 12. Una bombilla para interna del tablero
2.7
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
Gabinete: Se realiza diseño de un tablero con las siguientes medidas: 2.2 m de alto 0.8 m de ancho 0.85 de fondo El gabinete cuenta con una puerta con un vidrio transparente y una manija de seguridad, un switch de límite para encender una luz interna y un controlador de calefacción con una resistencia de 100W.
iluminación
13. Un switch de posición para el encendido de la bombilla 14. Una toma corriente con protección termo-magnética y led indicador de tensión.
2.6
FUNCIONALIDAD Y MODO DE OPERACIÓN DEL SISTEMA.
Relevos Repetidores: estos equipos están concebidos para proteger los módulos de salida del PLC, en caso tal que se cometa un error en el cableado, se afectará el contacto del relevo y no la tarjeta.
Diseño de la arquitectura del sistema
UPS: con el montaje de este elemento garantizamos la integridad de los equipos instalados en el evento en que ocurra una falla en el suministro de energía.
Área de Ingeniería Electromecanica Universidad Antonio Nariño Sede Villavicencio. Protecciones: las protecciones instaladas corresponden a los calculos de cortocircuito según los elementos instalados, para nuestro caso tenemos: Potencia instalada= 1400 W/120 V = 11.66A. 11.6A x 1.25 = 14.5A Por lo cual se instala un mini-Breaker de 16A, para los circuitos independientes se instalan Mini-Breaker de 6A.
tarjeta está protegida con un fusible de 500 mA.
2.8
Montaje de equipos.
Adecuación soporte PLC: el soporte del PLC se realiza en una lámina calibre 18, la cual se instala en el fondo del tablero (Funciona como doble fondo).
PLC: El equipo utilizado es un SLC 5/03
PC Industrial: El modo de interface Humano Maquina se diseña con un PC Industrial ALLEN BRADLEY, esta máquina está dotada con un sistema operativo Windows 2000 Profesional, y con las licencias y el software necesarios para la aplicación SCADA.
Fuente Regulada 24 VCC: Se utiliza una fuente regulada para la tarjeta de entradas análogas 4-20 mA, cada entrada de esta
Montaje Relevos Repetidores, borneras, instalación y adecuación Canaleta: esto hace parte del diseño en cuanto a la facilidad de acceso a lo referente con el cableado hacia campo (Es decir hacia los bancos de prueba)
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2.9
Cableado y Conexionado Elementos Internos
Conexionado alimentación PLC: la alimentación del equipo es a 120 VAC, esta alimentación viene desde la UPS.
2.10 RESULTADOS Una vez instalado el prototipo se procede a realizar una aplicación dedicada para comprobar la funcionalidad y eficiencia del sistema. La aplicación realizada es para una estación de servicio la cual tiene como instalación dos compresores, un tanque de almacenamiento, sensor de presión y un PLC. Lo primero que hacemos es crear la base de datos de los elementos que utilizamos en el control, estos valores se ingresan en Tag Database.
Cableado y Conexionado entradas binarias, entradas análogas, Salidas PLC y relevos Repetidores: el cableado realizado en estos elementos se hace en cable #14 AWG.
Verificación Variables y Pruebas Iníciales: la verificación de niveles de tensión, pruebas de continuidad, se realiza con un Multimetro digital Fluke 789.
Figura 1 Creación de la base de datos de una aplicación para una Serviteca.
Seguidamente empezamos con la creación del entorno, en las aplicaciones SCADA los despliegues por pantalla deben ser muy parecidos a la realidad, para que el operador del sistema se sienta familiarizado con el control. Figura 2 Despliegue del proceso de la aplicación.
Área de Ingeniería Electromecanica Universidad Antonio Nariño Sede Villavicencio. Seguidamente configuramos el canal de comunicación para interactuar con el PLC. Figura 3 Configuración comunicación.
del
canal
de
Cuando la aplicación empieza y las condiciones de comunicación son óptimas podemos visualizar lo que pasa en el proceso. Figura 6 Visualización del proyecto en modo Running.
En la aplicación debemos configurar el nodo, en este caso configuramos con el nombre que se halla nombrado el procesador. Figura 4 Configuración del Nodo.
Con esta aplicación se demuestra lo fácil que es configurar un sistema con el Software utilizado.
3
CONCLUSIONES
1. Con el desarrollo de este proyecto se permite que los estudiantes de la UAN fortalezcan sus conocimientos en sistemas SCADA mediante la ejecución de talleres prácticos. Luego corremos la aplicación dando click sobre el botón Run Mode y a continuación en Run Project. Figura 5 Poner a funcionar el proyecto.
2. El presente proyecto presenta una solución integral a los inconvenientes actualmente evidenciados en la formación de los estudiantes de la sede de la UAN en Villavicencio en sistemas de control y automatización. 3. En el modulo de entrenamiento es posible ejecutar talleres de procesos tanto predeterminados como la implementación de nuevos procesos planteados. 4. En el modulo desarrollado no solo se interactúa con elementos propios del sistema sino que además se pueden integrar equipos existentes actualmente el taller de electromecánica como
Área de Ingeniería Electromecanica Universidad Antonio Nariño Sede Villavicencio. electroválvulas, Contactores, Relés repetidores, Switch de posición.
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RECOMENDACIONES
1. Unir el sistema con los equipos con que actualmente cuenta la UAN, para poder hacer las simulaciones de sistemas más complejos y obtener datos en tiempo reales. 2. Actualizar la base de datos de los objetos cada cierto tiempo. 3. Conseguir equipos con protocolo de comunicación Modbus para el aprovechamiento del modulo de comunicación del PLC, el protocolo Modbus es un protocolo abierto que está disponible en muchos equipos inteligentes. Con estos equipos podemos reforzar aún más los conocimientos de los estudiantes. 4. Motivar a los estudiantes para la realización de investigaciones referentes el tema de automatización para un aprovechamiento optimo de este modulo. 5. Garantizar un adecuado mantenimiento con el fin de preservar la vida útil de dicho modulo. 6. Promover grupos desarrollo ámbito de industrial.
la investigación en los estudiantiles para el de nuevos proyectos en el la automatización y control
7. Se debe planear una etapa de familiarización con el equipo, análisis de su estructura, el análisis y comprensión de cada una de las hojas técnicas y manuales de operación tanto del Software como
del Hardware con los cuales se esté trabajando. 8. Tener en cuenta cada una de las indicaciones de riesgo del equipo recomendados, esto para evitar un posible daño en el funcionamiento de los equipos. 9. Al descargar la aplicación se debe tener en cuenta que se descarguen todos los componentes como son: Aplicación, Firmware, Ladder. Debido a que si no está todo esto descargado la comunicación entre el módulo y la pantalla no se realiza.
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BIBLIOGRAFÍA
1. Controlador Lógico Programable, Autor Ing. Hernán Valencia, Publicación UPB (Medellín), 2da edición. 2. Manual Básico de PLC, Autor Ing. Mauricio Monagas, Publicación Politécnico Colombiano “Jaime Isaza Cadavid “, 5ta edición. 3. Manual Avanzado de PLC, Autor Ing. Mauricio Monagas, Publicación Politécnico Colombiano “Jaime Isaza Cadavid “2da edición.
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CIBERGRAFÍA
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