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OFICINA DE COMUNICACIONES Y CONTROL ZONA MORELOS

PROYECTO DE RESIDENCIA PROFESIONAL

CAMBIO DEL SISTEMA DE COMUNICACIÓN DE LOS EQUIPOS DE PROTECCIÓN Y SECCIONAMIENTO POR RADIO POR IP EN LOS CIRCUITOS DE MEDIA TENSION DEL AREA CIVAC

“

”

Alumno: Marco Jesús Velázquez González Ing. Electromecánica NC. 08090803

Empresa: Comisión Federal de Electricidad Zona Morelos Boulevard Cuauhnahuac Km 2.5 Col. Revolución, Cuernavaca, Morelos. Giro: Distribución Giro: Distribución y venta de energía eléctrica el éctrica

Departamento: Comunicaciones y Control

Asesores: Interno: Ing. Serket Quintanar Guzmán Departamento Metal-Mecánica

Externo: Ing. Víctor Miguel Alonso Martínez Jefe de oficina de Comunicaciones y Control

I


Contenido ............................................................................ ....................................... ............. 2 1. Datos de la empresa .................................................. 1.1 Nombre Nombr e y giro de la empresa empre sa ................................................... ......................................................................... ...................... 2 1.2 Historia ............................................... ......................................................................... ................................................... .................................. ......... 3 1.2.1 Antecedentes históricos de la empresa ................................................... ................................................... 3 1.2.2 Fechas relevantes................................................. ........................................................................... ................................... ......... 4 1.2.3 División Centro Sur .......................... .................................................... ................................................... .............................. ..... 5 .......................................................................................... ................................ ....... 10 2. Generalidades. ................................................................. 2.1 Introducción .................................................... ............................................................................. ............................................. .................... 10 2.2 Justificación........................................... Justificación..................................................................... ................................................... ............................ ... 12 2.3 Objetivo General: ........................................................ .................................................................................. ................................. ....... 13 2.3.1 Objetivos específicos ......................................... .................................................................. .................................... ........... 13 2.4 Alcances y limitaciones .......................... .................................................... ................................................... ............................ ... 14 2.4.1 Alcances ........................................................................ ................................................................................................ ........................ 14 2.4.2 Limitaciones ......................................... ................................................................... .................................................. ........................ 14 2.5 Caracterización del área en que se participó ........................................ ............................................... ....... 15 2.6 Mejoras al sistema de d e comunicación ................................................ ........................................................... ........... 18 2.7 Fundamento teórico .................................................... .............................................................................. ................................. ....... 19 2.7.1 Equipos de protección para circuitos de media tensión. ........................ ........................ 19 2.7.2 Tipos de fallas en los sistemas de distribución ...................................... ...................................... 19 2.7.2.1 Fallas de naturaleza transitoria tr ansitoria ................................................ ........................................................... ........... 19 2.7.2.2 Fallas de naturaleza permanente.................................... permanente........................................................ .................... 20 2.7.3 Seccionalizador ....................................... ................................................................. .................................................. ........................ 21 2.7.3.1 Operación de seccionalizadores con control hidráulico ...................... ...................... 22 2.7.3.2 Operación de seccionalizadores tipo electrónico ................................ ................................ 23 2.7.3.3 Operación de seccionalizadores tipo electrónico monofásicos ........... 24 2.7.4 Restauradores.................................................. ........................................................................... ......................................... ................ 24 2.7.4.1 Construcción .............................................. ....................................................................... ......................................... ................ 27 2.7.5 Radios MDS 9710 ................................... ............................................................ .................................................. ......................... 28 2.7.5.1 Aplicaciones .................................. ........................................................... ................................................... ............................. ... 29

II


2.7.5.2 Punto a multipunto, sistema multidireccional (MAS) ........................... ........................... 29 2.7.5.3 Punto a punto................................................. punto........................................................................... ..................................... ........... 30 2.7.6 Señal digital............................................. digital....................................................................... .................................................. ........................ 31 2.7.7 Señal analógica................................................ ......................................................................... ......................................... ................ 31 2.7.8 Antenas ............................................... ......................................................................... .................................................... ............................ .. 32 2.7.8.1 Antena Omnidireccionales .......................................... .................................................................. ........................ 32 2.7.8.2 Antenas direccionales ............................ ..................................................... ............................................. .................... 33 2.7.9 Moxa DE-311 ....................................................... ................................................................................. ..................................... ........... 34 2.7.9 Interfaz RS-232 ............................................ ..................................................................... ............................................. .................... 35 2.7.10 Ethernet ................................................ .......................................................................... .................................................. ........................ 35 2.7.11 SSNET (SUBNET) ......................................................... .................................................................................. ......................... 36 2.7.12 IP, mascara de red y puerta de d e enlace ................................................... ................................................... 37 ........................................................................... ................................. ....... 40 3. Desarrollo del proyecto ................................................. 3.1 Armado del radio base ............................... ......................................................... .................................................. ........................ 40 3.2 Programación P rogramación del radio base-maestro ba se-maestro ......................................... ......................................................... ................ 42 3.3 Programación del moxa DE-311 .......................................... .................................................................. ........................ 44 3.4 Factores que influyeron en la elección de d e la SE Jiutepec ............................ ............................ 48 3.5 Instalación del radio base ................................................................. ............................................................................ ........... 49 3.6 Puesta en servicio del radio base ..................................................... ................................................................ ........... 50 3.6.1 Simulación de salida por puerto puer to serial ............................................ ................................................... ....... 50 3.6.2 Puesta en servicio de radio base por medio del programa SUBNET .... 52 3.7 Instalación de radio esclavo en EPOSEC del área CIVAC ......................... ......................... 55 3.7.1 Circuito TJA5080 ................................................................... ................................................................................... ................ 57 3.7.2 Programación de radio esclavo ............................................................. ............................................................. 62 3.7.3 Instalación del radio esclavo en el gabinete de control del restaurador R1000 ................................................... ............................................................................. ................................................... ................................ ....... 62 3.7.4 Instalación del radio esclavo en el restaurador R1000 .......................... 63 3.8 Pruebas finales desde SUBNET .................................. ........................................................... ................................ ....... 65 3.8.1 Mapeo del R1000 en el programa SUBNET ................................... .......................................... ....... 65 3.8.2 Pruebas finales desde de sde SUBNET ................................................. ............................................................ ........... 68 3.9 Resultados .............................................................. ........................................................................................ ..................................... ........... 72

III


3.9.1 Circuitos beneficiados ................................................ ......................................................................... ............................ ... 72 3.9.2 Alarmas recibidas por Operación ................................................ ........................................................... ........... 75 3.9.3 Aumento de confiabilidad................................................... ....................................................................... .................... 76 3.9.4 Impacto económico .......................... .................................................... ................................................... ............................ ... 78 ............................................................................. ............................................. .................... 82 4.1 Conclusiones.................................................... ........................................................................................ ........................ 83 4.2 Recomendaciones. ................................................................ .......................................................................... ................................................... ................................ ....... 84 Referencias ................................................

IV


1


Capitulo 1: Datos de la empresa 1.1 Nombre y giro de la empresa La Comisión Federal de Electricidad (CFE) es una empresa paraestatal, encargada de controlar, generar, transmitir y comercializar energía eléctrica en todo el territorio mexicano y su compromiso es entregar servicio de calidad a todos los mexicanos. La empresa, que esta verticalmente integrada, suministra energía a cerca de 35 millones de clientes, lo que equivale a más de 100 millones de habitantes, a través de una red de distribución y transmisión de 752.000km. La empresa representa la mayor parte de la capacidad instalada y producción energética del país. La CFE es la entidad del gobierno federal encargada del desarrollo, construcción, operación y mantención del sistema eléctrico del país. En la figura 1 se muestra todos los departamentos que participan para que la energía eléctrica llegue hasta el último punto que es el cliente.

Fig. 1 Departamentos que conforman la estructura de CFE

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1.2 Historia 1.2.1 Antecedentes históricos de la empresa Antes de su fundación, el suministro eléctrico era proporcionado por tres compañías privadas, The Mexican Light and Power Company, en el centro; el consorcio The American and Foreign Power Company, con tres sistemas interconectados en el norte y, la Compañía Eléctrica de Chapala, en el occidente de México. El 14 de agosto de 1937, se creó la Comisión Federal de Electricidad, teniendo como objeto un sistema nacional de generación, transmisión y distribución de electricidad, basado en principios técnicos y económicos, sin fines de lucro y con un costo mínimo en beneficio de los intereses generales. El 27 de septiembre de 1960, el Presidente Adolfo López Mateos, concluye la nacionalización de la industria eléctrica, y se establece en el sexto párrafo del artículo 27 constitucional la exclusividad de la nación de generar, conducir, transformar, distribuir y abastecer energía para la prestación del servicio público. Los primeros proyectos de generación de energía eléctrica de CFE se realizaron en Teloloapan (Guerrero), Pátzcuaro (Michoacán), Suchiate y Xía (Oaxaca), y Ures y Altar (Sonora). En la actualidad el área de distribución cuenta con 13 divisiones:             

División Baja California División Noroeste División Norte División Golfo Norte División Bajío División Jalisco División Golfo Centro División Centro Occidente División Centro Sur División Centro Oriente División Oriente División Sureste División Peninsular

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1.2.2 Fechas relevantes Entre los sucesos más sobresalientes en la historia de CFE a través de su historia se encuentran: 

El 14 de agosto de 1937 se creó la Comisión Federal de Electricidad.



En 1938 se inició el primer gran proyecto hidroeléctrico y se creó Sistema Hidroeléctrico Ixtapantongo.



El 27 de septiembre de 1960 el presidente Adolfo López Mateos nacionalizo la industria eléctrica.



Para 1961 CFE vendía el 25% de la energía que producía y su participación en la propiedad de centrales generadoras de electricidad paso de 0 a 54%



En 1985 se firmo un convenio de delimitación de zonas con LyFC, pasando las zonas de Michoacán y Guerrero a la administración de CFE.



A inicios del año 2000 se tenía ya una capacidad instalada de generación de 35,385 MW, cobertura del servicio eléctrico del 94.70% a nivel nacional, una red de transmisión y distribución de 614,653 Km.



El 11 de octubre de 2009 la secretaría de energía dio el anunció de que la CFE se encargaría del suministro eléctrico que proporcionaba LyFC.



Octubre del 2009 CFE aseguro que el servicio de energía eléctrica en los estados de Hidalgo, Puebla, Morelos, Estado de México y Ciudad de México estaba plenamente garantizado.

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1.2.3 División Centro Sur La división Centro Sur se encuentra ubicada en H. Colegio Militar No. 15, colonia Chamilpa CP 62210. En la actualidad el gerente general es el Ing. Javier Valencia Barajas y atiende los estados de Morelos, Guerrero y parte del Estado de México. La División Centro Sur Cuenta con diez Zonas de Distribución con Ometepec considerado a nivel local como zona y con más de 75 subestaciones de distribución. En la figura 2 se muestra que estados forman la división centro sur.

Fig. 2 Localización de la división centro sur.

Están son las zonas que comprenden a la División Centro Sur:           

Zona Morelos Zona Cuautla Zona Cuernavaca Zona Iguala Zona Chilpancingo Zona Acapulco Zona Altamirano Zona Atlacomulco Zona Valle de Bravo Zona Zihuatanejo Zona Ometepec (Área Ometepec)

5




Zona Morelos

La zona Morelos se encuentra ubicada en Boulevard cuauhnahuac Km 2.5 col. Revolución. Esta zona está dirigida por el superintendente de zona Ing. Ramón Alonso Cota Ayala. Esta zona tiene a su cargo y responsabilidad gran parte del estado de Morelos. La oficina de comunicaciones y control se encuentra en el departamento de distribución, este departamento está a cargo del Ing. Rodrigo de la Luz. En la figura 3 se muestra la ubicación de la zona Morelos.

Fig. 3 Ubicación zona Morelos 

Oficina de Comunicaciones y Control Zona Mórelos

La oficina de comunicaciones y control está a cargo del Ing. Víctor Miguel Alonso Martínez y los técnicos Arturo Pichardo y Sergio Machuca. Víctor Miguel Alonso Martínez Jefe de Oficina de Comunicaciones y Control

Sergio Ramírez Machuca Técnico en Comunicaciones y Control

Arturo Pichardo Sánchez Técnico en Comunicaciones y Control

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

Misión:

Asegurar la calidad y disponibilidad de los servicios de Telecomunicaciones y Control de forma competitiva y rentable a través de un equipo de trabajo capacitado, eficiente y seguro.



Objetivos



Crear y Mantener el sistema de radio comunicación para voz utilizado por los trabajadores operativos de la zona, así como la red de comunicación para datos utilizada por los sistemas Control y Adquisición de Datos (SCADA), en el ámbito de la División Centro Sur.



Hacer que toda la Información del sistema eléctrico, incluyendo líneas de subtransmisión, subestaciones y la red de distribución, de la Zona Morelos esté disponible para usuarios y sistemas de la red que así lo soliciten, permitiendo además la operación y administración de dicho sistema en tiempo real, valiéndose de la tecnología más avanzada de control y comunicaciones para voz y datos existente en el mercado.



Producto y servicio que se entrega al cliente:



Mantenimiento y puesta en servicio del sistema SCADA del Sistema Eléctrico de distribución en Alta y Media Tensión de la Zona.



Mantenimiento y puesta en servicio de enlaces de datos inalámbricos y de Fibra Óptica de la Zona.



Mantenimiento y puesta en servicio de la infraestructura de radio para la comunicación de voz de la Zona.



Mantenimiento y puesta en servicio de SIMOCE de la Zona.



Mantenimiento de los Sites de Comunicaciones de la Zona.



Mantenimiento del cableado estructurado de todas las instalaciones que comprenden la Zona.

7




Aseguramiento del servicio de Telefonía digital y analógica en todas las instalaciones que comprenden la Zona.



Mantenimiento a equipos de videoconferencia instalados en todas las instalaciones de la Zona.



Clientes del proceso



Todos los procesos de la Zona (200 usuarios aproximadamente).



Principales actividades de la oficina de Comunicaciones y Control



Mantenimiento continuo Seccionamiento



Mantenimiento continuo y cíclico a equipos que comprenden el SCADA



Supervisión de sitios de comunicaciones y enlaces estratégicos para detección potenciales puntos de falla



Mantenimiento a respaldos de energía en sites, sitios repetidores y subestaciones.

 Principales

y

cíclico

a

equipos

de

Protección

y

metas:



Eficaz y oportuno (Tiempo de atención y restablecimiento de fallas corto)



Eficiente y productivo (Realizar trabajos con los recursos humanos y materiales mínimos, y maximizar trabajos y mantenimientos)



Seguro (cero accidentes del personal que integra este proceso)

8


9


Capitulo 2: Generalidades 2.1 Introducción Los sistemas eléctricos de distribución, son el medio que permite que la energía eléctrica sea entregada a los centros de consumo una vez que ésta ha sido generada en las centrales o plantas eléctricas. Un sistema de distribución está conformado por diversos desde las líneas de subtransmisión y subestaciones de líneas y redes de distribución primaria y secundaria. instalaciones dispone a su vez de diferentes equipos funciones son muy amplias.

tipos de instalaciones, distribución, hasta las Cada una de estas o dispositivos, cuyas

Los dispositivos de protección tienen la finalidad de mantener tanto la seguridad de los equipos e instalaciones, como de las personas que se encuentran en su entorno, garantizando la continuidad en el suministro de la energía eléctrica. Un sistema de protección se establece bajo la premisa de la existencia de fallas o disturbios originados por agentes internos o externos al sistema, y su objetivo no es evitar tales fenómenos, sino minimizar sus efectos sobre el sistema. La adecuada selección y coordinación de los dispositivos de protección, es fundamental para el correcto funcionamiento del sistema de protección y por consecuencia para la operación confiable del sistema de distribución.

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El principal objetivo de este proyecto es reducir el tiempo de respuesta de operación a la hora de hacer una maniobra y aumentar la confiabilidad del sistema de telecontrol de los equipos de protección (restauradores) y seccionalizadores desde el primer punto que es el equipo en campo hasta llegar a UTM (SCADA) que se encuentra en las oficinas de operación en la división centro sur.

Fig. 4 Proceso de comunicación en EPROSEC.

La solución que se aplicara para resolver este problema será la sustitución de los modem GPRS por radios-modem MDS 9710 con esto se espera tener menos tiempo perdido en la trasmisión de datos y se aumentara la confiabilidad de todo el proceso de telecontrol. El servicio de transmisión de datos que se tiene con los modem GPRS es lento debido a que trabajan con la red de TELCEL. En el presente reporte, se describe todos los pasos que se llevaron a cabo en la instalación de los radios-modem MDS 9710 desde el armado del radio base (maestro) que se instalo en SE. Jiutepec, porque se escogió la SE Jiutepec, todas sus partes del radio base, la selección de antenas tanto del radio base como las que se colocaron en cada equipo donde se hizo la sustitución de modem, meter en barrido cada equipo en el programa SUBNET y mandar apertura y cierre desde la UTM.

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2.2 Justificación Derivado de la ineficiente comunicación, no se tiene control confiable de los equipos EPROSEC esto debido al poco confiable sistema de comunicación actual conformado por radios GPRS que dependen de la red de datos de la compañía TELCEL, provocando elevado costo de tiempo extra, condiciones riesgosas de trabajo e interrupciones prolongadas con pérdidas de venta de energía eléctrica. La correcta coordinación y comunicación de las protecciones tiene un impacto directo sobre la seguridad y la continuidad del servicio de energía eléctrica. Al tener en los circuitos una correcta coordinación de sus protecciones ayudaría a disminuir el tiempo de interrupción al usuario (TIU) cuando se presente algún tipo de falla, ya que los restauradores diferencian de entre fallas transitorias y permanentes. Con esto también saldría beneficiado el departamento de distribución para poder tener un nivel bajo de interrupciones (TIU) y así poder cumplir con la misión y visión de la empresa. Esta primera parte se llevará a cabo sobre los equipos EPROSEC del área CIVAC, debido a la demanda eléctrica que tiene sus empresas.

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2.3 Objetivo General: Obtener una comunicación confiable de los equipos EPROSEC para proporcionar una pronta atención y solución a las distintas fallas que afectan a los circuitos y así reducir en un 20% los números de usuarios afectados por fallas permanentes o transitorias.

2.3.1 Objetivos específicos 

Reemplazar el medio de comunicación de los equipos EPROSEC.



Reducir el tiempo de interrupción por usuario hasta en un 20%.



Disminuir los costos de operación del sistema eléctrico de distribución.

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2.4 Alcances y limitaciones 2.4.1 Alcances Mediante este proyecto se permitirá poner en marcha un nuevo sistema de comunicación en los equipos y se espera alcanzar estas metas: 

Eliminar el costo por renta de red de telefonía celular (GPRS).



Instalación de 10 equipos de radio comunicación.



Disminuir un 20% el (TIU) del área CIVAC.



Reducir al menos un 10% de los gastos de gasolina, tiempo extra, desgaste del parque vehicular y costos de mantenimiento.



Aumentar la confiabilidad y seguridad de las maniobras telecontroladas.

2.4.2 Limitaciones Entre las principales limitaciones: 

El tiempo de gestión, solicitud y compra que se hizo para la obtención de radios-modem MDS 9710 y sus antenas ya que el tiempo de entrega es largo alrededor de dos meses, esto retraso el tiempo de programación, instalación y pruebas que se deben de hacer a cada equipo.



El tiempo de espera para el nuevo mapeo propuesto por la división centro sur para la actualización de la UTM (SCADA) de los equipos de protección y seccionamiento.



Al realizar los diagramas unifilares proporcionados por el departamento de distribución no coincidían con la realidad en campo, se tuvo que hacer una supervisión a cada circuito y corregir los errores.



Las condiciones atmosféricas



Robo y vandalismo



Reglamento de frecuencias por la SCT.

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2.5 Caracterización del área en que se participó El proyecto se desarrollo a cargo de la oficina de comunicaciones y control zona Morelos bajo la supervisión del Ing. Víctor Miguel Alonso Martínez, jefe de oficina de comunicaciones y control. Factores claves del éxito de la oficina de comunicaciones y control son: 

Proporcionar a la zona el control y adquisición de datos sobre el sistema eléctrico en tiempo real. (Disponibilidad al 100% de los sistemas SCADA)



Proporcionar información en tiempo real del sistema eléctrico de distribución haciendo que está esté disponible para usuarios y sistemas de la red que así lo soliciten. Incluyendo: Subestaciones, Red de distribución y usuarios. (Información en línea y confiable del sistema eléctrico para la planeación y toma de decisiones)



Proporcionar el servicio de comunicación para datos en el ámbito del sistema eléctrico de distribución. (Sistemas de comunicación para datos disponibles el 100% del tiempo)



Entrega de índices de gestión sobre el sistema eléctrico (En línea).



Proporcionar el servicio de radio comunicación para voz utilizada por el personal de campo con un centro de control o entre ellos mismos, y lograr así una correcta coordinación de maniobras. (Disponibilidad del sistema de radio para voz el 100% del tiempo).

Los procesos de la Unidad de Comunicaciones y Control son:

Procesos Gerenciales:  Planificación y Revisión.  Documentación, seguimiento y mejora. Procesos Clave  Mantenimiento a equipos de CyC.  Operación de Redes para Datos.  Sistemas de Control y Adquisición de datos SCADA.  Sistemas de gestión de información, MARyAna. Procesos de apoyo  Innovación.  Desarrollo informático.  Capacitación.  Normalización.

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En la figura se muestran las principales tareas que se deben de llevar acabó dentro del departamento de comunicaciones y control de la división centro sur. Procesos de la Unidad de Comunicaciones y control. Procesos Gerenciales Inicio

Planificación y Revisión

Fin

Inicio

Documentación, Seguimiento y mejora

y s o a i v c t i t e í j l o b P o

n ó i c a r E e F p C O e y d n o ó c i i r c t a c e l é n e a l a Requisitos P , m e n t ó s i i c s c l u r e t s D n o C

Fin

s o d a t l u s e R

Procesos Clave Inicio

Mantenimiento a Equipos de CyC

Fin

Inicio

Red digitales

Fin

Inicio

Sistemas SCADA

Fin

Inicio

Sistema MAryAna

Fin

Servicios, Satisfacción

s o s r u c e R

n ó i c a r E e F p C O e y d n o ó c i i r c t a c e é n l a e l P a , m e n t ó s i i c s c l u r e t s D n o C

Procesos de Apoyo Inicio Inicio

Innovación.

Fin

Inicio

Capacitación

Fin

Desarrollo informático

Fin

Inicio Normalización

Fin

Fig. 5 Procesos del departamento de comunicaciones y control.

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Los clientes del proceso son: 

Planeación



Distribución (Alta, Media y Baja tensión)



Comercial



Ingeniería de Servicio al Cliente



Construcción



Abastecimientos

Servicios que se entregan al cliente: 

Instalación y mantenimiento a equipos móviles, portátiles y base de comunicación de voz.



Instalación y mantenimiento de equipos de comunicación de datos para el uso del SCADA.



Instalación y mantenimiento a Sistemas SCADA.



Mantenimiento a repetidores de voz y datos.



Mantenimiento a equipos UTR de poste y de subestaciones.



Mantenimiento a Centro de Operación Ciudad.



Mantenimiento a los equipos y redes de fibra óptica.

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2.6 Mejoras al sistema de comunicación Se busca aumentar la confiabilidad del sistema de comunicación y así tener un telecontrol seguro de los EPROSEC, esto ayudará a hacer las maniobras en campo cumpliendo en un 100% los estándares de seguridad de parte del personal de operación. Algunos factores que afectan el proceso de comunicación actual de los equipos son: 

La mala red de datos que proporciona TELCEL.



Cuestiones atmosféricas que hacen aun más lenta la red de datos.



La poca confiabilidad del proceso.

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2.7 Fundamento teórico 2.7.1 Equipos de protección para circuitos de media tensión. La protección de los sistemas de Distribución ha evolucionado con el tiempo, desde los primitivos fusibles, hasta los equipos sofisticados cuyo funcionamiento está basado en el empleo de microprocesadores. Sin embargo, independientemente de los avances logrados para el desarrollo de los diversos dispositivos de protección disponibles en la actualidad, pueden identificarse 4 tipos fundamentales de equipos de protección, en función de su aplicación y principio de operación principalmente.    

Fusibles Restauradores Seccionalizadores Relevadores

2.7.2 Tipos de fallas en los sistemas de distribución En los sistemas de distribución, pueden presentarse principalmente dos tipos de falla según su naturaleza.

2.7.2.1 Fallas de naturaleza transitoria Son aquellas donde la pérdida de aislamiento de los elementos del sistema sometidos a tensión eléctrica, es momentánea, es decir, que se trata de aislamientos del tipo "recuperable". Algunos tipos de fallas transitorias incluyen contactos momentáneos con ramas de árboles, flameo por contaminación o arqueo del aislamiento por descargas atmosféricas, mezclándose en este último caso las ondas de la sobretensión de forma no sostenida con la corriente de frecuencia nominal. Dado el corto tiempo de presencia de este fenómeno, incluso en algunas ocasiones los dispositivos de protección contra sobrecorriente no llegan a operar dependiendo de la capacidad de auto-recuperación del aislamiento, por lo que podría establecerse una "auto-liberación" de la falla sin la acción de una protección.

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Otros tipos de fallas, de las cuales resultan corrientes de frecuencia nominal pueden ser de naturaleza transitoria si la tensión del elemento fallado es interrumpida rápidamente por la acción de un dispositivo de protección y luego restablecida después de que el aislamiento ha recuperado su capacidad dieléctrica. Tales fallas pueden resultar de descargas atmosféricas con flameo de aislamiento, contacto de aves o animales, movimiento de conductores cercanos, etc.

2.7.2.2 Fallas de naturaleza permanente Son aquellas donde la pérdida de aislamiento del elemento fallado es permanente, al tratarse tanto de aislamientos del tipo "no recuperable", como de aislamientos recuperables en donde su capacidad dieléctrica es drásticamente reducida. Las fallas permanentes son aquellas que requieren reparación, mantenimiento o reposición del equipo antes de que la tensión eléctrica pueda ser restablecida en el punto de falla. Su ocurrencia generalmente origina una pérdida irreversible del aislamiento cuando éste es del tipo "no recuperable". Si se trata de aislamientos del tipo "recuperable", tales como el aire, la pérdida del aislamiento es debida a contacto de elementos conductores, ya sea entre ellos o a tierra, provocado normalmente como consecuencia de fallas mecánicas o estructurales.

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2.7.3 Seccionalizador

Seccionalizador

Es un dispositivo que automaticamente desconecta secciones en falla de un sistema de distribucion eléctrico

Construcción

Tipos de Seccionalizadores

Tipo de comunicación

-Boquillas -Tanque -Mecanismo de operación -Gabinete de control -Transformadores de corriente

-Control hidraulico

-Módem GPRS

-Tipo electrico

-Radio

-Tipo electronico monofasico

-Ethernet -Fibra optica

Fig. 6 Conceptos básicos de un seccionalizador.

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2.7.3.1 Operación de seccionalizadores con control hidráulico Para este tipo de equipos, el mecanismo está formado por una bobina solenoide, émbolo de solenoide, resorte, émbolo de disparo y dos válvulas de retención, tal y como está representado en el corte del mecanismo de control de la figura 7.

Fig. 7 Mecanismo hidráulico de un seccionalizador.

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2.7.3.2 Operación de seccionalizadores tipo electrónico La operación del control electrónico se lleva a través de un circuito impreso. La corriente que fluye por el seccionalizador es detectada por transformadores de corriente tipo boquilla con una relación de 1000:1 generalmente. La corriente secundaria de los transformadores es pasada a través del transformador de acoplamiento y la red rectificadora.

Fig. 8 Diagrama de bloques del funcionamiento del seccionalizador electrónico.

1.- Transformadores de corriente.

9.- Circuito de disparo.

2.- Transformadores de acoplamiento.

10.- Bobina de disparo.

3.- Red rectificadora.

11.- Red de nivel elevado.

4.- Relevador de conteo.

12.- Entrada lógica.

5.- Capacitor de conteo.

13.- Temporizador.

6.- Circuito de conteo.

14.- Restrictor de voltaje

7.- Circuito de memoria.

15.- Fuente de voltaje.

8.- Capacitor de disparo

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2.7.3.3 Operación de seccionalizadores tipo electrónico monofásicos Estos seccionalizadores han sido fabricados desde 1990, para 1, 2, ó 3 conteos y capacidades de 25 a 200 amperes, en tensiones de 15 Kv, 27 Kv y 38 Kv. El diseño y dimensionamiento de este tipo de seccionalizadores permite que sean montados en cortacircuitos fusibles (CCF). El modulo electrónico consiste en un tubo de cobre con terminales de bronce fundido en cada extremo ajustado para ser montados en CCF. La corriente fluye a través de los contactos y el tubo de cobre. El tubo forma el primario de 2 transformadores de corriente encapsulados montados axialmente sobre él. Una jaula de Faraday rodea el circuito lógico y un actuador localizado en el armazón inferior del tubo opera el modulo para su apertura (ver figura 9).

Fig. 9 Modulo electrónico seccionalizador electrónico.

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2.7.4 Restauradores

Restauradores

Es un dispositivo electromecanico habilitado para interrumpir en determinado tiempo, sobrecorrientes en un circuitos debidas a fallas

Clasificación

Por el numero de fases

-Monofásicos -Trifásicos

Por el medio de interrupción

-Aceite

Por el tipo de control

-Mecanico -Hidráulico

-Vacío

-Electrónico

-SF6

-Microprocesado

Fig. 10 Conceptos básicos de un restaurador.

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FALLAS EXPERIMENTADAS

RECIERRE EXITOSO

PORCENTAJE DEL TOTAL

896

PRIMERO

88.7 %

46

SEGUNDO

4.5 %

13

TERCERO

1.3 %

5

QUEDA ABIERTO

5.5 %

960

-----

100 %

Fig. 11 Tabla de fallas y recierres de un restaurador

El análisis de esta tabla indica que el 88.7% de todas las fallas que ocurrieron en el sistema durante el período de estudio fueron despejadas por la primera secuencia de apertura-recierre, esto nos indica que el restaurador elimino 896 interrupciones permanentes de servicio, que hubieran ocurrido si los circuitos hubieran estado protegidos con fusibles. Después de 3 secuencias de apertura-recierre, otro 5.8% de todas las fallas fueron despejadas, haciendo un total de 94.5% o 955 cortes, el restante 5.5% de la cantidad total de fallas puede suponerse que han sido de naturaleza permanente y requieren la asistencia del personal técnico para su corrección. De dicho análisis resulta obvio el ahorro de costos. Por lo anterior, el restaurador automático de circuito ha demostrado ser el dispositivo ideal para eliminar virtualmente, cortes de energía prolongados en los sistemas de distribución, debido a fallas temporales o condiciones de sobrecarga transitorias.

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2.7.4.1 Construcción En un restaurador automático, sus contactos de interrupción monofásicos o trifásicos, están contenidos en un tanque con aceite como medio de aislamiento su apariencia se asemeja a un pequeño interruptor en aceite y puede ser conectado directamente a la línea sobre postes, crucetas, plataformas o instalado en una estructura en la subestación. En la figura 12 se muestra las dimensiones del tanque del restaurador:

Fig. 12 Dimensiones de las partes que conforman un tanque de restaurador.

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2.7.5 Radios MDS 9710 El MDS 9710 es un transmisor-receptor de radio digital fabricado por General Electric, diseñado para recibir señales de radio de control de red de Supervisión y Adquisición de Datos (SCADA, por sus siglas en inglés), tanto en entornos puntoa-punto y de punto a multipunto. Mediante el uso del control por microprocesador y de una tecnología especial para el procesamiento de la señal digital (DSP, por sus siglas en inglés), el MDS 9710 es extraordinariamente fiable y puede mantener la comunicación con otras unidades de transmisor-receptor en red, incluso en condiciones extremas. Como el MDS 9710 está diseñado para trabajar con otras marcas de equipos informáticos, su instalación es relativamente sencilla. En la figura 13 se muestra las descripciones del radio MDS 9710

Fig. 13 Radio MDS 9710

El transmisor ha sido diseñado para un funcionamiento sin problemas con el equipo de datos proporcionada por otros fabricantes, incluyendo unidad terminal remota (UTR), computadores de flujo, terminales de lotería, cajeros automáticos, controladores lógicos programables, y otros. El sistema MAS (Sistema Multidireccional) de MDS provee comunicación entre un sitio de control y varias unidades remotas, tiene típicamente un alcance de 50 Km. y además es posible realizar una configuración de repetidor y de estación maestra. Altamente utilizados para aplicaciones de SCADA (gas, petróleo, electricidad y agua), trenes o control de tráfico, minería, monitoreo de alarmas, etc.

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2.7.5.1 Aplicaciones Los radios MDS 9710 se pueden habilitar para dos distintos sistemas de comunicación los cuales son: 2.7.5.2 Punto a multipunto, sistema multidireccional (MAS) Esta es la aplicación más común del transmisor. Se compone de una estación maestra central y varias unidades remotas asociadas como se muestra en Figura. Una red MAS proporciona un canal de comunicación entre un equipo y las unidades terminales remotas (UTR). Sin embargo, un sistema de radio se compone de muchos radios remotos ampliamente separados. Un punto a multipunto o SCADA (Supervisory Control y Adquisición) podría ser una nueva instalación automática, el monitoreo remoto de los pozos de gas, niveles de tanques de agua, distribución de energía eléctrica, control del sistema y de medición, etc. El sistema de radio punto-multipunto puede sustituir a una red de monitores remotos actualmente vinculado a una ubicación central a través de una línea telefónica. La figura 14 muestra los componentes de un sistema punto-multipunto.

Fig. 14 Sistema punto a multipunto radio MDS 9710.

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2.7.5.3 Punto a punto Cuando esté permitido, el transmisor también puede ser utilizado en un sistema punto a punto. Un sistema de punto a punto consta de sólo dos radios, uno que actúa como un maestro y el otro como un mando a distancia como se muestra en la Figura. Proporciona un enlace de comunicación simple para la transferencia de datos entre dos ubicaciones. La figura 15 muestra un sistema punto-punto:

Fig. 15 Sistema punto a punto radios MDS 9710

Este tipo de radio MDS 9710 tiene la función de convertir señal analógica a señal digital. La forma de activar esa función es en la programación seleccionar la opción Analog/Digital Modem Selection para la operación digital ingresar 9600(MDS x710A) o 19200 (MDSx710C). Para la operación analógica seleccionar ninguno.

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2.7.6 Señal digital De entrada: Son señales binarias que representan el estado de dispositivos con 2 estados estables, como: Interruptores, Cuchillas, Alarmas, etc. De salidas: Como salidas son contactos accionados en respuesta a comandos provenientes de la estación maestra, estos pueden ser Abrir/Cerrar o Latch. 2.7.7 Señal analógica Estas provienen de transductores, que convierten señales primarias de medición en señales analógicas de baja energía, de acuerdo a una constante de proporcionalidad. La señal suministrada a la UTR es proporcional y representativa del parámetro a medir: En otras palabras: Sr = kSm Donde:

k

Constante de proporcionalidad

Sm Señal que se tiene en la UTR. Sr  Señal real de Campo. Los módulos de adquisición analógicos cuentan con conversión a 12 bits con signo para varios rangos configurables por software; muestreo cada 250 milisegundos (4 muestras por segundo).

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2.7.8 Antenas Definición: Una antena de radio es un elemento que realiza dos funciones primordiales: Convierte la energía electromagnética, procedente de un generador a través de una línea de transmisión, en energía electromagnética que se propaga libremente en el espacio. Adapta la impedancia interna del generador a la impedancia del espacio. La antena es la estructura asociada con la región de transición entre una onda guiada y la onda en el espacio libre. Entonces, una antena es un dispositivo que usa el espacio para recibir o transmitir señales electromagnéticas. Sin importar la ubicación, tamaño, forma o peso, todas las antenas tienen esa misma función. Las antenas se diseñan y construyen para que reciban y radien ondas electromagnéticas en un ángulo sólido determinado y en un intervalo de frecuencias. 2.7.8.1 Antena Omnidireccionales También conocidas como monopolos, este tipo de antenas empleadas en comunicaciones móviles, de radiodifusión, así como también en sitios repetidores. Se diseñan para que radien y reciban ondas electromagnéticas de una manera uniforme en todas direcciones. Existen dos tipos de antenas omnidireccionales: -Unas están formadas de varias secciones que deberán ajustar su largo de acuerdo con la frecuencia central de operación y este ajuste se lleva a cabo de acuerdo a un instructivo que viene incluido en cada antena y que muestra cómo debe quedar el ensamble de cada sección de acuerdo a diversas frecuencias. -Unas están constituidas de una sola pieza o sección y no es necesario realizar ningún ajuste de tamaño, únicamente la frecuencia de operación de nuestro sistema debe estar comprendida dentro del rango de frecuencias de la antena. Por lo general en las instalaciones de CFE, se emplean este tipo de antenas en los sitios Repetidores. En la figura 16 se muestra físicamente como es una antena omnidireccional.

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Fig. 16 Antena omnidireccional.

2.7.8.2 Antenas direccionales Este tipo de antenas se conocen también con el nombre de antenas “Yagui” y son

utilizadas por ejemplo para comunicaciones punto a punto, ya que se diseñan para que radien o reciban ondas electromagnéticas preferentemente en una dirección específica. La figura 17 muestra físicamente como es una antena direccional.

Fig. 17 Antena direccional.

En CFE por lo general se emplean las antenas direccionales en las Subestaciones, orientadas siempre hacia los Repetidores ó en el caso de que la trayectoria lo permita, dirigidas directamente a los centros de operación. La clasificación de las antenas es de acuerdo con el equipo asociado, para estaciones bases, móviles o portátiles. La diferencia entre ellas está en las especificaciones además de la frecuencia central o rango de funcionamiento

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2.7.9 Moxa DE-311 El Nport Express DE-311 es un servidor de puerto serie. Permite conectar de manera instantánea cualquier equipo con puerto RS 232/422/485 a la red Ethernet TCP/IP. La toma serie es DB9 hembra. Soporta los protocolos: DHCP, BootP, Telnet, TCP, UDP, IP, ICMP, ARP. Características y ventajas - Puerto serial 3 in-1: RS-232, RS-422, o RS-485 - Modos de operación versátiles incluyendo el servidor del TCP, el cliente del TCP, el UDP, el módem de Ethernet, y pares de la conexión - Conductores verdaderos de COM/TTY para Windows y el linux - 10M y velocidades de Ethernet del 100M detectadas automáticamente - RS-485 de dos hilos con el control automático patentado de la dirección de los datos (ADDC®) La figura 18 muestra las dimensiones físicas del moxa NPort DE-311:

Fig. 18 Moxa NPort DE-311.

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2.7.9 Interfaz RS-232 La interfaz RS-232 está diseñada para imprimir documentos para distancias cortas, de hasta 15 metros según la norma, y para velocidades de comunicación bajas, de no más de 20 Kbps. 20 Kbps. A A pesar de esto, muchas veces se utiliza a mayores velocidades con un resultado aceptable. La interfaz puede trabajar en comunicación asíncrona comunicación asíncrona o síncrona y tipos de canal simplex, half duplex o full duplex. En un canal ca nal simplex los datos siempre viajarán en una u na dirección, dire cción, por ejemplo desde DCE a DTE. En un canal half duplex, los datos pueden viajar en una u otra dirección, pero sólo durante un determinado periodo de tiempo; luego la línea debe ser conmutada antes que los datos puedan viajar en la otra dirección. En un canal full duplex, los datos pueden viajar en e n ambos sentidos simultáneamente. Las líneas de handshaking de de la RS-232 se usan para resolver los problemas asociados con este modo de operación, tal como en qué dirección los datos deben viajar en un instante determinado. Si un dispositivo de los que están conectados a una interfaz RS-232 procesa los datos a una velocidad menor de la que los recibe deben de conectarse las líneas handshaking que que permiten realizar un control de flujo tal que al dispositivo más lento le dé tiempo de procesar la información. Las líneas de " hand shaking " que permiten hacer este control de flujo son las líneas RTS y CTS. Los diseñadores del estándar no concibieron estas líneas para que funcionen de este modo, pero dada su utilidad en cada interfaz posterior se incluye este modo de uso.

2.7.10 Ethernet Ethernet es un estándar de redes de redes de área local para computadores con acceso al medio por contienda CSMA/CD. contienda CSMA/CD. CSMA/CD (Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Detección de Colisiones), es una técnica usada en redes Ethernet para mejorar sus prestaciones. El nombre viene del concepto físico de ether . Ethernet define las características de cableado y señalización de nivel de nivel físico y los formatos de tramas de tramas de datos del nivel del nivel de enlace de datos del modelo del modelo OSI. Las tecnologías Ethernet que existen se diferencian en estos conceptos:

Velocidad de transmisión  Velocidad a la que transmite la tecnología. Tipo de cable  Tecnología del nivel físico que usa la tecnología.

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Longitud máxima  Distancia máxima que puede haber entre dos nodos adyacentes (sin estaciones repetidoras). Topología  Determina la forma física de la red. Bus si se usan conectores T (hoy sólo usados con las tecnologías más antiguas) y estrella si se usan hubs (estrella de difusión) o switches o switches (estrella conmutada). 2.7.11 SSNET (SUBNET) Subestación Server es una aplicación de software multi-función que realiza la concentración de datos, la traducción del protocolo, la lógica de automatización, colección de archivos de eventos y conectividad empresarial. 

Características de los protocolos de comunicación



 

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 

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 

Gran biblioteca ricamente implementado Maestro SCADA y Protocolos Esclavo. protocolos adicionales de versiones anteriores de base. Local / Expansiva biblioteca de código fuente permite la aplicación directa de más de 40 remoto de bloqueo de control de los controles SCADA. Protocolo más avanzado de apoyo a la comunicación de la industria SEL con total auto-configuración. Apoyo para el análisis flexible de la SEL ASCII, comunicaciones ASCII y binario basado genéricos para dispositivos únicos. Soporta canal de redundancia. Compatible con los últimos protocolos estándar de la industria, incluyendo IEC 61850. Soporte para el protocolo SNMP para los activos de red y de TI dentro de las subestaciones se pueden controlar. Bloqueo de controles para los controles individuales. Soporte para sincrofasores para mejorar la estabilidad y la grabación de eventos sin límites.

Los protocolos de comunicación que maneja son:  -DNP3  -HARRIS 5000/6000  -IEC 103  -MODBUS 36


2.7.12 IP, mascara de red y puerta de enlace En las redes TCP/IP cuando hablamos de una dirección IP, o IP a secas, generalmente nos estamos refiriendo a un grupo de 4 números separados por puntos de la forma x.x.x.x (donde cada x representa a un número comprendidos entre 0 y 255). En rigor ese grupo de números forma una dirección IPv4, la más común y de uso general en Internet hoy en día. Esperemos que en un futuro próximo se empiecen a extender las direcciones IPv6 que tienen la forma xx:xx:xx:xx:xx:xx (donde cada x representa un carácter entre 0 y F, o lo que es lo mismo un dígito hexadecimal, formando cada par un número en base 16 comprendido entre el 0 y el 255 decimales). Esta dirección tiene la utilidad de identificar a cada dispositivo de forma única en la red a la que está conectado (siempre que la configuración de todos los dispositivos que forman la red sea correcta) de tal forma que pueda hacer y recibir peticiones. Una IP no tiene por qué ser fija en el tiempo (la IP de un dispositivo puede ir variando) y un mismo dispositivo puede tener varias en un momento dado (en distintos interfaces o en la mismo) pertenecientes a la misma o a distintas redes. Lo habitual es que cada dispositivo tenga una IP por interfaz de red (por ejemplo un PC conectado a la vez a un router por cable y por Wifi normalmente tendrá una IP asociada a su tarjeta de red y otra a su tarjeta Wifi). Debemos tener presente, sin embargo, que el tener una IP no implica que un dispositivo pueda comunicarse con nada ni nada con él. Por eso la configuración IP de un elemento de red consta de 3 campos: 



La IP propiamente dicha.- Ha de ser única en la red, o dicho de forma más correcta en el segmento de red, a la que se encuentra conectado. La máscara de red.- Es un grupo de números de la misma forma que la IP que determina cuantos dispositivos son directamente accesibles desde el nuestro, es decir para comunicarnos con ellos no es necesario pasar por ningún elemento activo intermedio. No entraré en profundidad en este concepto, baste con saber que en una LAN todos los dispositivos usan la misma máscara y que las más habituales son la 255.255.255.0 (que determina que podemos acceder directamente a las 254 IPs que comparten los 3 primeros números con la nuestra) y la 255.255.255.192. Adicionalmente los dispositivos que comparten máscara y cuyas IPs solo difieren en los números que no son 255 en ella se dice que comparten segmento de red (realmente han de cumplir una fórmula matemática binaria un poco más compleja).

37




La puerta de enlace.- Es una IP del mismo segmento que el dispositivo, concretamente es la IP del dispositivo que se encarga de conectar con aquellos elementos que no se encuentran en el mismo segmento de red (para entendernos en la misma LAN) o dicho de otra forma con aquellos que no se encuentran directamente a nuestro alcance.

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39


Capitulo 3: Desarrollo del proyecto El desarrollo de este proyecto se llevó a cabo en 4 etapas. En cada etapa se describe cada paso que se necesito en la realización de este proyecto ya sea la instalación, el armado, la programación de cada equipo que se utilizó.

3.1 Armado del radio base El armado del radio base se llevó a cabo en el laboratorio de la oficina de comunicaciones y control. El primer paso para este armado fue identificar todos los componentes que se necesitan para poder poner en servicio un radio basemaestro y poderlo telecontrolar desde el mismo laboratorio. Ya teniendo los componentes de todo el sistema maestro, se realizó un diagrama donde se resalta el distinto interfaz, sus convertidores, las distintas señales y los equipos a utilizar. La figura 19 muestra los componentes del radio base

Fig. 19 Componentes del sistema radio base.

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Al ya tener el diagrama del equipo y todos sus componentes físicamente lo siguiente es armarlo y montarlo en un gabinete. Este gabinete será el que se colocará en la torre de comunicación de la SE Jiutepec. La figura 20 muestra el radio base ya armado y montado en su gabinete.

Fig. 20 Radio base físicamente.

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La función del moxa es de convertir el interfaz Ethernet a RS-232 o al revés, en este proyecto se optó por poner un moxa porque la distancia máxima del RS-232 es de 15 metros y la torre mide más de 40 y lo que se necesita es no tener pérdidas de señal, entonces lo que se buscó es que de la caseta de control salga en Ethernet (que su distancia máxima es de 100 metros) llegue al moxa y lo convierta a RS-232 y llegue al radio-modem que la distancia del moxa al radiomodem no supera el medio metro.

3.2 Programación del radio base-maestro La programación del radio base es algo muy sencillo, simplemente se programan las frecuencias Tx y Rx con las que se va a trabajar mediante el programa “radio configuration software” . Las frecuencias que se utilizarán son frecuencias altas ya que estas no utilizan línea de vista solo que las antenas del radio esclavo estén direccionadas hacia la torre donde se colocará el radio base. En la imagen 21 se muestra la configuración de la frecuencia Rx que quedará en 942.000:

Fig. 21 Configuración de frecuencia RX

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En la frecuencia Tx quedará 941.500 como se muestra en la imagen 22:

Fig. 22 Configuración de frecuencia TX.

Es así la forma en cómo se configura el radio base.

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3.3 Programación del moxa DE-311 La programación del moxa DE-311 comienza cambiando la IP que trae por default y ponerle una IP que sea de la red de Ethernet que maneja CFE zona Morelos. La IP que se le colocará debe de ser parte de la red de la subestación donde el radio base se colocará, en este caso la subestación es JIUTEPEC. Estos son los pasos que se llevaron a cabo en la programación del moxa DE-311 

Para poder configurarlo el moxa debe de conectarse directamente a la computadora por medio de la tarjeta de red y un cable de red con conectores RJ-45.

Al conectarlo se le debe de cambiar la dirección IP a la computadora se le pone una cerca a la que trae el moxa por default ya sea un numero arriba o abajo, esto se hace para poder acceder al equipo.

Fig. 23 Configuración de IP a la computadora.

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

La IP que se le colocará a la maquina será la 192.168.127.253 como se muestra en la imagen 24:

Fig. 24 Colocación IP a la computadora.

Ya que se puede acceder al moxa se debe de cambiar el IP que tiene por default y se le asignará el 10.10.51.49 la función de telnet nos ayudará en la configuración del equipo. En la imagen 25 se muestra el IP por default que tiene el moxa.

Fig. 25 Menú principal moxa DE-311.

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

Se le cambiara el IP por el 10.10.51.49, la máscara de red por 255.255.255.192 y la puerta de enlace que será 10.10.51.62 como se muestra en la imagen 26.

Fig. 26 Cambio de IP moxa DE-311.

Un método para saber que el moxa a cambiado su IP exitosamente es el de mandarle un “ping” en la ventana de ejecutar, si la respuesta te muestra la velocidad de bytes de respuesta quiere decir que el moxa ya está dentro de la red.

Fig. 27 Velocidad de respuesta moxa DE-311.

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

El siguiente paso en esta configuración que se realizó es el de escoger el modo de operación del equipo. El moxa tiene varios modos pero en este proyecto se utilizó el Host/Driver Mode, ya que este modo nos permitirá más adelante usarlo en el programa “real COM” y así poder simular un puerto serial COM.

Fig. 28 Menú de modo de operación moxa DE-311. 

Después de escoger el modo de operación lo siguiente es la configuración del puerto del equipo(su velocidad de transmisión, su paridad, sus bit de datos y paro, su control de flujo, etc)

Fig. 29 Menú puerto serial moxa DE-311.

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

El último paso es darle restart y la configuración se guardará.

Fig. 30 Menú restart moxa DE-311.

3.4 Factores que influyeron en la elección de la SE Jiutepec Todas las subestaciones de la zona Morelos cuentan con un caseta de control y en todas se cuenta con red pero son pocas las subestaciones que cuentan con fibra óptica que es la forma más segura para montar una red de comunicación. Subestaciones con fibra óptica en la zona: - SE Civac -SE tejalpa -SE jiutepec -SE tezoyuca Subestaciones que cuentan con enlace de red -SE centenario -SE puente de ixtla -SE Xochicalco -SE tlaltizapan

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La subestación de Jojutla se cuenta con un servicio particular de fibra óptica de TELMEX. Para la realización de este proyecto se necesita una subestación que no tuviera problemas con su red de comunicación por eso se busco una que su comunicación fuera por fibra óptica y así tener menos puntos de fallas. El proyecto al estar direccionado a los EPROSEC del área CIVAC la subestación de tezoyuca queda descartada, de las 3 subestaciones que quedan la única que cuenta con torre de comunicación es la subestación de Jiutepec. Es por eso que la subestación jiutepec es la que se escogió para la instalación del radio base.

3.5 Instalación del radio base Antes de subir el radio base a la torre se le hizo una última prueba de transmisión dentro de la caseta de control de la subestación, se le colocó una pequeña antena y se programó un radio esclavo con las frecuencias cruzadas y se mandó a transmitir esperando a que el radio esclavo recibiera la transmisión.

Fig. 32 Prueba de resección.

Fig. 31 Prueba de transmisión.

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3.6 Puesta en servicio del radio base La puesta en servicio se hace metiendo el radio base al programa SSNET los pasos se describen a continuación:

3.6.1 Simulación de salida por puerto serial El moxa DE-311 nos servirá para entablar una comunicación entre el radio MDS9710 y la oficina de comunicaciones y control, para llevar este proceso es necesario utilizar el software “real COM installer”, este programa nos ayudará a simular una salida de puerto serial que es necesaria para poner en servicio el radio base en el programa SUBNET. El moxa se dará de alta en el programa por medio de su dirección IP antes asignada, en la imagen 33 se muestra el primer paso que se debe de dar en este proceso.

Fig. 33 Programa Real COM configuración moxa DE-311.

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En la imagen 34 se muestra el moxa ya dado de alta, su puerto asignado y su interfaz:

Fig. 34 Moxa DE-311 dado de alta.

Este programa también te permite asignar el puerto que se desee, cambiar el IP del moxa a configurar, etc.

Fig. 35 Propiedades moxa DE-311.

Fig. 36 Asignación del puerto.

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3.6.2 Puesta en servicio de radio base por medio del programa SUBNET La puesta en servicio del radio base consiste que por medio del programa SUBNET mandar a transmitir y recibir, gracias al canal de comunicación que se creará se podrán obtener mediciones, alarmas por cambios de estado y mandar controles de apertura y cierre remotamente a los equipos de protección y seccionamiento. El protocolo de comunicación que se ocupará en este proceso es el DNP3 al ser el más seguro para la transmisión de datos. El programa SUBNET se divide en dos niveles: -Nivel maestro (superior) -Nivel esclavo (inferior) El primer pasó para meter en “barrido” el radio base es : abrir un canal de comunicación en el protocolo DNP, este canal será un puerto serial como se muestra en la figura 37.

Fig. 37 Menú de canales de conexión programa SUBNET .

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Al puerto serial creado se le asignará el número de puerto que se dio de alta en el programa “real COM installer” como se muestra en la figura 38:

Fig. 38 Configuración del puerto serial.

La velocidad de transmisión, los bits de datos, los bits de paro y el flujo de control deben de coincidir tanto en el programa SUBNET como en la configuración del moxa. Ya que el puerto serial está configurado igual que el moxa y se le asignó el mismo puerto que el que nos dio el programa “real COM installer” solo queda darle start y

el radio base estará en barrido y transmitiendo.

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El mismo programa SUBNET te muestra que ya está en línea como se ve en la imagen 39:

Fig. 39 Radio base dentro de barrido.

Se abre una ventana del puerto COM y se checa las señales de transmisión con esto se comprobará que el radio base ya está operando:

Fig. 40 Transmisión de radio base.

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3.7 Instalación de radio esclavo en EPOSEC del área CIVAC La elección de equipos a los cuales se le instalaron los radios MDS 9710 se hizo pensando en cual es el área donde se necesita hacer maniobras lo más rápido y seguro posible y en la cual también se necesita aumentar la confiabilidad del sistema de protección, es por eso que se escogió el área CIVAC por su demanda industrial y en la cual los errores de comunicación se debe de disminuir al mínimo posible. En la figura 41 se muestra el control del restaurador R1000 en donde se instalo el radio esclavo:

Fig. 41 Control del restaurador R1000.

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El restaurador R1000 se encuentra colocado en el circuito TJA5080 en la imagen 42 se muestra el circuito utilizado:

. 0 8 0 5 A J T o t i u c r i c l e d a m a r g a i D 2 4 . g i F

56


3.7.1 Circuito TJA5080 La elección del circuito TJA5080 se hizo en base a que cuenta con una gran demanda de energía, poblaciones y servicios importantes de dos empresas. Subestación Circuito

Tejalpa

5080

Demanda máxima en kW

5,824

Demanda media en kW

4,076

Demanda mínima en kW

2,912

Numero de clientes

7,036

Poblaciones importantes

Servicios importantes

U.H. Civac

UNILEVER

Col. Otilio Montaño

BAXTER

Para poder entregar un buen servicio a los usuarios de este circuito se debe de tener una buena comunicación y una correcta coordinación de protección en la figura 43 se muestran los equipos que se deben de coordinar:

Fig.43 Equipos que conforman la coordinación de protecciones.

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La coordinación de las protecciones de este circuito consiste en coordinar las protecciones 50(instantáneo) y 51(temporalizado) en falla de fases y neutro del interruptor del circuito TJA5080 y el restaurador R1000. 

Restaurador R1000: Configuración de curvas de disparo.

Fig. 44 Ajustes actuales del R1000.

Fig. 45 Ajustes generales de curvas de disparo.

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

Interruptor circuito TJA5080: Configuración de curvas de disparo.

Fig.46 Ajustes del banco SE Tejalpa y Circuito TJA5080.

La correcta coordinación de las protecciones 50/51 entre el banco de SE Tejalpa, interruptor del circuito TJA5080 y el restaurador R1000 nos da como resultado que en el momento en que surge una falla adelante del restaurador el primero que entra en operación es el restaurador eliminando la falla o aislándola y así el problema no llega hasta el relevador del interruptor.

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

Simulación de una falla en el circuito TJA5080 por medio de ASPEN:

Fig.46 Falla simulada en ASPEN.

N E P S A n e a l l a f e d n ó i c a l u m i S 7 4 . g i F

60




Falla de fases: En la grafica nos muestra que al momento de que sucede una falla de fases adelante del restaurador y siendo de 3500 A o menos este entra en operación con su protección 50(instantáneo) y con eso si es una falla transitoria el restaurador con sus conteos vuelvo a meter la línea en operación, si la falla es permanente el restaurador la aísla evitando así que llegue hasta el interruptor y el personal de distribución debe de ir a campo a resolver la falla y volver a meter el restaurador en operación.

Fig.48 Curvas de fases con ajustes actuales.

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3.7.2 Programación de radio esclavo La programación del radio esclavo consiste en cambiar las frecuencias en forma contraria al que tiene el radio base para que pueda existir una comunicación entre ellos. En la imagen 49 se muestra como quedaron las configuraciones del radio esclavo:

Fig. 49 Programación de radio esclavo frecuencias RX y TX.

3.7.3 Instalación del radio esclavo en el gabinete de control del restaurador R1000 Todos los EPROSEC tienen un gabinete de control dentro de el está el control electrónico, su fuente, sus baterías y su equipo de comunicación, lo que se hará es sustituir el modem GPRS que está en el gabinete de control y colocar en ese lugar el radio MDS 9710.

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En la imagen 50 se muestra los componentes del gabinete de control y lo que se va a sustituir:

Fig. 50 Componentes del gabinete de control EPROSEC

3.7.4 Instalación del radio esclavo en el restaurador R1000 La instalación se llevó a cabo mediante el personal de la oficina de comunicaciones y control con apoyo de una móvil del departamento de distribución. Se colocó una antena direccional porque gracias a esta antena se obtiene más ganancia y no necesita línea de vista con las frecuencias altas que se le programaron al radio, si un árbol o un edificio se cruza en su camino hacia el radio base la señal rebota hasta que llega a su destino final.

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En las imágenes 51 y 52 se muestra como quedo instalado el radio esclavo:

Fig. 51 Vista del radio esclavo colocado en el gabinete de control.

Fig. 52 Colocación de la antena direccional.

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3.8 Pruebas finales desde SUBNET 3.8.1 Mapeo del R1000 en el programa SUBNET El siguiente paso es crear el dispositivo que se va a meter en barrido en este caso es el restaurador R1000. En este disposi tivo “divice” se configura el nú mero de esclavo del equipo que se va a recibir el reporte de sus eventos y el tiempo que se tardará en polear sus puntos (analógicos y digitales). Es este dispositivo creado también se muestra las estadísticas de mensajes enviados, mensajes recibidos, error del protocolo, tiempo fuera y que el equipo está dentro de barrido como se muestran en las figuras 53 y 54.

FIG. 53 Tabla de mensajes enviados y recibidos del radio base.

FIG. 54 Estadísticas DNP3.

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Para poder tener un telecontrol del equipo R1000 se debe de hacer un mapeo en el programa SUBNET, este mapeo debe de coincidir con el que el control del restaurador tiene cargado. El mapeo es la creación de cada punto analógico, digital y control que se hace en el programa SUBNET y debe de coincidir en todo con el control. Estos son los puntos con los que cuenta el restaurador: -Digitales 00 – Cerrado 01 – Bloqueado 02 - Mantenimiento Línea Viva 03 - Falta VCA 04 - Falla Fase A 05 - Falla Fase B 06 - Falla Fase C 07 - Falla Neutro 08 - Alarma Baterías 09 – Local 10 - Ajuste Normal 11 - Ajuste Alternativo 1 Activo 12 - Disparo a Tierra Bloqueado

-Controles 00 - Cerrar 01 - Abrir 02 - Bloquear Recierre 03 - Bloquear Disparo a Tierra 04 - Bloquear Disparo por Carga Fría 05 - Bloquear Curvas Rápidas 06 - Ajuste Normal 07 - Ajuste Alternativo 1 08 - Reset Demandas 09 - Reset Alarmas 10 - Prueba de Baterías 11 - Mantenimiento Línea Viva SET 12 - Mantenimiento Línea Viva RESET 13 - Abrir / Cerrar

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-Analógicas 00-Mensajes OK 01-Error Protocolo 02-Error TimeOut 03-Ia 04-Ib 05-Ic 06-Corriente de Falla 07-Falla Año 08-Falla Mes 09-Falla Día 10-Falla Hora 11-Falla Minutos 12-Falla Segundos 13-Año 14-Mes 15-Día 16-Hora 17-Minutos

En la imagen 55 se muestra ya los puntos mapeados del equipo en el SUBNET

FIG. 55 Lista de puntos analógicos, digitales y control dados de alta en SUBNET.

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3.8.2 Pruebas finales desde SUBNET Para poder hacer las pruebas finales se debe de meter en barrido el restaurador R1000 para comprobar que está dentro de barrido el estado de los puntos del mapeo debe de cambiar de “OFF RST” a “ON”, el protocolo DNP3 debe mostrar con la leyenda “DEVICE ONLINE” y por último en la ventana “DEVICE MANAGEMENT” debe de mostrar el cambio de estado del punto “DEVICE ONLINE” de “FALSE” a “TRUE” c omo se muestra en las figuras 56, 57 y 58:

Fig. 56 Estado del restaurador.

Fig. 57 Descripción del estado del radio base.

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Fig. 58 Cambio de estado de los puntos.

Ya que el equipo está en barrido el siguiente paso para poder tomar su tiempo de respuesta es forzar un cambio de estado a un punto mapeado, el equipo físicamente ya se encuentra funcionando con sus protecciones y no se puede mandar accionar un control ya que se puede provocar un accidente o dejar un circuito fuera de servicio, las analógicas solo nos sirven de mediciones así que el punto que se forzara su cambio de estado será un punto digital ya que solo provocan alarmas para el operador. Al no contar con licencia por parte de operación no podemos forzar un cambio de estado a una digital importante así que el punto que se forzará será el “alarma baterías” con esto podemos tener un registro de que tan rápido llega el cambio desde el equipo en campo a la oficina de comunicaciones y control por medio de SUBNET.

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El cambio de estado se hará fácilmente solo consiste en ir a campo y desconectar las baterías del control del restaurador y observar por medio de SUBNET que tan rápido llega la indicación. En el fondo de la imagen 59 se muestra la fecha y hora del cambio de estado del punto digital y en la ventana se muestra el horario en que el radio base (TX) le pregunta al radio esclavo (RX) por su actualizaciones.

Fig. 59 Actualización de los puntos del equipo.

En la imagen 59 se muestra los tiempos que tarda en llegar las alarmas, en este cambio de estado el punto se alarmó en el programa SUBNET en menos de 2 segundos con esta pequeña prueba se comprueba la velocidad de respuesta que tiene este sistema punto-multipunto por medio de los radios-modem MDS 9710.

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En la imagen 60 se muestra la alarma que llega desde campo hasta el programa SUBNET donde especifica en que equipo, punto y COM llegó el cambio de estado.

Fig. 60 Mensaje de alarma activado en SUBNET

Al momento que llega la alarma al punto digital este cambia su estado a “TRUE” y su poleo se detiene, el protocolo sigue preguntando a los demás puntos digitales, analógicos y controles y actualizando sus tiempos pero el de la alarma activada su tiempo sigue detenido y solo regresará a ser poleada junto con los demás puntos digitales cuando regrese a su estado normal como se observa en la figura 61.

Fig. 61 Poleo del equipo R1000.

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3.9 Resultados Los resultados se dividen en dos: son los circuitos beneficiados con este sistema y el tiempo en que se tarda operación en recibir una alarma de falla en el sistema.

3.9.1 Circuitos beneficiados 

Subestación

CIV5010: Circuito

Demanda máxima kV

EPROSEC

Demanda media kV

Demanda mínima kV

No. De clientes

Población importante

Servicios importantes Nova Pack

8,622

Col. Bugambilias Col. Polvenir Col. Morelos

S1012 Civac

5010

R0001

8,108

5,701

1,621

Sealed air de mexico Mosaicos venecianos

Tabla 1: Datos del circuito CIV5010.

Marca

No. De estructura

Arteche

-

No. Anterior del equipo R0033

-

K1R17

S0030

No. actual del Localización del equipo equipo Col. El Polvenir, Av. R0001 El Polvenir

S1012

Av. Tren con eje norte-sur

Tabla 2: Descripción de los EPROSEC de CIV5010.

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

Subestación

Circuito CIV5020: Circuito

Demanda máxima kV

EPROSEC

Demanda media kV

Demanda mínima kV

No. De clientes

S1006 Civac

5020

R1008

4,328

3,077

865



Jiutepec

Bombas de agua Hotel camino real Sumiya

Fracc. Las Fincas U. Hab. La Joya

7,360

S1007 Tabla 3: Datos del circuito CIV5020.

Marca

No. De estructura

Arteche Arteche Arteche

K339A K2M29 K2M30

No. Anterior del equipo S0017 S0016 R0019

No. actual del equipo S1007 S1006 R1008

Localización del equipo Los Macanos Sumiya Jiutepec centro.

Tabla 4: Descripción de los EPROSEC de CIV5020.



Subestación

Circuito TJA5040 Circuito

EPROSEC

Demanda máxima kV

Demanda media kV

Demanda mínima kV

No. De clientes


Servicios importantes Gasolineria

7,026

U. Hab. Las Torres Col. Atenatitlan

S1016 Tejalpa

5040

R1017 R1019

7,057

4,433

1,411

TMM Logistic

Tabla 5: Datos del circuito TJA5040.

Marca

No. De estructura

No. Anterior de equipo

No. Actual del equipo

Localización del equipo

Yaskawa

K2M35

S0154

S1016

Frt. a puerta 6 Nissan

Cooper Abb

K2M34 K182A

R0160 R0161

R1017 R1019

Av. Centenario Col. Cuahutemoc

Tabla 6: Descripción de los EPROSEC de TJA5040.

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

Subestación

Tejalpa


EPROSEC

5070

S1023 S1031

Demanda máxima kV

Demanda media kV

Demanda mínima kV

No. De clientes



9,125

4,763

1,825

83

Civac

Industria


Marca

No. De estructura




Arteche

K2M26

S0013

S1023

Andador 17 este

Arteche

K2M27 S1035 S1031 Tabla 8: Descripción de los EPROSEC de TJA5070.



Subestación

Tejalpa

Av. Centenario


5080

EPROSEC

R1000

Demanda máxima kV

4,675

Demanda media kV

2,838

Demanda mínima kV

935

No. De clientes


Servicios importantes Unilever

5,068

Otilio montaño U. Hab. Civac

Baxter


Marca

No. De estructura




Cooper

K1R17

R0031

R1000

Col. El Polvenir.

Tabla 10: Descripción de los EPROSEC de TJA5080.

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3.9.2 Alarmas recibidas por Operación Uno de los beneficios de este proyecto es el tiempo que tarda en llegar la alarma desde campo hasta el centro de operación regional (COR) y la confiabilidad que el sistema nos brinda para hacer maniobras telecontroladas. La siguiente tabla fueron proporcionadas por operación en ellas nos damos cuenta el tiempo que tarda en llegar una alarma de los equipos dentro del sistema

Tabla 11: Eventos que llegan a operación.

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3.9.3 Aumento de confiabilidad En las graficas siguientes se muestra la confiabilidad que se tenía con el sistema anterior conformado por radios GPRS y por el sistema establecido con este proyecto:

9000

Confiabilidad 89.4% 8020 8000 7497

7000

6000

5000

4000

3000

2000

848

1000

3 0 Mensajes Enviados

Sistema por GPRS

Mensaje Recibido

Error de Protocolo

Tiempo muerto

Tabla 12: Confiabilidad del sistema por GPRS.

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12000

10560

10545

Confiabilidad 98.5% 10000

8000

6000

4000

2000

10

5 0 Sistema por radio MDS 9710 Mensajes Enviados

Mensajes Recibidos

Error de Protocolo

Tiempo Muerto

Tabla 13: Confiabilidad del sistema punto-multipunto.

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3.9.4 Impacto económico Una de las razones por la culpa se planea y se ejecuta un proyecto dentro de una empresa es que con este se obtenga una mejora en el proceso y se vea reflejado en la parte económica. Gracias a este proyecto se obtuvo un impacto económico reflejado en la inversión inicial, mantenimiento al sistema y tiempo extra pagado al personal de distribución en alguna falla. 

Inversión para un sistema GPRS y sus beneficios:

Tarjeta SIM: $200 Inversion inicial Módem: 4000

Renta mensual

$200

Sistema GPRS Tiempo de respuesta aproximado: 8 seg.

Beneficios

Confiabilidad: 70%

Confiabilidad en contingencias: 40%

Grafica 1: Costos de un sistema GPRS.

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

Inversión para un sistema punto-multipunto y sus beneficios:

Radio MDS 9710: $15,000

Inversion inicial Mas equipo (antenas, cable, etc.): $5,000

Disminución de tiempo extra de linieros para restablecer fallas

Sistema punto-multipunto

Eliminación de renta mensual a la compañia TELCEL

Beneficios

Tiempo de respuesta aproximado : 3 seg.

Confiabilidad: 95%

Confiabilidad en contingencia: 95% Grafica 2: Costos de un sistema punto-multipunto.

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Al comparar las graficas anteriores nos damos cuenta que la inversión inicial es claramente mayor en el sistema punto-multipunto pero es una inversión que se recupera a largo plazo al eliminar el concepto de renta mensual que se hace a la compañía telcel y pago de tiempo extra a personal de distribución a la hora de restablecer fallas. Otro gran beneficio es el aumento de confiablidad en el sistema que nos ayuda a realizar trabajos seguros en campo, la confiabilidad en contingencia permanece igual en este sistema porque al no depender de terceras empresas el sistema siempre nos arrojara los datos precisos de campo al laboratorio.

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4.1 Conclusiones El sistema de comunicación en los equipos de protección y seccionamiento es muy importante para CFE, gracias a este sistema se puede lograr el control remoto de ellos, aumentar la eficiencia y productividad del personal de distribución. La empresa obtuvo varios beneficios con este nuevo sistema de comunicación, como por ejemplo: -Eliminación de los radios GPRS en el área CIVAC y por lo tanto del pago mensual que se hacía por concepto de renta mensual. -Se aumentó la confiabilidad del sistema de comunicación en área CIVAC. -Se disminuyó el tiempo de respuesta cuando se manda alguna operación. El proceso de selección, programación, diseño e instalación de este sistema, me permitió adquirir experiencia en distintas área de la ingeniería electromecánica, por ejemplo: -Diseño de diagramas unifilares de los circuitos de subestación CIVAC y tejalpa. -Comprensión del funcionamiento e importancia de los equipos de protección y seccionamiento. - Programación de los equipos que se utilizaron para armar el radio base. Es importante señalar que este sistema de comunicación es la solución a corto plazo, porque con el crecimiento del área CIVAC y por lo tanto de sus circuitos y equipos de protección y seccionamiento se deberá aumentar el sistema puntomultipunto y en algún momento el radio base no podrá atender todos los eventos que se le reporten entonces, por lo tanto, se deberán buscar nuevas alternativas o quizás colocar otro radio base en otra subestación cercana y dividirse los equipos. También existe el proyecto de crear un sistema de comunicación que abarque toda la zona Morelos y así tener un telecontrol de equipos en un 100%. Este proyecto consistirá en colocar un radio base en tres marías y otro en tilzapotla. Con eso se espera lograr el objetivo de tener a la zona Morelos en el primer lugar divisional sin tiempo de interrupción por usuario (TIU).

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4.2 Recomendaciones Durante el desarrollo de este proyecto reforcé los conocimientos teóricos que tenía sobre los equipos de protección que conforman los circuitos de media tensión y lo importante que es su buena comunicación y su buen funcionamiento. Gracias a esta residencia de 6 meses en Comisión Federal de Electricidad ahora se la problemática a la que se enfrenta todo el departamento de distribución si la comunicación en los equipos falla antes, durante o después de una maniobra en campo. La recomendación que le puedo hacer a mis compañeros es que se acerquen a la comisión federal de electricidad a hacer su residencia profesional ya que los ingenieros y los técnicos están con la mejor disposición de enseñar. Algunos de los conocimientos nuevos adquiridos durante mi residencia son los siguientes: -Creación y manejo de base de datos -Manejo y armado de cableado de redes -Configuración de router -Alambrado de medidores marca ION, Arteche, SEL. -Conocimiento para instalación de enlaces de datos. -Programación, instalación y manejo de radiocomunicación. -Conocimiento de redes y sub-redes. -Conocimiento para mapear equipos de marca SEL, COOPER, Arteche que se utilizan para las protecciones de restauradores, seccionalizadores y subestaciones.

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sistemas electricos TITULACION.pdf

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