Nueva protección contra conductores rotos para evitar incendios provocados por líneas eléctricas

Los conductores rotos han desafiado a las empresas de servicios públicos durante décadas. Los dispositivos de protección tradicionales no siempre son efectivos para detectar conductores rotos, lo que puede aumentar el riesgo de incendios forestales. San Diego Gas and Electric (SDG&E) y SEL se asociaron para crear una solución innovadora que detecta una ruptura y desactiva un conductor que cae antes de que toque el suelo, mejorando la seguridad pública y manteniendo la salud ambiental.

El sur de California, hogar de millones, se ha visto cada vez más amenazado en los últimos años por incendios forestales debido al cambio climático y la sequía récord. Estos incendios forestales no solo son más frecuentes, sino que también son más catastróficos y están alcanzando áreas en una geografía en constante expansión y en cada temporada.
“Hay épocas del año en las que existe un riesgo de incendio elevado para los clientes: combustible seco o vientos de Santa Ana”, dice Charlie Cerezo, ingeniero de automatización y protección de distribución de San Diego Gas and Electric (SDG&E). “Solíamos predecir estos tiempos a lo largo del año. Ahora parece que es todo el año”.

Estos mayores riesgos son una preocupación para las empresas de servicios públicos como SDG&E, una empresa de servicios públicos propiedad de inversionistas que brinda servicio a 3.7 millones de personas en San Diego y el sur del Condado de Orange con un área de servicio que abarca 4,100 millas cuadradas.

Ocasionalmente, una línea eléctrica aérea (o conductor) puede romperse y caer al suelo, por ejemplo, cuando un automóvil golpea un poste o una línea se daña por la caída de un árbol o un rayo. Las posibilidades de que esto suceda son mínimas, pero los resultados de un conductor roto que golpea el suelo pueden ser graves.

Los equipos de protección tradicionales pueden detectar este fallo, pero tardan unos segundos en responder. O bien, un conductor vivo puede aterrizar en tierra de alta resistividad, asfalto seco o una superficie de concreto, creando una falla de alta impedancia que es difícil de detectar con equipos tradicionales. Incluso cuando se detecta y dispara una falla en una fracción de segundo después de que un conductor toque el suelo, si las condiciones son óptimas para los incendios forestales, puede ser demasiado tarde.

Chris Bolton, gerente de Ingeniería de Control y Automatización de Protección de Sistemas en SDG&E, explica: “El riesgo es para la vida, la propiedad y el territorio. Un incendio no necesariamente tiene que cubrir muchos acres para dañar o destruir varias casas”.

¿Cómo evitar que un conductor roto provoque un incendio forestal? Confiar en los dispositivos de protección tradicionales puede no ser suficiente, especialmente si el conductor roto provoca una falla de alta impedancia. Tendría que detectar la ruptura y cortar la energía incluso antes de que el conductor haya tenido la oportunidad de tocar el suelo. Los ingenieros de SDG&E decidieron encontrar una manera de hacer precisamente eso, pero los conductores rotos han afectado a la industria durante años, por lo que se necesitaría innovación, colaboración y pruebas significativas para encontrar una nueva solución.

“Era una idea”, dice Bolton. “Eso es todo lo que era. En SDG&E tenemos la libertad de probar cosas nuevas: ingresar a un entorno no operativo y probar estas ideas con una asociación de un tercero”.

Innovación y colaboración
SDG&E y Schweitzer Engineering Laboratories dedicaron un tiempo considerable a generar ideas, colaborar, innovar y solucionar problemas. Identificaron que la respuesta podría tener algo que ver con los datos de alta resolución transmitidos por dispositivos en todo el sistema de energía. Estos datos, llamados «fasores sincronizados» o «sincrofasores», son mediciones de alta velocidad de ángulos de fase, voltajes y corrientes que tienen marca de tiempo o sincronización. Transmitidos por unidades de medición de fasores (PMU), estos datos brindan más información en tiempo real de todo el sistema de energía de la que las empresas de servicios públicos han tenido acceso antes, a una velocidad de 30 a 60 mediciones o más por segundo desde cada dispositivo digital (métodos más antiguos). típicamente reportan una medición por segundo, como máximo).

“Es como un microscopio a través del cual está mirando directamente a su sistema de energía”, dice Tanushri Doshi, gerente de ingeniería de protección de SEL.

Los datos del sincrofasor son lo suficientemente rápidos y precisos para que el análisis avanzado detecte conductores rotos en una fracción de segundo, de forma fiable más rápido que el tiempo que tarda un conductor que cae en llegar al suelo.

Muchas empresas de servicios públicos, incluida SDG&E, tienen infraestructura existente que se puede usar en una solución de protección contra caídas de conductores (FCP): unidades de medición de fasores (PMU) u otros dispositivos de campo, como relés y medidores, que pueden transmitir datos de sincrofasores; controladores de automatización en la subestación que pueden concentrar y analizar datos; y sistemas de comunicación de área amplia para el envío de datos.

Dado que la mayoría de los relés y medidores SEL pueden funcionar como PMU, SDG&E ya tenía una buena base para una solución FCP. Junto con SEL, diseñaron un sistema en el que esos relés y medidores en el campo recopilan datos de sincrofasores y luego los envían de vuelta al controlador de automatización en tiempo real (RTAC) en la subestación. Estos datos se envían a través de millas de tierra a través de radio o redes celulares privadas. El RTAC recibe los datos y un algoritmo patentado desarrollado por SDG&E y SEL e implementado en el RTAC analiza los datos. Al descubrir anormalidades de voltaje indicativas de un conductor roto, el RTAC envía un comando de disparo al relé más cercano al conductor roto para aislar y cortar la energía a esa sección del circuito. Todo esto sucede en solo milisegundos mientras la línea aún está en el aire.

Es como armar un ejército
La solución FCP por sí sola ha implicado más de siete años de desarrollo de configuraciones, pruebas, validación y trabajo en equipo que han llevado a un arduo trabajo más reciente en el campo, pruebas y puesta en marcha de circuitos, un proceso que requiere una intensa coordinación.

“La cantidad de coordinación, trabajo para alinearse y personas que trabajan juntas para lograr esto es enorme”, dice Chris Bolton. “Entonces, cuando nuestros equipos salen a encargar todo, es como reunir un ejército”.

Los equipos de comunicaciones, los operadores de SCADA, los gerentes de proyecto, los técnicos de retransmisión, los operadores de distribución y más están en el sitio cuando se prueba y se pone en marcha un nuevo circuito.

Tanushri Doshi recuerda el desafío y la emoción de estar en el sitio durante una comisión de FCP. “Había alrededor de 110 grados, y fueron 5 a 7 días de trabajo sólido desde la mañana hasta la noche. Pero el día que terminamos, esa fue una de las mejores sensaciones, ver un circuito en servicio. Nunca envejece: ver el resultado del arduo trabajo de todos a lo largo de los años”.

Esta emocionante colaboración entre varios departamentos dentro de SDG&E y SEL ha continuado semanalmente. Los ingenieros de SEL brindan soporte remoto y en el sitio durante la puesta en servicio, y los equipos de Servicios de Ingeniería e Investigación y Desarrollo asisten a reuniones virtuales semanales con varios ingenieros de SDG&E para analizar las lecciones aprendidas, las mejoras y las actualizaciones para mejorar la solución FCP.

Jorge Esmerio, ingeniero de protección de SDG&E, asiste a la reunión de cada semana para informar escenarios, hacer preguntas y compartir pantallas de software para ayudar a implementar cambios para mejorar. Hablando de las mejoras que han logrado a partir de estas reuniones y la colaboración continua, dice: «Creo que esta solución seguirá siendo más inteligente y mejor a medida que aprendamos cosas nuevas».

Tanushri Doshi se hace eco de estos sentimientos desde el lado de SEL: “Comenzamos prácticamente con nada más que una idea. Se necesita una gran asociación para llevarlo a cabo, y con SDG&E, siempre ha sido un placer”.

Hasta el momento, SDG&E ha implementado siete circuitos FCP, con planes para ocho más durante el próximo año a través de la colaboración continua, el trabajo de campo y las reuniones semanales. El creciente número de estos circuitos agrega una capa de tranquilidad cuando se trata de mitigar el riesgo de incendios forestales.

Cuando una nueva idea puede resultar en una solución innovadora como FCP, proporcionando una nueva capa de seguridad para los clientes en la industria de protección de energía, quién sabe qué sigue. Pero las posibilidades en torno a la nueva tecnología, como los datos de sincrofasores y los algoritmos avanzados en el RTAC, se extienden mucho más allá de los conductores que caen, con el potencial de una mejor conciencia situacional y un servicio más confiable en general.

Fuente: selinc.com