Conferencias: Estado del arte en Redes Inteligentes “Smart Grids”, organizada por la Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos y Electricistas, AC, 13 de junio 2011, Torre de Ingeniería de la UNAM. En el panel se abordaron los principales aspectos que se deben considerar para planear la transformación de una red tradicional de producción y consumo de energía eléctrica a una Red Inteligente. Se presentaron y discutieron los logros alcanzados hasta el momento en este aspecto en el mundo y se describieron los retos pendientes que son motivo de investigación y desarrollo en la actualidad.

1. Instituto de Investigaciones Eléctricas AIUME
Los sensores en sistemas de diagnóstico de
Los sensores en sistemas de diagnóstico de
equipos eléctricos y su papel en las Redes
Inteligentes
Dr. José Tomás Ramírez Niño
Instituto de Investigaciones Eléctricas
Gerencia de Equipos Eléctricos
Av. Reforma 113, Cuernavaca, Morelos México
Teléfono (777) 362-38-11
e-mail: jtrn@iie.org.mx
13/Junio/2011
1

2. Contenido
 Sensores
 Sensores en el contexto de las Redes Inteligentes
 Características técnica
 Tipos de sensores
 Monitoreo
 Sensores, medición y monitoreo
 Beneficios del monitoreo
 Sistema eléctrico y el monitoreo de equipo
 Sistemas de monitoreo y disgnóstico del IIE
 Sistema de monitoreo de generadores
 Esfuerzo actual en Investigación y Desarrollo

3. Redes I t li
R d Inteligentes
t
Una Red Eléctrica Inteligente (REI) o Smart
Grid, como se conoce en el ámbito internacional,
se refiere a una visión estratégica tecnológica
para la modernización de los sistemas de
suministro de energía eléctrica, incluyendo el
i i t d í lé t i i l d l
monitoreo,
monitoreo, protección y optimización automática
de la operación de los elementos
interconectados.
interconectados Desde los centros de
generación, generación distribuida, líneas de
transmisión y sistemas de distribución, a los
usuarios industriales, sistemas de
almacenamiento de energía y consumidores
finales y sus sistemas de calefacción, vehículos
eléctricos, electrodomésticos y otros dispositivos
del hogar.
d lh

4. Sensores
 Un sensor es un dispositivo capaz de
detectar magnitudes físicas, llamadas
variables de instrumentación, y
instrumentación
transformarlas en variables eléctricas. Las
variables de instrumentación pueden ser
por ejemplo: temperatura, intensidad
lumínica, distancia aceleración
lumínica distancia, aceleración,
inclinación, desplazamiento, presión,
fuerza, torsión, humedad pH etc
fuerza torsión humedad, pH, etc.

5. Características técnicas de un sensor
í é d
 Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede
medida:
aplicarse el sensor.
 Precisión: es el error de medida máximo esperado.
 Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la
variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos
de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de
referencia para definir el offset.
f i d fi i l ff t
 Linealidad.
Linealidad.
 Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de
salida y la variación de la magnitud de entrada.
 Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede
apreciarse a la salida.
 Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto
varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir
las
l variaciones de la magnitud de entrada.
d l dd d
 Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de
entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser
condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el
envejecimiento (oxidación desgaste etc ) del sensor
(oxidación, desgaste, etc.) sensor.
 Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.

6. Diversidad de sensores
Acelerómetro
CCD
Sensores ópticos

7. Diversidad de sensores
Sensores de corriente
GPS
Sensores ultrasónicos Sensores de presión

8. Diversidad de sensores
Sensores de presión
Sensores de temperatura
Sensores de acusticos Sensores mecánicos

9. Tipo de sensores:
• Activos o Pasivos
• Analógicos o Digitales
• Inteligente o No inteligente
Tipo de alimentación deseable:
 Solar
 Vibración
 Campos magnéticos y eléctricos
 Térmicos
 Radio frecuencia

10. Equipo primario de subestaciones
q p p

11. Sensado,
Sensado medición y monitoreo
 Los datos proporcionados por los sensores hay que
transformarlos
t ansfo ma los en información útil q e pe mita
info mación que permita
establecer el estado operativo de los equipos y sistemas
eléctricos.
 A diferencia de las señales empleadas para protecciones,
con las cuales hay que tomar acciones inmediatas para
evitar daños en el equipo, la información en los sistemas
de monitoreo tiene como función principal el
diagnosticar fallas en evolución.
 Permite programar su mantenimiento (Mantenimiento
Predictivo) en función de los resultados del análisis de
las variables monitoreadas.
 En general el monitoreo permite la administración de
activos

12. Beneficios de los Sistemas de Monitoreo
 Continuidad en el servicio
 Detección de anormalidades
 Permite tomar acciones de mantenimiento
preventivo
 Administración de activos
 Incrementa la utilización de la infraestructura
 Diagnóstico forense de fallas
 Análisis probabilístico de riesgo de contingencias

13. Sistema eléctrico y el monitoreo de equipo
 Generación
 Equipo de subestaciones de transmisión
 Red de Líneas de transmisión
 Equipo de subestaciones de distribución
 Red d Di t ib ió
R d de Distribución
 Alimentación industrial y domestica

14. Sistemas de monitoreo y disgnóstico del IIE
g
 Sistema de Monitoreo de Generadores en Línea “AnGeL”.
Monitoreo de Turbogeneradores y generadores Hidroeléctricos.
Sensores eléctricos y magnéticos. Gerencia de Equipos Eléctricos.
 Sistema Computarizado para el Análisis Dinámico” SICAD,
á á
supervisa el comportamiento mecánico de turbinas y generadores
eléctricos, sensores de aceleración y velocidad. La Gerencia de
Turbo Maquinaria.
q
 Sistema de Monitoreo de Contaminación en Líneas de Transmisión
y Subestaciones, sensores eléctricos. Gerencia de Transmisión y
Distribución.
 Sistema de Adquisición y Monitoreo SAM, monitoreo de los
SAM
sistemas de control en máquinas eléctricas rotatorias, sensores
eléctricos. Gerencia de Control en Instrumentación.
 Sistema de supervisión del sistema de enfriamiento en centrales
de generación SISDTE-SE sensores de temperatura flujo
SISDTE-SE, temperatura, flujo,
potencia, humedad, presión de vacío. Gerencia de Procesos
Térmicos .
 Sistema de monitoreo remoto de protecciones de generadores y
líneas de transmisión en centrales eléctricas y subestaciones de
lí d i ió l lé i b i d
transmisión. Gerencia de Supervisión de Procesos.

15. Líneas de transmisión

17. Red de Comunicacion Etrernet
WAN
Web Server LAN
G1 G2 G3 G4

18. Descargas Parciales y Corriente de Neutro
ФA
Stator
windings Ca
Grounding ФB
transformer
PD (A)
Cb sensor
ФC
PD (B)
sensor
Cc
Neuter grounding
eu e g ou d g
sensor
PD (C)
sensor

19. Corriente de Neutro

20. Descargas parciales

21. Corrientes
Co ientes de Flecha
Shaft
Generator Turbine
Grounding
brush
Bearings
Current
sensor

22. Bobina exploradora
Devanado d l rotor
D d del t Eje
Ej en cuadratura
d t
A1a A1b Bobina
exploradora
Polo A
Polo B
B1b B1a
Eje directo

23. Bobina exploradora
e plo ado a
Pole A Pole B Voltage induced
by one winding
One turn

24. Bobina exploradora
e plo ado a
 El análisis de simetría permite localizar corto circuitos en
rotores en turbogeneradores
S1 S2 S3
(A2) (A1) (A2) (A1) (A2) (A1)
(B2) (B1) (B2) (B1) (B2) (B1)
(a) (b) (c)

25. Excentricidad y ovalidad en
d d ld d
Hidrogeneradores

26. Programas de adquisición y análisis
g q

27. Análisis de Tendencias

28. Esfuerzo actual en Investgación y
Desarrollo
 Desarrollo de nuevos sensores
 Aplicación de Sensores
 Mejorar su costo beneficio
M j t b fi i
 Mejorar la confiabilidad
 Comunicaciones y recolección de datos
 Alimentación de sensores (Power Harvesting)
 Algoritmos de tección de fallas y visualización de
g
información
 Estándares y normas orientadas a la inter-
inter-
operatividad

29. Muchas Gracias