Estudio de la viabilidad del uso de radio frecuencia para la identificación de fase a nivel de baja tensión para el uso de vínculo cliente transformador

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(1)ESTUDIO DE LA VIABILIDAD DEL USO DE RADIO FRECUENCIA PARA LA IDENTIFICACIÓN DE FASE A NIVEL DE BAJA TENSIÓN PARA EL USO DE VÍNCULO CLIENTE TRANSFORMADOR. HUMBERTO ADRIEL FORERO PEDRAZA. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA-ELECTRÓNICA Bogotá, D.C. 2008. 1.

(2) ESTUDIO DE LA VIABILIDAD DEL USO DE RADIO FRECUENCIA PARA LA IDENTIFICACIÓN DE FASE A NIVEL DE BAJA TENSIÓN PARA EL USO DE VÍNCULO CLIENTE TRANSFORMADOR. PROYECTO DE GRADO INGENIERÍA ELÉCTRICA. HUMBERTO ADRIEL FORERO PEDRAZA. ASÉSOR JUAN CARLOS BOHÓRQUEZ REYES. COASESOR NÉSTOR MISAEL PEÑA TRASLAVIÑA. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA-ELECTRÓNICA Bogotá, D.C. 2008 2.

(3) Tabla de contenido AGRADECIMIENTOS................................................................................................................ 5 TABLA DE ILUSTRACIONES .................................................................................................. 5 RESUMEN................................................................................................................................... 9 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA.............................................................................................. 11 Reporte de operaciones ...................................................................................................... 12 Expansión de cargas ........................................................................................................... 14 Hurto de Energía .................................................................................................................. 15 ESPECIFICACIONES.............................................................................................................. 17 ESTADO DEL ARTE................................................................................................................ 19 Compañías ............................................................................................................................ 19 Equipos .................................................................................................................................. 20 ARIADNA ILF‐6 y ADRIADNA IF3 .......................................................................................... 20 ARIADNA IC1G ..................................................................................................................... 21 ARIADNA TRZ....................................................................................................................... 22 IDENTIFICADOR DE FASE SEBAKMT ‐ CI .............................................................................. 23 FC‐5000 ............................................................................................................................... 24 CARACTERISTICAS ELÉCTRICAS.................................................................................................... 25 EMISORES ............................................................................................................................ 25 RECEPTORES ........................................................................................................................ 26 MÉCANICAS ......................................................................................................................... 26 MARCO TEÓRICO................................................................................................................... 28 IMPEDANCIA DE ENTRADA...................................................................................................... 28 ATENUACIÓN DE LA SEÑAL. .................................................................................................... 33 COMO AFECTAN LAS CONEXIONES LA ATENUACIÓN DE LA SEÑAL........................................ 38 MODELAMIENTO DE LA RED DE TRANSMISION...................................................................... 42 MODELO APARTIR DE LOS PARÁMETROS CONCENTRADOS DE LA LINEA .................... 42 PRUEBAS EXPERIMENTALES Y VALIDACIÓN DE MODELOS.................................... 47 PRUEBAS EXPERIMENTALES ........................................................................................ 47 PÁRAMETROS S ................................................................................................................. 60 ESTUDIO DE LA RED ELÉCTRICA ................................................................................. 65 A NIVEL DE BAJA TENSIÓN............................................................................................. 65 TOPOLOGÍA DE LA RED ELÉCTRICA.......................................................................................... 65 ACOMETIDAS AÉREAS ......................................................................................................... 66 3.

(4) ACOMETIDAS SUBTERRÁNEAS ................................................................................................ 72 ACOMETIDAS ESPECIALES ....................................................................................................... 76 EQUIPOS NECESARIOS PARA LA CONEXIÓN A LA RED ELÉCTRICA .................... 77 MÓDULO TRANSMISOR ........................................................................................................ 78 ELEMENTOS DEL MODULO DE TRANSMISIÓN ...................................................................... 79 GENERADOR DE SEÑAL ........................................................................................................... 79 ACOPLE DE IMPEDANCIAS....................................................................................................... 84 DESACOPLE CON LA RED ELÉCTRICA ....................................................................................... 87 MÉTODO INDUCTIVO POR MEDIO DE APANTALLAMIENTO DEL CABLE ............................. 88 MÉTODO INDUCTIVO POR MEDIO DEL NÚCLEO................................................................. 89 MÉTODO CAPACITIVO POR MEDIO DEL NÚCLEO................................................................ 89 CONCLUSIONES..................................................................................................................... 90 Dios Gracias................................................................................................................................. 91 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................... 91. 4.

(5) AGRADECIMIENTOS Aprovecho, esta oportunidad para agradecer a mis padres y hermana quienes, han sido y serán los pilares de mi formación tanto académica y personal; pero en especial a mi papá quien con sus sabios concejos y agradables conversaciones se ha convertido en un motor para lograr los peldaños actuales y estoy seguro que también de los que faltarán. También agradezco a los profesores Juan Carlos Bohórquez y Néstor Peña Traslaviña, por sus conocimientos brindados en los diferentes cursos de mi formación profesional, y por supuesto por el apoyo brindado a lo largo de este semestre, los cuales permitieron culminar satisfactoriamente este proyecto de grado.. Por último agradezco al más importante de todos a Dios, quien siempre me ha acompañado y estoy seguro lo seguirá haciendo, así como ofrezco esta tesis a él y a Doñe.. TABLA DE ILUSTRACIONES. 5.

(6) Ilustración 1: Base de datos, CODENSA.SA.ESP .............................................................. 13 Ilustración 2: Programación de Cortes.................................................................................. 14 Ilustración 3: Lectura del Macro medidor asignado al CD 179TR1 .................................. 16 Ilustración 4: Balance generado a partir de los clientes (“sumatoria de estos”)............. 16 Ilustración 5: Balance de Energía asociado al CD 179TR1............................................... 16 Ilustración 6: Equipo ARIADNA ILF‐6 Y ARIADNA IF3 .................................................................. 20 Ilustración 7: Funcionamiento Equipo Ariadna IC1G .................................................................. 21 Ilustración 8: Identificador de fase CI ......................................................................................... 23 Ilustración 9: Funcionamiento a partir de Pulsos direccionales de corriente PDC. ................... 23 Ilustración 10: Identificador FC 5000. ......................................................................................... 25 Ilustración 11: Circuito Utilizado para medir la impedancia de entrada [7]. .............................. 29 Ilustración 12: Impedancia característica de entrada sobre la red eléctrica de baja tensión [7]30 Ilustración 13: Impedancia de entrada a la red eléctrica [8]. ..................................................... 31 Ilustración 14: Modelo propuesto para la impedancia de entrada de la red eléctrica............... 33 Ilustración 15: Sistema para la medición de la atenuación de la señal ...................................... 34 Ilustración 16: Medición de atenuación según [7], para una línea de 20 m de longitud............ 35 Ilustración 17: Medición de la atenuación para un cliente Industrial Vs cliente Especial [10].. 36 Ilustración 18: Atenuación presentada por un cliente industrial en horas nocturnas [10]. ....... 37 Ilustración 19: Señal de atenuación con cliente residencial [10]................................................ 37 Ilustración 20: Circuito de potencia en análisis por [11]............................................................. 38 Ilustración 21: Circuito modelo por al análisis de [11]................................................................ 39 Ilustración 22: Longitud de la línea 4.5m tramo C‐D [11]. .......................................................... 39 Ilustración 23 Longitud de la línea 12.2m tramo B‐D [11]. ......................................................... 40 Ilustración 24 : Longitud de la línea 13.8 m tramo A‐D [11]. ...................................................... 40 Ilustración 25: Atenuación presentada en línea de longitud de 4.5m........................................ 40 Ilustración 26: Atenuación presentada en línea de longitud de 12.2m...................................... 41 Ilustración 27 Atenuación presentada en línea de longitud de 13.8m. ..................................... 41 Ilustración 28: Línea de transmisión a partir de los parámetros constitutivos........................... 42 Ilustración 29: Obtención de la atenuación en Matlab a partir de los parámetros concentrados ..................................................................................................................................................... 45 Ilustración 30 Modelo matemático de la atenuación obtenido a partir de los parámetros constitutivos para distancia de 4.5m ........................................................................................ 45 Ilustración 31: Modelo matemático de la atenuación obtenido a partir de los parámetros constitutivos para distancia de 12.2m ...................................................................................... 46 Ilustración 32: Modelo matemático de la atenuación obtenido a partir de los parámetros constitutivos para distancia de 13.8m ...................................................................................... 46 Ilustración 33: Esquemático pruebas realizadas......................................................................... 48 Ilustración 34: Longitud de los conductores y separación entre ellos........................................ 49 Ilustración 35: Conector SMA (‘’142‐0701‐621’’)........................................................................ 49 Ilustración 36: Conexión circuitos de acople con conector SMA. ............................................... 49 Ilustración 37: Atenuaciones experimentales para el rango de frecuencias [1MHz‐1GHz] ....... 52 Ilustración 38: Atenuación experimental para el rango de frecuencias [100MHz‐5GHz].......... 53 Ilustración 39: Atenuación experimental Vs Aproximación exponencial para cable No 12. ...... 54 Ilustración 40: Atenuación experimental Vs Aproximación exponencial para ACSR No 4. ........ 55. 6.

(7) Ilustración 41: Programa a partir de parámetros concentrados para cálculo de atenuación en línea de ACSR............................................................................................................................... 56 Ilustración 42 : Validación modelo matemático Vs mediciones para cable calibre 12............... 57 Ilustración 43: Validación modelo matemático Vs mediciones para ACSR No 4. ....................... 57 Ilustración 44: Esquemático de cómo se obtiene los parámetros [S]......................................... 61 Ilustración 45: Parámetros [S] cable calibre 12 [100kHz‐1MHz]................................................. 61 Ilustración 46: Parámetros [S] cable calibre 12 [1MHz‐1GHz]. ................................................... 62 Ilustración 47: Parámetros [S] cable calibre 12 [1GHz‐5GHz]..................................................... 63 Ilustración 48: Diagrama Unifilar Acometida Aérea.................................................................... 66 Ilustración 49: Plano Acometida Aérea [17]. .............................................................................. 67 Ilustración 50: Conector de perforación [18].............................................................................. 68 Ilustración 51: Tipo de conectores en red de BT con acometida aérea...................................... 69 Ilustración 52: Templador en red de baja tensión ...................................................................... 69 Ilustración 53: Distancias de seguridad con respecto al suelo [17]. ........................................... 70 Ilustración 54: Conexión con equipo de medida......................................................................... 71 Ilustración 55: Conexión a tablero de distribución. .................................................................... 72 Ilustración 56: Red subterránea alimentada por acometida subterránea.................................. 73 Ilustración 57: Acometida subterránea alimentada por acometida aérea. ............................... 73 Ilustración 58: Barrajes de empalme en acometidas subterráneas............................................ 75 Ilustración 59: Módulo de transmisión ....................................................................................... 78 Ilustración 60: Módulo Receptor. ............................................................................................... 79 Ilustración 61: Lazo de retroalimentación positiva..................................................................... 80 Ilustración 62: Ubicación de polos en un oscilador..................................................................... 80 Ilustración 63: Oscilador de puente WIEN .................................................................................. 81 Ilustración 64: Circuito limitante................................................................................................. 83 Ilustración 65: Característica de transferencia del circuito limitador......................................... 83 Ilustración 66: Generador de señal. ............................................................................................ 84 Ilustración 67: Circuito de acople................................................................................................ 84 Ilustración 68: Circuito de acople configuración serie paralelo.................................................. 85 Ilustración 69: Circuito de acople configuración paralelo serie.................................................. 85 Ilustración 70: Circuito de acople diseñado para F=500KHz ....................................................... 87 Ilustración 71: Método inductivo por medio de apantallamiento [26] ...................................... 88 Ilustración 72: Método inductivo por medio de Núcleo CTS [26]............................................... 89 Ilustración 73: Método de aislamiento capacitivo...................................................................... 90. 7.

(8) 8.

(9) RESUMEN. En la actualidad, por normas propias de regulación de energía es necesario que las diferentes electrificadoras o compañías prestadoras de servicio eléctrico, cuenten con la información necesaria sobre cada una de sus clientes que se encuentren con punto de conexión a sus redes de distribución.. Por lo anterior, esta información debe especificar a qué centro de distribución o transformador en específico se encuentra un determinado cliente; es lo que se conoce como el (“VCT”) (Vínculo cliente transformador). Permitiendo de esta forma que en las diversas operaciones que realizan estas compañías prestadoras de servicio eléctrico se tomen las diversas medidas de seguridad y pre-aviso necesarios no solo por parte de los operarios de las compañías sino también por parte de los clientes involucrados en la operación a realizar.. Sin embargo por diferentes razones, no se puede garantizar que la información de VCT con la que se cuente sea (100%) confiable, involucrando a sí que no se logre por falta de pre-aviso de las maniobras hacia algunos usuarios o clientes, que estos tomen las medidas respectivas con respecto a sus equipos electrónicos o a sus actividades diarias durante el tiempo de operación sobre la red; por lo cual el objeto de este proyecto de grado es el estudio de la viabilidad del uso de radio frecuencia para la identificación de fase a nivel de baja tensión (“BT”) y a si la identificación de VCT respectivamente, que permita a si tener un mayor grado de certeza por parte de las compañías prestadoras de servicios en cuanto a sus puntos de conexión con los que cuentan en sus redes de distribución.. A su vez este proyecto de grado se fundamenta en información y problemática propia y suministrada de las redes de distribución con las que cuenta a la fecha CODENSA S.A. ESP, y compañía para la cual se realiza este estudio en mención.. 9.

(10) I PARTE. DEFINICIÓN Y ESPECIFICACIÓN DEL PROBLEMA. 10.

(11) DEFINICIÓN DEL PROBLEMA. Basados en el Reglamento de Distribución de Energía Eléctrica [1], dada por la resolución 070 de 1998 de la comisión de regulación de energía (“CREG”), y considerando que el artículo 28 de la Ley 142 de 1994, determina que “todas las empresas tienen el derecho a construir, operar y modificar sus redes e instalaciones para prestar los servicios públicos”1, entonces las empresas prestadoras de servicio eléctrico, continuamente están desarrollando actividades de carácter operativo sobre sus redes, que permitan un enfoque ó búsqueda de la eficiencia, calidad y neutralidad en la prestación del servicio de Energía Eléctrica, tal cual es establecido por las Leyes 142 y 143 de 1994 A su vez estas actividades que se desarrollen sobre las redes deben ser acorde a los principios, de [1], la cual establece criterios para la planeación, expansión, operación y/o mantenimiento de los STR's (“Sistemas de Transmisión Regional”) y/o SDL's (“Sistemas de Distribución Local”) , de igual forma no solo se establece los parámetros mencionados si no que a su vez se fijan o se determina los procedimientos que definen las relaciones entre los diferentes Usuarios de tales Sistemas y sus correspondientes operadores. Acorde a esto [1] establece en el capítulo de “OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISIÓN REGIONAL Y/O DE DISTRIBUCIÓN LOCAL”2 lo siguiente: • SISTEMA DE INFORMACIÓN TOPOLÓGICO Las compañías prestadoras de servicio eléctrico, también conocidas como los (“OR’s”), están en la obligación de mantener un sistema de Información topológico con la configuración detallada de su red, el cual debe permanecer actualizado. A su vez se hace énfasis en que este sistema de información topológico se debe realizar preferiblemente con tecnología digital.. De igual forma, estas compañías prestadoras de servicio público tal como es el caso de CODENSA S.A. ESP, puede presentar en sus actividades dos tipos de operación: Reporte de eventos programados como los no programados en donde:. 1. LEY 144‐143 DE 1994, Artículo 28.. 2. COLOMBIA.MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA. Reglamento de Distribución de Energía Eléctrica.[En línea],30-34.Disponible: http://domino.creg.gov.co/PUBLICAC.NSF/2b8fb06f012cc9c245256b7b00789b 0c/c57a90afbbfaf20a0025661d002d366b/$FILE/Cr070-98.pdf 11.

(12) •. Reportes de Eventos No Programados. El OR deberá efectuar reportes ante la ocurrencia de Eventos no programados. El reporte debe contener como mínimo: Descripción del Evento Secuencia del Evento (horas, minutos, segundos y milisegundos). , Demanda no Atendida. El anterior reporte, dado que todas las compañías de servicios públicos , no podrán pasarse de unos límites establecidos legalmente por la CREG en cuanto al tiempo ocurrido por corte o no suministro de energía por la cual el cliente tendrá derecho a una compensación en dinero. Para lo cual se utilizan dos indicadores que se denominan FES y DES, siendo los FES el número de cortes (“la frecuencia”), y los DES la duración de estos. • Reporte de Eventos Programados. En este tipo de eventos [1] especifica textualmente que: “cuando se afecte a los usuarios de un STR y/o SDL, el OR deberá informarlo por un medio de comunicación masivo con cuarenta y ocho (48) horas de anticipación a la ocurrencia del evento, indicando la hora del inicio y la duración. De igual forma, cuando los eventos programados afecten las cargas Industriales, el tiempo de notificación no podrá ser inferior a setenta y dos (72) horas”. 3 Con base a lo expuesto anteriormente y con mira a definir la problemática a resolver, CODENSA S.A.ESP, en búsqueda de la prestación de un mejor servicio hace necesario la búsqueda de herramientas que le permita, obtener de manera práctica, adecuada y confiable; la mejor información topológica de sus puntos de conexión a sus redes, esto debido a que:. Reporte de operaciones. 3. COLOMBIA.MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA. Reglamento de Distribución de Energía Eléctrica.[En línea],30-34.Disponible: http://domino.creg.gov.co/PUBLICAC.NSF/2b8fb06f012cc9c245256b7b00789b 0c/c57a90afbbfaf20a0025661d002d366b/$FILE/Cr070-98.pdf 12.

(13) • Tal como se expuso, las operaciones que ejecute CODENSA sobre la red, en especial enfocándonos a las de eventos programadas, deberán ser informármelas con un tiempo adecuado a las personas afectadas los cuales son aquellos que se encuentre conectado al centro de distribución o transformador objeto de la operación, a su vez estos tiempos de pre-aviso son dependiendo del tipo de cliente en cuestión el cual puede ser (Residencial, comercial, industrial, oficial, empresarial). Para lo cual actualmente ellos cuentan con una base de datos [2], que suministra la información respectiva a: Centros de distribución (“CD”) Número de cliente Medidor del cliente Dirección del Cliente Así por ejemplo si se fuese a realizar mantenimiento sobre los centros de distribución con rótulos “11459TR1 Y 1820TR1”4 se debe informar a los siguientes clientes, tal como se muestra a continuación:. Ilustración 1: Base de datos, CODENSA.SA.ESP Este aviso de corte de suministro se realiza tal como se especifico acorde a [1], y para lo cual esta compañía emplea por ejemplo mensajes de texto para clientes empresariales e industriales, notificación al inmueble con recomendaciones post-pre operaciones, al igual que publicación en diarios oficiales ej. EL TIEMPO, como en la internet, tal como se observa en la Ilustración 25.. 4. Identificación (“rótulos”), de los centros de distribución en base CODENSA ej. 345TR2 ó 2120 TR1. CODENSA(2008,06).CORTES PROGRAMADOS DEL 10 AL 16 DE JUNIO DE 2008.[Enlínea],.Disponible:http ://www.codensa.com.co/documentos/6_6_2008_11_41_18_AM_Libro1.htm 5. 13.

(14) Ilustración 2: Programación de Cortes Sin embargo, por diferentes razones tales como el ingreso de un nuevo cliente a la red y el no correcto reporte de este por parte de las cuadrillas en terreno a base, o simplemente no contar con planos actualizados o en el peor de los casos no contar con ellos, no permiten que se le informe a la totalidad de los clientes. Por lo cual, el problema central se sustenta en que en muchas oportunidades estos clientes a los cuales no se les realiza el previo aviso, son clientes tipo industrial, o empresarial en el peor de los casos. Originándoseles a estos clientes en el momento del corte un alto nivel de daños y perjuicios en forma económica, lo cual repercute en quejas y solicitudes de indemnización a la compañía prestadora de servicio, tal como se establece en [1] en su artículo 137, donde establece las reparaciones a que, tiene derecho el suscriptor o usuario, cuando se presente una falla en la prestación del servicio, que en este caso es válido dada la no información oportuna y adecuada al usuario respectivo. Expansión de cargas. Otro problema a la cual se enfrenta estas compañías prestadoras del servicio eléctrico, y a la cual tampoco es ajena CODESA.SA.ESP, es la decisión del ingreso de un nuevo cliente para asociarlo a cierto centro de distribución, es decir la planeación en el ingreso de nuevos puntos de conexión a sus redes; para lo cual como es evidente se parte del conocimiento a-priori de la capacidad de este centro de distribución o transformador, al cual se le asignaría el nuevo punto de conexión , para lo cual se hace necesario conocer con exactitud los clientes asociados a este y a su vez la demanda o consumo de energía por cada uno de ellos de forma tal que no se llegue a sobrepasar la capacidad del CD. Sin embargo este análisis, debe ser con información lo mas reciente posible y de ser posible verificable en terreno, buscando ser lo más transparente posible para los clientes, es decir sin necesidad de cortes del suministro de energía para verificar los clientes asociados al centro de distribución en estudio de 14.

(15) expansión; siendo a si este otra problemática que incentiva a la realización de este proyecto de grado.. Hurto de Energía. Otra de las actividades diarias de la compañía, es la prevención y detección en el hurto de energía, para lo cual el departamento de Focalización y análisis6 se involucran en actividades, tanto de carácter administrativo como operativo, que permitan a través de un análisis de balances de energía poder desarrollar ordenes de terreno que conlleven a resultados en la detección de hurto. Para lo cual en sus actividades de planeación un gran enfoque es en la búsqueda de un aseguramiento completo de VCT y a si poder obtener los “balances de energía” 7 correspondientes a cada centro de distribución tras el proceso de “macro medición”8 , y no generar ordenes de trabajo (“OT´S “), innecesarias debido a la mala información de VCT, incurriendo a si en costo para la compañía no solo de carácter económico, sino también en indicadores de tiempo que no permiten la optimización de sus maniobras, y todo lo anterior dada la información no adecuada de sus puntos de conexión en terreno para sus redes. A continuación las ilustraciones de la [ Ilustración 3 - Ilustración 5], muestra basados en [2], como este análisis parte de la información propia de los clientes vinculados a cada centro de distribución acorde a como se explico en el párrafo anterior; lo cual hace también del estudio de este proyecto de grado una prioridad para sus procesos no solo operativos si no también administrativos.. 6. Focalización y Análisis es un departamento interno de la subgerencia operacional de CODENSA.S.A.ESP Balance de energía: Diferencia entre la energía registrada por el macro medidor y la sumatoria de la energía registrada para el (los) cliente(s) y el alumbrado público alimentados por el transformador de distribución. Esta diferencia equivale a las pérdidas totales de energía. Las pérdidas totales están compuestas por las pérdidas técnicas y por las no técnicas. 7. 8. Macro medición: Proceso en el cual se realiza la instalación de medidores en transformadores de distribución de uso general o exclusivo, para determinar las pérdidas de energía. La determinación de las pérdidas se realiza a partir balances de energía.. 15.

(16) Ilustración 3: Lectura del Macro medidor asignado al CD 179TR1. Ilustración 4: Balance generado a partir de los clientes (“sumatoria de estos”). Ilustración 5: Balance de Energía asociado al CD 179TR1. Acorde a este contexto, basados en las diferentes problemáticas anteriormente expuestas por parte de las compañías prestadoras de servicio eléctrico, y en especial la presentada por CODENSA.S.A.ESP; se hace necesario el estudio de un identificador de fase, que permita identificar o asegurar el vinculo cliente transformador (“VCT”), para contar con esta información en base (parte administrativa), y a su vez poder verificar la información enviada por parte de las cuadrillas en terreno y así tener la mayor certeza de operación antes de realizar cualquier maniobra sobre la red. 16.

(17) Por lo tanto nuestro siguiente enfoque es comprender que busca CODENSA.S.A.ESP en específico, logrando de esta forma ir delimitando los enfoques de este proyecto de grado y a si el estudio resuelva la problemática especificada. ESPECIFICACIONES CODENSA.S.A.ESP, requiere un estudio para posterior desarrollo, en la cual se analice la viabilidad para el uso de radio frecuencia en identificación de los clientes conectados a un centro de distribución determinado. Asiendo énfasis en que su interés primordial es la búsqueda de clientes que se encuentran con punto de conexión a nivel de baja tensión (“BT”), de igual forma actualmente estos clientes se encuentran conectados a partir de redes tanto aéreas como redes subterráneas. Por otra parte argumentan que como compañía y acorde a regulaciones, la forma de detección de algún cliente debe realizarse sobre la “acometida”9 de este para lo cual es factible utilizar el medidor del cliente; a su vez el estudio debe realizarse para a futuro emplear el equipo sin corte o suspensión del suministro de energía. A su vez, presentan el caso de un equipo trazador que han utilizado sin éxito en algunos casos y realizan especial énfasis en clientes donde la distancia entre ellos y su centro de distribución es superior a 150mts; para lo cual les es de interés distancias cercanas a 1Km, por otra parte otro de sus problemas es que en la conexión entre cliente - centro de distribución en algunas oportunidades está dada por empalmes entre conductores con diferentes características. Concepto. Especificación. Nivel de tensión. Longitud de señal. Conexión. Tipo Red. Tipo Uso. “BT” 1Km Acometida Aérea/Subterránea Con Servicio Baja tensión Tabla 1: ESPECIFICACIONES PARA ESTUDIO. 9. Acometida. Derivación de la red local del servicio respectivo que llega hasta: el registro de corte del inmueble. En edificios de propiedad horizontal o condominios‐ y, en general, en las Unidades Inmobiliarias Cerradas’ de que, trata la Ley 428 de 1998, la acometida llega hasta el registro de corte general.. 17.

(18) II PARTE. ESTADO DEL ARTE. 18.

(19) ESTADO DEL ARTE. Debido a la problemática ya explicada, que presenta no solo CODENSA.S.A.E.S.P si no en general todas las compañías prestadoras del servicio eléctrico, a motivado a que diferentes compañías de soluciones se enfoquen ó busquen dar solución a estos problemas de VCT a partir del diseño de equipos trazadores de líneas eléctricas. Por ende [3] campañas como la realizada en el año 2001 en Iberdrola en búsqueda de soluciones, y en donde el desarrollo del trazador eléctrico ARIADNA ILF-15 , estableció novedad a nivel mundial en cuanto a este tema, son cada vez más objeto de estudio y de desarrollo por parte de estas compañías.. Por lo cual esta etapa busca dar a conocer los diferentes equipos que se encuentran disponibles en el mercado o en vía de desarrollo, buscando comprender sus características eléctricas, mecánicas, formas de funcionamiento ó principios de operación, para poder de esta forma tener elementos de juicio que constituyan los principios de estudio para las redes en especifico objeto de este estudio. Compañías Las compañías más importantes que desarrollan y actualmente ofrecen estos equipos trazadores de red en el comercio son las siguientes: • KEMENTZU – ARIADNA INSTRUMENTS • NDB (“Technologie”) • SEBAKMT. Las cuales cuentan con diferentes equipos, en especial la compañía ARIADNA INSTRUMENTS; estos equipos se encuentran enfocados a la identificación de fases tanto a nivel de baja tensión (“BT”) como a nivel de media tensión (“MT”); pero nos enfocaremos a analizar los equipos que se ubican a nivel de BT .. 19.

(20) Equipos ARIADNA ILF-6 y ADRIADNA IF3. Estos equipos [4] los cuales se observa en la Ilustración 610, permiten identificar la fase a la cual se encuentra cierto punto de conexión a nivel de BT;. Ilustración 6: Equipo ARIADNA ILF‐6 Y ARIADNA IF3. Permiten trabajar con suministro de energía, para lo cual la detección de fase a nivel de baja tensión está compuesta por dos unidades: • •. Unidad Central: “La cual se conecta al cuadro de salida de BT del transformador.” Unidad de Línea. “Se usa para recorrer los puntos de la red de distribución de BT suministrados por el (“CT”)11 donde está conectada la Unidad Central y determinar la conectividad (fase y línea) de los mismos.”12. De igual forma estos equipos tienen las siguientes características: • Identifica 3 fases en pocos segundos. 10. ARIADNA, Instruments. IDENTIFICADOR DE FASES Y LÍNEAS DE BT ARIADNA ILF6.EN:CATALOGO ARIADNA ILF6.[EN LINEA‐PDF].Disponible http://www.ariadna‐inst.com/pdf/ilf6.pdf 11. CT=CD=Centro de distribución o transformador. ARIADNA, Instruments. IDENTIFICADOR DE FASES Y LÍNEAS DE BT ARIADNA ILF6.EN: CARACTERISTICAS.ARIADNA.ILF6.[ENLINEA].[Consultado.21.jun.2008]Disponible.http://www.kementsu. com/ariadna.php?lang=es.. 12. 20.

(21) • Eficacia en líneas de hasta 1 km. • Los equipos se comunican a través de la línea eléctrica, no siendo necesario el uso de radio ni ningún elemento adicional. • Su forma de uso es para solo un operario. • Operativo para todo tipo de configuraciones de Baja Tensión hasta 440v entre fases • Trabaja en redes a 50 ó 60 Hz.. ARIADNA IC1G. Este identificador de cables funciona al igual que los equipos anteriormente mencionados bajo el principio de inducción de una señal activa tal como se ve en la Ilustración 713. Ilustración 7: Funcionamiento Equipo Ariadna IC1G. En donde se ve como está compuesto por un transmisor, el cual se conecta en un punto accesible de red inyectando así una señal activa de frecuencia, para posteriormente usar el receptor para identificar o localizar el mismo cable, aguas arriba hacia el transformador.. 13. ARIADNA. EQUIPO IDENTIFICADOR Y LOCALIZADOR DE CABLES CON DISPLAY GRÁFICO ‐ IC1G.[PDF]. 21.

(22) Sin embargo el receptor puede operar bajo dos principios; el primero es con un captador abierto que permita identificar la señal inducida hasta con una distancia de 35cm entre este y el cable de red y un segundo método que consiste en el uso de las bobinas de Rogowski las cuales son transformadores de corriente , permitiendo medir así la corriente que fluye sobre el conductor sin perturbarlo y con amplitudes de corriente más bajas, para lo cual lo que hace es abrazar el cable para realizar la medida correspondiente. ARIADNA TRZ. Al igual que los equipos ILF-6 e IF3 el ARIADNA TRZ, permite la localización e identificación de fase a nivel de baja tensión para los puntos de conexión que se encuentren. Para ello a diferencia de los equipos anteriores no solo se utiliza la inducción de una señal activa sino a su vez inyecta pulsos direccionales de corriente PDC:. • La señal activa : Al igual que en los dos equipos anteriores se utiliza para localizar con exactitud la traza del cable; para lo cual: 1. Se induce una frecuencia con el transmisor TX. 2. Por intermedio de un receptor RX, se realiza la detección de esta señal. Sin embargo debido a que estas señales activas inducidas en el cable, además de su atenuación propia de la línea también se deriven a otras conexiones lo cual es coherente, involucra que la identificación no sea adecuada dado que en muchos casos la atenuación de la señal más las conexiones en la red en especifico impiden que llegue una señal adecuada para que el receptor RX, la identifique por lo cual en este equipo hacen uso de una segunda señal de pulsos direccionales de corriente (“PDC”). • La señal de pulsos direccionales de corriente PDC se utiliza para identificar un cable, pero a diferencia de una señal inducida, los pulsos no se derivan a otros cables ni conducciones metálicas, por lo que solamente están presentes en el cable donde se han inyectado.. Para entender más el concepto de pulsos direccionales de corriente, el equipo CI propio de la compañía SEBAKMT, utiliza este concepto donde:. 22.

(23) IDENTIFICADOR DE FASE SEBAKMT - CI. Ilustración 8: Identificador de fase CI. Este identificador de fases, permite trabajar a nivel de baja tensión también bajo la condición de suministro de energía para lo cual utiliza los siguientes elementos: • •. Transmisor LCI TX. Receptor CI RX con conversor de120 mm.. Donde la realización de su señal de envió, o señal inyectada en el cable es a partir del generador de pulsos LCI TX, lo cual funciona de la siguiente forma: “Generador de pulso LCI TX (Live Cable Identifier) el cual se encuentra conectado mediante un cable conductor de protección con la alimentación eléctrica de 115V/230 V AC. El transformador de alimentación está sujeto al retiro de energía de aprox. 80 A por el dispositivo en intervalos de aprox. 2 segundos. Esto resulta en una corriente de pulso en la sección del cable: la corriente es recibida por la pinza de lectura y es entonces usada para la identificación confiable de esta sección del cable”14. Lo cual puede resumirse en la siguiente ilustración de forma más adecuada:. Ilustración 9: Funcionamiento a partir de Pulsos direccionales de corriente PDC. 14. SEBAKMT. Identificación de Cable en cables energizados con el Juego LI. En Identificador de fas.CI.[ENLINEA].[Consultado.22.Jun.2008].Disponible.http://www.sebakmt.com/Descripcion.3 019+M58fe918524a.0.htmlel cual cuenta con los equipos 23.

(24) Otro de los equipos que actualmente se encuentran disponibles en el mercado y el cual se basa en la solución de la problemática en estudio; es el proporcionado por la compañía NDB (“Technologie”), el cual cuenta con los equipos: •. FC5000 - Identificador de cables y detector de fases para cables de baja tensión.. • LCI - LIVE CABLE IDENTIFICATION SYSTEM (MEDIUM VOLTAGE). Que son los equipos que pueden operar sin cortes en el suministro de energía; ahora el principio de funcionamiento de estos equipos son los siguientes: FC-5000. Este equipo [6], está compuesto por dos partes, funcionando bajo el principio de la inducción de una señal activa a una frecuencia determinada al igual que equipos ya mencionados: • Emisor FC-5000E • Receptor de cabeza La diferencia con respecto a los equipos de la compañía ARIADNA ó el equipo de la compañía SEBAKMT, está en el receptor; para ello el funcionamiento del receptor como el del transmisor es el siguiente: • Emisor FC-5000E. El emisor del equipo FC5000, se conecta entre dos fases de la red, enviando así entre estas, (2) diferentes señales activas cada una con una frecuencia diferente con respecto a la otra y de igual forma a una frecuencia diferente a la de la red o de alguno de sus armónicos. Permitiendo así que posteriormente en la etapa de identificación de esta señal se logre identificar a que fase del circuito se encuentra conectado el punto de conexión en estudio acorde a la frecuencia detectada sobre este. De igual forma este equipo está diseñado para operar sobre tensiones de 440V-180V, lo cual implica red de baja tensión; a su vez se encuentra regido por las normas CE (EU), par las normas inducidas sobre la red.. • Detector FC5000D. 24.

(25) Una vez se envía la(s) señales activas por parte del equipo emisor, viene la etapa de identificación de fase, para lo cual este equipo utiliza un cabezal de tal forma que este se desplaza sobre el cable el cual se quiere identificar, tal como se muestra en la Ilustración 10, permitiendo así que a partir de la frecuencia recibida se detecte específicamente a que fase se encuentra este punto de conexión.. Ilustración 10: Identificador FC 5000.. Acorde a lo expuesto es posible realizar una tabla comparativa entre los diferentes equipos tanto en sus características eléctricas como mecánicas: CARACTERISTICAS ELÉCTRICAS EMISORES EQUIPO. Modo/operación. Alcance. ILF-6. En Servicio. IC1-G. En Servicio. Max:1k m Max:1k m. TRZ. En Servicio. SEBAKMTCI FC-5000. Nivel de tensión Max:440V. Frecuen cia ------------. Norma. Conexión. EN-50178. Max:440V. ------------. EN-50178. -----------. Max:440V. 8KHz. -------------. Lado de baja Transformador Aguas arriba del transformador. Aguas arriba del transformador.. En Servicio. -----------. Max:440V. 30 / min. -----------. En Servicio. -----------. Max:440V. > 5kHz. CE (EU). Lado de baja Transformador ------------------. Tabla 2: Características Eléctricas unidades transmisoras. 25. Inyección de señal Conexión en anillo Directa con pinzas Directa(Se ñales activas como PDC) Directa PDC15 Directa con pinzas.

(26) RECEPTORES. EQUIPO. Conexión. ILF-6. Corriente salida 100 A pico. Frecuenci a Envío. Grado protección IP54. Resultado. IC1-G. 100 A pico. Inductivo, conexión BNC; ó distancia de 35cm Pinzassuperficie hasta 5m. Envío. IP54. SonoraDisplay. 8KHz. IP54. SonoraDisplay. -----------. pinzas. 30 / min. ---------. Display. ------------. Sensor cabeza.. > 1KHz Acorde a la enviada. ----------. Display. TRZ -----------SEBAKMTCI FC-5000. Pinzas. Display. Tabla 3: Características Eléctricas modulo de recepción. En donde hay que resaltar como estos equipos operan bajo las normas EN 50178 y la norma Americana sobre compatibilidad electromagnética CE, las cuales estipulan que estos equipos deberán operar a frecuencias superiores de los 5KHz , con la finalidad de no afectar la calidad de la señal eléctrica. En cuanto a las características mecánicas para cada uno de los módulos tanto transmisor como receptor se tiene: MÉCANICAS. EQUIPO. Dimensiones transmisor (cm). Dimension es receptor (cm). Portable. ILF-6. 34.3x32.7x15. 7. 12 x 22 x 6,5. SI. 4. 0.75. IC1-G. 12 x 22 x 6,5. 12 x 22 x 6,5 cm. SI. 0,75. 0,75. TRZ. 24x18.5x16.5. 70x12x45. SI 1.5‐ 0.4 0.38. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐. SEBAKMTCI FC-5000 15. Peso Tx (Kg). 20.1 x 120 x 80. 15 x 65 x 35. SI. 3.85 1.6. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐. SI. 9. Peso Rx (Kg). Longitud cables de Tx (cm) 200 (ring‐ cable) 180. Longit cables (cm) 1. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐. PDC; significa pulsos direccionales de corriente.. 26. 2.

(27) Tabla 4: Características mecánicas módulos transmisor y receptor de los equipos.. III PARTE. MARCO TEÓRICO. 27.

(28) MARCO TEÓRICO Acorde a lo presentado y expuesto a lo largo de este documento, se ve la necesidad de poder analizar nuestras redes de transmisión a nivel de baja tensión; dado que tenemos que utilizar nuestras líneas eléctricas como medio de comunicación, como un medio que nos permita enviar una señal u onda electromagnética continua a una determinada frecuencia. Sin embargo las redes eléctricas no fueron diseñadas, para trabajar con señales de alta frecuencia; estas trabajan con señales eléctricas a 60Hz en el caso de nuestro país; lo que implica que hay que analizar cómo se comporta nuestra línea de transmisión a diferentes frecuencias , es decir tenemos que mirar cómo se propaga la señal a lo largo de la misma y por ende conocer cuáles son las perdidas o atenuaciones que sufre la señal enviada a lo largo de la red , para lo cual partimos por caracterizar nuestra red eléctrica a partir de sus parámetros medibles los cuales son:. •. Impedancia.. •. Coeficientes de reflexión.. Por ende nuestro interés para caracterizar la línea de transmisión, se basa en determinar las pérdidas que tiene al propagarse nuestra señal a lo largo de la línea y tal como se sabe de los parámetros medibles, teóricamente las pérdidas de la señal de transmisión en las líneas de son debidas a:. •. Las perdidas por acople: Tanto el acople en el envió de la señal como en la recepción de esta.. •. La atenuación de la señal a lo largo de la línea.. IMPEDANCIA DE ENTRADA.. De [7], se especifica que la impedancia de entrada es uno de los parámetros más importantes en el envió de una señal y caracterización de una línea de transmisión; se entiende por impedancia de entrada : (‘’aquella vista desde el generador de la señal a enviar’’), (‘’Ilustración 11’’); lo anterior debido a la impedancia de entrada afecta directamente la calidad de la señal de envió, ya que tenemos que acoplar nuestra línea con la impedancia de nuestro generador y. 28.

(29) un mal acople implicaría coeficientes de reflexión a la entrada de la línea y por ende atenuación en la señal a enviar debida al mal acople.. Ilustración 11: Circuito Utilizado para medir la impedancia de entrada [7].. Por lo cual [7], propone el circuito mostrado en (‘’Ilustración 11’’), para la medición de la impedancia de entrada de la línea de transmisión y así mirar cual es el valor de este a diferentes frecuencias de la señal de envió; en donde el generador envía una señal sinusoidal a una determinada frecuencia y aislando la red eléctrica con un transformador de relación 1:1, a su vez se involucra una impedancia de 10Ω que emula la el límite superior de la impedancia a tener un transformador en su lado secundario y un condensador que sirva para desacoplar algún nivel DC que se pueda presentar, permitiendo así obtener que:. Es de recordar que estas mediciones fueron realizadas sobre topología de la red eléctrica en China y con voltaje de fase de 220V, y a su vez lo que se obtiene de este modelo es la magnitud de la impedancia de entrada de la red eléctrica, dado que está conformada por parte resistiva como reactiva respectivamente, de igual forma las medidas fueron fase‐tierra, logrando así que a frecuencias en el rango de [100Khz‐2Mhz] las impedancias obtenidas son las siguientes:. 29.

(30) IMPEDANCIA DE ENTRADA DE LA LINEA. ] s m h O [ n e ai c n a d e p m I. 25. 25. 20. 20. 15. 15 IMPEDANCIA TEORICA [Youbing Zhang,2002]. 10. 5. 0 0. 10. 5. 200. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. 1600. 1800. 0 2000. Frecuencia en KHz Ilustración 12: Impedancia característica de entrada sobre la red eléctrica de baja tensión [7]. De lo anterior se puede ver como la impedancia de entrada de una red eléctrica es directamente proporcional a la frecuencia de la señal de envió, obteniendo así de [7] que en el rango de [100Khz‐2Mhz] la impedancia de entrada aumenta a medida que aumenta la frecuencia de la señal a la cual se esté trabajando. A su vez tras analizar lo expuesto por [8], en cuanto a cómo varia la impedancia de entrada de la red eléctrica con respecto a la frecuencia de envío de las señales a lo largo de la misma , encontramos como ellos realizan pruebas de medición de impedancia de entrada a 35 diferentes redes eléctricas de baja tensión y en un rango de frecuencias de [20Khz‐30Mhz] y para líneas con voltajes de fase de 115V y 220V respectivamente; en donde las impedancias de entradas obtenidas se muestran en la Ilustración 13, clasificándola según los valores máximos obtenidos, mínimos y promedios.. 30.

(31) Ilustración 13: Impedancia de entrada a la red eléctrica [8].. De la anterior ilustración se puede ver como la magnitud de la impedancia de entrada de la red eléctrica, tiene un comportamiento similar a lo expuesto por [7], en donde esta aumenta a medida que aumentamos la frecuencia de la señal con la cual se esté , de igual forma los valores del experimento realizados por ellos son los siguientes:. Frecuencia [MHz] 0.02 0.025 0.03 0.04 0.05 0.075 0.1 0.15 0.2 0.3 0.4 0.5 0.75 1 1.5 2.1 3 4 5 7.5 10. PARTE. RESISTIVA. DE [Z]. PARTE. IMAGINARIA. DE [Z]. Max. Min. Promedio. Max. Min. Promedio. 1.64 4.15 4.04 4.44 5.44 28.99 23.41 50.4 34.73 32.67 159.12 56.73 165.8 338.84 116.92 197.41 430 479 415 139.23 161.78. 0.09 0.2 0.18 0.24 0.37 0.7 1 1.52 2.23 3.03 4.41 5.26 6.57 7.32 5.29 7.5 8.98 10.4 10.72 7.44 14.5. 0.58 0.91 1.09 1.58 1.92 4.81 6.57 12.63 10.03 11.56 17.92 18.92 28.74 36.45 24.8 49.81 75.54 107.58 106.6 45.83 42.17. 3.44 4.28 5.27 7.97 9.78 14.5 26 31.14 20.86 37.23 45.9 55.97 145 237.8 69.02 170.92 189.07 179.75 218.23 102.84 136.39. 0.06 0.14 0.46 1.05 0.61 0.5 3.74 0 0 0.48 0 0.24 0.55 4.26 0 2.228 0 11.08 12.71 4.6 0.69. 1.62 2.22 2.79 4.32 5.25 7.59 11.84 9.88 7.88 14.46 17.06 20.23 27.91 33.52 36.63 46.36 69.84 68.97 85.51 34.54 40.14 31.

(32) 15 20 25 30. 216.12 398.68 348.66 190.21. 23.75 20.25 25.27 24.86. 60.52 92.11 96.07 66.16. 131.55 343.41 114.99 111.14. 10.4 22.1 1.36 4.23. 68.41 111.54 47.68 67.9. Tabla 5: Valores impedancia de entrada expuestos por [8]. Por, lo cual se puede concluir como de igual forma que en [7], la impedancia de entrada varía directamente proporcional a la frecuencia de la señal enviada, y así mismo se puede comparar en [9] en donde tras realizar diversas pruebas en Europa y en los Estados unidos se obtienen los mismos resultados ya enunciados. Una vez con lo anterior planteamos una ecuación que nos permita modelar como varia la impedancia de entrada de una red de transmisión eléctrica con respecto a la frecuencia a partir de los datos mostrados en los artículos anteriormente mencionados y de igual forma comparándolo con el modelo propuesto por [7], en donde ellos establecen que la impedancia de entrada se puede modelar a partir de la siguiente ecuación. Para lo cual con base en lo presentado en la Ilustración 12 y con respecto a la impedancia promedio vista en la Ilustración 13, proponemos el siguiente polinomio de orden 5, el cual tiene una bondad ó un grado de confiabilidad del 95% respectivamente, y a su vez tiene R‐ Square de 0.99929, lo cual implica que nuestra aproximación se ajusta con buena aproximación con respecto a los datos experimentales mostrados por estos artículos.. La siguiente ilustración muestra como nuestro modelo es adecuado con respecto a lo mostrado en la literatura.. 32.

(33) IMPEDANCIA DE ENTRADA DE LA LINEA. 25. 25 MODELO MATEMATICO PROPUESTO [Shijie,Youbing]. 20. ] s m h O[ 15 n e ai c n 10 a d ep mI. 15 IMPEDANCIA TEORICA [Youbing Zhang,2002]. 10. MODELO PROPUESTO FIT CON POLINOMIO DE ORDEN 5. 5. 0 0. 20. 200. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. 5. 1600. 1800. 0 2000. Frecuencia en KHz Ilustración 14: Modelo propuesto para la impedancia de entrada de la red eléctrica.. ATENUACIÓN DE LA SEÑAL.. Otro de los parámetros que es necesario estudiar son las perdidas o las atenuaciones que se produzcan una vez enviada la señal, es decir las atenuaciones que se den a lo largo de la red, conociendo estas pérdidas como las atenuación propia de red y las cuales son causada por la longitud de la línea , el tipo de red sobre la cual se esté operando , es decir a modo ejemplo si se está trabajando con cable calibre 2 o por si el contrario es un ACSR No2, de igual forma a los acoples que se encuentren a lo largo de la línea. Es por ello que se analizo como son las atenuaciones que sufre la señal enviada por esta línea para diferentes análisis realizados y de igual forma clasificándolos de las siguientes formas: •. Según la frecuencia de la señal a la cual se está trabajando.. •. Según el tipo de cliente. Residencial. Industrial. Especial.. •. La longitud de la línea.. 33.

(34) De igual forma los datos que se analizan son únicamente las atenuaciones propias de la red eléctrica ya que, no habrán perdidas en la señal de transmisión debidas al desacople de impedancias. Basados en el método propuesto por [10] y el cual se muestra en la Ilustración 15, la medición de la atenuación de la señal de envió se realiza de la siguiente forma: •. Se genera una señal o tono a una determinada frecuencia.. •. Acoples de entrada a la red permiten que no hayan perdidas en el envió.. •. Tomamos el valor en voltios de la señal del tono recibido.. Entonces una vez se tenga la medición de la señal enviada versus la recibida podemos obtener que tanto se atenúa nuestra señal a lo largo de la red, recordemos que la atenuación está dada por:. O también acorde a como lo plantea [10]. Siendo Vn el voltaje en ausencia de la señal transmitida, y en donde dado que el voltaje de entrada no tiene correlación alguna con respecto al ruido en ausencia de Vtransmitido, entonces esta última expresión elimina el ruido de las medidas correspondiente a la atenuación de la señal.. Ilustración 15: Sistema para la medición de la atenuación de la señal. Entonces [7] en su estudio realizado muestra la atenuación de la señal, para diferentes medidas realizadas en una red de baja tensión y la cual es de longitud de 20 m y en un rango de frecuencias de [100KHz‐3MHzencontrando como resultados los siguientes:. 34.

(35) Ilustración 16: Medición de atenuación según [7], para una línea de 20 m de longitud.. Donde las curvas a1, a2,a3 y a4 representa la atenuación de la señal a lo largo de diferentes periodos del día siendo estos la maña, el medio día , tarde y noche respectivamente; y a5 es un promedio de de las curvas anteriores ; de la Ilustración 16, se puede analizar como en este rango de frecuencias la señal de atenuación varia directamente proporcional a la frecuencia en donde [7] especifica que esta variación de la atenuación es a una taza de , , pero en el rango de 500KHz a 3MHz la atenuación es casi constante entre ‐18dB y ‐40 dB , dependiendo el momento de la medición. De igual forma [10] , realiza un estudio para determinar la atenuación de señales enviadas en el rango desde [20 KHz ‐ 240 KHz], realizando una clasificación según el tipo de cliente que se encuentra interconectado a la red bajo prueba, específicamente analizando para los siguiente clientes: •. Industrial. •. Especial (Hospital). •. Residencial. Así como también clasificando las atenuaciones según la longitud de la línea bajo prueba; para lo cual exponen los siguientes resultados:. 35.

(36) Ilustración 17: Medición de la atenuación para un cliente Industrial Vs cliente Especial [10]. Donde de la Ilustración 17 , se concluye como un cliente industrial en horas de carga normal es decir de trabajo, presenta una atenuación casi constante cercana a los ‐10 dB cuando se encuentra interconectado con una línea corta en distancia específicamente con una longitud de 20m y la cual se representa con la curva ‘’IS’’ , a su vez [10] especifica que para esta misma longitud las atenuaciones presentadas para la red que tiene como carga un hospital presenta una atenuación similar y por ende no la exponen en la grafica. Sin embargo la curva ‘’I’’ representa una longitud desconocida pero no menor a 200m y en la cual se analiza como la señal presenta una mayor atenuación para las mismas frecuencias de trabajo o en donde para el cliente industrial se tienen de ‐25dB a una frecuencia de 150KHZ comparado con una atenuación de ‐5db para la misma frecuencia cuando la longitud de la línea era de 20m, A su vez para estas longitudes si se presenta diferencia en las atenuaciones presentadas dependiendo del tipo de cliente que se encuentre conectado a la red, lo anterior se puede explicar dado que las redes con cargas reactivas presentan mayor atenuación con respecto a clientes con cargas mas lineales, a su vez lo anterior también se puede validar tras analizar el comportamiento de la misma red para clientes industriales pero en horas no laborales en donde se supone que los equipos tales como motores se encuentran inactivos y por ende la carga va a ser mas lineal, encontrando así como:. 36.

(37) Ilustración 18: Atenuación presentada por un cliente industrial en horas nocturnas [10].. La Ilustración 18, muestra a partir de la curva ‘’I’’ como en el momento de no presentarse o no haber cargas reactivas se disminuyen los efectos de reflexiones, multipath y así no se forman ondas estacionarias a lo largo de la red, a su vez hay que aclarar que [10] en estos resultados no muestra la curva IS dado que el resultado es el mismo que el mostrado en la Ilustración 17 y las curvas ‘’A1’’ y ‘’A2’’ se analizaran más adelante dado que representan las atenuaciones cuando se envía la señal line‐línea y no línea‐fase como lo es en la curva ‘’I’’. Por último [10], presenta los resultados para un cliente residencial observados Ilustración 19, donde las medidas fueron tomadas entre la media noche y las 4Am.. en la. Ilustración 19: Señal de atenuación con cliente residencial [10].. De este tipo de cliente residencial se puede ver como la atenuación de la señal a lo largo de la línea es menor que la observada para clientes industriales también en horas de la noche y para distancia as mayores a los 200 m tal cual lo denotado por la curva (‘’I’’) respectivamente. 37.

(38) y corroborando lo ya mencionado; a su vez también es menor que para la presentada para un cliente especial. Los análisis discutidos hasta el momento reflejan las perdidas o atenuaciones cuando el envió de la señal es línea a tierra; por lo cual también debemos analizar qué pasa si realizamos el envió de la señal de forma línea‐línea, encontrando como la atenuación que sufren las señales, se pueden ver en las curvas A1, A2 que se ven en la ilustración :( ‘Ilustración 18’’), así como las curvas OCD y O en la Ilustración 19 , encontrando en ambos casos y para distintos clientes como la atenuación de la señal es más pronunciada cuando el envió se realiza línea‐ línea que cuando se realiza fase neutro, por lo cual no es factible el envió línea – línea si no que se debe enviar la señal de la forma fase‐neutro.. Por otra parte [11] y [12] , realizan un estudio para la atenuación de la señal para un rango de frecuencia superior a los anteriormente mostrados , específicamente [11] trabaja desde [ 10KHz – 500MHz] y [12], desde [10 KHz‐ 10 MHz], encontrando en común como la atenuación de la señal aumenta a medida que aumentamos con la frecuencia y lo cual es coherente con lo presentado hasta el momento; sin embargo hacen mención a la influencia que tiene las conexiones a lo largo de la red con respecto a la atenuación de la señal, dado que la atenuación que sufre la señal a lo largo de la línea no es solo la debida a la longitud de esta si no también a los diferentes empalmes o conexiones que se pueden encontrar a lo largo de esta , para lo cual:. COMO AFECTAN LAS CONEXIONES LA ATENUACIÓN DE LA SEÑAL. [11], realiza una descripción de la caracterización de una red eléctrica , a altas frecuencias en la universidad de tecnología de Toyohashi, específicamente en el circuito que se muestra en la Ilustración 20; a su vez realizan un modelo de este circuito el cual también es caracterizado y comparado con el real y este último se observa en la Ilustración 21.. Ilustración 20: Circuito de potencia en análisis por [11]. 38.

(39) Ilustración 21: Circuito modelo por al análisis de [11].. Ahora bien [11], con el fin de obtener una caracterización lo más exacta posible entre el circuito real y el modelo de la Ilustración 21 , realiza la medición de todos los parámetros constitutivos de la línea real es decir la resistividad, la inductancia y la capacitancia de la línea y así asegurar que el modelo es similar, obteniendo que estos valores para cada uno de los circuitos son las que se observan en la siguiente tabla: Elemento. Línea Real 5.43. Circuito Modelo 5.07. 35.80. 38.26. 13.56. 12.24. 6.74. 9.62. L C R G Tabla 6: Parámetros constitutivos del modelo planteado en [11]. Ya con esto se puede realizar un análisis de la atenuación de la señal a lo largo de la línea pero esta vez clasificándolo por la longitud que alcanza esta y mirando así como afecta las conexiones a la señal que se propaga a lo largo de la línea para lo cual tenemos las siguientes graficas en donde el lado izquierdo es la atenuación de la señal a lo largo de la línea y la grafica de lado derecho es correspondiente a la atenuación obtenida para el modelo:. Ilustración 22: Longitud de la línea 4.5m tramo C‐D [11].. 39.

(40) Ilustración 23 Longitud de la línea 12.2m tramo B‐D [11].. Ilustración 24 : Longitud de la línea 13.8 m tramo A‐D [11].. A su vez las anteriores ilustraciones muestran la curva α correspondiente a la constante de atenuación de la señal para diferentes ‘’l’’ o longitudes de la red siendo estas de 4.5m, 12.2m y 13.8m respectivamente, las cuales se muestran de mejor forma en las siguientes ilustraciones: Atenuacion linea de 4.5m @ [1MHz-500MHz] -2 -4 -6. l a ñ e s a l e d n ó i c a u n e t A. -8 -10 -12 -14. ATENUACION PRESENTADA [T.Masaoki:,1989]. -16 -18 -20 1. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 400. 450. 500. Frecuencia en [MHz]. Ilustración 25: Atenuación presentada en línea de longitud de 4.5m.. 40.

(41) Atenuacion linea de 12.2m@[1MHz-500MHz] 0. -5. l a ñ e s al e d n ó i c a u n e t A. -10. -15. ATENUACION PRESENTADA [T.Masaoki,1989]. -20. -25. -30 0. 50E6. 100E6. 150E6. 200E6. 250E6. 300E6. 350E6. 400E6. 450E6. 500E6. Frecuencia en Hz. Ilustración 26: Atenuación presentada en línea de longitud de 12.2m. Atenuacion linea de 13.8m@[1MHz-500MHz] 0 -5. l a ñ e s al e d n ói c a u n et A. -10 -15 -20. ATENUACION PRESENTADA [T.Masaoki,1989]. -25 -30 -35 -40. 1. 50. 100. 150. 200 250 300 Frecuencia en MHz. 350. 400. 450. 500. Ilustración 27 Atenuación presentada en línea de longitud de 13.8m.. Concluyendo así de estas ilustraciones como a frecuencias por debajo de los 100MHz las conexiones no afectan los niveles de atenuación propios de la señal, independientemente de la longitud de la línea, pero a frecuencias superiores de los 100MHz la atenuación se incrementa con mayor rapidez, de igual forma se obtuvo como conclusión que cuando tenemos conexiones a la red el valor de la atenuación incrementa con el incremento en la longitud de la conexión.. 41.

(42) MODELAMIENTO DE LA RED DE TRANSMISION. Con base a lo expuesto a lo largo de este trabajo, podemos realizar un modelamiento de las diferentes atenuaciones que tiene una señal a lo largo de su propagación por la red, para lo cual proponemos un modelo matemático que nos permita relacionar cuales son las perdidas o atenuaciones que sufre la señal a lo largo de la red con base a la longitud de la línea, el tipo red sobre el cual se trabaje así como la frecuencia a la cual se esté enviando la señal.. MODELO APARTIR DE LOS PARÁMETROS CONCENTRADOS DE LA LINEA. Este modelo parte del saber que una línea de transmisión se puede modelar a partir de sus parámetros constitutivos, es decir a partir de la impedancia, inductancia, capacitancia y conductancia asociadas a esta, por lo cual podemos obtener las ecuaciones del telegrafista. Ilustración 28: Línea de transmisión a partir de los parámetros constitutivos.. En donde las ecuaciones del telegrafista se obtienen tras realizar las LKV y LKC, obteniendo así:. Y. al reordenar estas ecuaciones tenemos que:. 42.

(43) Y. Y por ende si. entonces. Por lo cual tras pasar del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia tenemos que:. Y. Y tras resolver las ecuaciones en el dominio de la frecuencia, encontramos la constante de propagación. , siendo. la constante de atenuación y. la constante de fase.. De igual forma tras realizar una matemática sencilla [13] se llega a qué:. , la impedancia característica de la línea (Red eléctrica) y la cual está en función de Siendo los parámetros constitutivos de la misma, por lo cual se puede relacionar la impedancia característica de la línea con la constante de propagación de la siguiente forma:. 43.

(44) , se obtiene la constante de atenuación y que la Obteniendo así que al despejar imaginaria es mi constante de fase, logrando así obtener graficar la parte real que es la que nos interesa y por ende conocer que tanto se atenúa nuestra señal. De igual forma con base a lo expuesto en [24], tenemos que tener en cuenta que por ejemplo el parámetro de la capacitancia no se dan en las características de los cables correspondientes a la red a trabajar si no que esta depende de la capacitancia que se cree entre la tierra y la fase es decir de los conductores por donde se envía la señal para lo cual:. Siendo presente entre los conductores, ´´a´´ el radio del conductor y D la distancia entre los conductores, de igual forma la conductatancia paralela G [siemens/m], está dada por la siguiente relación:. Donde. es la conductividad del material dieléctrico.. Por lo cual este modelo matemático desarrollado, se compara con lo expuesto en [11], por lo cual los parámetros constitutivos de la línea son los siguientes: Elemento. Línea Real 5.43. L 35.80 C R. 13.56 6.74. G Tabla 7: Parámetros constitutivos de una red de baja tensión.. 44.

(45) Ilustración 29: Obtención de la atenuación en Matlab a partir de los parámetros concentrados. Y tras realizar las simulaciones para las distintas longitudes expuestas en este documento [11], se obtiene los siguientes resultados los cuales los comparamos directamente. Atenuacion linea de 4.5m @ [1MHz-500MHz] 0. MODELO A PARTIR DE PARAMETROS CONSTITUTIVOS. -2 -4. l a ñ e s al e d n ói c a u n et A. -6 -8. DELTAmax=8db -10. ATENUACION PRESENTADA [T.Masaoki:,1989]. -12 -14 -16 -18 -20. 1. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 400. 450. 500. Frecuencia en [MHz] Ilustración 30 Modelo matemático de la atenuación obtenido a partir de los parámetros constitutivos para distancia de 4.5m. 45.

(46) Atenuacion linea de 12.2m@[1MHz-500MHz] 0 -5. l a ñ e s al e d n ói c a u n et A. MODELO MATEMÁTICO. -10. Delta max=7db -15 -20 -25. ATENUACION PRESENTADA [T.Masaoki,1989]. -30 -35 -40 0. 50E6. 100E6. 150E6. 200E6. 250E6. 300E6. 350E6. 400E6. 450E6. 500E6. Frecuencia en Hz Ilustración 31: Modelo matemático de la atenuación obtenido a partir de los parámetros constitutivos para distancia de 12.2m Atenuacion linea de 13.8m@[1MHz-500MHz] 0. Modelo Matemático. -5. l a ñ e s al e d n ói c a u n et A. -10 -15 -20. ATENUACION PRESENTADA [T.Masaoki,1989]. -25 -30 -35 -40. 1. 50. 100. 150. 200 250 300 Frecuencia en MHz. 350. 400. 450. 500. Ilustración 32: Modelo matemático de la atenuación obtenido a partir de los parámetros constitutivos para distancia de 13.8m. Observándose como el modelo es una buena representación de la atenuación sufrida (Curvas continuas), tal como se ve al compararlas a diferentes longitudes con los datos dados por [11] (Curvas punteadas); una vez con lo anterior, dado que ya conocemos cuales son las pérdidas que sufre la señal a lo largo de la red y ya hemos encontrado los modelos adecuados apara estas atenuaciones en los respectivos rangos de frecuencia ; entonces realizamos otra validación del modelo matemático y de lo presentado a lo largo del marco teórico a partir de una validación experimental para lo cual.. 46.

(47) IV PARTE. PRUEBAS EXPERIMENTALES Y VALIDACIÓN DE MODELOS. PRUEBAS EXPERIMENTALES 47.