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1/2008

La revista técnica corporativa delGrupo ABB

www.abb.com/abbreview

Revista

ABB

Pioneeringspirits

A revolution in high dc currentmeasurement

page 6

Team-mates: MultiMove functionality heraldsa new era in robot applications

page 26

Best innovations 2004page 43

a

Detrás delenchufeKNX: sistemas de bus inteligente para edificios

página 14

Llevar la energía de un sitio a otro:¿transporte o transmisión?

página 48

Motores: 125 años trabajandopágina 81

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El término “plug and play” (enchufar y usar) se ha aplicado endiversos ámbitos para expresar la facilidad con que se puedenañadir nuevos componentes a los sistemas. Sin embargo, enpocas áreas es más correcto el concepto que en el del sumini-stro de electricidad. Cuando enchufamos un dispositivo eléctrico,confiamos en que la electricidad llegue inmediatamente al apara-to, todas las veces y en cualquier momento.

Precisamente porque este suministro de electricidad es tan fiablees por lo que se da por segura su disponibilidad. Este número dela Revista ABB presenta algunas de las tecnologías que aseguran

que la electricidad esté presente en el enchufe del cliente.

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Editorial

En su examen del mundo energético de 2007, la AgenciaInternacional de la Energía (AIE) prevé que el consumoglobal de energía eléctrica se duplique para 2030. La parteque corresponde a la electricidad en el consumo total deenergía se espera que pase del 17 % actual al 22 % en 2030.Estas previsiones indican que serán necesarias inversionespor más de 20 billones de dólares.

En los países desarrollados y muy industrializados, la redeléctrica, con sus centrales y sus sistemas de transporte ydistribución, ha venido creciendo a lo largo de un siglohasta llegar a ser una infraestructura madura que ahorarequiere a la vez renovación y adaptación a las nuevasfuentes y conceptos de la producción de energía. En lospaíses emergentes y en las economías de rápido crecimien-to, los sistemas eléctricos deben crecer considerablementepara satisfacer las necesidades económicas de dichassociedades.

Nosotros, como usuarios finales que tenemos energía eléc-trica en el enchufe de nuestra casa, raramente nos paramosa pensar en toda la infraestructura que existe detrás de esteenchufe. Para nosotros, la electricidad es algo que está ahí,como muchas otras cosas de nuestra sociedad moderna.

El tema central de este número de la Revista ABB es ladiversidad de aparatos y la impresionante complejidad detodo el sistema que se encuentra detrás del enchufe. Comolíderes del mercado y de la tecnología para casi todos losequipos en cuestión, queremos ofrecerle una visión deldesarrollo técnico y los problemas a los que se enfrentannuestros ingenieros e investigadores.

La cadena de valor que ofrece ABB se extiende desde elpropio enchufe eléctrico y su correspondiente instalacióneléctrica doméstica a través de la distribución de tensión ylos sistemas de transporte de alta tensión hasta la produc-ción en las centrales eléctricas. Además, ABB contribuye alsuministro y transporte eficientes de la energía primariaque se utiliza en las centrales.

Los nuevos conceptos de producción distribuida creannuevos problemas a la red y requieren unos sistemas decontrol más complejos que nunca. Además, hay nuevascuestiones que resolver: nuevas topologías de red, medios

eficientes de almacenamiento de la energía y mejor calidadde ésta. Las SmartGrids (redes inteligentes), como se deno-

minan en Europa, o Intelligrids en los Estados Unidos, sonobjeto de intensas actividades de investigación por partede equipos comunes de las universidades y de laindustria, en los que ABB desempeña un papel decisivo.

La tecnología de ABB encabeza asimismo las aplicacionesdestinadas a conectar los parques eólicos marinos, cada vez mayores, a la red principal por medio de cables sub-marinos, y nuestros sistemas de corriente continua de altatensión resultan ser una alternativa competitiva para eltransporte de energía desde lugares remotos a las megaciu-dades, una necesidad siempre creciente en las economíasemergentes.

En tanto que las redes y los sistemas de infraestructuraprecisan nuevos esquemas de control e interconexiones,sus componentes, tales como interruptores automáticos,aparatos de medida o transformadores, experimentanprogresos técnicos que el público raramente reconoce, ylas subestaciones, puntos cruciales de una red, se hacencada vez más compactas.

Las fuerzas determinantes que están detrás de este rápidodesarrollo son consecuencia de los desafíos de la modernasociedad global: la urbanización, la industrialización, elaumento de la población, los problemas medioambientales y las restricciones legales. ABB ha basado su estrategiacomercial y la visión técnica en estas proyecciones a largoplazo.

En la estrategia de ABB para los próximos cinco años,publicada en septiembre de 2007, acometemos estos retos

y, como parte de nuestra respuesta, aumentamos nuestroesfuerzo de investigación y desarrollo para obtener solu-ciones para el futuro.

Les invito a unirse a nosotros en este número de la Revista

ABB para explorar el fascinante mundo de la tecnologíaque hay “detrás del enchufe”.

Peter Terwiesch

Director general de tecnología ABB Ltd.

El progreso de la energía: el fascinantemundo que se oculta detrás del enchufe

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Revista ABB 1/2008

La tecnología que se escondedetrás del enchufe

Índice

Una cadena de suministrocompleta

6EnchufarDeje que la Revista ABB le lleve de viaje por el mundoque se esconde detrás del enchufe.

8La energía eléctricaCómo podemos crear el suministro eléctrico para lademanda de mañana.

Distribución14Eficacia energética inteligenteLos sistemas de bus KNX eliminan los quebraderosde cabeza en el cableado de los edificios (y aportanflexibilidad).

18Cuestión de tiempo¿Se corta de verdad la corriente cuando se abreel interruptor? Con el eliminador de arco puede estarseguro de que es así.

Transformadores ysubestaciones24Cómo sobrevivir a un cortocircuito¿Larga vida a pesar de los cortocircuitos? Para untransformador, todo es cuestión de esmero en el diseñoy las pruebas.

29El problema de los grandestransformadoresEl control del estado es una prioridad clave.

34Evolución de las subestacionesDe qué forma las subestaciones se están haciendo másfiables, más eficientes y de mantenimiento más sencillo.

39Con el impulso de la energía A ABB nunca le faltan soluciones para hacer funcionar ycontrolar la red.

44Cuando las redes se vuelven inteligentes¿Vencemos a la meteorología? Las redes inteligentes estánabordando los aspectos no planificables de las energíasrenovables.

48¿Transporte o transmisión?Un enfoque distinto afecta al emplazamiento de las centrales:transmisión a gran distancia frente a transporte físico delcombustible.

Extracción y generación52Suministro de energía eléctrica alas plataformasHVDC Light® suministra energía eléctrica a las plataformasque nos la suministran a nosotros.

57Puesta en marcha de la calderaPor qué el controlador predictivo BoilerMax de ABB ignora elproverbio de que “un puchero del que se está pendiente nuncallega a hervir”.

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5Revista ABB 1/2008

8

14

39

76

63Hasta la última gota Aunque los campos petrolíferos y su equipamientoenvejezcan, ABB tiene las mejores ideas para una

productividad óptima.

67Lady of VictoriesUna central eléctrica que da servicio a los yacimientosdel mar Caspio.

Seguridad71

Prohibido el pasoOlfatear, ladrar y morder: el sistema de seguridad System800xA Security Workplace de ABB impide el acceso deintrusos electrónicos.

76Un futuro seguroEl servicio Remote Monitoring and Operations Services(Servicios de Vigilancia y Explotación a Distancia) de ABBelimina los riesgos de seguridad.

Eternos pioneros81125 años funcionandoLos productos de ABB han sido siempre revolucionarios,pero pocos han alcanzado las revoluciones de sus motores.La Revista ABB da una vuelta por sus 125 años de historia.


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Nada es más común para los miem-

bros de una sociedad moderna queenchufar un secador de pelo o un or-

denador con la certeza de que funcio-nará. La forma más versátil de energía

–la electricidad– ha necesitado menosde un siglo para convertirse en algo

completamente aceptado e incorpo-rado en todo el mundo.

Detrás de ese simple enchufe de lapared se extiende una infraestructura

asombrosa. Acompáñenos en un cor-to viaje por este fascinante mundo

que va desde el enchufe hasta lafuente de la energía siguiendo un

camino que ABB ha allanado desdelos primeros inventos hasta la com-

pleta red actual.

Enchufar La Revista ABB le propone un viaje por detrásdel enchufeFriedrich Pinnekamp

la climatización de un gran centro co-mercial–, más alta será la tensión elegidapara la distribución. En el nivel de ladistribución a media tensión hacen faltatransformadores y disyuntores combina-dos con dispositivos de medida; estaclase de aparatos se reúnen en subesta-ciones de media tensión. Los cablestransportan la electricidad desde estassubestaciones hasta los usuarios.

Si no se ven esas subestaciones –que a veces no pasan de ser pequeños conte-nedores instalados en las calles– es por-que continuamente se están desarrollan-do funciones compactas e integradas en

o con sistemas automáticos de nivel másalto, y pueden realizar funciones decontrol para optimizar la utilización dela electricidad en múltiples aplicaciones.Los disyuntores, también cercanos alenchufe y todavía a baja tensión, dejanpasar o cortan intensidades elevadaspara suministrar electricidad a una zonaextensa o a una gran fábrica. Tambiéncumplen una función de seguridad en

caso de que en algún punto de la redse produzca un cortocircuito.Cuanto mayor sea la energía necesaria –por ejemplo, para alimentar el alum-brado, la calefacción, la refrigeración o

Justo detrás del enchufe, algunos com-ponentes esenciales proporcionan una

seguridad completa a los usuarios de laelectricidad: los fusibles y los interrup-tores. Se presentan en diversos formatospara las distintas aplicaciones en edifi-cios residenciales o en instalacionesindustriales 1 . En los primeros tiemposde la electrificación estos módulos eransimples dispositivos electromecánicos,

pero ahora se han convertido en “inteli-gentes”, en línea con el progreso de lastecnologías de la información. Las insta-laciones de los modernos bloques resi-denciales se pueden comunicar entre sí

Una cadena de suministro completa

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7Revista ABB 1/2008

Enchufar

unidades cada vez más pequeñas. Laautomatización y el control de estassubestaciones contribuye a la tendencia

hacia sistemas autocontrolados.

Hay dos formas de generación de ener-gía eléctrica. Una de ellas es la genera-ción para usuarios cercanos por mediode equipos locales, como generadoresdiésel, generadores eólicos, pilas decombustible y pequeñas centrales eléc-tricas. La otra se basa en grandes centra-les eléctricas movidas por agua, carbón,petróleo, gas o combustible nuclearque generan entre varios centenaresde megavatios y algunos gigavatios depotencia.La energía que se produce en las gran-des centrales eléctricas debe transportar-se a distancias considerables y distribuir-se a lo largo de varios canales para quellegue, por ejemplo, a grandes instala-ciones industriales, supermercados yciudades. El transporte a grandes distan-cias se hace preferiblemente en altatensión, pues así se reduce la pérdidade energía en los tendidos. Se necesitansubestaciones para elevar la tensión dealgunas decenas de kilovoltios que seobtiene a la salida del generador hastael valor de transporte de varios centena-res de kilovoltios, y para volver a trans-formarla más adelante a una tensiónmás baja adecuada para la distribuciónal final de la línea. Los grandes transfor-madores y los poderosos interruptoresconstituyen el núcleo de estas subesta-ciones, construidas en el lugar de insta-

lación en forma de sistemas aislados enaire o de paquetes compactos aisladosen gas.

Ni que decir tiene que las subestacionesestán muy automatizadas. Son los nodosde un sistema de automatización quecubre grandes superficies, a menudopaíses completos y a veces conexionesinternacionales. Con una interconexióncada vez mayor de las redes nacionales,es preciso garantizar la estabilidad de unenorme número de centrales eléctricas yde consumidores, lo que exige la vigi-lancia y gestión de zonas muy extensas.Los dos métodos de transporte de ener-gía a largas distancias, con corrientealterna (CA) y con corriente continua(CC), tienen sus aplicaciones óptimas.Se está progresando en sistemas flexi-bles de transporte en CA (FACTS) y enCC a alta tensión (HVDC light).

La infraestructura que seoculta detrás del enchufees verdaderamentefantástica. No lo demospor supuesto.

La generación local –es decir, cerca del

consumidor– es un desafío al que se

enfrenta un nuevo concepto conocido

como “redes inteligentes”. Con las redes

inteligentes, el mundo no se divide sim-

plemente en generadores y consumido-

res; aquí un consumidor puede también

ser productor y entregar a la red el ex-

cedente de su propio equipo de genera-

ción. La gestión de un sistema de este

tipo es una tarea compleja que los inge-

nieros están empezando a abordar. De

hecho, las redes inteligentes y las redesde grandes superficies están estrecha-

mente interrelacionadas, lo que aumenta

considerablemente la complejidad.

En la cadena de valor de la energía


1 Dispositivos cercanos al enchufe para

suministrar una energía eléctrica segura

2 Control de una central eléctrica para

optimizar la producción

eléctrica, la generación en sí misma es,desde luego, esencial. La generación deenergía es también el lugar en que sepierde energía valiosa en la conversiónde energía térmica a mecánica y eléctri-ca. Aunque unos principios físicos bási-cos limitan la eficacia de la conversión,sigue siendo la gestión óptima de lascentrales eléctricas el factor que deter-mina la medida en que nos acercamos alos límites físicos. Las centrales de car-bón, por ejemplo, necesitan carbón paracalentar una caldera y generar vapor atemperatura y presión muy elevadas.El vapor a alta presión entra en unaturbina de vapor, que mueve el genera-dor eléctrico. Aunque el generador no“sabe” cómo se produce el vapor, parael operador de la central es esencialsaberlo y hacerlo de la forma máseconómica 2 .Pero la cadena de valor se extiende aúnmás, hasta el lugar de extracción delcarbón, el petróleo o el gas. La eficaciacon que se produce esta energía prima-ria tiene una gran influencia en el preciode la electricidad y en su disponibilidada largo plazo 3 .La infraestructura que se oculta detrásdel enchufe es verdaderamente, fantás-

tica. Para que en el enchufe haya elec-tricidad, se debe convertir la fuente pri-maria de energía en vapor, o directa-mente en electricidad en placas solares y generadores eólicos. La electricidadobtenida debe transformarse a alta ten-sión y de nuevo a baja tensión con unflujo gestionado de manera óptima enredes inteligentes o grandes interco-nexiones, al tiempo que se garantizala mayor seguridad y fiabilidad paralas innumerables formas en la que seutilizará. No lo demos por supuesto.

Friedrich Pinnekamp

Investigación corporativa de ABB

Zürich, Suiza

[email protected]

3 Obtención de energía primaria para generar

energía eléctrica

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La energíaeléctrica:el desafío de las próximas décadasBernhard Jucker, Peter Leupp, Tom Sjökvist

El sector eléctrico está sometido a distintas fuerzas y se enfrenta a una serie dedesafíos que cambiarán la forma en la que se produce, distribuye y utiliza laenergía eléctrica. Con una demanda que crece a un ritmo constante y con lamayor parte de este crecimiento concentrado en países en desarrollo, es pro-bable que se acentúen las diferencias regionales en la forma en que se utilizala energía eléctrica. En las economías maduras, las infraestructuras envejeci-das suponen una dificultad, y la necesidad de tecnologías que protejan el

medio ambiente y reduzcan la intensidad energética es alta. En las economíasde países en desarrollo que crecen rápidamente, la acuciante necesidad deenergía eléctrica impulsa enormes inversiones en nuevas infraestructurasde generación, transporte y distribución.

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9Revista ABB 1/2008

La energía eléctrica: el desafío de las próximas décadas


favor de las compañías eléctricas trans-fronterizas es su mayor flexibilidad y susmejores opciones para planificar nuevas

capacidades de generación.Los aspectos medioambientales tambiénse ven influidos por consideracionespolíticas. El protocolo de Kyoto y otrosacuerdos internacionales están fomen-tando nuevos tipos de generación deenergía, en especial energías renovablescon bajas emisiones de CO

2. Estos

acuerdos influyen directamente en lostipos de energías elegidos para las sub- venciones públicas y en las tecnologíasen las que las empresas centran susprogramas de investigación y desarrollo.Las políticas dirigidas a estimular el cre-cimiento de las energías renovablespueden tener distintas consecuencias. Ladecisión de sustituir en poco tiempo elcinco o el diez por ciento del suministroeléctrico de un país sólo se puede llevara la práctica construyendo grandes par-ques eólicos marinos. ABB consiguiórecientemente un contrato para conectarel mayor parque eólico del mundo, enel Mar del Norte, a la red eléctrica ale-mana. Hará falta más capacidad de ge-neración para garantizar una reserva deenergía suficiente y para que no se de-grade la estabilidad de la red. Por otraparte, los parques eólicos no siempreson populares. A la gente no le suelengustar las turbinas eólicas cerca de suscasas, y a menudo se oponen a la cons-trucción de nuevas centrales nucleares,aunque ambas alternativas sean respe-tuosas con el medio ambiente en cuantoa las emisiones de CO

2 y el calentamien-

to global.Las distintas regiones priori-zan diferentes aspectosmedioambientales. Mientras

que la presencia de líneas dedistribución en las calles depueblos y ciudades no esaceptable en Europa Occi-dental, esto no constituye unproblema en los EstadosUnidos o en otras partes delmundo. Para las líneas detransporte, la servidumbre depaso es muy importante1).La regularidad y los efectosde los apagones, como losque tuvieron lugar en Europa

versiones en infraestructuras eléctricas.Este resultado no se ha llegado a mate-rializar, lo que en muchas partes del

mundo desarrollado ha provocado undesequilibrio entre falta de capacidad degeneración y aumento de la demandade consumo.El hecho de que aplicaciones críticascomo los hospitales, las industrias ma-nufactureras y de transformación y lasinfraestructuras de Internet y de teleco-municaciones dependan de la electrici-dad hace que la fiabilidad del suministrosea prioritaria para muchos países. Conindependencia de que las fuentes deenergía primaria sean la generaciónnuclear, la eólica o la térmica de carbón,los países deben activar, en los casosen que la generación y el consumo noestén en el mismo lugar, inversiones enla red de transporte y distribución parafacilitar el suministro de grandes canti-dades de energía.Las interconexiones entre redes depen-den de varios factores políticos clave.En primer lugar, la necesidad de seguri-dad del suministro es mayor en aquellospaíses en los que hay escasez de recur-sos de generación de energía. Disponerde conexiones con otras redes podríaayudar. En segundo lugar, las interco-nexiones hacen posible estabilizar unared nacional sin realizar inversionescuantiosas utilizando la reserva de capa-cidad de otros países. Y en tercer lugar,en algunas grandes estructuras políticas,como la Unión Europea, las interco-nexiones son una consecuencia lógicade la integración política de las naciones vecinas. Un argumento importante a

Aunque no se espera que la com-posición de la generación varíe

sustancialmente, los países que au-

menten la proporción de energías re-novables tendrán que resolver proble-mas de fiabilidad de la red. Las redesde transporte y distribución están fun-cionando en muchas partes del mun-do cerca de sus límites de capacidad y, aunque se están construyendo nuevas redes en las economías asiáticasen rápido crecimiento, no avanzancon la velocidad necesaria para satis-facer la multiplicación de la demanda.Para reducir la escasez local de ener-gía o para proporcionar una mejorbase de optimización para las centrales, será necesario interconectar las redes,o se deberán fomentar otros recursoslocales de generación de energía.La prioridad máxima para todos lospaíses será garantizar un suministrofiable de energía eléctrica. Los costesde remodelación de las redes existenteso de instalación de redes nuevas plan-tean una dificultad de gran envergadura.Esta dificultad se está haciendo másacusada para los fabricantes de bienesde equipo por la escasez de los materia-les utilizados y por el hecho de que losactivos antiguos requieren cada vez másmantenimiento. Para reducir los costesde explotación y aumentar la produc-ción, el interés se centrará más estrecha-mente en minimizar las pérdidas deenergía y en cambiar la forma en queésta se utiliza y comercializa.

Estímulos políticosEn la mayoría de las economías emer-gentes y en algunas economíasmaduras, la demanda de ener-gía eléctrica aumenta en pro-

porción al crecimiento del Pro-ducto Interior Bruto (PIB) percápita. 1 Los gobiernos inten-tan seguir el ritmo aportandouna infraestructura eléctrica efi-caz que cubra vastos espaciosgeográficos, como en China yla India, o que atraviese lasfronteras entre países, como en África y Oriente Medio.En las economías maduras, lasinversiones en redes eléctricasconsisten básicamente en eli-

minar cuellos de botella y enmejoras que garanticen la fiabi-lidad del suministro y evitenapagones. La desregulación seintrodujo para fomentar las in-

Nota a pie de página1) Véase “¿Transporte o transmisión?”

en la página 44 de este número de la

Revista ABB.

1 La relación entre el PIB y el consumo de energía per cápita

refleja el grado de desarrollo de una sociedad.

GJ per cápita

PIB per (en miles de dólares PPA de 1997)

+ 25.000 per cápita:se necesita pocaenergía extra.

+ 15.000 per cápita:cápita los serviciosempiezan a dominarel crecimiento.

+ 10.000 per cápita:cápita industrializacióncasi completa.

+ 5.000 per cápita:despegan laindustrializacióny la movilidad.

0 5 10 15 20 25 30 35

350

300

250

200

150

100

50

0

EE.UU. Austral ia UE

Japón Corea China

México India Brasil

Tailandia

Fuente: BP

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0,6 %, respectivamente, en el sector resi-dencial y un 0,8 % y un 0,9 %, respectivamente, en el comercial. Las principa-

les razones para esta curva plana de lademanda son unos niveles de poblaciónestables o en ligero retroceso, la expan-sión de la infraestructura tecnológicade la información y las comunicaciones y el cambio a aparatos de calefacción yrefrigeración más económicos.Se espera que el fuerte crecimiento dela demanda de energía eléctrica conti-núe a lo largo de las dos próximas déca-das y que exija inversiones del orden de10 billones de dólares en nuevas infra-estructuras eléctricas. Aproximadamentela mitad de esa cantidad irá destinada asistemas de transporte y distribución.En las economías maduras se tiende aextraer la mayor cantidad de energíaposible del sistema instalado. Construirnuevas líneas de transporte es difícil por varios motivos. Uno de los principaleses el asunto de la servidumbre de paso.Hay pocos incentivos para que las em-presas eléctricas inviertan en infraestruc-turas de transporte y distribución, puesel inversor no es quien se beneficia dela inversión. Es más económico paraellas explotar al máximo los activosexistentes.La escasez de electricidad en períodosde demanda elevada puede provocarcaídas de tensión y cortes de suministro.Un estudio reciente de la Unión para laCoordinación del Transporte de Electri-cidad (UCTE) de 2005 estima que en

consumo y añadan casi 3.000 y 2.000millones de kilovatios-hora, respectiva-mente, a sus niveles de consumo neto

a lo largo del mencionado período de23 años 3 .

Las predicciones de crecimiento delconsumo neto en las economías emer-gentes se basan en los crecimientos previstos del PIB y de la población. A su vez, el crecimiento del PIB depende delacceso a fuentes de energía fiables.Dada la relación que hay entre el sumi-nistro fiable de electricidad, el crecimien-to del PIB y la mejora del nivel de vida,muchas economías emergentes estánesforzándose en aumentar la capacidad y la fiabilidad de sus redes de energía.En China y la India esto está estimulan-do la construcción de muchas centraleseléctricas en lugares aislados próximos alas fuentes de energía primaria. En con-secuencia, se necesitan nuevas líneas detransporte con capacidad para conducirgrandes cantidades de energía2).En los Estados Unidos, el fuerte creci-miento económico en todo el país estáaumentando la necesidad de una mayorcapacidad de generación, conseguidaprincipalmente mediante la remodela-ción de las centrales existentes. La de-manda de energía es especialmente acu-sada en el sector comercial, en el que elincremento medio del 2,4 % anual estáneutralizando el aumento de eficacia delequipo eléctrico. Se espera que el creci-miento en los sectores industrial y resi-dencial sea moderado.Según las previsiones, Europa Occiden-tal y Japón, tendrán el crecimiento de lademanda más bajo, con un 0,4 % y un

en 2003, han suscitado un debate políti-co acerca de la robustez y fiabilidad delas redes eléctricas. En algunos países,

una nueva legislación impone fuertescargas económicas a las eléctricas conun suministro energético deficiente a losconsumidores, mientras que en otrospaíses las centrales han establecidoacuerdos con grandes consumidoresindustriales para repartir la carga encondiciones de sobrecarga y así garanti-zar la estabilidad de la red y evitar cor-tes de suministro a gran escala.También están progresando los intentosde controlar el factor de potencia deequipos industriales y eléctricos. Lalegislación, la fiscalidad de la energía ylas campañas informativas han animadoa los clientes a elegir accionamientosde velocidad variable y motores de altaeficacia, y a los consumidores a elegirelectrodomésticos de alta eficacia ener-gética [1].

Estímulos económicosLa demanda de energía eléctrica estáestrechamente vinculada con el creci-miento, especialmente en las economíasemergentes más dinámicas. La AgenciaInternacional de la Energía (AIE) estimaque el consumo neto de energía en laseconomías emergentes crecerá entre2007 y 2030 a una tasa media anualaproximada del 4 % 2 . Por el contrario,la demanda en las economías madurastendrá un crecimiento medio previstodel 1,5 % anual, y de una media del 3,1 % en las economías en transición de Euro-pa Oriental y la antigua Unión Soviética.Se espera que China y los Estados Uni-dos lideren el crecimiento previsto del

Nota a pie de página2) Véase “¿Transporte o transmisión?” en la página 44

de este número de la Revista ABB.

2 Generación de energía eléctrica en el mundo por regiones.(Fuente: Informe energético mundial de 2007 de la AIE

Miles de millones de kW

histórico

OCDE

No OCDE

previsiones20.000

15.000

10.000

5.000

01980 1995 2004 2015 2030

3 Tasas de crecimiento previstas de la generación de electricidad enpaíses OCDE y no OCDE. (Fuente: Perspectivas energéticas

mundiales de 2007 de la AIE)

OCDE

Norteamérica

Europa

Asia

No OCDE

Europa/Eurasia

China

India

Otros países asiáticos

Oriente Medio

África

América Central y del Sur

Variación med ia porcent ual anual

1,5

1,4

2,3

4,4

3,9

3,8

2,9

3,5

2,9

0,8

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4,50 dólares por kW instalado. La de-manda de energía de calidad es espe-cialmente fuerte en economías maduras

con importantes infraestructuras de tec-nologías de la información y de comuni-caciones, pero es probable que se gene-ralice al mundo entero en las próximasdécadas.Los intentos de reducir pérdidas en elsistema se ven impulsados también porfactores medioambientales. Los sistemasde transporte y distribución suelenperder un 6 %–7 % de la energía quetransportan. Alrededor del 70 % de estaspérdidas se producen en el sistema dedistribución, más extenso que el sistemade transporte y que funciona a menortensión (las pérdidas en las líneas soninversamente proporcionales al cuadra-do de la tensión; es decir, si se duplicala tensión, las pérdidas se reducen auna cuarta parte de su valor original).En países en desarrollo, las pérdidas seestiman en más del 30 %, aunque esimportante distinguir entre pérdidastécnicas y pérdidas comerciales (éstasno se pueden contabilizar y suelendeberse a conexiones ilegales).Las pérdidas técnicas raramente superanel 20 %. Ciertas tecnologías, como lostransformadores de alta calidad y lacompensación de la potencia reactiva,pueden reducirlas hasta un 5 %–7 %. Losniveles elevados de pérdidas comercia-les pueden ser enormemente perjudicia-

ciales con una suma aproximadamenteequivalente a una mensualidad deconsumo eléctrico por cada día que

el hogar no disponga de energía. Estosupone un fuerte incentivo para que lascompañías eléctricas mejoren la fiabili-dad de la red.Muchas consideran ahora la fiabilidadcomo una de sus preocupaciones másapremiantes. La repercusión de una bajafiabilidad en el conjunto de la sociedadpuede ser muy perjudicial. Se estimaque el apagón del 14 de agosto de 2003en los Estados Unidos produjo unoscostes y unas pérdidas de ingresos deentre 7.000 y 10.000 millones de dólares y se atribuye, como la mayoría de loscostes de suministro a gran escala, aunas inversiones insuficientes en capaci-dad de transporte y distribución y al usode una tecnología obsoleta, además dea procedimientos operativos erróneos.

Al igual que la fiabilidad, la calidad dela energía suministrada depende cada vez más de consideraciones económi-cas. Algunos sectores, como las artesgráficas y la industria petroquímica,pero también los hospitales y otros sis-temas críticos, necesitan un suministroeléctrico de la máxima calidad. Unaencuesta de Nordic Council estima quelos daños causados por una caída detensión (50 %, 200 ms) para una indus-tria media ascienden nada menos que a

2015 las reservas de energía eléctricaserán insuficientes en todos los paíseseuropeos. El informe supone que se

pondrán en práctica los planes actualesde aumento de la capacidad de genera-ción. La solución más económica a laescasez de energía es la importacióndesde países limítrofes. Para un país,la conexión a una red próxima es unaforma eficaz de estabilizar su red si lasreservas en línea son insuficientes.En las economías maduras, el suministrode energía eléctrica suele darse por su-puesto. Esta tendencia recibió un serioaviso en 2003 cuando una serie de cor-tes del suministro generalizados y degran importancia llamó la atención haciala vulnerabilidad de la infraestructuraeléctrica. Se llegó a la conclusión deque había necesidad de sustituir orenovar a gran escala y a corto y medioplazo los activos envejecidos.En China se produjo una llamada deatención similar. Las tres cuartas partesde la electricidad consumida en China van a parar al sector de la manufactura y a la industria pesada. En el verano de2004, un período de escasez de energíaobligó a cerrar durante una semana,sólo en Pekín, unas 6.400 plantas indus-triales, y la producción de éstas se redu-jo durante todo el verano para evitarpuntas de consumo. A menos que lasinversiones en infraestructuras eléctricasmantengan el ritmo del aumento de lademanda, los cierres de instalaciones ylos cortes de suministro podrían tenerun efecto perjudicial sobre la economíadel país.El undécimo Plan Quinquenal de Chinamarca un objetivo de aumento de la ca-pacidad de generación de 570 GW para2010. Esto equivale a un incremento de

aproximadamente un 8 % anual, y exigi-rá unas inversiones anuales de entre20.000 y 30.000 millones de dólares. Pa-rece, no obstante, que construir nuevascentrales no solucionará todos los pro-blemas de electricidad en China. Igual-mente importante es construir líneas detransporte para unir las centrales con losconsumidores. La Red Eléctrica Estatalde China estima que se necesitarán unasinversiones anuales de 10.000 millonesde dólares para ampliar y mejorar la redde transporte de electricidad del país.

Algunos países han introducido penali-zaciones para las eléctricas que no con-siguen atender la demanda. En Suecia,las compañías eléctricas tienen quecompensar a los consumidores residen-

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funcionando satisfactoriamente en unainstalación piloto de Suecia. Estas insta-laciones son excepciones, y hasta ahorano han encontrado aplicación a mayorescala. Otros medios de almacenamien-to de energía mediante conversión son volantes, aire comprimido, energíahidroeléctrica de bombeo o almacena-miento de aire comprimido.El hidrógeno constituye otra forma dealmacenamiento de energía. Se suminis-tra energía eléctrica a un equipo deelectrólisis que descompone el agua ensus dos elementos constituyentes, hidró-geno y oxígeno. El hidrógeno se puedealmacenar y reconvertir en electricidadcuando sea necesario mediante pilas de

combustible. La eficiencia global de estemétodo de almacenamiento es actual-mente bastante baja, del orden del 25 %.Queda por ver si el hidrógeno sustituiráa la electricidad como un medio mejorde transportar energía. No se espera queen las próximas décadas se produzcanprogresos tecnológicos importantes.Los transformadores de cambio de fase y la compensación en serie son métodosestablecidos desde hace tiempo para au-mentar la capacidad de transporte de lasredes eléctricas. La electrónica de poten-

cia ha hecho posible controlar las redes, y los nuevos sistemas flexibles de trans-porte en corriente alterna (FACTS) estánmejorando la capacidad de control [3].Nuevos conceptos, como el controlador

consumo de grandes cantidades deenergía eléctrica. En Alemania, las nece-sidades de energía estimadas para dis-positivos de tecnologías de la informa-ción y de comunicaciones crecerán a unritmo aproximado del 4 % anual, y su-pondrán en 2010 el 11% del consumonacional de energía.Las nuevas tecnologías para aplicacionesindustriales y comerciales, como los sis-temas integrados de calefacción y refri-geración en edificios, la tecnología debaterías mejorada para vehículos híbri-dos y la generalización de los trenes dealta velocidad, aumentarán la demandade energía eléctrica eficiente. Los avan-ces en la producción eólica cambiarán

los patrones de flujo de energía en lasredes, al igual que los nuevos tipos degeneración de energía en baja tensión ylos parques eólicos a gran escala.Los avances en tecnologías de compen-sación estática y de almacenamiento deenergía permitirán conectar a las redesactuales nuevas fuentes de energía eléc-trica. Ya se deja notar la influencia denuevos tipos de baterías más compactasque las tradicionales con tecnología deplomo y ácido. Por ejemplo, la bateríade 40 MW de Fairbanks, Alaska, propor-

ciona energía de reserva durante hastasiete minutos para una población de80.000 personas [2]; y una nueva bateríacompacta de subestación de ion de litiode mayor capacidad y fiabilidad está

les para los operadores del sistema, yaque, si no recaudan, no pueden generarun capital suficiente para efectuar inver-siones.Las compañías eléctricas no son las úni-cas interesadas en reducir las pérdidas.El ahorro de energía eléctrica se reflejadirectamente en la cuenta de resultadosde plantas industriales, empresas comer-ciales y familias. Esto impulsa la deman-da de equipos eléctricos –tales comomotores, accionamientos y electrodo-mésticos de consumo– eficaces desde elpunto de vista energético.Como es natural, el mercado espera queel coste de las nuevas redes y compo-nentes de redes sea lo más bajo posible.

Con el aumento de los costes de ciertasmaterias primas, como el cobre, su susti-tución por alternativas mejores o debajo coste es una cuestión que nuncapierde actualidad. Asimismo, sustituirmateriales peligrosos y evitar multas oimpuestos por emisiones excesivas degases efecto invernadero son estímuloseconómicos poderosos.

Estímulos tecnológicosMuchas tecnologías nuevas, especial-mente los sistemas y dispositivos infor-

máticos y de comunicaciones, requierencantidades de energía considerables. Elcreciente número de nuevos productosde consumo y de ordenadores domésti-cos más potentes también favorece el

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y ahora hay varios materiales supercon-ductores, a los que se ha sumado re-cientemente el diboruro de magnesio.

Para que el transporte con materialessuperconductores avance de verdad seránecesario desarrollar una refrigeracióneficiente y una interfaz con los sistemasactuales a 400 kV (de un sistema de bajatensión e intensidad elevada a otro dealta tensión e intensidad reducida).Los interruptores compactos y las apara-mentas aisladas con gas han reducidolas dimensiones de las subestaciones yhan hecho posible construirlas en inte-riores, un factor importante en entornosurbanos y grandes ciudades en las queel espacio es caro y escaso3) [7]. Sustitu- yendo los aislamientos de aceite-papelpor otros de polietileno entrecruzado(XLPE), la longitud posible de los cablesde corriente alterna se ha multiplicadopor dos, y se ha logrado que los cablessubterráneos de alta tensión en corrientecontinua (HVDC) sean económicos paragrandes distancias [8].Las nuevas tecnologías de HVDC redu-cen a la tercera parte las dimensiones delos HVDC actuales [9]. Esto es especial-mente importante para aplicaciones enlas que el espacio es crítico. Las dimen-siones de algunos equipos eléctricosestán determinadas por el nivel de ruidoque emiten al entorno. Las nuevas tec-nologías han reducido el ruido de reac-tancias shunt en 15 dB en los últimos20 años.El progreso técnico con los nuevosmateriales contribuye a unas mejoresaplicaciones. Los materiales secos, comoel XLPE, están sustituyendo al aceite y aotros materiales húmedos. Reducen elriesgo de incendio y permite instalar losequipos más cerca de los edificios. La

resina epoxi estándar utilizada normal-mente como material aislante está sien-do sustituida por termoplásticos moder-nos que aportan más flexibilidad a lafabricación.

unificado de potencia (UPFC) y el trans-formador de frecuencia variable (VFT),deben aún demostrar si los clientes los

aceptan. Los sistemas de vigilancia, co-mo las unidades de medida de fasores,están comenzando lentamente a insta-larse en redes de potencia que, cuandoestén completamente desplegadas, au-mentarán la posibilidad de explotar unsistema hasta cerca de su límite [4].Las nuevas tecnologías mejorarán tam-bién el mantenimiento. Algunos ejem-plos son el cambio de aislamientos enaceite a aislamientos en seco, y de ac-cionamientos de muelle a accionamien-tos eléctricos en interruptores, así comola introducción de tecnologías de lainformación en los procesos de mante-nimiento. El software que evalúa el esta-do del equipo en tiempo real facilita elanálisis en línea de equipos primarios,como los transformadores. El softwarede análisis de riesgos para el manteni-miento preventivo de componentescríticos de la red es ya una realidad y seencuentra en continuo desarrollo [5].Las tecnologías que ahorran energía omejoran la eficacia están cada vez másextendidas [6]. Los semiconductoreseficaces y de bajas pérdidas están redu-ciendo las pérdidas en la red, y ciertastécnicas de tratamiento, como la chapacortada con láser para transformadoreso la mejora de las propiedades de losmateriales, pueden producir un aumen-to añadido de la eficacia. Las lámparastradicionales de incandescencia estánsiendo sustituidas por aparatos electro-luminiscentes, y más recientemente, porLED. Y se están consiguiendo continuasreducciones de pérdidas de energía me-diante motores avanzados y acciona-mientos de velocidad variable basados

en electrónica de potencia.Otra forma de reducir las pérdidas enlas redes es la utilización de materialessuperconductores. Los laboratorios deinvestigación están haciendo progresos,

Las tecnologías de la información hanabierto nuevos caminos para comerciali-zar la electricidad como un producto

básico. Las compañías eléctricas estáninstalando contadores en los hogaresque miden el consumo por horas, y estáprevista la comercialización por horasque permitirá a los consumidores com-prar la energía más barata, más ecológi-ca o producida más cerca. El avance delas tecnologías de la información y lascomunicaciones estimulan las iniciativasde investigación y desarrollo sobre re-des “inteligentes” o que se “autorrepa-ran” y que mejoran la fiabilidad del su-ministro4).

Preparados para el futuro ABB, como líder tecnológico y demercado en todos los aspectos aquítratados, está muy bien posicionadapara contribuir con tecnología de últimageneración a los principales desafíosque plantea la energía al mundo. Lapresencia local de ABB en todos losmercados proporciona a sus clientes la valiosa ventaja de un servicio rápido yespecializado. ABB trabaja conjuntamen-te con sus clientes para encontrar lasmejores soluciones adaptadas a susnecesidades locales y para desarrollarsistemas que trabajen eficazmente através de las fronteras cuando seanecesario actuar a escala global.

Bernhard Jucker

Productos eléctricos de ABB

Peter Leupp

Sistemas eléctricos de ABB

Tom Sjökvist

Productos de automatización de ABB

Notas a pie de página3) Véase “Evolución de las subestaciones” en la

página 38 de este número de la Revista ABB.4) Véase “Cuando las redes se vuelven inteligentes”

en la página 48 de este número de la Revista ABB.

Referencias

[1] Número especial de la Revista ABB “Motors and Drives” (2004), páginas 1–64.

[2] DeVries, T.; McDowall, J.; Umbricht, N.; Linhofer, G., Energía para el invierno. Revista ABB 1/2004,páginas 38–43.

[3] Grünbaum, R.; Petersson, Å.; Thorvaldsson, B., FACTS. Revista ABB 3/2002, páginas 11–18.[4] Korba, P.; Scholtz, E.; Leirbukt, A.; Uhlen, K., Aunar fuerzas para proporcionar estabilidad.

Revista ABB 3/2007, páginas 34–38.[5] Eklund, L.; Lorin, P.; Koestinger, P.; Werle, P.; Holmgren, B., Transformación sobre el terreno.

Revista ABB 4/2007, páginas 45–48.

[6] Revista ABB 2/2007, Eficiencia energética, páginas 1–92.[7] Frei, C.; Kirrmann, H.; Kostic, T.; Maeda, T.; Obrist, M., Velocidad y calidad. ABB 4/2007,

páginas 38–41.[8] Ravemark, D.; Normark, B., Ligero e invisible. Revista ABB 4/2005, páginas 25–29.

[9] Nestli, T. F.; Stendius, L.; Johansson, M. J.; Abrahamsson, A.; Kjaer, P. C., Nueva tecnología de

suministro eléctrico para la plataforma Troll. ABB Review 2/2003, páginas 15–19.

Bernhard Jucker es vicepresidente ejecutivo y

miembro del Comité Ejecutivo, responsable de la

División de productos de generación.

Peter Leupp es vicepresidente ejecutivo y

miembro del Comité Ejecutivo, responsable de

la División de sistemas de generación.

Tom Sjökvist es vicepresidente ejecutivo y

miembro del Comité Ejecutivo, responsable de

la División de productos de Automatización.

Recuadro informativo Acerca de los autores

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La moderna tecnología de la información y la automatización se haconvertido en parte integral de la vida humana en los últimos años; tan

integral, de hecho, que a menudo se da por supuesta su presencia. Perodurante mucho tiempo se han descuidado desde el punto de vista tecno-

lógico dos partes fundamentales de la vida cotidiana: los edificios resi-denciales y los de oficinas. Las instalaciones eléctricas de un edificio

se limitaban básicamente a la selección y estimación de las canti-dades de interruptores y enchufes que exigía el proyecto de la

casa. El usuario medio no era por lo general consciente de latecnología que había detrás.

Esta situación ha cambiado: ahora es muy fácil montar

y utilizar sistemas de instalaciones inteli-gentes que ofrecen una flexibilidad,una seguridad y unos ahorros de

energía inimaginables,prestaciones de las

que nadie quiereprescindir.

Eficacia energéticainteligenteCómo controlan nuestros edificios los sistemas de bus KNXHans Rohrbacher, Christian Struwe


Distribución

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Eficacia energética inteligente

Distribución

Comparado con el detector de movi-miento, el Watchdog (vigilante) deBusch se limita a apagar y encender laluz cuando no haya nadie en elcampo de acción definido del detectorde movimiento. También es posibleajustar el tiempo durante el cual per-manece encendida la luz después deque alguien la haya activado (tiempode seguimiento).

zador por medio de un componentede aplicación que hace posible encen-der y apagar una sola luz o un grupode luces y que define niveles de in-tensidad. Dado que los dispositivosdisponibles están interconectados, nohay que añadir cables entre la unidadde aplicación y las distintas luces, nisiquiera si se encienden o atenúanmuchas luces por separado.

Otra posibilidad es encender la luzsólo cuando se necesite. Los detecto-res de movimiento 1 son la soluciónpreferida, ya que reaccionan antemovimientos mínimos y puedenreconocer si hay una persona en lahabitación.El detector de movimiento KNX tienetambién la función de mantener lailuminación a un nivel constante,

con independencia de la luminosidadexterior. También puede apagar auto-máticamente las luces en respuesta ala luz exterior.El detector de movimiento tienetambién una función de alerta, pueses capaz de reaccionar ante cambiosimportantes del movimiento. Esta fun-ción se puede utilizar en aplicacionescomo sistemas de alarma.

También se puede establecer uncontrol de iluminación dependiente

del movimiento con ayuda de undetector de movimiento por infrar-rojos. Busch-Jaeger ofrece una amplia variedad de detectores de montajemural y cenital 2 .

E l sistema KNX ha permitido laintroducción de la tecnología más

avanzada en las instalaciones eléctri-

casCuadro

. La funcionalidad de undispositivo KNX no sólo cubre todael área de aplicación de los equiposconvencionales comparables parainstalaciones, sino que además ofreceposibilidades que la tecnología tradi-cional no permite, o permite a uncoste muy elevado.La comunicación entre los equiposKNX de distintas marcas permite elmultiuso del equipo y de las rutas detransmisión, ahorrando así recursos yproporcionando también funcionalida-des que de otra forma se conseguiríansolamente mediante costosas interfa-ces y dispositivos y cables comple-mentarios.

Las medidas de ahorro y aprovecha-miento energético eficaz en edificiosque se proponen en casi todas laspublicaciones actuales sugieren el usode la protección térmica de edificios y de centrales de calefacción y refri-geración eficaces para reducir elconsumo de energía.Los siguientes ejemplos ilustran cómoel uso de equipos KNX ofrece másposibilidades, tanto para el ahorrocomo para el aprovechamiento eficazde la energía. Consideradas indivi-dualmente, parece que estas medidasno proporcionan ahorros importantes,pero en conjunto, el resultado no tie-ne nada de insignificante. El enormeaumento de funcionalidad que seconsigue mediante la integración delequipo KNX es el principal incentivopara los usuarios de dichos sistemas.

Control de la iluminaciónUna de las principales aplicaciones dela tecnología de instalaciones eléctri-cas es el encendido y la atenuaciónde las luces, además de la distribuciónde la energía eléctrica. Una medidasencilla para evitar el consumo inne-cesario de energía es la desconexiónautomática de un sistema de ilumina-ción después de un tiempo determina-do. Así, la luz que se ha dejadoencendida en el sótano ya no seráningún problema. El software de apli-

cación que se facilita con el actuadorconmutador KNX ABB STOTZ-KON-TAKT permite esta función. Además,se puede establecer un sofisticadoprograma de encendido con tempori-

Durante más de 15 años, ABB STOTZ-KONTAKT de Heidelberg y Busch-Jaeger

Elektro de Lüdenscheid han desarrollado y

fabricado equipos para instalaciones eléctri-

cas interconectables por medio del bus KNX.

El bus KNX cumple las normas europeas CE-

NELEC EN 500090 y CEN EN 13321-1, así

como la norma internacional ISO/IEC

14543-3. En China se ha integrado el

sistema de bus en el conjunto nacional de

especificaciones estándar conocido como

normativa china GB/Z 20965.

La asociación KNX es un grupo con sede en

Bruselas formado por los principales fabri-

cantes europeos de equipos de instalaciones

Cuadro KNX: una norma cada vez más aceptada

y por empresas de los Estados Unidos,Oriente Medio y China. La Asociación KNX

produce las normas KNX, que son completa-

mente abiertas e independientes de la plata-

forma y permiten una interacción indepen-

diente del fabricante y del distribuidor.

Los dispositivos KNX se utilizan en muchas

áreas: los electricistas los utilizan para casi

todas las instalaciones, desde el encendido y

atenuación de la luz artificial hasta el control

de equipos de audio y vídeo, así como en

todas las aplicaciones interiores de edificios,

ya sean viviendas unifamiliares o grandes

edificios de muchos pisos.

1 Detector de presencia KNX de

Busch-Jaeger Elektro

2 Detector Busch 220 EIB de la línea

profesional

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Distribución

Busch-Jaeger Elektro se han definidoun perfil de temperatura y otro detiempo, que envían distintos valores

de puntos de consigna al termostato,dependiendo de la hora y del día dela semana. Así, el cuarto de bañopuede calentarse a unos agradables24 °C mucho antes de que se despierteel más madrugador. Por otra parte,la unidad de aplicación o el panel dela habitación o de control puedencambiar por la tarde el control detemperatura a funcionamiento noctur-no. Las habitaciones se calentaránsólo si es necesario, y la temperaturase ajustará al nivel de confort requeri-do. Independientemente de estos con-troles, siempre es posible el acciona-miento manual.

El control de caldera KNX abre otraposibilidad de ahorro energético. Encaso de un control convencional de lacaldera, la temperatura de entrada dela calefacción se controla sólo sobrela base de la temperatura exterior,mientras que el control de la calderaconectado al sistema KNX controlarálos accionamientos de las válvulas,que también están conectados al siste-ma KNX, y determinará su posición.La posición de la válvula indica alcontrol de la caldera cuánta energíatérmica hace falta en las habitaciones y si se puede reducir la temperaturade entrada por debajo del valor ac-tual. Así se evita cualquier pérdida in-deseada debida a una temperatura deentrada excesiva.

Panel de control y de la habitaciónEl panel de control y de la habitaciónBusch-Jaeger 5 puede controlar tam-

bién de forma sencilla mediante el

adaptación óptima de la altura demontaje y el ángulo de las lamas 3b .Este aparato, del tamaño de sólo dos

componentes estándar, permite laubicación óptima de cada celosía individual en todos los lados del edificiocuando hace sol. Esta posición óptimaes el resultado de la evaluación dela fecha y hora actuales, la latitud ylongitud geográfica, la orientación decada una de las fachadas del edificio,la geometría de las lamas y el mensaje“hace sol”. Para esta evaluación setienen en cuenta fuentes de sombrapermanentes, como los edificios adya-centes, y temporales, como los árbo-les de hoja caduca.

El detector de movimientoKNX tiene también lafunción de mantener lailuminación a un nivelconstante.

Control de la calefacciónUn ejemplo de superposición de lasfuncionalidades del sistema KNX es elcontrol de temperatura para habitacio-nes individuales en conexión con elcontrol de la caldera 4 . Los elementosde control utilizados para encender yatenuar la luz y para subir y bajar laspersianas también están provistos deun sensor de temperatura. Este sensorregistra y muestra la temperatura dela habitación, la compara con el valornominal en vigor y envía el valor deconsigna a la electroválvula, que tam-bién está conectada al sistema KNX.En la unidad de aplicación de ABBSTOTZKONTAKT o en el panel de la

habitación y en el panel de control de

Control de persianasOtra importante aplicación de KNX esel control de persianas enrollables y

celosías (persianas venecianas). Losactuadores de persianas KNX de ABB3 ofrecen una protección del solautomática y sencilla. Los controlesprocesan la siguiente información:“hace sol”, “hay alguien en la habita-ción” y “es invierno” o “es verano”.En verano, las celosías se cierran com-pletamente cuando hace sol y no haynadie en la habitación, para evitar uncalentamiento innecesario. Si alguienentra en la habitación, las lamas seabren lo suficiente para iluminar lahabitación. En invierno se utiliza elcontrol inverso. Cuando hace sol y nohay nadie en la habitación, la celosíase abrirá completamente para aprove-char al máximo la radiación solar paracalentar la habitación. Si entra alguienen la habitación, las celosías se cerra-rán hasta una posición que evite eldeslumbramiento.

Para evaluar la luminosidad exterior,se pueden conectar sensores conven-cionales a las entradas analógicasmediante las interfaces habituales, porejemplo, de 0…10 V. Si se sobrepasael nivel de ajuste, se generará el co-rrespondiente mensaje, que activarálos actuadores de persiana KNX. Tam-bién se puede utilizar una estaciónmeteorológica KNX que, además deevaluar información sobre la luminosi-dad, puede valorar también los datosde viento, temperatura y precipita-ción. Para ello hay un sensor combi-nado especialmente adaptado quegenera los mensajes correspondientes.La unidad de control de persianas

ofrece aún más posibilidades para la

3a Accionador de persianas para motores SMI 3b Componente de persianas ABB Stotz 4 Solo RTR 61 28-xx

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Distribución

Después de la hora del cierre de lasoficinas, los actuadores, controladosautomáticamente por un temporiza-dor, pueden desactivar los enchufes alos que se conectan los aparatos confunciones de espera. Pertenecen a es-ta categoría las impresoras, los puntosde acceso a la WLAN o la máquinadel café. En un edificio residencial,un botón central de apagado puedeactivar la misma función. Ademásde reducir el consumo de energía, selimita el riesgo que suponen los apa-ratos eléctricos no vigilados.

Preparados para el futuroLos edificios funcionales requieren,por lo general, una importanteremodelación después de unos diezaños. Esta renovación supone confrecuencia una modificación de lainfraestructura electrotécnica. Enlugar de remodelar toda la instalacióneléctrica y ajustarla a las nuevas nece-sidades, en la mayoría de los casosbasta reprogramar funcionalidades einstalar algunos dispositivos nuevos.Los sistemas KNX no sólo garantizan

el confort, la flexibilidad y el respetoal medio ambiente de los edificiosmodernos, sino que además mantie-nen la eficacia económica de lasmejoras hechas en el futuro.

Hans Rohrbacher

ABB STOTZ-KONTAKT GmbH

Heidelberg, Alemania

[email protected]

Christian Struwe

Busch-Jaeger Elektro GmbH

Lüdenscheid, Alemania

[email protected]

Control remotoLas pasarelas ofrecen acceso remotoal sistema KNX 7 y permiten conec-tarlo con una red telefónica analógicao digital, con una red local o conInternet.Imaginemos una casa en el campoque se utiliza sólo los fines desemana. La calefacción para algunashabitaciones se puede ajustar a unatemperatura confortable desde el viernes por la tarde hasta el domingopor la tarde. Si un fin de semana nose utiliza la casa, una simple llamadatelefónica o un clic del ratón bastanpara ajustar la calefacción al mínimo.

El panel de control y de lahabitación Busch-Jaegerpuede controlar de formasencilla mediante elsistema KNX procesoscomplejos, comoopciones de iluminación,

simulaciones deasistencia y temperaturade cada habitación.

Funciones básicas independientesde la aplicación Además de los equipos específicos dela aplicación, la gama de productos ABB STOTZ-KONTAKT y Busch-Jaegerincluye diversos aparatos genéricos,como entradas binarias y actuadores.Las entradas binarias ponen a disposi-ción del sistema KNX toda la informa-

ción relevante. Los actuadores respon-den a esta información.Estos aparatos abren el camino a otrasfunciones que ayudan a reducir elconsumo de energía en los edificios.

sistema KNX procesos complejos,como opciones de iluminación, simu-laciones de asistencia y temperaturade cada habitación.El panel dispone de una pantalla grá-fica LCD retroiluminada. Permite laactivación de hasta 210 funciones deencendido y control organizadas en varias pantallas que el instalador pro-grama según las especificaciones delcliente. Cuando no hay nadie en unahabitación, se puede bajar automática-mente su temperatura para ahorrarenergía.

Distintas opciones de iluminación pro-gramadas ofrecen ahorros considera-bles de energía, ya que la iluminaciónde la habitación se ajusta inmediata-mente a las necesidades reales (porejemplo, leer o ver la televisión)pulsando un botón. Esto significa quelas condiciones están activas sólo enlas circunstancias y en el momento enque se necesitan.

Control por radio BuschCon el nuevo sistema de control por

radio Busch se puede localizar las ventanas abiertas por medio del panelde la habitación y de control o delLED Busch-WaveLINE 6 . Si hay alguna ventana abierta, se puede apagarinmediatamente la calefacción pormedio del sistema KNX para ahorrarenergía. Este sistema se puede instalarfácilmente en ventanas existentes.En este caso, el LED WaveLINE se co-necta con el sistema de red domésticomediante un acoplador de bus KNX.Si una o varias ventanas están entor-

nadas o completamente abiertas, sepuede reducir la calefacción de lahabitación o, si se desea, poner enposición de noche todo el sistema decalefacción.

5 Panel de control y de la habitación 6 Indicador LED WaveLINE y conmutador 7 Pasarela para el sistema KNX

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La formación de arcos en la apara-

menta puede tener consecuenciasgraves. Se forman en unas pocas

milésimas de segundo, pero la canti-dad de energía que se acumula mien-

tras duran es asombrosa y puedeprovocar lesiones graves o, en casos

excepcionales, incluso la muerte.Hay muchos dispositivos de protec-

ción contra arcos que reducen laduración de la corriente de falta que

los alimenta, pero no siempre evitanlos daños. Los daños provocados

por un arco accidental dependende la intensidad de la corriente y del

tiempo que se tarda en intervenir yextinguirlo y, de estos dos paráme-

tros, sólo puede influirse en el tiempo.

ABB dispone en su catálogo de variossistemas de protección fiables, algu-

nos de los cuales pueden extinguir unarco en menos de 50 ms. Este catálo-

go se ha enriquecido aún más con elllamado eliminador de arco. Este dis-

positivo, que combina las característi-

cas positivas de otros equipos deprotección de ABB, ofrece una pro-tección añadida de la aparamenta de

subestación, más o menos como el


Distribución

airbag de un coche. Es un interruptorde puesta a tierra de cierre rápido

que puede establecer un cortocircuitocompleto a una barra en menos de

5 ms. Se define como un sistema deprotección activo que se ha integrado

en los cuadros UniGear de ABB.

Además de la velocidad, el eliminadorde arco supone un ahorro importanteen términos de costes de reparación

y tiempos de inmovilización.

Cuestión de tiempoLos dispositivos de protección activa que reaccionan con rapidez a la formaciónde arcos internos mejoran la seguridad del operario y la disponibilidad del equipoCarlo Gemme, Michele Pasinetti, Renato Piccardo

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Cuestión de tiempo

Distribución

rán situaciones –como la imposibilidadde detectar el fallo de un equipo cuan-do éste no está activo– en las que hayaque trabajar bajo tensión. En estoscasos, la actuación de un interruptoraccionado por un relé de protecciónconvencional necesita al menos 100– 200 ms para extinguir la corriente defalta. Durante este tiempo, la estructuradel cuadro garantiza la seguridad deloperario. Pero no puede decirse lomismo del equipo electromecánico delcompartimiento en el que se produce elarco. Los primeros 120 ms del fallo seconsideran la fase dinámica de la forma-ción del arco, durante la cual aumentala presión y se expanden los gasescalientes. La combinación de estos fenó-menos destruye completamente todo lo

Los arcos internos en los equipos demaniobra pueden producirse a causa

de materiales aislantes defectuosos,

conexiones incorrectas de barras, malmantenimiento, entrada de animales o,sencillamente, por error humano. Perocuando se producen, si la protección esinsuficiente o nula, los daños suelen serconsiderables, acompañados incluso deaccidentes mortales [1]. Un arco1) provo-ca una aumento rápido de la temperatu-ra del aire circundante y de la presiónen el interior de la envolvente, con unaliberación de energía que equivale a lade una explosión.

En un cuadro moderno de media ten-sión aislado en aire (AIS) o en gas (GIS)es muy raro que un fallo de ese tipoprovoque lesiones personales. Esto sedebe principalmente a que los operariosestán bien protegidos contra los arcosinternos por sistemas pasivos, como laestructura del cuadro. En otras palabras:la envolvente del cuadro soporta lapresión y el calor generados por el arco, y un conducto de escape aleja los gasescalientes de la zona de trabajo del ope-rario 1 . Además, la duración del arco y, por tanto, los daños, se limita conun sistema de relés de protección apro-piado.

La prudencia y determinadas normasinternacionales Cuadro dicen que no hayque tocar los componentes bajo tensiónexpuestos, ni tampoco acercarse a ellos.Sin embargo, por muy escrupulosamen-te que se cumplan las prácticas de tra-bajo seguro, el equipo eléctrico estáexpuesto a cierto riesgo. Siempre se da-

La principal norma sobre seguridad eléctrica

es la NFPA 70E (EE.UU.) “Norma sobre requi-

sitos de seguridad eléctrica en lugares de tra-

bajo”[2]. Esta norma especifica claramente

que los trabajadores no deben trabajar con

componentes bajo tensión expuestos, ni cerca

de ellos, excepto por los dos motivos recogi-

dos en la NFPA 70E-2000 parte II 2-1.1.1*):

Cuando la desconexión suponga un

riesgo mayor o añadido (como cortar la

ventilación de un lugar peligroso).

Cuando debido al diseño del equipo o

a las limitaciones de funcionamiento

(por ejemplo, si es preciso comprobar la

tensión para el diagnóstico) sea difícil hacer-lo de otra manera.

Cuadro Normas de seguridad eléctrica en el lugar de trabajo

En los Estados Unidos el incumplimiento de

estas normas y prácticas se considera una

infracción punible con multa o prisión. En

Canadá se está definiendo actualmente una

norma parecida, la CSA Z460 “Seguridad

eléctrica y frente a descargas en arco en el

lugar de trabajo”, que aborda la seguridad del

trabajador frente al riesgo de arcos internos o

descargas.

Nota a pie de página

*) Encontrará información más detallada en

http:// ecmweb.com/ops/electric_top_five_keys(octubre de 2007).

2a Aplicación del eliminador de arco (AE) a un cuadro UniGear de ABB

Nota a pie de página1) La descarga de energía en el arco es proporcional

al cuadrado de la corriente de cortocircuito y a la

duración del arco.

1 La envolvente del cuadro soporta

la presión y el calor generados por

el arco.

2b Esquema detallado

Eliminador de arco

Unidad de disparo

Barras

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Cuestión de tiempo

Distribución

ble antes de que intervenga el elimina-dor de arco, y los sistemas de alivio dela aparamenta –si los hay– se activarán,

aunque el arco no emitirá gases calien-tes o tóxicos.

Desarrollado inicialmente y patentadopara el cuadro AX1 AIS [3] de ABB, eleliminador de arco es ahora parte inte-grante de la familia de cuadros UniGear AIS de la empresa 2 . Consiste en unacaja metálica con el eliminador de arcosituado en el sistema de barras. Undispositivo de fibra óptica montado encada uno de los compartimientos delcuadro detecta con rapidez el arco. Seha probado con éxito un cuadro Uni-Gear equipado con el eliminador de ar-co en los laboratorios CESI de Italia, conlos resultados que se detallan en [4] y [5].

El eliminador de arco puede utilizarsetambién como dispositivo independienteen cuadros ya instalados para que fun-cione como un sistema de protección“activo” capaz de detectar y extinguiruna corriente de falta en unas pocasmilésimas de segundo (como el ABSen un coche). Además, el eliminador dearco actúa también como un airbag enel sentido de que proporciona al opera-rio una protección añadida.

El eliminador de arco (AE)Físicamente, el eliminador de arco es uninterruptor de acción rápida; se ilustrauna sección transversal del polo mo-nofásico en 3 . Cada polo de conmuta-ción del eliminador de arco está conte-nido en el interior de un aislador epóxi-co. Los sensores luminosos proporcio-nan la señal de disparo a través de launidad de control (ECU) del eliminadorsi se produce una corriente de falta con

arco abierto en el compartimiento de al-ta tensión. El contacto móvil, accionadoa alta velocidad por el fenómeno derepulsión del anillo de Thompson, unela distancia de aislamiento de SF

6 para

crear un cortocircuito entre la placa deconexión a tierra de cobre y el terminalde alta tensión. Este cortocircuito nece-sita menos de 5 ms para cerrarse 4 . Elarco necesita una tensión de al menos100 V para mantenerse. Después delcierre de los contactos, la tensión caesúbitamente hasta un valor que no

puede mantener el arco.

Las propiedades de aislamiento del SF6

permiten un diseño muy compacto, y seutiliza el mismo polo en toda la gama

vo tiene que actuar dentro del primercuarto de ciclo para evitar que la co-rriente de falta alcance el primer pico

de la onda asimétrica. Un ejemplo deeste tipo de dispositivo es el limitador Isde ABB, con un tiempo de desacopla-miento extremadamente corto de 1 ms.Se puede instalar en un cuadro especia-lizado o en interconexiones entre siste-mas o en secciones de barras sin protec-ción adecuada frente a cortocircuitoscuando se conectan mediante un inte-rruptor. Aunque es más caro que otrosdispositivos de protección contra arcos,el uso del limitador Is en procesos muysensibles está especialmente justificadocuando se considera la relación coste/beneficio.

El eliminador de arco (AE) combina lascaracterísticas positivas de los dispositivos limitadores de la corriente de faltadescritos. Se considera la solución queofrece la mejor relación coste/beneficio, ya que un dispositivo puede protegerun sistema completo de barras; y es rá-pida, pues cortocircuita un arco a tierraen 5 ms. Una instalación típica constade una unidad de eliminación de arcoen cada semibarra de entrada de unsistema accionado mediante interrupto-res de circuito abierto, y protege hasta10 paneles. Se reducen notablementelos daños térmicos y, con ello, los gasestóxicos liberados en el arco hasta menosdel 1 % de lo que se observa en unaprueba de arco interno de un segundo,lo que hace innecesarios los conductosde escape y los sistemas de alivio depresión en la sala de aparamenta. Aun-que el aumento de presión es limitado,aún puede alcanzar un valor considera-

que haya en el compartimiento, lo queprovoca la suspensión temporal del servicio y costes de reparación elevados.

Hay dispositivos de protección contraarcos que reducen la duración de lacorriente de falta que alimenta el arcointerno y limitan así considerablementela energía eléctrica total liberada. Dehecho, muchos cuadros de ABB incor-poran uno de los diversos sistemas deprotección contra arcos del catálogo dela empresa, como TVOC, REA o FRD.Estos dispositivos electrónicos, provistosde sensores ópticos o de presión, detec-tan la presencia de un arco interno enunas pocas milésimas de segundo. Sinembargo, el tiempo medio de interven-ción necesario para eliminar la corrientede falta, teniendo en cuenta el tiempodel interruptor y del relé, es de unos100 ms.

Los limitadores de intensidad puedenreducir la magnitud y la duración de lacorriente de falta. Para ello, el dispositi-

3 Sección transversal de monofase del polo

monofásico del eliminador de arco (AE)

4 Eliminador de arco: descripción de la secuencia de sucesos

Se produce el arco

0 ms 1 ms 2 ms 5 ms

Un monitor detectael arco

Se envía una señal dedisparo al eliminadorde arco, que se poneen funcionamiento

Todas las fases seconectan al potencialde tierra y se eliminael arco

El interruptorsituado aguasarribas aísla lacorriente de falta

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Cuestión de tiempo

Distribución

el hecho de que la corriente se compar-ta entre la falta (arco) y el eliminador dearco no supone ningún problema, aun-que el número de paneles sea relativa-mente grande. También queda claro quela relación L/R influye en la forma deonda de la intensidad y, por lo tanto, enla capacidad de extinción del arco. Los valores L/R más altos hacen que elcomponente de CC disminuya a menor velocidad y que el arco persista un pocomás. Los resultados de la simulación sehan validado con pruebas de alimenta-ción realizadas en los laboratorios CESI[7] en las que se ha empleado un cableeléctrico para introducir una impedanciaen paralelo elevada entre el arco y eleliminador de arco.

6a muestra una configuración de ensayoen la que un arco interno de 31 kA em-pieza en el panel CB1 y se transfiere aleliminador de arco montado en el panelCB3. Las curvas correspondientes, con

Funcionamiento del sistemaPara verificar la aplicación del elimina-dor de arco en un armario UniGear, espreciso evaluar el funcionamiento delsistema y el número máximo de panelesque puede proteger un solo dispositivo.Esto depende de la impedancia delcircuito de alimentación y de la impe-dancia típica de las barras del cuadroUniGear, Lb y Rb 5 . El circuito de 5 seemplea para verificar que la impedanciaen paralelo del circuito de alimentación,es decir, desde la posición del arco in-terno al cortocircuito a tierra del elimi-nador de arco, es pequeña en funciónde toda la arquitectura del sistema dedistribución, y que –por lo tanto– latensión del arco disminuye con el fun-cionamiento del eliminador de arcohasta extinguirlo.

Resultados previos de casos de simula-ción en los que se han usado entre cua-tro y diez paneles han demostrado que

de 12 a 24 kV. La energía de acciona-miento de los contactos de conmutaciónse almacena eléctricamente, y la canti-dad disponible para el accionamientose supervisa continuamente [6], al igualque la alimentación, el circuito dispara-dor y la integridad del controlador.

Un panel UniGear suele alojar tres com-partimientos de alta tensión separadosfísicamente (barras, interruptor y cable).Si el módulo electrónico de un elimina-dor de arco puede manejar hasta seisfibras ópticas más una entrada eléctrica,un solo eliminador de arco es capaz deproteger directamente hasta dos pane-les. Este número puede aumentar adiecisiete gracias al desarrollo de unainterfaz electrónica especial, que conec-ta un eliminador de arco con un máxi-mo de cinco dispositivos TVOC, equipa-dos cada uno con nueve fibras ópticas.El tiempo de disparo no se ve afectadopor la presencia del TVOC.

5 Circuito simulado para verificar que la impedancia en paralelo del

circuito de alimentación permite garantizar la extinción del arco

Aliment ación Corriente defalta que

provoca el arco

Barra AE

V1

Vg

Ln1 Lb Rb V2

E l e l i m i n a d o r d e a r c o

s e c i e r r a 3 m s d e s p u é s

d e 5 k A

fuente de tensión12 kV línea-línea

parámetro fijoUarc = 100 V

Rn1

6a Esquema para prueba de alimentación

lado de alimentación

tensióndel arco

corriente de fase

A

CB1 CB2

B

AE

CB3

6b Se transfiere un arco de 31,5 kA al eliminador de arco.

tiempo (ms) tiempo (ms)

a r c o ( V )

t e n s i ó n d e l a r c o

I ( A ) , E ( J )

I ( A ) , E ( J )

35 40 45 50 55

60.000

40.000

20.000

0

-20.000

-40.000

60.000

40.000

20.000

0

-20.000

-40.000

500

400

300

200

100

0

-100

-200

-300

-400

-500

500

400

300

200

100

0

-100

-200

-300

-400

-500

T1 T1 T2 T2 T3 T3

T4

energía corriente de fase

T0 - falta T1 - fusión T

2 - cierre de AE

T3 - extinción del arco tensión del arco

energía corriente de fase T

0 - falta

T1 - fusión T2 - cierre de AE T

3 - extinción del arco

tensión del arco

36 37 38 39 40 41 42 43

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Cuestión de tiempo

Distribución

40 kJ desde la fase uno, y de 94 kJ paralas tres fases. Si el arco interno conti-nuara durante un segundo, la energía

total liberada en el compartimiento seríaunas 200 veces mayor que la limitadapor el funcionamiento del eliminadorde arco y llegaría hasta 2 MJ, suficientepara destruir por completo todos loscomponentes del interior del comparti-miento.

En cualquier caso, durante el período dearco sin restricciones de 5 ms, la apara-menta debe soportar las fuerzas asocia-das con estas corrientes máximas y lasobrepresión que abre las aletas de alivio. En consecuencia, pueden dañarselos componentes estructurales débiles.En 7 se muestran este tipo de daños ,patentes por la presencia de hollín entorno al conductor de fase y en unaplaca inferior de aluminio abombada.

Todo en nombre de la seguridadLa seguridad del operario debe ser unaprioridad para cualquier fabricante deequipos de media tensión, y se consiguefácilmente con el eliminador de arco de ABB. La solución es sencilla, flexible,fácil de instalar y muy rentable. Un kitde montaje para el eliminador de arcopermite al cliente instalar esta soluciónen cuadros en servicio con modificacio-nes mínimas y aumentar así el nivel deseguridad de su equipamiento.

Carlo Gemme

Michele Pasinetti

Renato Piccardo

ABB PT (SACE)

Milán, Italia

[email protected]

[email protected]

[email protected]

Referencias

[1] Dyrnes, S., Bussmann, C. (2005). Electrical

safety and arc flash protection, Electrical Safety

and Arc Flash Handbook , Vol. 2, páginas 12–23.

[2] NFPA 70E 2000, Norma sobre requisitos de

seguridad eléctrica en lugares de trabajo, véase

http:// www.nfpa.org/ (Octubre 2007)

[3] Arnborg, C. (2001). AX1 Technical Description

and Ordering Guide.[4] CESI, (2006). Informe de prueba A6/004406.

[5] CESI, (2006). Informe de prueba A6/004285.

[6] Breder, H. (2003). Frequently Asked Questions on

the AX1 Arc Eliminator system.

[7] CESI, (2007). Informe de prueba A7/01 5852.

50 kA, 1 s), el eliminador de arco sopor-ta fácilmente la intensidad transferidahasta que esto se produce.

El tiempo de transferencia T2-T3, queoscila entre 0 y 2 ms, depende de laposición del eliminador de arco conrelación al lado de alimentación y de laimpedancia en paralelo introducida porel nuevo circuito cuando el eliminadorde arco se cierra. El valor máximo de2 ms se evaluó en un ensayo de arcointerno de 40 kA eficaces/100 kA máxi-mos en CB1 provocado con un cable de10 metros y 240 mm2 de sección conec-tado a CB2.

Aunque la corriente, tomada del lado dealimentación, no se modifica durante lasecuencia, la intervención del elimina-dor de arco limita drásticamente la ten-sión y, por lo tanto, el aporte de energía

a la corriente de falta. En otras palabras:cuando el eliminador de arco interviene,el aporte de energía por período dismi-nuye a menos del 1 % de la que se ob-serva durante el periodo de manteni-miento de un arco sin limitaciones (esdecir, desde el inicio de la corrientehasta el cierre del eliminador de arco),que dura 5 ms, como ilustra la curva deenergía (en verde) en T2 6b . Por lo tan-to, todos los efectos normalmente aso-ciados al arco interno quedan limitados y no producen daños importantes en el

compartimiento.

En este ensayo, el aporte de energía alarco durante el período de formaciónsin restricciones de 5 ms fue de unos

dos escalas de tiempo distintas, se ilus-tran en 6b . Las magnitudes representa-das en estas curvas son corriente de fase(rojo), tensión del arco (azul) y energía(verde). En T

0, la tensión se cierra por

una falta trifásica iniciada por un cablede poca sección entre las fases del com-partimiento del cable CB1. Cuando elhilo se funde y se forma un arco internoentre las tres fases, la tensión aumentahasta varios centenares de voltios (T1). Al mismo tiempo, la corriente aumenta y circula desde el lado de alimentaciónhacia la posición del arco CB1. El aportede energía al arco, acompañado por undestello luminoso, aumenta la presión yla temperatura del aire. Este destelloactiva la ECU, que a su vez dispara in-mediatamente el eliminador de arco.

En T2, el eliminador de arco pone a tie-rra las tres fases y cierra, en paralelo al

arco, una trayectoria de baja impedanciaque provoca una caída considerable dela tensión del arco. La corriente que flu- ye al arco disminuye y empieza a salirde CB1 por la conexión de cable conCB2, desde donde continúa al elimina-dor de arco. Todo el proceso –corrientede falta, detección y secuencia de cierredel eliminador de arco– se completa en5 ms. En T3, la corriente se ha transferi-do totalmente al eliminador de arco, latensión cae a unos pocos voltios, de-pendiendo de la impedancia y la longi-

tud de la trayectoria paralela, y la co-rriente continúa circulando hasta queel panel CB1 de aguas arriba corta final-mente el suministro. Gracias a sus valo-res de cortocircuito (31,5 kA, 3 s, y

7 Efectos de un arco de 40 kA con intervención del eliminador de arco

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Próximamente . . .

Reportaje especial de la Revista ABB

“Process AutomationServices & Capabilities”La creciente competitividad delmercado y el aumento de losprecios de la energía y las mate-

rias primas exigen a las plantasde procesamiento satisfacerniveles cada vez más altos entérminos de calidad, fiabilidad yrentabilidad. Al considerarse laspérdidas y el tiempo de inactivi-dad imprevisto como algo cadavez menos aceptable, las plan-tas no sólo deben conseguircondiciones óptimas de funcio-

namiento, sino mantenerlaspermanentemente.Por ejemplo, la programacióndel mantenimiento precisa ungran conocimiento del equipoen cuestión. Con sólo aprove-char al máximo este conoci-miento, ya se minimizan elcostoso tiempo de inactividady –aún en mayor medida– losfallos.

ABB no es únicamente el princi-pal proveedor de sistemas decontrol de procesos del mundo,sino que presta un apoyo cadavez mayor a sus clientes paramantener y desarrollar estosequipos. El próximo Reportajeespecial de la Revista ABB “Process Automation Services& Capabilities” (Servicios ycapacidades de automatizaciónde procesos) destaca algunasde las aportaciones de laempresa en este campo.

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El transformador de potencia es un componente vital para el transporte de energía eléctrica.Gracias a los muchos años de conocimiento, experiencia y desarrollo avanzado acumulados enlos procesos de fabricación y pruebas, el transformador es ahora un aparato de alto rendimientocon una extraordinaria fiabilidad.

No obstante, los transformadores no son los únicos componentes que han sufrido cambios.El mercado eléctrico, de rápida evolución, está haciendo que las redes funcionen casi al límite.

Al mismo tiempo, la creciente demanda de nuevos transformadores, en combinación con loselevados precios de los materiales, está presionando a los fabricantes y a sus proveedores.Todos estos factores se unen para asegurar que la solidez de los transformadores sea másimportante que nunca.

ABB aprovecha su gran experiencia en la fabricación detransformadores para suministrar equipos queofrecen un comportamientoverdaderamente extraordinariofrente a los cortocircuitos.

Cómo sobrevivir aun cortocircuitoCapacidad de los transformadores de potencia para resistir un cortocircuitoThomas Fogelberg


Transformadores y subestaciones

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Cómo sobrevivir a un cortocircuito


Además, la creciente deman-da de transformadores estállevando a las fábricas y a sus

proveedores de materiales alos límites de su capacidad, loque aumenta los tiempos deentrega.Entretanto, el crecimiento enla demanda de utilización delas redes está sobrepasandolas nuevas inversiones, lo quehace que cada componentetrabaje casi al límite.

PruebasLa prueba de los nuevostransformadores es la mejordemostración de su calidad.Los diseños actuales, marca-dos por los altos precios delos materiales y unas escasas

evaluaciones de las pérdidas, están llevando también a que los materiales tra-bajen casi al límite y se vean expuestosa mayores cargas que nunca 1 .Las pruebas de aceptación que se refie-ren a aspectos del dieléctrico están biencubiertas por las normas internacionalesque se han desarrollado a lo largo delos años. Sin embargo, la prueba de laintegridad mecánica y térmica de losnuevos grandes transformadores GSU(elevadores para generador) y de “inter-tie” sigue siendo un campo en el quelos puntos débiles del diseño y la pro-ducción pueden pasar inadvertidos.Este artículo trata sobre todo de laforma en que el diseño, la producción,la cadena de suministro y la filosofía depruebas de ABB verifican los aspectosmecánicos de los grandes transformado-res de potencia; en otras palabras, desu capacidad para superar una prueba

de cortocircuito.

FiabilidadLos sistemas de potencia modernosson mecanismos complejos con un grannúmero de piezas de aparatos. Paraasegurar un funcionamiento fiable, es demáxima importancia que determinadoselementos clave, como los grandestransformadores de potencia, tenganun elevado grado de disponibilidad queminimice las caídas de componentes ode bloques enteros de generación de

electricidad.Se admite que la capacidad para sopor-tar un cortocircuito es una característicaesencial de los transformadores de po-tencia. Las normas IEC e IEEE, así como

nales. Los interlocutores políticos desea-ban que existiera una mayor competen-cia. En consecuencia, muchos entespúblicos se transformaron en compañíascon ánimo de lucro. La producción, eltransporte y la distribución se repartie-ron entre entes separados, por lo que elpapel del transporte se hizo más débil ymenos claro. En particular, se ha hecho

más difícil conseguir una responsabili-dad colectiva. Se ha considerado que lasfluctuaciones en los precios afectan alos clientes finales y las inversiones alargo plazo en infraestructura hancambiado al horizonte del corto plazo.Para el mercado de transformadores enconcreto, los cambios de mayor impor-tancia de los pasados años se han debi-do a la enorme demanda de energíaeléctrica en regiones como Asia, OrienteMedio y Sudamérica. Además, el deno-minado “viejo mundo” ha tenido que

reinvertir, puesto que su parque detransformadores tiene ya de 40 a 50años. Estos desarrollos se han incremen-tado además por cuestiones medioam-bientales.

Al ir aumentando las po-tencias y las tensiones de

transporte, cada vez se han

hecho más importantes losaspectos térmicos y mecáni-cos de los transformadores,tanto en términos del controldel sobrecalentamiento localcomo en la necesidad de so-portar las fuerzas electrodiná-micas producidas por los fa-llos en los sistemas eléctricos.Los transformadores de ABBmanejan en la actualidad 800kV, las mayores tensiones detransporte comercial en la ac-tualidad. También manejan valores trifásicos entre 1500 y2000 MVA en aplicaciones“intertie” y hasta 1200 MVAen aplicaciones de elevadorespara generador.

AntecedentesLa demanda de transformadores se estadisparando en la actualidad como lohizo después de la Segunda GuerraMundial. Entonces, los mercados deEuropa y América estaban surtidos porproveedores nacionales que invirtieronal máximo para cubrir la demanda delas compañías eléctricas y de los servi-cios públicos de control estatal. Se efec-tuaron instalaciones de 400 kV a 800 kVde CA. Era también una época en laque se publicaron numerosas normasinternacionales IEC y ANSI.

La primera señal de cambio en la de-manda apareció a principios de la déca-da de 1980. A finales de la misma, laindustria de sistemas eléctricos habíaexperimentado su mayor cambio desde

los inventos de Edison y Westinghouse.Los últimos 25 años se han caracteriza-do por una enorme consolidación glo-bal en los dos frentes de los equiposeléctricos: suministradores y usuarios.Un negocio completamente nacional seha transformado en uno totalmentemundial, lo que ha traído consecuenciasen los aspectos comerciales y de adqui-siciones. El aspecto de las adquisiciones,además, ha tenido que tener en cuentalos mercados de materias primas, mu-chos de los cuales ya no se encuentran

en la situación tradicional de equilibrio.Los cambios en las redes vinieron moti- vados por razones lógicas para unaapertura de los mercados que permitierael comercio y las interconexiones regio-

1 La elección de los materiales representa un compromiso entre

pérdidas y precio de los materiales.

Debate cualitativo sobre la utilización de los materiales

Evaluación de pérdidas

P r e c i o e l e v a d o d e l o s m a t e r i a l e s

P r e c i o b a j o d e l o s m a t e r i a l e s

Baja

100%

Utilización óptima de losmateriales con evaluaciónde pérdidas normales yprecios de los materiales

Utilización óptima de los materiales con evaluación depérdidas normales y precios elevados de los materiales

Límites técnicos dela densidad de flujo,densidad decorriente, emisionesacústicas, esfuerzosmecánicos

Normal Alta

U t i l i z a c i ó n d e l o s m a t e r i a l e s

2 Los fallos producidos por cortocircuitos

siguen siendo una causa importante de

las caídas de transformadores.

ICortocircuito

7/25/2019 Revista ABB 1 2008 72dpi





“intertie” muy grandes. Cada año sefabrican más de 1.500 transformadoresde potencia de más de 60 MVA.

Consideraciones sobre el diseño¿Cómo afectarán todos estos cambios aldiseño actual y a la fiabilidad y disponi-bilidad futuras? A la vista de la crecientedemanda, entrarán en el mercado mu-chos nuevos proveedores y también seincorporarán fabricantes de la rama dela distribución al sector de los transfor-madores de potencia. Al mismo tiempo,el gran aumento del precio de los mate-riales, combinado con la clásica subesti-mación de las pérdidas, hará que au-menten las cargas y disminuyan losmárgenes de seguridad.La rigidez mecánica de un transforma-dor será en el futuro el factor másimportante de su comportamiento.Hay tres razones para ello: Soportar los esfuerzos de loscortocircuitos Requisitos sísmicos Manipulación durante el transporte

La fuerza producida en un cortocircuitopuede aumentar las cargas mecánicas encientos de toneladas en milisegundos.Los picos de corriente y las fuerzas co-rrespondientes dependen de muchosfactores. En los sistemas de alta tensión,el tipo más probable de cortocircuitoes un arco de fase a tierra, causadonormalmente por condiciones atmosféri-cas tales como un rayo que caiga en lalínea, el fallo de un equipo en la esta-ción, la contaminación en los aislantes yotras causas similares. A veces, los fallospor cortocircuitos acaban en otros másamplios, como fallos de una fase a tierraque se transforman en fallos de dos

fases a tierra e incluso de tres fases atierra. La gravedad relativa de los distin-tos tipos de fallo depende de las carac-terísticas del sistema. Por otro lado, exis-ten factores, como la resistencia al arco y las impedancias de la red con tierra,que ofrecen ciertos efectos compensato-rios. La gravedad de un cortocircuito yde la corriente de pico y de las fuerzasdepende en gran manera del estado dela instalación, y en particular del valorde la impedancia en cortocircuito deltransformador y de la potencia aparente

de cortocircuito de los sistemas.La configuración de fallo que producenormalmente los mayores valores de laintensidad que atraviesa cualquier deva-nado del transformador es el fallo trifási-

otras de carácter nacional, requieren en

consecuencia que los transformadores

de potencia tengan que ser resistentes a

los cortocircuitos e indican cómo debe verificarse esta propiedad. Por desgracia,

es evidente que el asunto no es tan sen-

cillo como parecen sugerir las normas.

Los fallos producidos por cortocircuitos2 siguen siendo la causa principal de

las caídas de transformadores, si bien las

tasas de fallos son muy variables en los

distintos países y sistemas, en función

de diversas circunstancias, características

de las redes y equipos instalados.

Actualmente, las regiones en rápidodesarrollo, con una demanda de energíaeléctrica de fuerte crecimiento, estánañadiendo a sus sistemas cada vez máscapacidad de producción e interco-nexiones. Además de esto, el mundooccidental se caracteriza por: El crecimiento del comercio transfron-terizo de energía eléctrica (lo que llevaa que las redes trabajen casi al límitefísico) El desarrollo de generación eólica(que se integra frecuentemente en lared sin tener en cuenta la capacidaddisponible) Flujos de carga variables Componentes envejecidos de las redes Condiciones modificadas para la ope-ración de las redes

Estos factores colocan a los transforma-dores, tanto nuevos como viejos, ensituación de exposición a cortocircuitosgraves.

ABB ha conseguido unos transformado-

res con unas cifras de fiabilidad increí-

bles. Esta es la consecuencia de un

trabajo dedicado al desarrollo, una larga

experiencia en la fabricación de transfor-

madores en las condiciones de serviciomás exigentes y un seguimiento meticu-

loso de los incidentes que se producen

en las pruebas y en el funcionamiento.

Hace diez años, ABB presentó un con-cepto comercial: TrafoStarTM. Este con-cepto integra herramientas de ingenie-ría, precisión de fabricación, proveedo-res de primera fila con especificacionesde materiales comunes, sistema de ges-tión de pruebas y calidad. Éste se utilizaahora para grandes transformadoresde potencia en 14 centrales de todo

el mundo. Desde el comienzo deTrafoStarTM, se han fabricado 10.000transformadores de potencia siguiendoeste concepto, de los cuales 2.000 uni-dades son GSU y transformadores de

Un transformador a prueba de cortocircuitostiene las siguientes características:

Diseño y tecnología con solidez mecánica Basado en mecánica básica Verificado mediante muchas pruebas decortocircuito

Estructura rígida para sujeción del núcleoque proporcione resistencia a los cortocir-cuitos y para el transporte

Fabricación de precisión determinada portolerancias estrictas y sistemas de calidad

Mandriles rígidos de bobinas Procedimientos verificados de prensado ysecado

Diseño y sujeción rígida de las bobinas debaja tensión

Recomendaciones¿Qué unidades merece la pena considerarpara las pruebas de cortocircuito?

Transformadores elevadores para genera-dor y unidades auxiliares de centraleseléctricas

Transformadores de alimentación clavesen las subestaciones o grandes centralesde carga

Transformadores estratégicos de “inter-tie”, transformadores de sistemas de tripledevanado (terciario), autotransformadores

Transformadores con conexiones paradevanado de partición axial

Serie de transformadores, listos parallevar

Siempre para transformadores dealimentación de vías

Transformadores conectados a redes delas que se sabe que tienen muchos fallosy altas corrientes de fallo

Todos los diseños/contratos de transforma-dores de potencia deben ser comprobadosmediante revisiones de diseño de acuerdocon la IEC 60076 – Parte 5 (2006-02)

Cuadro Atributos de los transformadores de

potencia fabricados por ABB

3 Las fuerzas electromagnéticas tienden a

minimizar la densidad de energía magnética.

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compresión radial se proyectan paraque sean totalmente “autoportantes” porlo que se refiere a cualquier colapso por

pandeo libre. Por esta razón, en cual-quier diseño de transformador de ABBse ignora deliberadamente cualquiercontribución (que, de por sí, suele serdiscutible) a la estabilidad proporciona-da por los apoyos radiales desde elnúcleo a los devanados o desde undevanado a otro1). Esto representa quela estabilidad mecánica del devanado viene determinada por la resistenciamecánica del cobre (punto de fluencia) y la geometría del conductor. El enrolla-miento de los devanados helicoidales seevita limitando estrictamente las fuerzasque pueden presentarse o variando eltipo de devanado. También se considerala respuesta dinámica del devanado.El diseño de los transformadores depotencia es un proceso de interacciónque persigue la solución óptima desdeel punto de vista de: Masas y pérdidas Nivel de ruido Resistencia al cortocircuito Temperaturas del devanado, puntoscalientes y equipo de refrigeración Resistencia del dieléctrico entre losdevanados y en su interior

Fuerzas radiales Fuerzas axiales

Los modos de fallo para las fuerzas

radiales incluyen: Pandeo de los devanados interiores 4a

Estiramiento de los devanadosexteriores Arrollamiento de las vueltas finales delos devanados helicoidales 4b

Los modos de fallo para las fuerzasaxiales incluyen: Colapso mecánico del aislamiento del yugo, los anillos y las placas de pre-sión, y las sujeciones del núcleo Basculamiento del conductor Flexión axial del conductor entre losespaciadores Posibles fallos iniciales del dieléctricodentro de los devanados, seguido porel colapso mecánico

Se calculan las fuerzas axiales con pro-gramas que se basan en el método delos elementos finitos (FEM) que tienenen cuenta todos los desplazamientoaxiales producidos por las tolerancias defabricación y el paso en los devanadoshelicoidales. Se dimensionan los deva-nados para que resistan las máximasfuerzas de compresión, incluidos losefectos dinámicos.

Una característica importante de la tec-nología de cortocircuitos de ABB es quelos devanados interiores sometidos a

co simétrico. Por ello, es importante uti-lizar este modo de fallo como criteriobásico de diseño para el transformador.

Cuando se considera la producción decortocircuitos en los transformadores depotencia, el primer paso es evaluar lasintensidades de fallo que tengan un va-lor muy alto y que afectarán a los deva-nados en conexión con los diversos ti-pos de fallos que es probable que sufrala unidad durante su funcionamiento.Cuando se determina la magnitud delas intensidades, se utiliza el análisisde circuitos y la teoría de componentessimétricos. Se realizan los cálculos me-diante programas automatizados, dondelas características del sistema y deltransformador constituyen los datos deentrada.

Cálculo de las fuerzas para los modosde falloLas fuerzas electromagnéticas tienden adeformar los devanados, de tal formaque se reduce la densidad magnética al-macenada en su volumen. En el ejemplode un transformador con dos devana-dos, esto supone que el devanado inte-rior tiende a reducir su radio y el exte-rior a aumentarlo. En la dirección axial,los devanados se comprimen, con loque se reduce su altura 3 .Las fuerzas y los correspondientes crite-rios para resistirlas se dividen en doscomponentes:

5 La fabricación de los transformadores

requiere un elevado grado de precisión.

4 Ejemplos de deformaciones producidas en los devanados por fuerzas extremas:

a Pandeo: caída del revestimiento del

devanado cilíndrico

b Enrollamiento: desplazamiento tangencial

de las vueltas de un devanado helicoidal

Nota a pie de página1) La confianza en los apoyos radiales puede compro-

meter la estabilidad mecánica de los devanados si

los apoyos ceden bajo la acción de la carga y con

el paso del tiempo.

7/25/2019 Revista ABB 1 2008 72dpi





b) una evaluación teórica de la

capacidad para soportar los

efectos dinámicos de los

cortocircuitos, basándose enlas reglas de diseño del fa-

bricante y en su experiencia

constructiva, en línea con las

nuevas directrices de la IEC.

Dado el elevado coste que su-pone la inversión en equiposde prueba, los ensayos corres-pondientes sólo se pueden ha-cer en unos cuantos lugares enel mundo. La prueba requiere

una capacidad energética del calibre deuna gran red eléctrica junto con unequipo de control y medida muy perfec-cionado. Una de esas instalaciones esKEMA, en los Países Bajos, donde ABBha realizado una serie de pruebas decortocircuito 7 .Más de 140 transformadores de potenciade ABB de distintos diseños se han so-metido a las pruebas de cortocircuito,incluidos 30 que se fabricaron despuésde 1996 según la tecnología TrafoStar 8 .En CIGRE y en otras conferencias técni-cas, los informes de KEMA demuestranfallos en las pruebas en alrededor del30 % al 40 % de los transformadores depotencia. Los propios registros de ABBen los últimos 11 años indican 3 falloscada 28 pruebas. Cuando no se incluyenlas pruebas de ABB en las estadísticasgenerales, otros fabricantes muestrantasas de fallo mucho más altas en laprueba de cortocircuito. Esto pone derelieve la gran dificultad que conllevaen la actualidad fabricar transformadoresque estén completamente a prueba decortocircuitos.La nueva norma de la IEC permiteasimismo la verificación del diseño si el

fabricante presenta los esfuerzos calcu-lados y los compara con sus propiasreglas manifestadas a partir de variaspruebas de cortocircuito. Para cumpliresta norma, los esfuerzos no deben su-perar los valores máximos expresadospor el fabricante o sobrepasar en 0,8 el valor crítico del esfuerzo identificadopor el mismo. Los valores de los esfuer-zos deben cumplir, además, con loscorrespondientes valores máximosdados como guía en la nueva IECStandard 60076-5.

Thomas Fogelberg

Transformadores de ABB

Ludvika, Suecia

[email protected]

definidos en el taller de devanados yen el montaje de las partes activas. Parasometer a presión los devanados con vistas a su vida de servicio, se utiliza elajuste de la presión final tras el procesode la fase de vapor.El criterio más importante es que todoslos devanados deben tener una determi-nada presión que evite cualquier despla-zamiento entre las espiras. Los distintoscomponentes con base de celulosa sefabrican y se tratan desde la materia pri-ma al producto listo para funcionar enlas propias máquinas de prensar de ABB y en los centros de equipos por todo elmundo. Esto garantiza un método co-mún para la producción de todos estoselementos clave con una importante in-fluencia en la resistencia dinámica deldevanado 6 .

Verificación de la resistencia alcortocircuitoLa nueva norma IEC Standard 60076-5(2006-2) proporciona dos opciones para verificar la capacidad del transformadorde resistir los efectos dinámicos de uncortocircuito.Son las siguientes:

a) una prueba de cortocircuito realizadaen un laboratorio homologado, o

Los proyectistas de ABB reci-ben el apoyo del conjuntomás avanzado en el mundo

de programas de verificación y diseño para transformado-res de potencia. Estas aplica-ciones interactivas se utilizanactualmente en 14 plantas detransformadores de potencia.

Aspectos de fabricación yprecisiónEl equilibrado de los ampe-rios-vuelta entre los devana-dos es un requisito previo para evitarfuerzas axiales excesivas sobre ellos.Esto se consigue por medio de unasestrictas tolerancias de fabricación en losdevanados 5 .Puesto que se pueden considerar losdevanados como muelles fabricados conun 20 % de celulosa, es importante ase-gurar una correcta compactación pararesistir el ataque de la humedad y latemperatura a fin de conseguir la longi-tud y la constante de muelle exactas du-rante un largo tiempo de servicio. Paraello son necesarios unos procesos bien

8 Las pruebas de cortocircuito en los trans-

formadores de potencia sólo se realizan

en unos cuantos emplazamientos en todo

el mundo, debido a las altas inversiones

necesarias. KEMA, en los Países Bajos.

6 El sistema de fabricación de ABB garantizaun método común para la producción detodos los elementos clave. Esto tiene unaimportante influencia en la resistenciadinámica del devanado.

8 Potencia nominal (MVA) de los transformadores TrafoStar TM probados

contra cortocircuitos

300250

200

150

100

50

01997 1998 2000 2000 2001 2002 2002 2005 2006 2007

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Como componente fundamental delas redes eléctricas, los transforma-

dores se construyen para que satisfa-gan las normas más exigentes de

precisión y calidad, y se proyectanpara que duren mucho tiempo. Pues-

to que la vida media de estos trans-formadores oscila entre 30 y 40 años,

en muchos países está aumentando



la probabilidad de que sufran averías.La tendencia a hacer funcionar los

transformadores más cerca de loslímites de sus prestaciones agrava

esta situación y se suma a su vulnera-bilidad si no se adoptan las contra-

medidas adecuadas.La sustitución de un transformador

averiado no es cosa que se pueda

resolver en unos pocos días. Por eso

es tan importante minimizar la proba-bilidad de que se produzca una situa-

ción de ese tipo. En este artículo seestudia la forma en que ABB puede

ayudar a las compañías eléctricas a

indagar en el estado de sus transfor-madores más antiguos y, de estemodo, a gestionar mejor sus activos.

El problema de losgrandes transformadoresEl control del estado se está convirtiendo en una herramienta estratégica paralas compañías eléctricas.Lars Pettersson, Lena Melzer, Claes Bengtsson, Nicolaie Fantana

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El problema de los grandes transformadores


Examen del parque empleando elmétodo del factor de influenciaSe aplicó esta evaluación a 49 transfor-

madores de red, con potencias nomina-les comprendidas entre 40 y 100 MVA.Se identificaron diversos factores de in-fluencia que afectaban a la esperanza de vida de los transformadores. Se evaluócada transformador y se asignó unapuntuación a cada uno de los factores.La puntuación es un valor comprendidoentre 0 y 100, donde 100 representa elpeor estado para el factor considerado.

Puesto que ciertos factores de influenciason más críticos que otros, se asignóademás una ponderación a cada factor.Se determinó a continuación la indica-ción general de un riesgo técnico poten-cial para cada transformador combinan-do las puntuaciones individuales, bien

proceden del diseño, del historial defuncionamiento y de las medidas y laevaluación de diagnósticos.

ABB tiene los conocimientos prácticosnecesarios para ayudar a los propieta-rios de transformadores en todas estasáreas, pero además también puede apo- yar con diversas intervenciones sobre elterreno, tales como reparaciones o me-joras [3,4]. Para ilustrar la aplicaciónpráctica de la evaluación del estado delos transformadores, en este artículo sepresentan tres casos. Se centran en lossiguientes aspectos: Planificación estratégica o examendel parque; Prolongación de la vida deltransformador; y Supervisión de una unidad que noinspira confianza.

Evaluación para la planificaciónestratégicaEl objetivo de la evaluación estratégicade un parque es identificar las unidadesmás vulnerables para así priorizar las ac-tividades de mantenimiento o sustitu-ción. Para la evaluación estratégica sepueden adoptar dos métodos: Análisis estadísticos, en los que laprincipal variable independiente es laedad del transformador; o Un método centrado en la unidad paradeterminar el estado o la capacidad deresistencia de cada unidad.

El análisis estadístico sirve a menudocomo un paso útil inicial, pero en lamayoría de los casos hay que aplicar elmétodo individual orientado a la uni-dad.

Para optimizar las estrategias desustitución y renovación, las eléctri-

cas deben evaluar el estado de su par-

que de transformadores [1,2]. El abanicode medidas técnicas que puede aplicaruna compañía para gestionar un parquede transformadores cubre tres aspectos: Detección y prevención de fallosincipientes mediante supervisión y vigilancia; Identificación de fallos y averíasmediante diagnóstico; y Planificación estratégica de la repara-ción, sustitución, etc. basada en laevaluación del estado y en el examendel parque.

Los sistemas de control modernos, talescomo el TEC (Control electrónico detransformadores) de ABB, no buscanúnicamente la detección de los fallos,sino también la recogida de datos deevaluación del estado.

Además de utilizar medidas directas, lafunción de diagnóstico se basa en consi-deraciones teóricas que derivan del pro-fundo conocimiento que ABB tiene delos transformadores y de las modernasherramientas de diseño. Como ejemplosde aplicaciones se pueden citar los aná-lisis avanzados de respuesta de frecuen-cia, las medidas de la respuesta deldieléctrico y los cálculos de la resisten-cia a los cortocircuitos y de la capacidadpara soportar sobrecargas.

Las funciones de evaluación del estado y de examen del parque admiten deci-siones estratégicas relacionadas tantocon unidades aisladas como con gruposmás amplios. Los datos manejados

1 La revisión de transformadores utiliza algoritmos que se basan en

datos fáciles de determinar y definir. Estos datos se expresan como

puntuaciones comprendidas entre 0 y 100.

Tiempo

Temperatura

DGA (análisis de gases)

Aceite

Tg δ (factor de potencia)

Parámetro eléctrico

Sucesos

Manipulación

Experiencia

Riesgotécnico Algorit mo

Algori tmo

Importancia

Datos deentrada

Datos deentrada

2 Indicación del riesgo técnico basada en el método del valor

ponderado. Los dispositivos que aparecen en rojo presentan

el riesgo mayor.

Riesgo técnico

equipos de transformación

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

p u n t u a c i ó n d e l a e v a l u a c i ó n

3 Resultado final de la clasificación.

El dispositivo marcado en rojo presenta

el riesgo mayor.

Rof: riesgo técnico posible.

EcoImp: importancia económica

I baja0 20 40 60 80 1

100

80

60

40

20

0

Rof

EcoImp

Aumento del riesgo total

R bajo

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mo una medida del coste posterior previsto de una avería, un valor que encierto modo está relacionado con la pri-

ma del seguro de riesgo.

Examen del parque empleando unmétodo estructurado basado en reglasEn una evaluación más detallada y es-tructurada, el objetivo sería determinarel estado del transformador y de suscomponentes secundarios o su capaci-dad para resistir determinadas solicita-ciones externas. Se analizan individual-mente los distintos componentes y soli-citaciones tales como cargas térmicas,mecánicas o eléctricas, así como la ca-pacidad de carga. A cada una de estassolicitaciones se asocia una puntuaciónindependiente de evaluación (o riesgopotencial de fallo). En una evaluacióngeneral se pueden combinar las puntua-ciones parciales para obtener una pun-tuación total 4 .

El método para deducir una puntuaciónde evaluación para un componentesecundario se puede basar en unacombinación de factores de influencia,que contemple únicamente esa condi-ción o solicitación en particular, o enun modelo lógico que se apoye en unadeterminada regla que refleje un conoci-miento más profundo del transformador.En una evaluación estructurada, el valorde un parámetro puede entrar en laevaluación de diversos componentessecundarios. Así, el tiempo de funciona-

miento no afecta sólo al envejecimiento del papel, sinotambién a la relajación de lafuerza de apriete de los deva-nados. La interpretación delos resultados del DGA es

importante, tanto para laevaluación eléctrica comopara la térmica.

En uno de los casos que sepresentan aquí se investiga-ron 13 transformadores desubestación de 220 kV fabri-cados entre 1969 y 1998. Suscapacidades nominales oscila-ban entre 63 y 315 MVA, y seincluyó además una unidadde 400 kV/500 MVA. Había

equipos de ventilación naturaljunto a otros sellados con undiafragma de goma. Todas lasunidades, excepto una, dispo-nían de un cambiador de to-

mico relacionado con esta repercusión yse le atribuye un valor relativo compren-dido entre 0 y 100 proporcionado direc-

tamente por la compañía.

En 3 se presenta una vista combinadadel riesgo técnico potencial (Rof) y laimportancia económica (EcoImp).

Aunque así se obtuvo una clasificación valiosa, la información del DGA indicóque para este parque el riesgo de falloinminente era bajo. Sin embargo, enalgunos transformadores se recomendóel tratamiento del aceite y posteriormen-te se realizó un análisis más pormenori-zado del estado de envejecimiento dela unidad que presentaba el máximoriesgo calculado.

Las funciones deevaluación del estado yde examen del parqueadmiten decisionesestratégicas relacionadastanto con unidadesaisladas como congrupos más amplios.Como alternativa a lo mostrado en 3 , sepuede definir el índice de riesgo comoel producto normalizado del riesgo téc-nico y del parámetro económico. El ín-dice de riesgo se puede interpretar co-

como suma ponderada, bien utilizandoel valor máximo de cada una de laspuntuaciones.

El método de la evaluación del factor deinfluencia utilizado aquí se ilustra en 1 y se basa en parámetros accesibles. Algunos de ellos se refieren a una de-gradación general histórica, mientrasque otros se orientan hacia el desgastetérmico, los sucesos extraordinariosposibles, el estado de las reparaciones y la experiencia. Finalmente, hay ungrupo de datos relacionados con el esta-do real del transformador determinadomediante el DGA (análisis de los gasesdisueltos) y el análisis del aceite.Se dispone de datos de puntuación,edad, carga, temperatura ambiente yresultados del DGA para los 49 transfor-madores investigados. Para algunasunidades se disponía también de datosde diseño y de sucesos extraordinarios.Se conocían los análisis de aceite de27 unidades. En consecuencia, se esta-blecieron dos clasificaciones: una enla que se incluyeron estas últimas27 unidades y otra con las 49 sin teneren cuenta los análisis de aceite.

En 3 se presentan los resultados de laclasificación de las indicaciones de ries-go técnico para las 27 unidades segúnel método de la puntuación ponderada.Los seis transformadores de la izquierdapresentan el riesgo mayor.Si se complementa el análisis con unaevaluación basada en el valormáximo del parámetro en vezde en el valor ponderado, seañade una unidad más (marca-

da también en rojo en 2 ) algrupo de “riesgo potencial

alto”.El grupo de alto riesgo se ca-racteriza esencialmente poruna mayor degradación delaceite y del aislante de papel.Pero la edad por sí sola nodeterminó el orden de laclasificación.La exposición general para unacompañía eléctrica no consisteúnicamente en el riesgo técni-co, sino que depende asimis-mo de las consecuencias eco-

nómicas de un posible fallo(por ejemplo, el coste de laenergía no suministrada y elcoste de reparación). Por tanto,se define un parámetro econó-

4 Modelo estructurado utilizado para evaluar el riesgo de los transformadores

Datos de entradapara la lógica

Datos dediseño

Datosoperativos

Datos dediagnóstico

Ponderación/ reglas

Mecánicos

Eléctricos

Térmicos

Otros

Ponderación/ reglas

Puntuaciónmáxima

Evaluación desubcomponentes

Evaluacióntotal

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El estado actual se establece normal-mente a partir de una evaluación delriesgo inmediato de fallo, determinado

mediante el DGA y el análisis del aceite, y de una estimación de la vida “consu-mida” del aislamiento. También se tieneen cuenta la información sobre sucesosanteriores que puedan haber sometido aesfuerzos extraordinarios el transforma-dor. Asimismo se deben evaluar losriesgos eléctricos y mecánicos.

El caso que se presenta aquí correspon-de a un transformador elevador paragenerador (GSU) fabricado en 1979. Erade ventilación natural y refrigeraciónforzada con aceite y agua (OFWF). Eltransformador disponía de conductosaislados para bus en el lado de bajatensión. La carga media era del 78 %,pero a lo largo del tiempo había variadoentre el 35 % y el 100 %.

El transformador había estado expuestoa algunos sucesos menores que desen-cadenaron alarmas de gas, y a uno decarácter más grave: una falta a tierra deuna fase en el lado de alta tensión queocasionó intensidades de corriente elevadas en su interior.

Los resultados de esta investigaciónfueron los siguientes: Los análisis de aceite y DGA mostra-ron un riesgo de fallo inmediato bajo. La estimación del envejecimiento delaislamiento de papel en el punto ca-liente indicó un valor DP de alrededorde 350 (véase el Cuadro ). El envejecimiento del aceite era redu-cido, pero se esperaba que se expul-sara el inhibidor en unos siete u ochoaños con la misma solicitación térmica

La unidad 3 (la de mayor impedancia)presenta la mejor resistencia al corto-circuito, pero la menor capacidad de

carga. Comparando las unidades que tienenun 10-12 % de impedancia se demues-tra que las más nuevas presentan me-jor resistencia frente al cortocircuitoque las más antiguas. No se aprecia ninguna relación claraentre el tiempo y la capacidad decarga.

Los otros subparámetros se evaluaronde forma similar.En el caso presentado, el estado defuncionamiento de todos los transforma-dores evaluados era bueno. Sin embar-go, en caso de exposición a sucesos ex-traordinarios especiales (cortocircuitos osobrecargas), los transformadores 2, 3 y5 podrían estar en peligro. ABB ha llevado a cabo varias evaluacio-nes en Europa y los Estados Unidos,tanto con el método de parámetros deinfluencia como con el basado en reglasestructuradas [5,6,7,8].

Estudio de prolongación de la vida útilUna investigación para la prolongaciónde la vida útil implica una evaluacióndel estado actual del transformador yuna estimación de la vida “restante” delaislamiento cuando el servicio futuro seproduzca dentro de unas condicionesdeterminadas.El parque puede examinarse medianteun método basado en reglas o en elfactor de influencia.

mas en carga, y todas menos una teníanuna impedancia en cortocircuito del10 % al 12 %, salvo la número 3, que te-

nía una impedancia del 22 %.

En esta evaluación se analizaron loscomponentes secundarios siguientes: Resistencia al cortocircuito (determina-da a partir de las resistencias al pan-deo y a la inclinación); Riesgo eléctrico (determinado a partirde los parámetros de diseño, el análi-sis del aceite y los resultados delDGA); Envejecimiento térmico del papel; Calentamiento general del aislamiento(determinado a partir de los análisisdel aceite y del DGA); Calentamiento del núcleo; y Capacidad de carga de los transforma-dores (capacidad de carga en emer-gencia de corta o larga duración).

Algunos de los aspectos se evaluaronmediante reglas, mientras que otrosparámetros se determinaron a partir defactores de influencia. En 5 se presen-tan los resultados de la clasificaciónpara resistencia al cortocircuito y capa-cidad de carga, ordenados por año defabricación.

La evaluación muestra que: Ambos tipos de evaluación clasificanlos transformadores en 4–5 subgrupos. Las unidades 2 y 5 tienen el riesgomayor en caso de cortocircuito exter-no, pero sufren menores esfuerzos encaso de sobrecarga.

El DP (grado de polimerización) es el

número medio de monómeros de glucosa

presentes en la molécula de celulosa. Se

relaciona con la resistencia mecánica del

papel aislante y, en consecuencia, su

disminución representa una medida de la

degradación del papel. Se puede estimar

el valor de DP en el punto caliente del

devanado si se conocen la temperatura(determinada a partir del perfil de tempera-

turas de diseño y de los datos de servicio)

y los datos del análisis del aceite y el DGA.

Cuadro DP

5 Clasificación de las unidades en función del año de fabricación (YoM). Las cifras de las casillas remiten

a cada transformador. Una puntuación más alta en ordenadas representa un riesgo relativo mayor.

valores de la evaluación en función de YoM

año de fabricación

1965 1970 1975 1980 1985 1990

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

5

5

2

2

3

4

12

12

4

7

73

capacidad de carga

cortocircuito

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fuentes sonoras, pero ningu-na indicación definitiva de susituación.

El origen posible de estasdescargas era un apantalla-miento en potencial flotantesituado cerca de una co-nexión de baja tensión, o losPD entre el núcleo y el depó-sito. Puesto que esto no su-ponía un peligro inmediatopara el transformador, se re-comendó mantenerlo en servicio con análisis frecuentesde DGA. De acuerdo con estarecomendación, el transfor-mador se mantuvo en servicio

durante otro par de años. Un análisisposterior del transformador, tras suretirada del servicio, confirmó el origende las descargas.

Un servicio valioso para las compañíaseléctricasLos casos presentados demuestran dequé forma una evaluación cuidadosadel estado, sea breve o muy detallada,ayuda a gestionar un parque de trans-formadores que va envejeciendo. Asi-mismo, en estudios de evaluación delestado se han contemplado otros aspec-tos importantes, tales como la posibili-dad de mejorar los transformadores. Laprolongación de la vida útil, la mejora yla reducción de riesgos tienen un efectoinmediato sobre el saldo final de la actividad comercial de la compañía, y elcontrol preventivo se rentabiliza inme-diatamente.

Lars Pettersson

Transformadores de potencia de ABB

Ludvika, Suecia

[email protected]

Lena Melzer


Ludvika, Suecia

[email protected]

Claes Bengtsson


Ludvika, Suecia

[email protected]

Nicolaie L. Fantana


Ladenburg, Alemania

[email protected]

concentraciones no eran excesivamentealtas. Por último, la concentración dehidrógeno era baja y constante.La concentración creciente de acetilenoindica descargas eléctricas en el aceite,dato apoyado por el contenido generalde gases del DGA que demuestra quecasi no hay contenido de celulosa. Lasdescargas de este tipo se deben frecuen-temente a un efecto de carga/descargalocal de una pieza metálica del transfor-mador.

Para localizar la causa originaria de estasposibles descargas, se revisó con detalleel diseño del transformador, se llevó acabo un análisis más completo del acei-te y se efectuaron medidas acústicas yeléctricas del PD (descarga parcial)sobre el terreno.

Las medidas del PD mostraron fuertesimpulsos eléctricos de descarga. La con-figuración de las descargas era similar ala de las descargas de chispas en aceite.

Las medidas acústicas localizaron dos

futura. Por lo tanto, se reco-mendó tratar el aceite, prefe-riblemente mediante regene-

ración, en los cinco años si-guientes. La resistencia del transforma-dor al cortocircuito no cum-plía las normas actuales de ABB, especialmente por loque se refiere a la resistenciaal pandeo del devanado debaja tensión. Los cálculos de-mostraron que una tensiónexterna elevada en una solafase por fallo de tierra podíasobrepasar la capacidad deresistencia del transformador.

En conclusión, la capacidad deresistencia frente al cortocircuito era li-mitada pero, por lo demás, el transfor-mador se encontraba en condicionesaceptables. Se sustituyó el transformadora causa de su capacidad limitada de re-sistencia al cortocircuito.

Evaluación de un transformador queno inspira confianzaEste caso se refiere a un transformadorGSU de 50 MVA refrigerado medianteOFWF y ventilación natural, fabricadoen 1962 e instalado en un interior.En la evaluación de DGA se detectóacetileno C

2H

2, lo que indicaba un

posible fallo interno.

La figura 6 ilustra la evolución temporaldel acetileno (C

2H

2), que presenta pe-

queños saltos incrementales. El puntorojo del gráfico indica el inicio de laevaluación de diagnóstico.Los niveles de los otros hidrocarburoseran bajos y prácticamente constantes;los óxidos de carbono indicaban un

transformador algo envejecido, pero sus

Referencias

[1] Bengtsson, C.; Persson, J.O.; Svensson, M. Replacement and Refurbishment Strategies for Transformer

Population, Coloquio sobre transformadores de CIGRÉ, junio de 2001.

[2] Boss, P.; Horst, T.; Lorin, P.; Pfammatter, K.; Fazlagic, A.; Perkins ,M. Life assessment of power

transformers to prepare a rehabilitation based on a technical-economical analysis, sesión de CIGRÉ de 2002,

informe pp. 12–106.

[3] Eklund, L. y cols.: Increase transformer reliability and availability: From Condition assessment to On-Site

Repair. Power Gen Middle East, Bahréin, 2007.

[4] ABB Service Handbook for Transformers, 1ª edición internacional, 2006.

[5] Pettersson, L.; Fantana, N.L.; Sundermann, U. Life Assessment: Ranking of Power Transformers Using

Condition Based Evaluation, A New Approach, sesión de CIGRÉ en París de 1998, informe pp. 12–204.

[6] Pettersson, L.; Persson, J.O.; Fantana, N.L.; Walldén, K.I. Condition Based Evaluation of Net

Transformers – Experience from a New Ranking Procedure, sesión de CIGRÉ en París de 2002,informe pp. 12-102.

[7] Girgis, R.; Perkins, M.; Fazlagic, A. Evolution of ABB’s Transformer Risk/Life Assessment Process,

procedimientos de la Conferencia internacional de Doble Clients de 2003, informe nº TX1.

[8] Frimpoing, G.K.; Perkins, M.; Stiegemeyer, C.L.; Pettersson, L.; Fantana, N.L. A Prac tical Approach to

the Assessment of Risk of Failure of Power Transformers, simposio de CIGRÉ en Brujas de 2007.

6 Evolución del acetileno (C2H

2) encontrado en el depósito principal de

un transformador controlado

C2H2

9 3 - 0 1 - 0 1

9 3 - 0 7 - 0 1

9 4 - 0 7 - 0 1

9 5 - 0 7 - 0 1

9 6 - 0 7 - 0 1

9 7 - 0 7 - 0 1

9 4 - 0 1 - 0 1

9 5 - 0 1 - 0 1

9 6 - 0 1 - 0 1

9 7 - 0 1 - 0 1

9 8 - 0 1 - 0 1

9 8 - 0 7 - 0 1

9 9 - 0 1 - 0 1

9 9 - 0 7 - 0 1

35

30

25

20

15

10

5

0

c o n c e n t r a c i ó n ( p p m )

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Cien años no son nada en compara-

ción con el tiempo que lleva el hom-bre vagando sobre la Tierra. Pero en

términos de tecnología, son una eter-nidad. Cuando ABB fabricó su prime-

ra subestación hace unos cien años,nadie habría podido adivinar cómo

serían estas instalaciones en la actua-lidad. En aquella época, los interrup-

tores eran voluminosos y complica-dos, y exigían supervisión constante y

mantenimiento frecuente. Gran partedel siglo XX se centró en el desarrollo

de nuevas tecnologías que aumenta-ran la capacidad y la disponibilidad y

redujeran el mantenimiento, y tam-bién en la solución de aspectos como

el tamaño, la velocidad y la automati-zación. Algunos de estos avances e

innovaciones condujeron al lanza-miento en el decenio de 1960 de la

aparamenta aislada en gas (GIS porsus siglas en inglés). Estos equipos

pequeños y compactos redujeron lasdimensiones de una subestación

convencional aislada en aire (AIS) encasi un 90 %. En el decenio de 1970,

la protección electromecánica con-vencional fue sustituida por la protec-

ción estática (amplificadores operati-vos), y las innovaciones posteriores

han dado lugar a los sistemas actua-les de control numérico y protección,

provistos de numerosas funciones ytareas, que se comunican con otros

sistemas por medio de tecnología

digital.

Desde hace algún tiempo, las compa-

ñías eléctricas pueden manejar y con-trolar a distancia las subestaciones

sin necesidad de mantener personalen las instalaciones. Hay subestacio-

nes prediseñadas, prefabricadas ymodulares en distintas configuracio-

nes AIS y GIS que garantizan plazosde entrega cortos y alta calidad de

instalación.

Evolución de lassubestacionesEl diseño de subestaciones a principios delsiglo XX y en la actualidadHans-Erik Olovsson, Sven-Anders Lejdeby

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Evolución de las subestaciones

Hace unos cien años,cuando empezaron a

construirse en serio, las redes

eléctricas no eran especial-mente fiables. Los interrupto-res eran muy complicadosdesde los puntos de vista me-cánico y eléctrico, y exigíanun mantenimiento frecuente.Los cortes de electricidad porrazones de mantenimientoeran la regla, no la excep-ción. Sin suda, la invencióndel seccionador ayudó amejorar la disponibilidad delas redes eléctricas. En lasconfiguraciones de una solalínea utilizadas había muchosseccionadores alrededor delos interruptores, de modo que laspartes adyacentes de la aparamentase mantenían en funcionamientomientras se efectuaban labores demantenimiento en los interruptores.Estas ideas condujeron a los esquemasde barra doble y barra doble más ba-rra de transferencia 1a y 1b . Al margende las consideraciones de manteni-miento, las configuraciones de unasola línea se escogieron para limitarlas consecuencias de los fallos del pri-mario en la red eléctrica (por ejemplo,si el interruptor ordinario no se abríapor un fallo del primario en un com-ponente de salida, o si se producía unfallo en la barra de distribución). Paralas configuraciones indicadas en 1a y1b , estos tipos de fallos causarán lapérdida de todos los objetos conecta-dos a la barra de distribución. Paralimitar tales efectos sin renunciar a los

aspectos de mantenimiento se intro-dujeron las configuraciones de unasola línea con 1½ y 2 interruptores 1c y 1d .

Los interruptores actuales exigen me-nos mantenimiento que sus anteceso-res. En efecto, los interruptores SF

6 de

ABB tienen un intervalo entre servi -cios de mantenimiento (que obligan ainterrumpir el servicio de los compo-nentes del primario) de 15 años. Losseccionadores al aire libre, por otraparte, siguen teniendo un intervalode mantenimiento de entre 4 y 5 añosen zonas con escasa o nula contami-nación. Si el interruptor está situadoen zonas con contaminación natural(por ejemplo, arena o sal) o industrial,necesitará un mantenimiento bastantemás frecuente. Aunque los interruptores de desco-

nexión (o, mejor, la funciónde desconexión) son nece-sarios, sus requisitos de

mantenimiento son, sencilla-mente, inviables, por no ha-blar del aspecto económico. Varios conceptos innovado-res de aparamenta para sub-estaciones aisladas en aire(AIS) han permitido prescin-dir de los tradicionales inte-rruptores de desconexión alaire libre 2 . La función dedesconexión se ha incorpo-rado o integrado en el inte-rruptor. Esto no sólo au-menta la disponibilidad dela subestación, sino que re-duce casi a la mitad el espa-

cio que ocupa. En 3 se ilustra la im-portancia de pasar de una solucióntradicional, por ejemplo, un esquemade 1½ interruptores para una AIS de400 kV con interruptores e interrupto-res de desconexión, a una soluciónque utilice Combined (interruptorseccionador). Las ventajas de ocuparpoco espacio son, entre otras, elmenor coste de adquisición y prepara-ción de terreno, la mayor facilidad deremodelación de subestaciones yaexistentes y un impacto ambientalconsiderablemente menor debido aque hay menos materiales y, enconsecuencia, menos contaminación.

Los transformadores de medida en laactualidadLos transformadores de medida envíaninformación sobre las tensiones eintensidades del primario al equipo


1 Distintos tipos de configuraciones de una sola línea: a , barra doble,b , barra doble más barra de transferencia, c 1½ interruptores yd . 2 interruptores. a y b se centran en el mantenimiento, mientras

que c y d cubren tanto el mantenimiento como los fallos.

A

A

B

B

B

A

A

B

C

a

c

b

d

2 Innovadores módulos de aparamenta de ABB con la función de desconexión incorporada o integrada en el interruptor.a Combined b PASS c Compass d Compact

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usada en las subestaciones, sino tam-bién su aspecto. Muchas subestacio-nes se construían a las afueras de las

ciudades, de modo que su aspecto noera tan importante. Pero el crecimien-to urbano de las últimas décadas hahecho que muchas de ellas quedenenglobadas en el interior de las ciuda-des. Quienes viven cerca de una deestas subestaciones consideran des-agradable tanto su aspecto como lacontaminación acústica que produceel ruido de los transformadores. Pararesolver el problema, las subestacio-nes se han instalado en edificios quearmonizan con los que tienen alrede-dor y se han convertido así en invisi-bles. La reducción del tamaño –entreun 40 % y un 50 % para las AIS de in-terior y entre un 70 % y un 80 % paralas GIS de interior– ha simplificadoenormemente esta operación. El mon-taje de los equipos bajo techo aumen-ta la disponibilidad y fiabilidad de lasubestación, puesto que el riesgo defallos del primario a consecuencia delos animales y la contaminación at-mosférica o industrial se reduce nota-blemente en el caso de las AIS, y porcompleto en el de las GIS. Además, eledificio se puede supervisar a distan-cia, lo que ayuda a prolongar elintervalo entre rondas de vigilanciade la subestación. También favorecela protección frente a robos y atenúanotablemente el ruido del transforma-dor. En los centros urbanos de todoel mundo donde no está permitida laconstrucción de subestaciones ensuperficie, se han instalado GISsubterráneas (es decir, realmenteinvisibles) 4 .Los ingenieros deben tener en cuenta

dos consideraciones importantes alconstruir nuevas subestaciones enáreas urbanas: el tamaño y la seguri-dad. El precio del suelo obliga areducir al mínimo el espacio necesariopara estas subestaciones, y las situa-das en zonas populosas deben contarcon normas más estrictas de seguridadpersonal. Para cumplir estos requisitosde las ciudades y sus alrededores ypara adaptarse a las exigencias indivi-duales, ABB ha desarrollado el con-cepto URBAN para subestaciones de

interior compactas de hasta 170 kV.En las instalaciones de interiorincluidas en este concepto se utilizanexclusivamente los sistemas másinnovadores del actual catálogo de

tan información sobre las tensiones eintensidades del primario. Estos valo-res se transforman en señales digitalesde fibra óptica que se comunican alequipo secundario. La sustitución delos transformadores de medida tradi-cionales por sensores ópticos reduciráaún más las dimensiones de la apara-menta y los costes, mientras que ofre-cerá equipos secundarios más flexi-bles y seguros.

Subestaciones invisiblesEn los últimos cien años no sólo hacambiado drásticamente la tecnología

secundario (protección, control yconsumo). Históricamente, estos trans-formadores eran aparatos enormesconstruidos con materiales de aisla-miento, cobre y hierro. Se usabantambién para alimentar el equipoelectromecánico secundario. En la ac-tualidad, el equipamiento secundarionumérico se alimenta con una fuenteindependiente (por ejemplo, unabatería). Por otra parte, gracias a laaparición de la tecnología de fibraóptica, los enormes transformadoresde medida antiguos pueden sustituirsepor sensores de fibra óptica que facili-

4 Una subestación subterránea realmente invisible. a , el salto de agua amortigua el zumbido del

transformador de potencia y lo enfría. b , se invita a los vecinos de la localidad a que expresen

su opinión sobre el proyecto propuesto. c , aparamenta subterránea aislada en gas.

a b

c

3 Resultado de sustituir los interruptores tradicionales de 400 kV e interruptores de

desconexión (izquierda) por una solución Combined (interruptor seccionador). Nótese el

espacio tan reducido que ocupa.

Seccio-nador

Mayor disponibilidadMenor impacto ambiental

Más económicoOcupa menos espacio

Seccio-nador

Espaciolibre

Espaciolibre

Inte-rruptor

Transfor-mador decorriente

160 m103 m

72 m 60 m

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medio ambiente; y, por último, es se-gura para el personal y para terceros.

Sistema secundario de la subestación Al igual que sus homólogos, los siste-mas primarios, los sistemas secunda-rios han cambiado mucho con losaños. Así, los días del funcionamientomanual dieron paso a una forma másavanzada de gestión de la informa-ción. El sistema secundario de unasubestación moderna 6 se utiliza paralo siguiente: Protección y supervisión del sistemaprimario. Acceso local y remoto a los aparatosdel sistema de alimentación. Funciones locales manuales y auto-máticas. Enlaces e interfaz de comunicacio-nes del sistema secundario. Enlaces e interfaz decomunicaciones con los sistemas de

gestión de la red.

Todas estas funciones lasrealiza un sistema de auto-

matización de subestación(SAS) que contiene disposi-tivos programables del se-cundario, conocidos comodispositivos electrónicosinteligentes (IED) para ta-reas de control, supervisión,protección y automatiza-ción. Las característicashabituales de un IED sonlas siguientes: Puede usarse para una omás bahías de aparamenta.

Incluye funciones de pro-tección independientespara cada alimentador.Realiza cálculos a gran velocidad y en tiempo

extraíble COMPACT de 52 kV. Estemódulo no necesita cimentación,pues va articulado al lateral del mó-dulo del transformador de potencia. Un módulo de media tensión con laaparamenta montada en cubículos.En este módulo se incluye equipoCC/CA auxiliar, de relés y controlpara el conjunto de la subestación. Al igual que el módulo de alta ten-sión, va articulado al módulo deltransformador.

La solución MALTE, además del pocoespacio que ocupa y la rapidez conque puede montarse, ofrece lo si-guiente en comparación con la solu-ción tradicional: mayor disponibilidad,puesto que es un equipo de interior;menor coste de mantenimiento y vigi-lancia; la subestación, incluidos loscimientos, puede desmantelarse ytrasladarse con rapidez; respeta el

productos de ABB. Se pueden em-plear tanto módulos aislados en airecomo en gas SF

6, dependiendo de las

necesidades particulares de cada ins-talación.

Subestaciones de interior prefabricadasUna subestación prefabricada permiteuna instalación rápida y fácil en el lu-gar de destino, lo que acorta el tiem-po total de construcción y minimizalas molestias para el vecindario. Almismo tiempo, la calidad del suminis-tro es mayor debido a las pruebascompletas que se realizan en fábricaantes del envío. Un ejemplo es MAL-TE, un tipo de subestación de distri-bución con un transformador de hasta16 MVA. Una subestación MALTEconsta de módulos prefabricados quese comprueban en fábrica antes de suenvío. El cableado del primario y elsecundario situado entre los módulosse prepara de modo que per-mite una conexión rápida. Elmontaje y las pruebas en elemplazamiento llevan sólo

una semana, después de lacual la subestación está listapara entrar en servicio. Lasuperficie que ocupa, unos100 m2, es menos del 30 % dela necesaria para una subes-tación AIS de exterior. Unasubestación MALTE 5 constade tres módulos principales: Un módulo transformador

de potencia que incluye eltransformador principal,una cimentación prefabrica-

da que hace las veces dedepósito de aceite, los mu-ros y una cubierta. Un módulo de alta tensión provisto de un interruptor

5 Subestación MALTE prefabricada: a subestación anterior, b subestación nueva y c interior de la nueva subestación con un transformador de

potencia en el centro, alta tensión a la derecha y media tensión y equipo secundario a la izquierda.

a b c

6 Estructura de un sistema moderno de control y protección

Espacio detrabajo deingeniería

Comunicacióna distancia

GPS

Cont ro l Prot ecciónControl yprotección

Bus de proceso(LAN) IEC61850-9-2

Bus de datos de estación(LAN) IEC61850-8-1

Control yprotección

Interfaz hombre-

máquina de laestación

Nivel de estación

Nivel de proceso

Nivel de bahía

Interfaz delproceso

Interfaz delproceso

Interfaz delproceso

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car el contacto con el cliente. Los proyectos pueden ejecutarse utilizandouna base de datos común evaluadapor ambas partes.

En el futuro, los equipos de regula-ción de la electricidad de las subesta-ciones estarán aún más integrados yserán más compactos, mientras quelas funciones de medición y todas lasfunciones del secundario se basaránen fibra óptica. En otras palabras:unas cuantas conexiones de fibraóptica sustituirán a toneladas deporcelana, cobre y hierro. Estoacelerará aún más el proceso deentrega, reducirá las dimensionesde las subestaciones y las hará másrespetuosas con el medio ambiente.

Hans Erik Olovsson

Sven-Anders Lejdeby

Sistemas eléctricos de ABB, Subestaciones

Västerås, Suecia

[email protected]

[email protected]

Referencia

[1] Frei, C., Kirrmann, H., Kostic, T. Maeda, T.

Obrist, M. “ Velocidad y calidad.” Revista ABB

4/2007, páginas 38–41.

La prefabricación es adecuada tantopara los proyectos de nueva plantacomo para los de remodelación. La remodelación futura se simplifica y puede realizarse con menos tiem-po de parada reemplazando todo eledificio prefabricado.

ComunicaciónEn un SAS, es esencial que la comuni-cación entre IED sea eficaz y rápida.En las subestaciones de ABB se hausado durante muchos años una co-municación numérica, pero la falta deprotocolos normalizados limitaba laeficacia de los SAS y restringía lamezcla de los IED de ABB con losde otras empresas. Para superar esteproblema, ABB ha participado y res-paldado activamente a la IEC en eldesarrollo de una norma para lacomunicación en subestaciones,conocida como IEC 61850 [1].

Las subestaciones modernas suelencontrolarse a distancia, y la comunica-ción entre la subestación y el centro

de control remoto se realiza medianteuna red de área extensa (WAN). En laactualidad, los nuevos tendidos aéreoso las conexiones de cables de poten-cia se equipan con fibra óptica paramantener el sistema de comunicacio-nes de protección y la WAN.

Una mirada al futuroEn los últimos cien años hemos asisti-do al avance de la economía desde laera industrial a la era de la informa-ción. Muchas ideas fascinantes, en

particular la World Wide Web, hancambiado la forma de vivir y de traba-jar de muchas personas y empresas.Para una empresa como ABB, Internetes un medio para acelerar y simplifi-

real que activarán, en su caso, unaseñal de activación. Se supone que un IED es undispositivo que combina control yprotección, aunque puede tenerfunciones independientes de sólocontrol o sólo protección. Puede comunicarse con todos losdemás IED.

Para aumentar la fiabilidad y disponi-bilidad de un sistema de automatiza-ción de subestación (SAS), la partecorrespondiente a la protección puededuplicarse a fin de ofrecer un sistemaredundante. Para una total redundan-cia, todos los IED y sistemas de apoyo(como el de alimentación) deben estarduplicados para garantizar que los dossistemas puedan trabajar independien-temente uno de otro.

PrefabricaciónEn las subestaciones modernas, laprefabricación y las pruebas previasdel equipo de automatización se estánconvirtiendo rápidamente en la nor-

ma. El sistema se entrega dividido ensecciones que contienen todas lasfunciones necesarias para una partedel sistema primario, y después bastaconectar entre sí estas secciones confibra óptica 7 . La prefabricación tienenumerosas ventajas, entre otras: Los costes totales pueden mantener-se bajos gracias a la optimización dela fabricación y las pruebas. La calidad es mayor, ya que elmódulo ha sido comprobado en sutotalidad en fábrica y se envía con

todo el cableado intacto. Puesto que la mayor parte del mon-taje y las pruebas se realizan antesdel envío, el tiempo en la obra sereduce considerablemente.

7 Prefabricación de un sistema de relés y control: a comprobación en fábrica de todo el equipo de la subestación, b transporte de módulos

completos a la subestación, c equipo en servicio.

a b c

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Con el impulso dela energía

A ABB nunca le faltan soluciones para hacer funcionar y controlar la redClaus Vetter, Neela Mayur, Marina Öhrn



Las redes eléctricas crecen en lamisma medida en que lo hace la de-manda mundial de energía. En laseconomías en crecimiento, como lasde China e India, la necesidad deenergía está presionando sobre lacapacidad del sistema existente,mientras que en otras partes delmundo los esfuerzos reguladores encurso obligan a una reestructuracióncontinua de las infraestructuras

vitales. El mantenimiento de lo quesólo puede describirse como unainfraestructura muy dinámica exigemuchas operaciones complejas. Sinembargo, independientemente de la

complejidad de estas tareas, el sumi-nistro fiable de energía debe sersiempre el objetivo principal decualquier proveedor de soluciones desistemas de energía eléctrica.

Como proveedor número uno mundialen este campo, ABB lleva muchasgeneraciones ayudando a los clientesa gestionar sus redes y desempeñan-do un papel vital en la explotación de

sistemas de energía. Las continuasmejoras e innovaciones han llevado aldesarrollo de soluciones modernas ycompletas para controlar y explotar lared. Por ejemplo, la Plataforma

Network Manager (Gestor de Redes) de ABB hace posible las solucionesSCADA (control de supervisión yadquisición de datos) tradicionalespara la gestión de la generación ytransmisión, funciones de gestiónde la distribución y parada, así comosistemas de gestión comercial para laventa de energía. Por muy impresio-nantes que sean estas soluciones,una compañía no debe confiarse

nunca. Un clima de mercado en trans-formación constante significa que ABB está continuamente ampliando oactualizando su ya extensa cartera desoluciones de explotación de energía.

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Con el impulso de la energía


abierta y una integración versátil de lasaplicaciones empresariales de ABB enel software de terceros. Además, hace

posible el SCADA tradicional, las solu-ciones de gestión de generación ytransmisión, las funciones de gestiónde distribución y parada, así como lossistemas de gestión empresarial (BMS)para la comercialización de energía.

Los BMS son sistemas de operacionesde mercado que proporcionan solucio-nes completas de software para gestio-nar mercados centrales de energía paraoperadores independientes de sistemas(ISO), organizaciones comunes paraenergía y organizaciones regionales detransmisión (RTO). Un BMS típico ofre-ce herramientas para la programaciónde la generación en tiempo real o conun día de adelanto, y se facilita en unaplataforma de arquitectura abierta quedispone de interfaces de última genera-ción con otros sistemas de software. ElBMS también facilita una plataforma decomercio electrónico para administrartodos los aspectos de un mercado deenergía competitivo, y proporciona unainterfaz de liquidaciones y mediciones.

El sistema de gestión de generación(GMS) de la compañía admite una ex-plotación avanzada, una programaciónóptima y un análisis de las centraleseléctricas generadoras. Esto incluyeprevisiones de carga, pronóstico deentrada de energía, evaluación de tran-sacciones, subastas, compromiso de las

mas, en especial de los de tecnologíasde la información (TI) para transmisión y distribución de energía. Desde el de-

sarrollo del primer sistema de controlremoto de centrales eléctricas en la dé-cada de 1920 por parte de ASEA y BBC,la compañía ha recorrido un largocamino con sus sistemas de TI de hoyen día que no sólo ayudan a los clientesa gestionar sus redes, sino que tambiénles permiten desempeñar un papel vitalen la explotación de sistemas de ener-gía. Las soluciones de ABB van desdeun simple sistema SCADA hasta sistemasavanzados de transmisión y distribuciónque garantizan un funcionamientoseguro y estable y evitan apagones. Además, se dispone de modernos siste-mas de información de energía paraayudar al operador a garantizar que lared se explota de forma óptima desdeel punto de vista económico. Toda lainformación empresarial se puedeobtener con un solo clic del ratón.

El Network Manager de ABB ofrece unaamplia gama de funciones para satis-facer las necesidades de los operadoresde redes de transmisión y de los deredes combinadas y generación deenergía. Éstas van desde el análisis y laoptimización de operaciones del día adía y programación a corto plazo, hastala gestión y control de generación entiempo real.

La plataforma Network Manager de ABBproporciona una arquitectura de sistema

Cada toma o enchufe de un hogar,

industria o punto de consumo se

conecta con una miríada de líneas y

conexiones, que forman una red simi-lar a las venas de un sistema cardio-

vascular. Las redes de distribución

están continuamente cambiando de

forma y dimensión cuando se incorpo-

ran consumidores, se conectan o des-

conectan aparatos o cuando partes

del sistema se someten a reparación o

mantenimiento. Construidas en estrella

o en anillo, reticuladas o no reticula-

das, como cables o líneas eléctricas aé-

reas, la red de distribución se conecta

finalmente a subestaciones. En éstas,

en el límite de los sistemas de transmi-

sión o subtransmisión, la mayor parte

de la energía se alimenta, convertida,

regulada y controlada, a la red de

distribución. La red de transmisión

actúa como un sistema de arterias que

suministra energía a todas las partes

del sistema, y cualquier anomalía ten-

drá una amplia repercusión como, por

ejemplo, que se apaguen milliones de

luces, se colapse la infraestructura pú-

blica y se perjudique a las personas y

la economía. Por lo tanto, un suminis-

tro fiable de energía debe ser siempre

el objetivo principal de una compañía

que proporcione soluciones para los

sistemas eléctricos en todo el mundo.

Soluciones para transmisióny distribución ABB ha estado durante muchas décadasen la vanguardia del desarrollo de siste-

Ámbito de suministro para ofertas de gest ión de redes

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dades operativas de las compañíaseléctricas.

Justificación de la Gestión de Redde ABBLas reglas de mercado que afectan a laexplotación están cambiando constante-mente. Se han identificado en la actuali-dad tres factores que afectan al modode explotación de las redes de energía, y el primero de ellos se centra en lacreciente demanda de energía. Todas laseconomías en desarrollo necesitan másenergía, lo que obliga a las empresaseléctricas a explotar sus sistemas deforma más cercana a sus límites físicos.Esto, a su vez, reduce el margen deseguridad del suministro y ejerce máspresión en los equipos de red1). Al mismo tiempo, con cada vez másredes interconectadas entre países2), la

EMS se queda corto. El DMS puede en-cargarse de la reconfiguración del ali-mentador, la programación del compo-

nente de energía reactiva y los modelosde cortes en la línea. También se adaptaa las cambiantes topologías de las redesdebidas a ampliaciones, mantenimientoo paradas locales temporales, y permiteuna visión geográfica de la red de distri-bución 1 . Una función de gestión deparadas proporciona la capacidad de in-tegrar los sistemas de gestión de infor-mación al cliente y de llamadas de ave-rías en el sistema SCADA/DMS existente,permitiendo así a los operadores gestio-nar la red de distribución con un siste-ma totalmente integrado.

Los sistemas de gestiónembresarial (BMS) sonsistemas de operacionesde mercado queproporcionan solucionescompletas de softwarepara gestionar mercadoscentrales de energía.Por último, las soluciones de comunica-ciones dentro de la empresa de ABBcompletan la cartera de productos yproporcionan funcionalidades para lasredes de comunicación operativa ycorporativa. Las soluciones de bandaancha y transporte por red permiten latransmisión de voz y de señales vitalesde control y protección para las necesi-

unidades, programación de generaciónhidroeléctrica y una utilización óptimade recursos de generación con progra-

mación y venta integrada, frecuenciade carga multizona y equilibrio de laslíneas.

El sistema de gestión de energía (EMS)de ABB amplía la funcionalidad de SCA-DA para formar la solución SCADA/EMS, con aplicaciones como estimacio-nes de estado, que proporciona unaimagen detallada y precisa de la red,con una resolución de tiempo de segun-dos o minutos Los análisis de contingen-cia, también parte del EMS, ayudan alos operadores a gestionar situacionessimuladas para distintas condiciones dered a fin de determinar, por ejemplo,qué medidas correctoras se necesitanpara poder mitigar las sobrecargas deforma óptima, o para evaluar el balance y los márgenes de la energía reactiva, oincluso para gestionar límites de carga.En resumen, el EMS permite a las em-presas eléctricas realizar operacionesseguras y eficientes en mercadosregulados y liberalizados:

Gestionando flujos de potencia activa y perfiles de tensión Determinando rápidamente laseguridad operativa

Detectando y mitigando congestiones Identificando caídas de tensión Realizando análisis de anomalíasregistradas y simulando tareas derestauración

Proporcionando un simulador paraformación

Sin embargo, las aplicaciones EMS noson las ideales para hacer un modelo delos detalles de la red de distribución. En

efecto, el tamaño del modelo de red, entérminos de sistemas de energía, sueleser un factor más importante en lossistemas de distribución que en los detransmisión. Para compensar esto, lasaplicaciones del sistema de gestióndistribuida (DMS) aumentan la funciona-lidad del SCADA para crear la soluciónSCADA/DMS en campos en los que el

Notas a pie de página1) La ampliación de las redes se realiza a menor

velocidad por razones económicas y ambientales.2) La red europea UCTE, que se extiende desde

Dinamarca hasta Grecia y desde Portugal hasta

Rumanía y Bulgaria, suministra actualmente a unos

450 millones de consumidores un consumo anual

de unos 2.300 TWh.

1 Proceso distribuido geográficamente

Estaciones de operador

Módem

Reserva en líneade SCADA

B A

Automati zaciónde subestaciones RTU RTU RTU…

Red de comunicaciones

SCADA LAN

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distribución de tensión y frecuencia 2 ,o de oscilaciones de potencia a nivel detoda la red son ejemplos de la informa-

ción adicional que se puede facilitarcuando se observa la situación de unsistema antes de que se produzca unhecho crítico.

Con la combinación de grandes siste-mas, por no mencionar el cada vezmayor tamaño de las redes, la cantidadde errores y alarmas que debe procesarel operador puede ser abrumadora. ABBapoya a sus clientes con un sistema degestión de alarmas capaz de identificarlas causas profundas. El sistema ayuda afiltrar alarmas y suprime hechos repeti-dos para que el operador pueda reac-cionar rápidamente ante fallos del siste-ma en el momento preciso.

La influencia normativa, la economía yla creciente utilización de infraestructu-ras estándar de TI están promoviendo laintegración de sistemas de TI más alláde sus límites iniciales. Sin embargo, lasdificultades técnicas de dicha integra-ción son considerables. Los aspectosrelacionados con la ciberseguridadcomplican aún más la situación. Con lanormativa NERC/CIP sobre ciberseguri-dad3) en vigor desde principios de 2008,la Gestión de Redes de ABB está desa-rrollando o utilizando constantementeun completo conjunto de herramientaspara facilitar a los usuarios finales laposibilidad de cumplir esas normativas

sistema, permitiendo así al operadoradoptar medidas correctoras de inme-diato en caso de situación crítica para el

sistema. Se obtienen resultados de granprecisión cuando las mediciones conPMU se integran en el estimador de lasituación de ABB. Estas mismas medi-ciones con PMU se utilizan también pa-ra evaluar el estado general del sistemade energía, como parte de los serviciosde Control y Vigilancia de AmpliasZonas de ABB. En consecuencia, losoperadores pueden adoptar medidascorrectoras –por ejemplo, utilizandodispositivos FACT (sistemas flexibles de

transmisión en corriente alterna) paracontrolar el flujo de energía–, basadasen la información de toda la red.En una situación típica de emergencia,los operadores se ven abrumados congrandes cantidades de datos y alarmas. ABB está investigando en la actualidaddiferentes soluciones para ayudar a lasempresas eléctricas en este aspecto.

En primer lugar, la conciencia operativade los usuarios de la sala de control seagudiza si se proporciona más informa-ción visual sobre la situación del sistemade energía. Normalmente, la caída delsistema de energía es consecuencia deuna serie de fallos en cascada en la red,por lo que es importante no sólo ver loscomponentes individuales, sino que sedeben identificar fácilmente aconteci-mientos a escala de todo el sistema.La inclusión de mapas de contorno de

influencia de la economía en el suminis-tro de energía, que es el segundo factor,es mayor que nunca. En otras palabras,

en lugar de que la física y la seguridadinfluyan en el comportamiento y en losplanes de las empresas eléctricas, comosucedía en el pasado, las leyes del mer-cado son ahora las fuerzas que impulsanla circulación de energía por la red. Estecambio exige conectividad con muchossistemas de TI no operativos, como laERP (Planificación de los Recursos dela Empresa) y la CRM (Gestión de Rela-ciones con los Clientes), que contienendatos empresariales importantes.

El tercer y último factor se centra en losefectos medioambientales colaterales deuna mayor generación de energía, enespecial en el nivel de emisiones deCO

2. El foco de atención está ahora

meridianamente centrado tanto en eluso eficiente de la energía como en unamayor utilización de energía renovable y distribuida.

Compañías como ABB pueden abordarsin dificultad alguno de estos aspectos.Las soluciones descritas anteriormentecontribuyen en gran medida a afrontarla naturaleza cambiante del mercado.No obstante, fue preciso recurrir a algu-nas iniciativas tecnológicas para afrontarmejor estos retos. Tales iniciativas sedescriben en los apartados siguientes.

Soluciones innovadorasMientras que las soluciones tradicionalesde automatización de subestacionesprotegen en milisegundos a personas yequipos de fallos de funcionamiento,los sistemas SCADA/EMS trabajan encuestión de minutos cuando tratan las

condiciones de funcionamiento de lared. Sin embargo, con tantas redes deenergía en todo el mundo funcionandocasi al límite, el tiempo para actuar yreaccionar ante anomalías es cada vezmás corto y más valioso. Tradicional-mente, muchos sistemas de energíainforman de sobrecargas o caídas detensión en líneas o nodos de la red. Noobstante, se requiere una visión máscompleta de la situación para abordarcon rapidez las consecuencias de talesproblemas, que afectan a todo el siste-

ma. Utilizando las soluciones basadasen la Unidad de Medición de Fasores(PMU de ABB) se puede obtener estaimagen. Lo que hacen es proporcionaruna visión de la red dentro de todo el

2 Colores de red dinámica en Network Manager. Los colores rojo/azul indican una desviación

respecto a la tensión nominal (alto/bajo).

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Cuando las redes se vuelven inteligentes

Automatización inteligente de las redes de distribuciónCherry Yuen, Duncan Botting, Andrew D.B. Paice, John Finney, Otto Preiss

El suministro clásico de electricidad desde grandes unidadescentrales de generación hasta las redes de distribución de

secciones decrecientes por medio de redes de transporte fiables

se debe complementar ahora con una generación distribuida quesatisfaga las demandas cambiantes de la sociedad moderna. Laexigencia de fuentes renovables para la producción de electrici-

dad, combinada con la demanda de un mayor rendimiento ener-gético, está redefiniendo los mecanismos clásicos de suministro.

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Desafíos técnicosLa introducción de las nuevas redesinteligentes abre la puerta a complejida-

des hasta ahora desconocidas. Así, elsentido del flujo de la energía puedeinvertirse si la capacidad de generaciónsupera la demanda local, con el fin deutilizarla para compensar las cargasaplicadas en una zona próxima. Estosefectos pueden verse limitados al campode la baja tensión, pero también puedenapreciarse en el de la media tensión 2 .Se puede llegar a la congestión de lared cuando se alcance o se supere la ca-pacidad de transporte de las líneas. Esteproblema se acentúa cuando las fuentesde energía distribuidas no están próxi-mas a los consumidores principales. Elsistema de automatización que gestionaestas situaciones exigentes puede teneracceso a los cambios dinámicos entiempo real de la red. Esto exige másmediciones, algoritmos de estimacióndel estado y ajustes flexibles de control y protección.

Además, el sistema de automatizacióndebe tener inteligencia suficiente paraacomodar unos perfiles de generación,que cambian con la meteorología y lahora (es el caso de la producción eólica y fotovoltaica). El resultado será una dis-tribución continuamente variable encuanto a flujo y dirección de la energía,en contraste con el transporte clásicounidireccional y relativamente establede la red de distribución actual. Todasestas funciones exigen un mayor usode tecnologías de la información y lascomunicaciones (ICT) rápidas y fiables.El volumen de datos necesario para eje-cutar las diversas funciones de una redinteligente es enorme y variado. Los da-

en el sistema de automatización corres-pondiente. También se precisa un siste-ma de automatización inteligente de

este tipo para facilitar el desarrollo deestructuras comerciales y reglamentariasque se proyecten sobre la red eléctricafísica. Los mercados liberalizados dispo-nen ahora de interlocutores comercialesfragmentados que requieren solucionesadministrativas más flexibles que lasestructuras de mando y control clásicas,integradas de forma vertical. Los orga-nismos reguladores necesitan que lasdistintas partes de la cadena de suminis-tro efectúen y registren sus transaccio-nes de forma sólida, al tiempo quedemuestran la prestación más rentablede sus servicios.Una red eléctrica inteligente óptimapodría autocontrolarse en buena medidacon ayuda de la tecnología de la infor-mación más reciente. Esto significa quesería capaz de aceptar cualquier tipo defuente de generación, de suministrar apetición energía de cualquier calidad,de autodiagnosticarse y hasta de auto-rrepararse por medio del aprovecha-miento inteligente de las redundancias.Los gobiernos están actuando para ace-lerar proyectos de investigación, desa-rrollo y despliegue que lleven a la prác-tica esta visión de la gestión de redesactivas. Son ejemplos la IntelliGrid lide-rada por el Instituto para la Investiga-ción de la Energía Eléctrica [1] y la Plata-forma Tecnológica Europea de RedesInteligentes [2] promovida por la Comi-sión Europea 1 . ABB ha desempeñadouna función decisiva en el liderazgo deeste nuevo y fascinante campo domina-do por la tecnología, y ha participadodecididamente en el desarrollo de la visión europea de la red inteligente.

Por término medio, la mayoría delos sistemas actuales de produc-

ción y transporte de energía eléctrica

han perdido más del 60 % en forma decalor antes de empezar a entregarenergía útil al usuario final. Un medioprometedor para reducir estas pérdi-das es la generación distribuida dela electricidad más cerca del usuariofinal. Esto ha llevado a un enormeincremento de la demanda de solucio-nes como la microgeneración en loshogares e industrias para conectarlacon la calefacción y la refrigeración(microunidades combinadas de calor y electricidad [micro CHP]), con unaumento de la energía aprovechablede hasta el 85 %.Las fuentes renovables de generaciónlocal –eólicas, solares y micro CHP–plantean problemas nuevos y difíciles.Mientras que antes el flujo de la energíaera unidireccional –desde la central deorigen hasta el consumidor distribuido–,ahora hay que gestionar un flujo bidi-reccional de generación distribuida. Es-tas fuentes deben coordinarse en tiemporeal con las unidades clásicas de genera-ción de la red. Los operadores de redesde distribución (ORD) afrontan ahora elreto de suministrar redes y servicios ca-paces de actuar con este nuevo paradig-ma, una cuestión que tradicionalmentese gestionaba en el ámbito del transporte.

De redes pasivas a redes activasEn consecuencia, las redes de distribu-ción están cambiando de las redes pasivas tradicionales (aquellas que se pro- yectaban para unas cargas de pico de-terminadas y para trabajar como redesque se montaban y se olvidaban) a otrasmás activas que se adaptan dinámica-

mente para absorber las demandascada vez mayores que se les imponen.Muchas pequeñas unidades generadoraspodrían gestionarse como una solafuente, llamada central eléctrica virtual(CEV). Los ORD podrían gestionar laconexión de electrodomésticos de líneablanca (por ejemplo, refrigeradores ocongeladores) para disponer del controlde cargas activas y reactivas en la redlocal, perfeccionando así la idea delcontador inteligente.Las soluciones de almacenamiento de

energía que alivian los problemas delimitación de capacidad pueden formarparte de lo que se contempla ahoracomo una red futura inteligente, basadaen la gestión activa de la red (GAR) y

1 Visión de las redes futuras (según un informe de la UE sobre la Plataforma Tecnológica Europea

de Redes Inteligentes). DG: generación distribuida; RES: recursos de energía renovable; DSM:

gestión en el lado de la demanda.

Calidad, seguridad yfiabilidad especificadaspor el usuario para la era digital

Gestión de energía local ycoordinada e integración total

de la DG y los RES con unageneración de energía

centralizada a gran escala

Generación distribuida,de pequeña extensión,

conectada cerca delos clientes finales

Estructuras legalescoordinadas que faciliten

el comercio transfronterizo de energía y servicios de red

Ampliación,mantenimiento yexplotación de la red, flexibles,optimizados y estratégicos

DSM flexible y servicioscon valor añadidodeterminado por el cliente

Redes para

el mañana

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protocolo para los dispositivosde automatización de las líneasde alimentación existentes de

los ORD. Además, ABB está desplegandoun nuevo sistema de almacena-miento de energía en una sub-estación de EDF Energy dondela producción eólica se interco-necta con una red débil de me-dia tensión. El nuevo compen-sador dinámico de energía SVCLight Energy Storage es unacombinación revolucionaria delSVC Light STATCOM2) de ABBcon un sistema de baterías deCC de 6 kV, formado por pilasde almacenamiento de energíaeficaces y respetuosas con elmedio ambiente.

MicrorredesEste proyecto, apoyado por la UE, tratade identificar las oportunidades y resolver las dificultades derivadas de la proli-feración de microrredes en Europa. Unamicrorred es una interconexión autosufi-ciente y no estrictamente definida degeneración distribuida, cargas industria-les y residenciales en una red de bajatensión sin conexión continua con unared mayor y más potente. Además, lacreación de microrredes ad hoc a partirde bolsas aisladas de una red mayorofrece la posibilidad de frenar los cortesen cascada a la par que se mantiene enlínea las cargas críticas.

ADDRESSRedes de distribución activa con integra-ción plena de la demanda y los recursosde energía distribuidos (ADDRESS) esotro ambicioso proyecto en el que parti-

cipan varias compañías, varios provee-dores de sistemas eléctricos y electrodo-mésticos de línea blanca, empresas detelecomunicaciones y numerosas univer-sidades. Su objetivo es desarrollar unmarco comercial y técnico que permitarealizar todas las ventajas de las redesactivas con recursos distribuidos.

Gestión activa de redesLa gestión de redes actual se basaprincipalmente en un sistema SCADAcentralizado que recopila regularmente

un proyecto de investigación y desarro-llo en colaboración patrocinado porel Consejo de Investigación en CienciasFísicas e Ingeniería del Reino Unido(EPSRC) que trata de demostrar nuevosconceptos de explotación de las redesen el Reino Unido. Además de ABB,forman parte del consorcio dos opera-dores de redes (ScottishPower y EDFEnergy) y siete universidades del ReinoUnido, incluido el Imperial College deLondres.El objetivo de AuRA-NMS es demostrarlas ventajas de una gestión de redesactiva basada en una arquitectura distri-buida integrada en una infraestructura ya existente de control y material. Estocomprende el empleo de innovadorasbaterías de almacenamiento para aprovechar las ventajas de las oportunidadesde comercio, el apoyo a la capacidadlimitada de los tendidos aéreos y el

control de la estabilidad de la red comorespuesta a los distintos tipos de pro-ducción distribuida. El proyecto buscaasimismo proporcionar soluciones auto-matizadas a la gestión de limitacionescomplejas.La nueva Automatización de Estacionesde la serie COM 600 de ABB es el con-trolador del sistema de gestión de redempleado en el proyecto. Está diseñadopara complementar la automatización desubestaciones y los sistemas de gestiónde red, ya en servicio en Scottish-Power

y EDF Energy. La serie COM 600 ofreceinteroperabilidad y la posibilidad deampliación mediante el cumplimientode la norma IEC 61850, y proporcionaun cierto grado de apoyo al antiguo

tos proceden de distintasfuentes y sistemas (por ejem-plo, SCADA1)) y la plataforma

del mercado energético, y sontanto históricos como entiempo real, con tasas demuestreo que varían segúnlos requisitos funcionales yde comunicación. En elnuevo sistema ITC se debeencontrar un equilibrio entrela multiplicación de los sen-sores y las estimaciones com-plejas del estado para mante-ner bajos los costes.El siguiente desafío es inte-grar la nueva arquitectura ICTcon la infraestructura ya insta-lada de las eléctricas. MuchosORD están explotando infra-estructuras eléctricas y de ICTque tienen al menos 10 años y no seajustan al gran volumen de datos queexige la GAR. El empleo de diferentesnormas de transmisión de datos y el an-cho de banda insuficiente de los canalesde comunicación obstaculizan la im-plantación de redes inteligentes en unfuturo próximo.

Además de gestionar el funcionamientotécnico de una red inteligente, la GARdebe mantener las numerosas tareasadministrativas de los operadores dela red. En una red inteligente, los opera-dores de las unidades de generación ylos proveedores de infraestructuras dedistribución son entidades jurídicasdistintas con la misma necesidad deautomatizar los procedimientos conta-bles de su actividad.

El camino hacia el futuroLa construcción de la próxima genera-ción de redes activas de suministroeléctrico exige una combinación detecnologías nuevas y en uso desplega-das de una forma nueva, infraestructurasexistentes aprovechadas de forma ópti-ma y cambios en las prácticas operativasde las compañías eléctricas. En un con-texto de investigación y desarrollo tancomplejo y en el que confluyen muchosintereses sólo se puede avanzar colabo-rando en equipo. ABB participa en losproyectos descritos a continuación, ba-

sados todos en el trabajo en equipo.

AuRA-NMS AuRA-NMS (Sistemas de Gestión deRedes Activas Regionales Autónomas) es

2 a Flujo unidireccional; b flujo inverso únicamente en una sección

de línea de alimentación de 11 kV; y c flujo inverso a través de un

transformador 33 kV / 11 kV

a b c

MV 33 kV

11 kV

MV 33 kV

11 kV

1

MV 33 kV

11 kV

1

2

Notas a pie de página1) SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition

(Control de supervisión y adquisición de datos).2) STATCOM: compensador estático.

7/25/2019 Revista ABB 1 2008 72dpi





3 presenta un ejemplo de gestión dered activa basado en el control descen-tralizado. El controlador de subestación

inteligente, que se instala en varias sub-estaciones de media tensión, dispone defunciones de pasarela, es decir, puedetraducir los datos del protocolo de co-municaciones del proceso al protocolode comunicaciones del centro de con-trol de red, y viceversa. Además, estoscontroladores tienen inteligencia distri-buida.

Primeros pasosEl método altamente integrado ymultifacético de construcción de unared inteligente sólo se puede gestionarcon la colaboración de todas las partesinteresadas. Una porción pequeña peroimportante de esta cooperación corres-ponde a los sistemas de automatizacióninteligentes para las redes de distribu-ción y, además, a la implantación de lagestión de la red activa. ABB está ha-ciendo importantes contribuciones entodos los aspectos de este trabajo, apor-tando nuevos dispositivos que mejoranel suministro de energía local e investi-gando las tecnologías de comunicación y control que están en la base de unsistema distribuido inteligente.

Cherry Yuen


Baden-Dättwil, Suiza

[email protected]

Duncan Botting

Tecnologías eléctricas de ABB

Stone, Reino Unido

[email protected]

Andrew D.B. PaiceInvestigación corporativa de ABB


[email protected]

John Finney


Raleigh, EE.UU.

[email protected]

Otto Preiss



[email protected]

Referencias

[1] www.epri.com/IntelliGrid (noviembre 2007)

[2] www.smartgrids.eu (noviembre 2007)

reducida, que garantice un funciona-miento local óptimo. Los controladorescentralizados tienen la inteligencia sufi-

ciente para coordinarse entre sí paraasegurar un funcionamiento conjuntofiable. Alguna de estas nuevas funciones ahoranecesarias son similares a las presentesen el sistema de gestión de energía(EMS) actual; por ejemplo, el análisiscombinado de flujo-carga y la predic-ción de la producción, aunque ahorase deben utilizar a escala local. Aúnmás importante: en vez de responder deforma pasiva a los sucesos de la red dedistribución, una red activa debe prede-cir (basándose en la información conti-nua y de tendencias) lo que probable-mente ocurrirá y actuar por anticipadoa partir de los datos. Esta predicción seaplica tanto a la generación como a lacarga.Otra función importante de una redactiva es la posibilidad de adaptar losajustes de los Dispositivos ElectrónicosInteligentes (IED) –relés de protección,por ejemplo– en función de los estadosde funcionamiento de la red en tiemporeal. Los relés clásicos admiten muypocos ajustes de autoadaptación a lascondiciones de flujo de la energía, perola integración de la generación distribui-da exige un número mayor de ajustespara gestionar la red de forma eficaz yfiable en tiempo real. Esto se materializaen unos ajustes dinámicos más sofistica-dos, basados en los datos en línea y enla coordinación meticulosa de todos losrelés afectados.

las mediciones efectuadas en línea des-de puntos de telemetría de la red dedistribución. La infraestructura clásica de

comunicaciones de los sistemas SCADAse ha diseñado para que recoja datosuna o dos veces por minuto y envíe ór-denes de control cuando sea necesario.Las aplicaciones actuales no han necesi-tado una tasa mayor de adquisición dedatos. Pero estas tasas de adquisicióntan reducidas son insuficientes cuandohay que gestionar redes más complejasde generación distribuida.

Para resolver este problema se puedemejorar la infraestructura de comunica-ciones para aumentar la tasa de adquisi-ción de datos o almacenar los datos delas mediciones en línea en una subesta-ción local e intercambiar los datos relevantes entre las subestaciones a fin deejecutar aplicaciones sofisticadas entiempo real. La cantidad de datos alma-cenada es menor que la conservada enla base de datos de SCADA, ya que cadasubestación es responsable únicamentede su propia parte de la red. Así sepueden guardar datos con una frecuen-cia mayor, por ejemplo, una vez porsegundo o por microsegundo, según laaplicación. Puesto que la mayoría de losdatos se guardan localmente, disminuyela demanda de comunicaciones entre lassubestaciones y los centros de controlde la red.Este prometedor método requiere unosalgoritmos descentralizados que se inte-gren sin solución de continuidad en unafunción de control SCADA central, ahora

3 Un sistema de gestión activa basado en el control descentralizado

Turbinaeólica Almacena-

miento deenergía amedia tensión

Automat izaciónavanzada de

líneas dealimentación

Controladorinteligente desubestación

Integración de DG Inteligenciadistribuida

Otras subestacionesde media tensión

Centro de control de red

Panelfotovoltáico Calor yenergía combinados

Baja tensión

LV

7/25/2019 Revista ABB 1 2008 72dpi



Cuando pensamos en los métodos mediante losque el combustible primario que se encuentra en

minas y yacimientos se transforma en la electrici-

dad que hace que funcione nuestro alumbrado,solemos considerar los diversos pasos del proce-so de extracción y transformación. Pero la optimi-

zación de este proceso es incompleta si no setiene en cuenta otro aspecto: el transporte.

¿Se deben construir las centrales cerca de los

centros de carga, llevando allí el combustible deforma mecánica (por ejemplo, por ferrocarril, barco

o tubería), o es más práctico producir la electrici-dad cerca de los yacimientos de energía primaria

y utilizar el tendido eléctrico para la transmisiónmasiva de la electricidad?

Los estudios de la Agencia Interna-cional de la Energía indican que la

demanda global de energía eléctricase duplicará de aquí al 2030. El car-bón y el gas natural constituirán las

fuentes mundiales de energía eléctricaque más crecerán, y acumularán alre-dedor del 70 % del aumento de la pro-ducción de electricidad los próximos30 años 1 . Puesto que las fuentes deenergía primaria suelen estar lejos delos centros de carga y de población,su explotación suele requerir la trans-misión masiva de energía eléctrica(>500 MW) o el transporte equivalentede recursos de energía primaria a lolargo de grandes distancias (>100 km).El Cuadro 1 recoge distintos supuestos

de transporte. Corresponden a distin-tos grados de eficacia, fiabilidad yseguridad ambiental. Estos supuestosse caracterizan por el tipo de recursoenergético primario utilizado y por el


¿Transporte otransmisión?¿Debemos transportar los recursos de energía primarios,

o transmitirlos en forma de electricidad? Alexandre Oudalov, Muhamad Reza

7/25/2019 Revista ABB 1 2008 72dpi



¿Transporte o transmisión?


material móvil. El coste de la externali-zación es un indicador aislado que agru-pa los costes de las emisiones a la at-

mósfera de todos los contaminantes dela opción de que se trate.Por ejemplo, el coste anual de la exter-nalización de las emisiones de CO

2 en

el caso de la transmisión de electricidadcombinada con la generación por com-bustión de carbón en bocamina se cal-cula a partir de: El factor de emisión en toneladas deCO

2 por tonelada de carbón quemado.

La eficacia de la reducción de lasemisiones de CO

2 de la planta de

carbón (influye en los costes decapital y explotación). El consumode carbón en toneladas por año.

La estimación de los impuestos futu-ros sobre emisiones por tonelada deCO

2.

Los impuestos por emisiones al aire sue-len reflejar los efectos sanitarios y am-bientales de los contaminantes gravados.

Cuadro 2 . Junto con el coste de la electri-cidad en el punto de suministro al cen-tro de carga, estos índices se utilizan pa-

ra clasificar las opciones de transporte.

Efecto sobre la contaminaciónatmosférica Veremos aquí una estimación de loscostes externalizados con un ejemplode contaminación atmosférica. La conta-minación del aire por la producción yel transporte de energía incluye los con-taminantes emitidos por la combustiónde recursos energéticos primarios en lacentral y por los motores del materialmóvil, más los liberados por la combus-tión de los recursos energéticos prima-rios añadidos necesarios para cubrir laspérdidas por transmisión. En el estudiose consideraron el CO

2 para el cambio

climático general, el NOx y SO

2 para la

lluvia ácida, y los aerosoles y partículasen suspensión (PM), además de lasdistintas posibilidades de captura de lasemisiones al aire de las centrales y el

Cuadro 1 Distintos supuestos de transporte masivo de energía

Recursoenergéticoprimario

Traslado del combustib le por

Cable Ferrocarril Gabarra Barco Tubería Camión Cinta

Carbón

HVACHVDC

Tren Remolque BarcoPasta, pastillas

de carbón,

gas sintético

No es prácticopara >100 km

No es prácticopara >50 km

Gasnatural

No es prácticoBarcoGNL

Aérea,subterránea

No es prácticoFísicamenteimposible

sistema de transporte utilizado.Los métodos adoptados para trasladarlos recursos energéticos primarios a las

centrales y para trasladar la energía eléc-trica a los centros de carga se determi-nan mediante un proceso de decisióncomplicado y dependen (entre otrosfactores) de la cantidad de energía quehay que trasladar, la distancia que deberecorrerse, los costes de capital y deexplotación del sistema de transporte yla infraestructura existente [1-3]. Influyetambién el coste de la externalización, vinculado con las consecuencias am-bientales y sociales del transporte de laenergía. Aquí se analiza la posición delas tecnologías por “cable” de ABB(HVDC y HVAC) con respecto a diversosmétodos de transporte de la energía pri-maria y la generación de la electricidadcerca de los centros de carga.

Modelo de transporte masivo de energíaSe elaboró un modelo de transportemasivo de energía (BET) con todas lascombinaciones relevantes de supuestos y tecnologías, teniendo en cuenta lastécnicas habituales de análisis del costedel ciclo de vida con valoración econó-mica de las externalidades y análisis desensibilidad. En 2 se ilustran los compo-nentes principales del modelo BET paracomparar distintas opciones de transpor-te de energía (más detalles en [4]). Elanálisis del transporte masivo considerala transmisión de energía eléctrica y eltransporte de recursos energéticos pri-marios. El coste de cada opción detransporte se compone de costes decapital, de explotación y de externalidad

2 Modelo de transporte masivo de energía

Transmisión de energía eléctri ca

infraestructurade transporte

infraestructurade transporte

fija

PP+

RS+

SSPPPR

PR S

TR

TR

S PP LRS

L

fija

fija

variable

variable

variable

coste decapital

coste deexplotación

materialmóvil

materialmóvil

centraleléctrica

emisionesal aire

seguridad

impactoacústico

impactovisual

fiabilidad

impactoelectromag-

nético

centraleléctrica

coste exter-nalización

costetotal

Transporte de recursos e nergétic os primar ios

PR Recursos energéticos primariosPP Central eléctrica

TR Sistema de transporte masivo de energ íaS Estación (convert idor, transformador,

Recursos de carga/descarga)

PP+ Central eléctrica para compensar las pérdidaspor transmisión

L Carga eléctricaRS Material móvilRS+ Sistema de alimentación para combustible

1 Generación de electricidad mundial por

combustible, 2004-2030, Fuente: AIE, 2006

Petróleo Renovables Carbón Nuclear Gas natural

14000

12000

10000

8000

6000

4000

2000

0

TWh

20042030

7/25/2019 Revista ABB 1 2008 72dpi





(o del envío de los recursos energéticosprimarios necesarios para producir 1.000MW) a una distancia de 1.000 km. Enesta primera fase del análisis se suponeque: Los costes externalizados no estánincluidos en el caso de la prácticahabitual (BAU).

Se conocen todos los datos necesariosde costes de capital y explotación.

No hay tendidos de ferrocarril, líneade transporte de electricidad ni ga-soducto, sino que hay que construir-los.

En 4 se ilustra el coste de la electricidaden el centro de carga, incluyendo la ge-neración y el transporte de la energía. Al comparar los distintos supuestos de

transporte masivo de energía en el casoBAU se deduce que: Su clasificación depende principal-mente del coste de capital.

Los tendidos aéreos HVDC ofrecen elcoste más bajo para la electricidad.

El coste de explotación es el principalcomponente de la opción de carbónpor ferrocarril.

El cable HVDC subterráneo es laopción más costosa.

El caso BAU demostró que la transmi-

sión por tendido aéreo HVDC es más ventajosa que el transporte de recursosenergéticos primarios al centro decarga y producción local de la energíaeléctrica.

supuestos de transporte de energía defi-nidos de acuerdo con las últimas tecno-logías y el uso típico en el territoriocontinental. Estos supuestos correspon-den al transporte de energía desde unamina de carbón (carbón subbituminosopobre en azufre) al centro de carga conlos medios siguientes 3 : Carbón por cable (tendidos aéreosHVAC y HVDC y cable VDC) conecta-dos a una central eléctrica de carbónen bocamina.

Carbón por ferrocarril combinado conuna central eléctrica de combustiónde carbón próxima al centro de carga.

Carbón a gas natural sintético (metani-zación) por gasoducto combinado conuna central de combustión de gaspróxima al centro de carga.

Este estudio se basa en el supuesto deltransporte de 1.000 MW de electricidad

En la actualidad alcanzan los 25-40 dóla-res por tonelada de CO

2 en algunos

países [5]. Teniendo en cuenta que lasemisiones de CO

2 tienen un efecto

medioambiental global, el impuesto poremisiones no depende de la situacióngeográfica de la central eléctrica ni de lainfraestructura de transporte de energíadentro de un área de reglamentaciónambiental dada. Sin embargo, los otroscontaminantes considerados tienen unimportante efecto ambiental local. Asípues, las centrales y las infraestructuraspara el transporte de energía situadascerca de los centros de carga estánsujetas a impuestos por emisiones mu-cho mayores que las correspondientesa zonas aisladas.

Estudio de un caso Aquí se presenta el resultado de unanálisis comparativo de un conjunto de

Cuadro 2 Componentes del modelo BET: costes de capital, explotación y externalización.

Modelo Central eléctrica

Infraestructura de transporte Material móvil

Fija Variable Fijo Variable

El coste de capital estáligado a la producción,

la construcción y eldesmantelamiento de la

infraestructura.

Capacidad de la centraleléctrica. Varía para cada

supuesto de transporte deenergía debido a las caracterís-

ticas y a la energía añadidanecesaria para compensar las

pérdidas por transmisión.

Instalaciones de carga odescarga de recursos energéti-cos primarios o estaciones deconvertidor y transformador en

ambos extremos de la ruta.

Ruta de transporte:tendido de la vía, del tubo,

del cable o de l a línea aéreade alta tensión

Material móvil: trenes,remolques, barcos

El coste de explotación estáligado a la producción y trans-porte de los recursos energéti-cos primarios, la producción yla transmisión de electricidad

y la compensación de laspérdidas.

Coste de combustibley mantenimiento

Pérdidas eléctricas en lasestaciones de convertidor ytransformador o recursos

energéticos primarios perdidosdurante la carga o descarga

del material móvil más coste demantenimiento

Pérdidas eléctricas en losconductores o recursos

energéticos primarios perdidosdurante el transporte más coste

de mantenimiento

Coste demantenimiento

Coste delcombustible

El coste externalizado está relacionado con las consecuencias ambientales y sociales del transporte masivo de energía. Si las disposiciones ambientales excluyen todas lasexternalidades, estos costes serán nulos. Pero para la normativa medioambiental no es eficaz eliminar todas las externalidades. Por el contrario, se debe fijar una norma en

la que el beneficio social marginal de la reducción iguale al coste social marginal. En ese punto todavía habrá externalidades que habrá que considerar en las decisiones sobreel transporte. Incluso suponiendo que la normativa medioambiental esté correctamente definida, las demás externalidades pueden influir en la elección de una opción para el

BET en vez de otra; por ejemplo, un cable subterráneo para la transmisión en lugar de un tendido aéreo. En el modelo BET, las emisiones contaminantes del aire, la seguridad,el ruido acústico, el efecto visual (estética) y el impacto de EMF se consideran componentes del coste externalizado.

3 Supuestos de transporte masivo de energía

Gasificación

Generación porcombustión del car-bón en bocamina

Mina de

carbón

Cable

Centro de carga

Generación por combustión localdel carbón en turbina de gas de

ciclo combinado (CCGT)Conducción por tubería

Vía férrea

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aumenta la competitividad delas tecnologías de cable (setienen presentes los costes de

captura de CO2).

De acuerdo con el modeloBET, la repercusión de loscostes externalizados en eltransporte masivo de energíamuestra que la transformacióninicial del carbón en electrici-dad y su transporte con tecno-logía HVDC supone una im-portante mejora sobre el trans-porte tradicional por tierrade los recursos energéticosprimarios. Las tecnologíasHVDC proporcionan posibili-dades estratégicas de reduc-ción de los costes externaliza-dos. Los autores creen que esmuy probable que el transpor-te masivo de energía a grandistancia cambie de la movili-zación de recursos energéticosprimarios a la transmisión deenergía eléctrica.

Hay que tener en cuentaque los datos de entrada aquíutilizados están afectados porcierta incertidumbre.

Alexandre Oudalov



[email protected]

Muhamad Reza


Västerås, Suecia

[email protected]

ficado y gasoducto sólo si el “punto deequilibrio del impuesto sobre emisionesde CO

2” sube hasta 300 dólares por to-

nelada de CO2 6 . Además, el tendido

aéreo HVAC será una opción más caraque la del carbón por ferrocarril con unimpuesto de 1.300 dólares por toneladade CO

2. Por tanto, la captura de CO

2

A continuación se tuvieron encuenta los costes externaliza-dos (en particular las emisio-

nes de CO2) para clasificar lasdiversas opciones de transpor-te. En 5 se ilustra la variacióndel coste de la electricidad enel centro de carga según la variación del impuesto sobreemisiones de CO

2 en un su-

puesto sin captura del CO2.

El extremo izquierdo corres-ponde al supuesto de impues-to nulo (idéntico al caso BAU). A partir de ahí, el coste de laelectricidad aumenta con elimpuesto sobre el CO

2 para

todas las opciones. El cableHVDC subterráneo presentael coste más alto debido a lamayor cantidad de carbón quehay que quemar para compen-sar las pérdidas en el transpor-te de electricidad. Un tendidoaéreo HVDC es la opción másbarata con un impuesto infe-rior a 100 dólares por toneladade CO

2, pero puede ser supe-

rada por la opción de transfor-mación de carbón a gas conconducción por gasoductocuando se alcanza el “puntode equilibrio del impuestosobre emisiones de CO

2” de

100 dólares por tonelada deCO

2. La opción de carbón por

ferrocarril es más económicaque el tendido HVAC aéreocuando el impuesto llega a150 dólares por tonelada deCO

2. Los impuestos por emi-

siones de CO2 en Europa son

ahora del orden de 25-40 dó-

lares por tonelada de CO2.Un impuesto muy alto sobre emisionesde CO

2 hace económicamente interesan-

te la captura de CO2. La captura y el al-

macenamiento en un yacimiento próxi-mo del 80 % de las emisiones de CO

2

(un límite justificable económicamente)hace que el tendido aéreo HVDC se veasuperado por la opción de carbón gasi-

Referencias

[1] Bahrman, M.; Johnson, B, (2007) The ABCs of HVDC Transmission Technologies, revista IEEE Power & Energy, n.º 3/4, pp. 32–44.

[2] Clerici, A.; Longhi, A., (1998) Competitive Electricity Transmission System as an Alternative to Pipeline Gas Transport for Electricity Delivery, Actas del XVII Congreso

Mundial de la Energía, Houston, TX, EE.UU.[3] Bergerson, J.; Lave, L., (2005). Should We Transport Coal, Gas, or Electricity: Cost, Efficiency, and Environmental Implications, Environmental Science & Technology,

Vol. 39, No. 16, 5905-5910.

[4] Oudalov, A.; Reza, M., (2007). Externality Implication on Bulk Energy Transport, Actas de la XXVII Conferencia de la Asociación de EE.UU. para la Economía de la

Energía), Houston, TX, EE.UU.

[5] Mercado Europeo de Intercambio de Energía, cuotas de CO2 en la UE para 2007–2008, www.eex.en (noviembre de 2007).

4 Coste de la electricidad en el centro de carga (caso BAU)

Tubería (gasifi cación de carbón)HVDC OHL 600 kV

(tendido aéreo de altatensión y corriente

continua)

3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5

HVAC OHL750 kV

HVDC UG 500 kV

(línea enterrada de altatensión y corriente

continua)

Ferrocarril

¢/kWh

5 Influencia del impuesto sobre emisiones de CO2 en el coste de la

electricidad en el centro de carga

30,0

25,0

20,0

15,0

10,0

5,0

0,0

0 20 40 60 80 100 120 140

HVAC > ferrocarril

Ferrocarril sin contar tendido AC OH 750 kV DC OH 600 kV DC UG 500 kV Conducción por

tubería (gasificación)

HVDC > tubería

c o s t e d e l a e l e c t

r i c i d a d , ¢ / k W h

tasas por CO2, $/ton

6 Punto de equilibrio de la tasa de emisiones de CO2 para tendido

aéreo HVDC y transformación de carbón a gas por conducción de

tubería para 0 y 80 % de captura de CO2.

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

00 50 100 150 200 250 300 350

c o s t e d e l a e l e c t r i c i d a d , ¢ / k W h

tasa de CO2, $/ton

DC OH 600 kV tubería (gasificación)

HVDC > tubería

HVDC > tubería

80 % captura de CO2

0 % captura de CO2

7/25/2019 Revista ABB 1 2008 72dpi


Revista ABB 1/2008

Extracción y generación

El suministro de energía eléctrica yotras formas de energía consumible

comienza con la exploración de lasfuentes de energía primaria. Éstas

se encuentran a menudo en lugaresremotos y su explotación impone

considerables retos a las compañíasexploradoras. Las plataformas

petrolíferas y de gas constituyen unejemplo significativo de dichos luga-

res, en los que son fundamentalesla seguridad, las limitaciones ambien-

tales y la economía durante el ciclode vida útil. Con HVDC Light®, ABB

ofrece la solución más económicacon la menor huella ambiental para

suministrar energía a estas platafor-mas.

Suministro de energíaeléctrica a las plataformasConexión de plataformas de petróleo y gas a las redes eléctricasde territorios continentalesRahul Chokhawala

52

7/25/2019 Revista ABB 1 2008 72dpi



Suministro de energía eléctrica a las plataformas


energía reactiva, que debe sercompensada, por ejemplo, concompensadores de energía

reactiva de punto medio o porcompensadores de energíareactiva estáticos.

Es necesario evaluar y mitigarlos aspectos dinámicos relacio-nados con cables de corrientealterna a larga distancia. Porejemplo, la presencia de gran-des capacitancias en cables enseries con reactancia de mag-netización de los transforma-dores podría producir ferrorre-

sonancia durante la activación de la lí-nea, y también posibles fallos. Además,las caídas momentáneas de tensióndebidas a anomalías de la red en tierra

se amplifican mientras se propagan porcables largos, disparando posiblementeequipos sensibles en la plataformamarina.

Por otra parte, los sistemas de transmi-sión por cable en corriente continua soninmunes, por lo general, a los inconve-nientes asociados a los cables a grandistancia en corriente alterna. En efecto,los sistemas de corriente continua dealta tensión (HVDC) basados en losconvertidores de fuente de tensión(VSC) están diseñados para transmitirgrandes cantidades de energía por cablea grandes distancias. Así pues, se obvióuna importante limitación de distancia

es raro que una plataforma que consu-ma 100 MW tenga cinco o seis turbinasde gas, dadas las necesidades de dupli-cación y las aplicaciones individualesque precisan de accionamiento directopor turbinas de gas.

Los cables de corriente alterna quetransportan energía a las instalacionesde alta mar constituyen una tecnologíaprobada, y normalmente suministranenergía a plataformas situadas a decenasde kilómetros. Para mayores distancias,la transmisión por cable en corrientealterna supone un problema, al cobrarimportancia distintos aspectos inheren-tes a los sistemas en corriente alterna.Los cables coaxiales forman capacitanciadistribuida que aumenta con la longitudde los cables. En los sistemas de corrie-nte alterna, la capacitancia genera

2 Corriente continua a alta tensión en la plataforma Troll-A de Statoil

E l responsable de laexplotación de una

plataforma tiene dos opcio-

nes para suministrar energíaa toda la maquinaria local:generar electricidad in situ con turbinas de gas queimpulsen generadores, orecibir electricidad desdela costa mediante cablessubmarinos. Aunque parecelógico utilizar el gas produci-do en la plataforma parahacer funcionar las turbinasde gas locales, en la mayoríade los casos ésta no es lasolución más económica.

Las turbinas de gas (TG) son esencial-mente motores giratorios que extraen laenergía de una corriente de gas calienteproducida por la combustión de gas ode fueloil. La potencia en el eje genera-da de esta forma impulsa los generado-res para producir energía. El proceso deproducir electricidad conlleva combus-tión, compresión, intercambio de calor y rotación, lo que supone la necesidadde disponer de un equipo que, ademásde consumir una gran cantidad de com-bustible, requiere un considerable es-fuerzo de explotación y mantenimiento.

Las turbinas de gas que se instalan enalta mar son, por lo general, de ciclosimple, dadas las limitaciones de peso yespacio que imponen las plataformas.Las turbinas de gas de ciclo simple tie-nen unas eficiencias de conversión deenergía notablemente bajas, en especialcuando funcionan por debajo de su ca-pacidad plena, como sucede a menudo.La mejor eficiencia operativa de genera-

ción con turbinas de gas es del ordende sólo el 25 – 30 %. Considerando la re-lación ideal de conversión de energía decombustible a electricidad para gas na-tural normal de 10,8 kWh/m3, al quemarun metro cúbico de gas natural se pro-ducen sólo unos 3 kWh de electricidad, y al mismo tiempo se emiten 2 kg deCO

2. Una plataforma con una capacidad

de generación de 100 MW emitiría nor-malmente más de 500.000 toneladas deCO

2 al año, además de unas 300 tonela-

das de óxido de nitrógeno (NOx), un

gas corrosivo tanto para el medio am-biente como para la salud humana.Los trabajos de explotación y manteni-miento son proporcionales al númerode turbinas de gas de la plataforma. No

1 Principales componentes de un sistema HVDC (corriente continua en

alta tensión) basado en VSC (convertidor de fuente de tensión)

Convertidores electrónicos depotencia en estado sólido

Estación rectificadoraen tierra

Estación inversoramarina

Cables decorrientecontinua

De corrientealterna acorrientecontinua

R e d d e s u m i n i s t r o

R e d r e c e p t o r a m a r i n a

De corriente continua a corriente alterna

Entrada de corriente alternadesde la red en tierra

Salida sintetizada de corriente alternaen la plataforma marina

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Desarrollo de un campoEl desarrollo de un campo nuevopermite un enfoque original con poco o

ningún gasto en demolición o retiradade equipos existentes. El HVDC Light® de Troll-A es un excelente ejemplo en elque la necesidad de precomprimir el gaspara su transporte por gasoductoaumentó debido a una disminución depresión en el yacimiento en los añosanteriores de producción [3].

El nuevo desarrollo de un campo puedenecesitar también energía adicional ypuede o no requerir trabajos de demoli-ción para retirar los equipos de genera-ción existentes. El HVDC Light® de Valhall fue parte de un proyecto denuevo desarrollo en el que el responsa-ble de la explotación del campo, BP,decidió retirar la turbina de gas existen-te y depender únicamente de la energíaprocedente de la costa (PFS), incremen-tando la capacidad de suministro deenergía hasta el valor necesario [4].

Un tercer tipo de nuevo desarrolloconsiste en la electrificación de unaplataforma o de un grupo de campos.

AplicacionesSi un compresor funciona medianteun impulso de velocidad variable paraalcanzar el objetivo de rendimiento delproceso, un suministro de energía enHVDC, junto con un motor de altatensión, sería la solución perfecta, comosucedió en el proyecto de precompre-sión de Troll-A [5].Una aplicación puede necesitar elarranque directo en línea de los motores

ma, desarrollado inicialmente paraaplicaciones en tierra, se aplicó en 1997en la isla de Gotland en Suecia, conec-

tando generadores eólicos en el sur a lared de la isla en el norte. Desde enton-ces se han instalado en el mundo ochosistemas similares para aplicaciones entierra, con un total de casi 1.200 MW y500 km. La primera versión en alta marde HVDC Light® se implantó en 2005 enel Mar del Norte, en la plataforma gigan-te de gas Troll-A de Statoil 2 . La siguiente aplicación de HVDC Light® está previstaen el campo Valhall de BP, también enel Mar del Norte, cuya entrada en servi-cio está prevista para 2009.

Los convertidores eléctricos HVDC Light® están basados en los semiconductoresde potencia de Transistores Bipolaresde Puerta Aislada (IGBT) con frecuenciade conmutación de hasta 2.000 Hz alsintetizar la salida sinusoidal encorriente alterna. Las necesidades demantenimiento son pequeñas compara-das con una turbina de gas, ya queestán determinadas por equipos conven-cionales, como disyuntores en corrientealterna y sistemas de refrigeración.

La solución óptima Al seleccionar el suministro de energíapara una plataforma, el operador debetener en cuenta distintos criterios: Mejora o ampliación de instalacionesnuevas o reacondicionadas

Aplicación de la energía en laplataforma

Normativa local Coste de instalación Coste de explotación

por cable con la llegada de la transmi-sión HVDC basada en VSC para las apli-caciones en alta mar [1,2].

La principal diferencia entre la transmi-sión en corriente continua y en corrientealterna es la presencia de un convertidorde CA a CC que rectifica la red de tierraen CA a CC para la transmisión, y lapresencia de un convertidor de CC a CAen el punto de consumo 1 . Aunque losconvertidores aumentan el coste delsistema en CC, el número de cablesprecisos se reduce de tres a dos al pasarde CA a CC. Esta reducción, combinadacon la menor sección de los cables deCC debido a la inherente mayor eficien-cia de utilización, supone un ahorro decoste de cables que puede compensarsobradamente el coste del convertidora medida que aumenta la distancia delos cables.

HVDC Light® es un sistema de transmi-sión por cable que utiliza la tecnologíaHVDC de ABB basada en VSC. El siste-

3 CAPEX – “Ventana de oportunidad”

P o t e n c i a e n M W

Longitud de cable, km

Transmisión encorriente continua

T r a n s m i s i ó n e n c o r r i e n t e a l t e r n a

Turbinas de gas

4

Parámetros de gastos operativos (OPEX) durante el ciclo de vida

Parámetros de OPEX NCS Media

Precio de la energía al por mayor 46,7 66,7 $/MWh

Valor de las ventas de combustible 0,24 0,24 $/Sm3

Pérdidas en con vertidores HVDC Light 4% 4%

Pé rd ida s en c ab les HVDC L ight 4–6% 4–6%

Conversión de combustible a electricidada una eficiencia del 100%

10,8 10,8 KWh/Sm3

Eficiencia de la turbina de gas 40% 30%

Emisión de CO2 a una eficiencia del 100% 0,21 0,21

Impuesto o valor de cambio de CO2 56,3 16,7 $/ton

Relación de emisión de NO X

0,4 0,4 kg/kWh

Impuesto de NO X (en un horizonte de 20 años) 7,5 2,5 $/kg

Costes de funcionamiento y mantenimiento de turbinas de gas por uni-dad de 25 MW [+ WHR (recuperación de calor residual) + ST en NCS] 2,5 1,7 M $/año

Sistema de explotación y mantenimiento HVDC Light (todas las medidas) 0,7 0,7 M $/año

Funcionamiento y mantenimiento de sistema 20 20 años

Tipos de interés (valor actual ne to) 7% 7%

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(por ejemplo, en el Valhall de BP). Estopuede suponer simplemente el diseñode un sistema HVDC basado en VSC.

Sin embargo, para turbinas de gas ysoluciones PFS en corriente alterna, senecesitarían en la plataforma dispositivos como los arrancadores suaves.

Normativa localLa legislación desempeña un importantepapel en la instalación en alta mar deequipos eficientes, seguros y respetuo-sos con el medio ambiente. En Noruega,la instalación de equipos que aumentanla eficiencia, como las unidades de recu-peración de calor residual (WHR) y losgeneradores de turbinas de vapor (ST),es obligatoria en nuevas instalacionesmarinas de turbinas de gas. La mejorade eficiencia necesaria para turbinas degas de ciclo simple, desde el 25 – 30 %normalmente hasta cerca del 40 %, redu-ce el consumo de combustible y lasemisiones de gas de efecto invernaderosometidas a impuestos, pero aumentalos costes de explotación y manteni-miento. La WHR y los ST aumentarántambién los gastos iniciales de capital,así como las necesidades de espacio ypeso en una plataforma. Estas normativas tienen una influencia claramentefavorable en la consideración de PFS.

Inversión inicial de capital(CAPEX)En una determinada zona de desarrollo,aplicación y reglamentación local, la es-timación de la inversión inicial dependede los factores del sistema primario, esdecir, de los MW nominales y de loskilómetros instalados de cable. Juntosforman un patrón para las denominadas“ventanas de oportunidad” 3 .

Para una determinada distancia detransmisión, la transición de inversión

de capital (CAPEX) entre PFS y turbinasde gas en corriente continua dependeen gran medida de la capacidad de

alimentación que vaya a instalarse. Conunas mayores necesidades de energía,la opción PFS en corriente continua esmás favorable. Mientras que HVDCLight® está dimensionada para cubrircualquier valor (hasta 1.000 MW), lasunidades de turbinas de gas se multipli-can en número hasta alcanzar el niveldeseado. Además, los gastos deexplotación y mantenimiento de laturbina de gas aumentan con el númerode turbinas de gas, pero permanecenaproximadamente al mismo nivel bajopara HVDC Light® [6,7].

Cuanto mayores son las distancias,mejor resulta la solución en corrientecontinua cuando los costes adicionalesde conversión se pueden compensarcon los menores costes de cable.

La evaluación económica de lassoluciones competidoras de suministrode energía requiere un conocimientoprofundo de los gastos de capital y deotros gastos iniciales, así como de losparámetros que influyen en los gastosoperativos del ciclo de vida (LC OPEX),específicos para cada proyecto. Estoscostes deben analizarse caso por caso.

A diferencia de los datos CAPEX,patentados, los datos OPEX estánampliamente disponibles en fuentes

públicas de datos. Sobre la base de estagran cantidad de datos publicados esposible efectuar una comparación de LCOPEX para soluciones basadas en turbi-nas de gas y en PFS. La comparaciónse efectúa considerando tres grupos deparámetros: 25 MW/50 km, 100 MW/100km y 250 MW/300 km. Cada uno deestos casos se analiza para Noruega y el“promedio”. Este último valor se refierea regiones como la Unión Europea,donde las emisiones de gases de efectoinvernadero o la normativa sobreeficiencia son más moderadas y el costede la electricidad es más alto que enNoruega.

Los principales componentes de LCOPEX son los costes de combustible yde mano de obra para explotación ymantenimiento en alta mar. Otroscostes están relacionados con los gasesde efecto invernadero, en forma deimpuestos locales, como en Noruega,o de valor de cambio, como en laUnión Europea. LC OPEX constituyeuna parte sustancial del coste total yse debe incluir en cualquier cálculode coste durante el ciclo de vida paralos sistemas energéticos en estudio.

5 Costes OPEX durante el ciclo de vida:

100 MW, 100 km, Noruega

Costes OPEX durante el ciclo devida - NCS 100 MW, 100 km:

GT PFS

M $ M $

Costes de combustible de gasnatural o de la electricidad

552 505

Impuesto de CO2

294 0

Impuesto de NO X 30 0

Costes de funcionamiento y

mantenimiento 113 8

Costes totales OPEXdurante el ciclo de vida

988 513

6 Costes OPEX durante el ciclo de vida:

100 MW, 100 km, “promedio”

Costes OPEX durante el ciclo devida - Media 100 MW, 100 km:

GT PFS

M $ M $

Costes de combustible de gasnatural o de la electricidad

736 722

Impuesto de CO2

116 0

Impuesto de NO X 10 0

Costes de funcionamiento y

mantenimiento 76 8

Costes OPEX totales du-rante el ciclo de vida

937 729

7 OPEX durante el ciclo de vida para Noruega: GT frente a PFS

OPEX durante el ciclo de vida: NSC

MW

GT PFS

2500

2000

1500

1000

500

00 50 100 150 200 250 300

M $

8 OPEX durante el ciclo de vida para regiones “promedio”: GT frente a PFS

OPEX durante el ciclo de vida: Media

MW

GT PFS

2500

2000

1500

1000

500

00 50 100 150 200 250 300

M $

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En 7 y 8 se presenta LC OPEX enfunción de la potencia para Noruega ypara las regiones “promedio”.

El ahorro en LC OPEX cuando se utilizaPFS en lugar de turbinas de gas essignificativo para todos los casos consi-derados 9 . Los ahorros en emisiones enalta mar de gases de efecto invernaderoasociados con generación basada enturbinas de gas son también notablesutilizando soluciones PFS 10 11 .

PFS: una alternativa atractivaLos ejemplos expuestos muestranclaramente que el abastecimiento deenergía a plataformas desde tierra firmepor medio de cables ofrece solucionesaltamente económicas y respetuosas

con el medio ambiente que, al mismotiempo, aumentan la seguridad defuncionamiento. Aunque para cadaproyecto se necesitan evaluaciones

En 4 se relacionan los principales valo-res de los parámetros OPEX publicados,asociados a dos escenarios locales para

soluciones basadas en turbinas de gas yen PFS. Dado que las diferencias entresistemas de cable en corriente alterna ycontinua son poco importantes desde elpunto de vista de OPEX, los siguientescálculos utilizan soluciones HVDC Light® para representar opciones en corrientealterna y en corriente continua basadasen PFS. Los precios indicados de laelectricidad son precios mayoristas, y el valor de cambio de CO

2 para regiones

“promedio” se basa en un horizonte de20 años.

En 5 y 6 se proporcionan valoresactuales netos estimados de OPEXpara el ciclo de vida en Noruega (NCS)

y para el “promedio” de 100 MW y100 km. Las cantidades de LC-OPEXson grandes y constituyen claramenteel principal componente del coste totalde ciclo de vida (CAPEX + OPEX), enespecial para nuevos proyectos dedesarrollo o de reacondicionamiento.

Referencias

[1] Hyttinen, M.; Lamell, J.-O.; Nestli, T. (2004). “New application of voltage source converter (VSC) HVDC to

be installed on the gas platform Troll A”. CIGRE 2004.

[2] Chokhawala, R.; Maland, A.; Nestli, T. (2004). “DC transmission to offshore installations”. The Journal of

Off-shore Technology, 12, páginas 4–10.

[3] Nestli, T. F.; Stendius, L.; Johansson, M. J.; Abrahamsson, A.; Kjaer, P. C. “Nueva tecnología de

suministro eléctrico para la plataforma Troll”. Revista ABB 2/2003, páginas 15–20.

[4] Gilje, S.; Carlsson, L. (2006). “Valhall Re-development project, power from shore”. ENERGEX 2006.[5] Eriksson, G. “Motorformer”. Revista ABB 1/2001, páginas 22–25.

[6] “Power transmission from shore to offshore platforms”. (Noviembre de 2002) Norwegian Water Resource

and Energy Directo rate (NVE) and Oil Directo rate (OD) repo rt.

[7] Laird, B.; Holm, M.; Hauge, F. (Mayo de 2007). “Electrification of offshore platforms”. Bellona Foundation

repor t.

individuales, los casos típicos que sehan presentado aquí proporcionan lassuficientes indicaciones para considerarseriamente soluciones PFS para instala-ciones nuevas y reacondicionadas.Los sistemas HVDC Light® de ABB handemostrado sus ventajas, y es de esperarque en el futuro se equipen más plata-formas con soluciones PFS.

Rahul Chokhawala

Antiguo miembro de Automatización de

Procesos de ABB

Oslo, Noruega

[email protected]

9 Ahorro de OPEX durante el ciclo de vidacon PFS para todos los seis casos

Ahorro de OPEX dura nte elciclo de vida con PFS

NCS MM $

MediaM $

250 MW, 50 km 114 48

100 MW, 100 km 476 208

250 MW, 300 km 1189 514

10 Reducción anual de CO2 en plataforma con

PFS

Reducción anual de CO2 en plataforma

NCStoneladas

Mediatoneladas

250 MW, 50 km 114.975 153.300

100 MW, 100 km 459.900 613.200

250 MW, 300 km 1.149.750 1.533.000

11 Reducción anual de NO X en plataforma con

PFS

Reducción anual de NO X en

plataforma

NCS

toneladas

Media

toneladas250 MW, 50 km 88 88

100 MW, 100 km 350 350

250 MW, 300 km 876 876

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Thema


Hay un proverbio que dice que un

puchero del que se está pendientenunca llega a hervir. Sin embargo,

cuando se trata de “pucheros” real-mente grandes, como las calderas

de las centrales eléctricas, la mejorestrategia de control durante la

puesta en marcha no es precisamentedejar de mirarlas.

Los esfuerzos de optimización de

las centrales eléctricas se centranfrecuentemente en extraer del com-

bustible durante el funcionamiento

Puesta en marcha de la calderaLa optimización de la puesta en marcha de las calderas de vapor en las centraleseléctricas de E.ONRüdiger Franke, Bernd Weidmann

normal tanta energía utilizable como

sea posible.

Sin embargo, hay otra forma adecua-da para mejorar el rendimiento: la

optimización de los procedimientosde puesta en marcha. Es un aspecto

importante, puesto que el combusti-ble utilizado en el arranque suele

ser de mayor calidad y precio que eldestinado al funcionamiento normal.

BoilerMax es un controlador predicti-vo que se utiliza para reducir al

mínimo los costes de la puesta en

marcha. Además de los costes del

combustible, también tiene en cuentarestricciones tales como la carga

máxima admisible sobre los compo-nentes críticos y los caudales.

Durante los dos últimos años, se ha

instalado BoilerMax en varias centra-les eléctricas de la compañía E.ON,

en las que ha conseguido en generalahorros de entre el 10 y el 20 % de los

costes de combustible y de la energíaauxiliar que se precisa en la puesta en

marcha.

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Puesta en marcha de la caldera


En los dos últimos años, se ha instala-do BoilerMax en varias centrales de

E.ON y se ha integrado con varios siste-

mas de control. En la unidad Staudinger4 de 622 MW, que utiliza gas [1], y en laHeyden 4 de 900 MW, que utiliza car-bón, trabaja con un sistema de controlde la unidad Procontrol P. En la unidadIngolstadt 4 de 420 MW, que utiliza fuel-oil, y en la Zolling 5 de 450 MW, queutiliza carbón, se ha integrado Boiler-Max en un nuevo sistema de control800xA, instalado durante un proyectode reforma de la turbina.

Principio de funcionamiento deBoilerMaxBoilerMax tiene en cuenta principalmen-te el coste del combustible y los esfuer-zos térmicos en los componentes críti-cos de pared gruesa, y utiliza estos da-tos para calcular los puntos de consignaóptimos para el suministro de combusti-ble y el funcionamiento de la estaciónde bypass de alta presión (HP) (se pue-de desviar el paso por la turbina de altapresión en el circuito de vapor durantela puesta en marcha para permitir quese establezca más rápidamente la pre-sión en la caldera).

El principio de funcionamiento deBoileMax se muestra en 1 . Los valoresmedidos se utilizan para calibrar unmodelo físico de la unidad. Basado eneste modelo no lineal, BoilerMax opti-miza el resto del procedimiento depuesta en marcha. Las curvas resultantespara la puesta en marcha, calculadas enlínea, se integran a continuación en elconcepto de control existente para launidad, donde se emplean como puntosde consigna para corrección.

El horizonte de predicción de BoilerMaxes de 60 a 90 minutos, lo que cubretoda la duración de la puesta en marchade la caldera hasta el momento en quela turbina recibe el vapor. De esta for-ma, se puede calcular el modo de fun-cionamiento general más rentable. Losdatos previstos se actualizan cada 1 o 2minutos, lo que permite una respuestaadecuada a posibles condiciones deperturbación.

Los costes de puesta en marcha que setrata de minimizar son los del combu-stible, la energía auxiliar y el vaporauxiliar, desde el momento del encendi-do al de entrada en línea del generador

1 Principio de funcionamiento del BoilerMax

Entradas

Modelode

caldera

Control predictivo de modelo no l inealcon seguimiento cíclico del proceso real

Variablesoptimizadas

Optimizador

Puntos deconsigna yentradasoptimizadas

Función de coste= mínima

Iteración

Variables yentradas del

proceso

Caldera real Objetivos de la optimización

2 Comparación de dos puestas en marcha con BoilerMax (líneas gruesas) y sin BoilerMax

(líneas finas) en la central de Ingolstadt, unidad 4, con combustión de fueloil.

a Cantidad de combustible (F_F) y posición del bypass de alta presión (Y_HPB)

b Caudal de vapor activo (F_LS) y potencia del generador (P_Gen)

c Diferenciales de temperatura (DT_SH4H) y (DT_SH5H) existentes en los colectores de alta

presión de los dos últimos niveles de sobrecalentador

F_F F_F Y_HPB Y_HPB

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

250

200

150

100

50

0

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

F_LS F_LS P_Gen P_Gen

DT_SH4H DT_SH4H DT_SH5H ST_SH5H

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

250

200

150

100

50

0

250

200

150

100

50

0

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

1510

50

-5-10-15-20

-25-30-35

Tiempo para la puesta en ma rcha (min. )

1510

50

-5-10-15-20

-25-30-35

E n e r g í a p a r a l a p u e s t a e n m a r c h a ( % )

P

o s i c i ó n d e l b y p a s s

d e a l t a p r e s i ó n ( % )

D i f .

d e t e m p e r a t u r a ( K )

P o t e n c i a d e l g e n e r a d o r ( M W )

C a u d a l d e v a p o r a c t i v o ( k g / s )

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algunos casos, la obtención más lentade la presión, puede hacer pensar a losoperarios que se ralentiza todo el proce-

dimiento de la puesta en marcha. Sinembargo, es importante tener en cuentaque, durante la puesta en marcha de lacaldera, los puntos de consigna fijadospara el caudal de vapor y la presión sedeben alcanzar sólo cuando la turbinaestá a punto de recibir presión. El con-cepto de optimización predictiva utilizaa fondo este hecho.

Los tiempos de puesta en marcha conse-guidos en la unidad 4 de la central deStaudinger se muestran en 4 . Estascurvas demuestran que el BoilerMaxno prolonga los tiempos de puesta enmarcha.

co de costes, característico de las opera-ciones sin BoilerMax. Por términomedio, la optimización de la puesta en

marcha se tradujo en una disminucióndel 19 % de los costes de esta operación.Cuando se producen breves periodosde parada, los costes de la puesta enmarcha son altos debido a la elevadatemperatura que debe alcanzarse enel vapor activo por la alta temperaturainicial de la turbina. Sin embargo, loscostes de la puesta en marcha tambiénaumentan después de largos periodosde parada, a causa de la baja tempera-tura inicial de la caldera.La disminución del consumo de com-bustible que se obtiene a partir de laoptimización de BoilerMax, así comola menor producción de vapor y, en

o al de cierre del bypass de alta presión.Con independencia de los ahorros con-seguidos, el controlador multivariable

basado en el modelo permite asimismouna integración predictiva de los datosde esfuerzos térmicos en el bucle decontrol cerrado. Se mejora el nivel deflexibilidad, por ejemplo, para cubrirdistintos tiempos de inmovilización, yaque el modelo se ajusta continuamentepara adaptarse al estado de la central enese momento. Además, se puede adap-tar la puesta en marcha a los cambiosen las condiciones básicas, tales comolos distintos costes del combustible o lacarga máxima admisible, modificandorespectivamente la función objetivo ylas restricciones de optimización.

Experiencia operativa

Reducción del consumo de combustibleGracias a la optimización predictiva dela puesta en marcha, suele ser posibleefectuar una puesta en marcha conmenos combustible, a la vez que semantiene el tiempo normal de esa ope-ración y los esfuerzos en los componen-tes críticos de pared gruesa. 2 presentauna comparación de dos procedimien-tos de puesta en marcha en la unidad4 de la central de Ingolstadt. Los diagra-mas muestran claramente que fueposible efectuar una puesta en marchasimilar, consiguiendo al mismo tiempoaproximadamente un 20 % de reduccióndel consumo de combustible. Estosahorros de combustible son posiblesporque se puede disminuir el caudal de vapor utilizado para la puesta en mar-cha gracias a una reducción simultánea y coordinada de la apertura de la esta-ción de bypass de HP. Además, se ha

reducido ligeramente la duración de lapuesta en marcha.

Con un nivel de automatización mayor,conseguido por los procedimientosoptimizados de puesta en marcha, éstossuelen ser más coherentes. En 3 serepresentan los costes de puesta enmarcha en función de la duración de laparada precedente. La dispersión de loscostes de puesta en marcha se reducede forma más evidente en el caso deparadas frecuentes de corta duración,

con numerosas puestas en marcha quese producen en condiciones similares.Los costes optimizados de la puesta enmarcha que se consiguen con BoilerMaxse encuentran en la parte baja del abani-

3 Costes de la puesta en marcha en función del tiempo de parada en la central de Ingolstadt,

unidad 4, de combustión de fueloil, con BoilerMax y sin él

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00

Duración de la parada (h)

Sin BoilerMax Con BoilerMax

4 Tiempos de la puesta en marcha en función de las paradas en la central de Staudinger,

unidad 4, con combustión de fueloil, indicada para diez puestas en marcha a lo largo deun periodo de un mes

2:24:00

2:09:36

1:55:12

1:40:48

1:26:24

1:12:00

0:57:36

0:43:12

0:28:48

0:14:24

0:00:00

0:00:00 24:00:00 48:00:00 72:00:00 96:00:00 120:00:00 144:00:00 168:00:00

Duración de la parada (h)

Sin BoilerMax Con BoilerMax

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El límite de ∆T que utiliza BoilerMaxes una función de la presión, valor quefija generalmente el fabricante de la cal-

dera. Como opción, se pueden recalcu-lar los límites durante la modelizaciónfísica de la caldera y aprobarlos en con-sulta con el propietario de la central.Como se muestra en 5 , la puesta enmarcha predictiva ha permitido unamejor utilización del margen hasta los35 minutos. Esto se ha conseguido au-mentando desde el principio el suminis-tro de combustible con una proporciónmayor, mientras que al mismo tiempo seabre más la estación de bypass de HP.Esto redujo el tiempo de puesta enmarcha en un 33 %. La cantidad de fuel-oil pesado necesario para la puesta enmarcha disminuyó en alrededor del 6 %.Puesto que se une un menor tiempo depuesta en marcha con una menor de-manda de energía auxiliar (fuel ligero yenergía eléctrica auxiliar), los costes to-tales de la puesta en marcha disminuye-ron en cerca del 11 %. Además, hay granposibilidad de ahorro en las centralesalimentadas por carbón si se puedeconseguir antes el pase de la puesta enmarcha con fueloil a la combustión decarbón. Para conseguirlo, es importantepoder efectuar la puesta en marchautilizando una mayor cantidad total decombustible.

Con la optimización predictiva de lapuesta en marcha, la cantidad decombustible no aumenta de formacontinua necesariamente, sino que sepuede reducir pasado un exceso inicialde suministro.

Funcionamiento y vigilanciaLa pantalla de control que se utiliza en

la central de Zolling se muestra en 6 .Las partes superior e izquierda presen-tan los parámetros del proceso que sonespecialmente importantes durante lapuesta en marcha. El área inferiorderecha se utiliza para la aplicaciónBoilerMax en curso. Los valores fijadosdel punto de consigna para el controldel combustible y del bypass de HP,calculados por BoilerMax, se presentanjunto a los valores existentes en esemomento.

Los valores del proceso que se muestranen esta pantalla abarcan principalmentelos parámetros de vapor activo y las di-ferencias de temperatura en los compo-nentes con paredes gruesas. Para evitar

En 5 se presenta una comparación dedos procedimientos de puesta en mar-cha en la central de carbón de Zolling.

Sin BoilerMax, los márgenes para elesfuerzo térmico no se alcanzarontotalmente antes del minuto 48. El dife-rencial máximo de temperatura en loscolectores de salida de HP era de unos20 K, mientras que el límite admisibleera de uno 30 K. Sólo durante la cargaposterior de la turbina se alcanzó elesfuerzo térmico máximo, aproximada-mente en el minuto 60.

Reducción de los tiempos de puestaen marchaGeneralmente, se pueden reducir los

tiempos de puesta en marcha si se pue-de admitir una intensificación del proce-so de calentamiento y se acepta un mayor esfuerzo térmico. Es aconsejable laaplicación de esta optimización predictiva de la puesta en marcha a fin de redu-cir los tiempos si no se apura el margenpara los esfuerzos térmicos admisibles,o si la carga se distribuye irregularmentedurante esta operación.

5 Comparación de dos procedimientos de puesta en marcha con BoilerMax (líneas gruesas)

y sin BoilerMax (líneas finas) en la central de Zolling, con combustión de carbón

a Cantidad de combustible (F_F) y posición del bypass de alta presión (Y_HPB)

b Caudal de vapor activo (F_LS) y potencia del generador (P_Gen)

c Diferencia de temperaturas (DT_SH5H) [K], así como valores límites asociados (DT_SH5H_min.)

[K] que se producen en los colectores de salida de alta presión

F_F F_F Y_HPB Y_HPB

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

50

40

30

20

10

0

50

40

30

20

10

0

DT_SH4H DT_SH4H DT_SH5H ST_SH5H

Tiempo para la puesta en ma rcha (min.)

F_LS F_LS P_Gen P_Gen

160

140

120

100

80

60

40

20

0

350

300

250

200

150

100

50

0-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

20

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20

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0

-10

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-30

-40

E n e r g í a p a r a l a p u e s t a e n m a r c h a ( % )

P o s i c i ó n d e l b y p a s s

d e a l t a p r e s i ó n ( % )

D i f . d e t e m p e r a t u r a ( K )

P o t e n c i a d e l g e n e r a d o r ( M W )

C a u d a l d e v a p o r a c t i v o ( k g / s )

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dad, ya que además se pueden integrarlas señales aisladas, lo que requiere unpequeño trabajo adicional. Se puede

considerar que unos mayores tiempospara la transferencia de señal suponenun posible inconveniente, pero en lacentral de Ingolstadt no han surgidoproblemas por ello. Los resultados de laoptimización se devuelven como infor-mación de retorno al sistema de controlmediante unas diez señales. Estos datosse integran en el concepto de controlexistente en forma de correcciones delpunto de consigna para el control delcombustible y del bypass de HP.

Según las circunstancias que se presen-ten, esta integración puede afectar adistintos niveles del sistema. En la cen-tral de Zolling, solamente se visualiza elpunto de consigna optimizado para elsuministro de combustible a la puestaen marcha que aplican después manual-mente los operarios. En la unidad 4 dela central de Staudinger, BoilerMaxrealiza automáticamente el control delcombustible y del bypass de HP. Sin em-bargo, actualmente hay que activarBoilerMax antes de cada puesta en mar-cha. En la central de Ingolstadt, Boiler-Max se activa automáticamente. Cuantomás automatizada es la integración deBoilerMax, mayores son los posiblesahorros obtenidos. Sólo se conseguiráuna mejora constante del coste-eficaciamediante un uso repetido de la función

tema System 800xA, se puede integrar elPC sobre el que se ejecuta el BoilerMaxcomo un servidor de la aplicación. Esto

aporta una ventaja especial: todos losajustes de parámetros y los resultadosde los cálculos, incluidos los valoresprevistos para el proceso, se pueden visualizar e integrar en la pantalla sin unesfuerzo adicional. Además, esto facilitaque el personal se familiarice con lasolución BoilerMax y el PC se puedeincluir en las rutinas de mantenimientonormales del sistema 800xA.

En las centrales Ingolstadt y Zolling seha integrado el PC del BoilerMax con elsistema 800xA, que se instaló duranteun proyecto de reforma de la turbina.En las centrales de Staudinger (unidad 4) y Heyden, el PC del BoilerMax se co-nectó al sistema de control Procontrol Pa través de una interfaz serie.

El modelo de unidad empleado para laoptimización de la puesta en marcha seajustó en línea incorporando de 100 a200 valores medidos. En general, estasseñales se conectan al sistema de con-trol del proceso como señales analógi-cas. Alternativamente, en la central deIngolstadt se ha establecido una co-nexión ProfiBus entre el controlador deturbina recientemente instalado y el sis-tema de control de la unidad existente.La principal ventaja de este acoplamien-to del bus digital es una mayor flexibili-

el amontonamiento de datos en la pan-talla, las lecturas de ∆T se presentan deforma gráfica (diagramas de barras). La

representación alfanumérica se limita alos valores máximos de cada nivel delsupercalentador y a los valores límitesasociados.

La presentación de los límites de ∆T esespecialmente importante, ya que estos valores los utiliza BoilerMax en buclecerrado para definir las acciones de con-trol del combustible y del bypass de HP.Por lo tanto, es importante presentar lainformación sobre el esfuerzo térmicoactual y los márgenes de que se dispo-ne, de forma que el operario puedapercibir correctamente los puntos deconsigna calculados por BoilerMax.Con el nuevo sistema de control 800xA,los datos predictivos calculados en líneadurante cada puesta en marcha los tienedisponibles directamente el operario ensu puesto. Los datos previstos para lapuesta en marcha se pueden ver en unaproyección del funcionamiento normalque representa los valores que se pue-den esperar en el futuro.

Integración en el sistema de controlde la unidadLa predicción y la optimización de losprocedimientos de puesta en marcha deuna caldera que se basan en un modelofísico implican la aplicación de unproceso numérico. En consecuencia,BoilerMax se instala en un PC de altorendimiento que esté conectado alsistema de control de la unidad pormedio de una interfaz de señal.Desde el punto de vista del software, ABB ha instalado BoilerMax utilizandola extensión del sistema Dynamic

Optimization (optimización dinámica)del Industrial IT Extended AutomationSystem 800xA de la compañía. Esto ase-gura un alto grado de transparencia yflexibilidad por lo que se refiere a sucapacidad para integrarse en la instru-mentación de la operación y el equipode control. En 7 se muestran dos situa-ciones de aplicación:

En el primer caso, se puede instalar elPC del BoilerMax de forma indepen-diente y conectarlo directamente al

puesto de control. La inspección y elmanejo se producen a través de las esta-ciones normales de vigilancia y acción.En las centrales donde las estaciones de vigilancia y acción forman parte del sis-

6 Pantalla de operación de BoilerMax empleada en la central de Zolling. Debido al gran

volumen de cálculos necesario, BoilerMax se ejecuta en un PC que se configura como

servidor de la aplicación.

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se había instalado BoilerMax junto conun nuevo sistema de control. En [3] sepueden ver más detalles sobre elalgoritmo de control y optimización.La instalación de la optimización enlínea empleando la ampliación del siste-ma Dynamic Optimization permite latransparencia de la solución de controlavanzado gracias a un alto nivel deintegración con el sistema Extended Automation System 800xA [4].

Rüdiger Franke

Sistemas eléctricos de ABB

Mannheim, Alemania

[email protected]

Bernd Weidmann

E.ON-Kraftwerke GmbH

Hanover, Alemania

Referencias

[1] Krüger, K.; Prinz, S. Praxiserfahrung durch den

Einsatz eines modell-prädiktiven Mehrgrößen-

reglers zur Anfahroptimierung des Dampferzeugers

im 707 MW Block Weiher III der SaarEnergie AG,

VGB Kongress Elektro-, Leit- und Informations-

technik im Kraftwerk, Leipzig 2004.

[2] Weidmann, B.; Häupl, E.; Osterholt, F.; Bege-

mann, R. Austausch der leittechnischen Einrich-

tungen im Kraftwerk Staudinger Block 4, VGB

Kongress Elektrotechnik, Leittechnik und Informa-

tionsverarbeitung im Kraftwerk, Düsseldorf 2006.

[3] Franke, R.; Vogelbacher, L. Nonlinear model

predictive control for cost optimal startup of steam

power plants, at – Automatisierungstechnik 54(12), 2006.

[4] Franke, R.; Babji, B.S.; Antoine, M.; Isaksson,

A. Model-based online applications in the ABB

Dynamic Optimization framework, to appear, 6th

International Modelica Conference, 2008.

En las centrales de Staudinger (unidad4) e Ingolstadt (unidad 4) se consiguie-ron los ahorros mediante una reduccióndel consumo de combustible y un me-nor caudal coordinado de vapor activodurante la puesta en marcha de lacaldera. Tanto los tiempos de puestaen marcha como los esfuerzos en loscomponentes críticos de pared gruesapermanecieron prácticamente iguales.En el congreso VGB de 2004 sobre“Tecnología eléctrica, de control y deinformación en centrales eléctricas” se

presentó BoilerMax junto con los prime-ros resultados prácticos de su aplicaciónpiloto en la central de Weiher III [1]. En[2] se presentan los resultados consegui-dos en la central de Staudinger 4, donde

de optimización. Sin embargo, un mayorgrado de automatización exige una mayor exigencia a la solidez de la optimi-zación de la puesta en marcha, porejemplo, con vistas a una detección y aun manejo automático de las perturba-ciones.

Instalación logradaLos ahorros que se consiguen a travésde una optimización en línea se encuen-tran normalmente entre el 10 y el 20 %de los costes normales de combustible y

de energía auxiliar para cada puesta enmarcha de la central. Las modificacionesdel modo de puesta en marcha depen-den de los requisitos concretos de cadacentral.

7 Integración del PC del BoilerMax

(Sala de control del secundario, sala de control, interfaz DCS, sala de I&C, armario de control,

optimizador, controlador, entrada de señal, Profibus, salida de señal)

Diagnósticos a distancia

Módem

Red del PC Red 800xA

Interfaz del DCS

Enlace con el DCS(no del sistema 800xA)

Entrada de señal,por ejemplo, 4-20 mA,ProfiBus

Salida de señal,por ejemplo,4-20 mA

Controlador

Nodo 800xA

Aplicación Boile rMax(modelo + optimizador + controlador)

PC delBoilerMax

SALA DELOPERARIO

SALA DELCONTROLADOR

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La explotación rentable de las fuentes de energía es uno de los grandes

problemas que ha de resolver la sociedad actual. La situación se agudizacuando las reservas de los yacimientos de petróleo y gas llegan al límite yempiezan a “agotarse”. Las compañías de producción de gas y petróleo

intentan prolongar el uso del equipo instalado todo lo posible para evitarla costosa construcción de instalaciones nuevas. Cuando se llega a esa

situación, todas las mejoras de la eficacia operativa son rentables ycompensan.

Hasta la última gotaCómo apoya la comunicación inalámbrica la prolongaciónde la vida útil de la producción de petróleo y gasEgil Birkemoe, Jan-Erik Frey, Stefan Svensson, Paula Doyle



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Hasta la última gota


toda la planta, en las instalacio-nes superiores o entre platafor-mas.

Tradicionalmente, para instalarsensores de recogida de datosen línea hacen falta cables. Enlas nuevas instalaciones, lossensores inalámbricos puedenahorrar costes de cableado. Larenovación del cableado es aúnmás cara, y a menudo imposi-ble a gran escala, ya que exigepersonal de instalación en elemplazamiento. Además, lacapacidad limitada de camas y transporte en la plataformapetrolífera suele ser un factordisuasor. Para conectar los

sensores, es posible que haya que erigirandamios, retirar aislamientos y atrave-sar mamparos y compartimentos prote-gidos contra explosiones e incendios, loque aumenta los costes.

Redes inalámbricas de sensoresEn los yacimientos marinos maduros,una red de sensores inalámbrica (WSN)de bajo coste es una opción muy ventajosa para la transmisión de datosde mediciones y equipos de comunica-ción a las unidades centrales. Una WSNpuede instalarse en plataformas marinascon cientos de bombas, ventiladores y otros dispositivos accionados pormotores que precisan mantenimientocontinuo.

Pero las dificultades técnicas queplantea una WSN en este entorno sonconsiderables. Los principales requisitosde la WSN son: Fiabilidad de la comunicación en

entornos inclementes. Latencia previsible (demora ydeterminismo de la comunicación).

Consumo eléctrico reducido del nodode sensores y de la comunicación.

Seguridad, que abarca la confidencia-lidad (codificación de extremo a ex-tremo) y la comprobación de la inte-gridad de los mensajes, laautentificación y los procedimientosseguros para el acceso a la red.

Coexistencia con otros equipos ysistemas inalámbricos de la

competencia.

En el caso de las aplicaciones de controldel estado, cuya frecuencia de actualiza-ción suele ser inferior, la latencia es

estar situada mar adentro, sobre unacubierta de acero, una estructura dehormigón o una unidad flotante, depen-diendo de la profundidad del mar y dela tecnología disponible en el momentode la construcción. Las plantas másmodernas incluyen también instalacio-nes submarinas de transformación. 1

Para recoger los datos necesarios eneste entorno tan desfavorable, las com-pañías petrolíferas han invertido en unared de fibra óptica en el Mar del Norte. Ahora se están desarrollando otras tec-nologías potenciadoras con gran capaci-dad de transferencia de datos: redes defibra óptica en los pozos, comunicacióninalámbrica en torno a las plataformas(embarcaciones de apoyo, etc.) y en

Muchas de las instalacio-nes petrolíferas y de gas

del Mar del Norte se constru-

yeron en el decenio de 1970 y entran ahora en la fase deproducción final. En la actua-lidad hay pocos proyectosnuevos de envergaduraplanificados en los sectoresnoruego y británico, por loque la industria comienza acentrarse en proyectos dereacondicionamiento. Estecambio obliga a abordarcuestiones decisivas: En la fase final de produc-ción, es esencial un funcio-namiento eficaz para pro-longar la vida de los yacimientos. El equipo envejecido necesita másmantenimiento.

Es crucial el mantenimiento basado enel estado, orientado a la reducción delos costes de explotación.

Operaciones integradasPara afrontar esta ingente tarea de ges-tión de miles de dispositivos, sistemas einstalaciones, es fundamental usar grancantidad de datos en línea tanto paraaumentar la producción como paralograr una explotación y un manteni-miento eficaces. En las etapas inicialesde la producción de petróleo y gas sehan adoptado muchas iniciativas deeste tipo conocidas como Operacionesintegradas, Yacimiento electrónico, Yacimiento del futuro, Yacimientointeligente, etc. En un informe publica-do por la asociación de las industriasdel petróleo de Noruega [1] se estimóun potencial para las Operaciones

integradas en la plataforma continentalnoruega de 250.000 millones de coronasen 2006.

ABB es un agente activo que colaboracon las compañías petrolíferas, conotros proveedores y con el mundo aca-démico para hacer realidad el conceptode Operaciones integradas Cuadro .

El problema de la adquisición de datosUna planta de explotación primaria depetróleo y gas es básicamente una plan-

ta de producción que lleva hidrocarbu-ros desde un yacimiento subterráneohasta una línea de exportación parapetróleo y gas transformados. En el Mardel Norte, la planta de producción suele

ABB proporciona productos de control de

estado, control de comportamiento y opti-

mización de la producción a muchos tipos

de instalaciones de producción primaria.

ABB fue elegida por Statoil-Hydro como

socio de investigación y desarrollo

industriales en el área de operaciones y

mantenimiento, y encabeza un consorcio

llamado TAIL Integrated Operations, del que

forman parte AkerKværner, SKF e IBM [2].

Otro importante programa de I+D es el

desarrollo de sensores de vibración

inalámbricos con apoyo de BP y Statoil-

Hydro. ABB preside el consorcio, del que

también forman parte SINTEF y SKF.

El Consejo de Investigación de Noruegarespalda los dos proyectos anteriores en el

marco del programa Petromaks.

Cuadro Colaboración para el éxito

1 Elementos principales de una plataforma de producción en el Mar del Norte

Datos en tiempo real

Optimización de la producción

I n t e g r a c i ó n d e d a t o s y c o n o c i m i e n t o s

Centro de opera-ciones en tierra

Gestión del yacimiento y las reservas

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dispositivo y la estación deloperador.Un sencillo adaptador Wireless-

HART en el instrumento actualpuede aportar la funcionalidadextra que falta y potenciar elrendimiento del sistema decontrol en su conjunto. De es-te modo, el canal inalámbricopermite el control del estadotan necesario en la etapa finalde la explotación. 2

WirelessHART se basa en lanorma 802.15.4, que propor-ciona las capas de nivel infe-rior de la pila de comunicacio-nes. La norma IEEE se centraen la comunicación ubicua abaja velocidad y de bajo costeentre dispositivos con pocainfraestructura o sin ella. Eluso de la 802.15.4 como basegarantiza una tecnología de

radio fiable y numerosos proveedorestecnológicos.

La radio 802.15.4 ofrece un alcance mí-nimo de 10 metros según la especifica-ción, y una velocidad de transferenciade 250 kbps. Pero con equipos de radio y amplificadores de potencia más sensi-bles, Wireless HART podría alcanzar dis-tancias de hasta 200 metros (en línea de visión).En 2007, HART con cable tenía ya unabase instalada de más de 24 millonesde dispositivos. Para sacar el máximopartido a las herramientas y el softwareactuales, lo razonable es aprovechar labase instalada.Wireless HART se desarrolló para admitirlas siguientes aplicaciones: Localización de averías de dispositivos

sobre el terreno. Control del diagnóstico y el estado dedispositivos.

Control de datos críticos con requisi-tos de funcionamiento más estrictos.

Control del proceso de supervisión. Calibración. Puesta en marcha.

Concepto de red malladaLa máxima fiabilidad de la redWireless HART se consigue con una

mucho mayor que la Wireless HART, yaspira a cubrir una familia completa denormas: Automatización de procesos(ISA100.11a).

Automatización de la fabricación(intervención próxima).

Transmisión y distribución (interven-ción a larga distancia).

RFID (radioetiquetado industrial).

Como Wireless HART ofrece ya unabuena solución para las aplicaciones deautomatización de procesos, el debateactual se centra en la mejor manera deintegrar Wireless HART con ISA100.11apara garantizar la coexistencia y lainteroperabilidad.

Ventajas de WirelessHARTEl desarrollo de Wireless HART se basóen los mismo principios que rigieron eldesarrollo de HART con cables: losniveles de comunicación y aplicaciónforman parte de la solución, y el proto-colo propiamente dicho se mantiene lomás sencillo posible.

La semejanza de las normas permitesacar más partido a los instrumentos yainstalados en las plataformas marinas.De hecho, muchas instalaciones marinas ya están equipadas con instrumentos

HART. Sin embargo, éstos no puedenaprovecharse totalmente, pues lossistemas DCS heredados bloqueanlas señales HART y obstaculizan todaslas comunicaciones HART entre el

menos importante, mientrasque la fiabilidad, la seguridad y el consumo eléctrico conti-

núan siendo cruciales.El consumo eléctrico tiene unefecto decisivo en la vida delos sensores (si funcionan conbatería) o en la viabilidad deuna solución autoalimentada(por ejemplo, mediante lacaptación de energía defuentes de calor o vibraciónpróximas). Para reducir elconsumo, el nodo debe estarinactivo el mayor tiempoposible y enviar, cuando estéactivo, el menor número debits posible [3].

Además de con las enormesestructuras de acero de laplataforma, la WSN tiene quecoexistir con otros sistemasmarinos típicos que pueden alterar elintercambio seguro de datos. Pertenecena esta categoría grandes generadores deenergía, radios UHF/VHF, radares, siste-mas de automatización y seguridad y,cada vez más, redes WLAN1.

Sin embargo, el análisis espectral endichos emplazamientos marinos noindica ningún ruido de fondo importan-te en la banda de 2,4 GHz, que es lafrecuencia en la que trabajan muchasde las soluciones WSN actuales y en de-sarrollo. Pero las instalaciones previstasde sistemas de red WLAN (IEEE 802.11) y WiMax (IEEE 802.16) pueden cambiaresta situación [6]. Las futuras soluciones WSN no tendrán más remedio quecoexistir con las redes WLAN, la tecno-logía más extendida en el sector.

A la búsqueda de normas WSNUna de las cosas que más preocupan enel ámbito de la automatización industriales la ausencia de normas adecuadaspara responder a las demandas mencio-nadas más arriba. El panorama haempezado a cambiar con la publicaciónde la norma Wireless HART™ [4] enseptiembre de 2007. ABB ha intervenidoactivamente en la definición de la espe-cificación Wireless HART2).

Otra norma en desarrollo que pareceprometedora para las aplicaciones in-dustriales es la ISA100, Sistemas inalám-bricos para la automatización industrial[5]. La norma ISA100 tiene un alcance

Notas a pie de página1) WLAN: red de área local inalámbrica.2) Véase también “Las comunicaciones inalámbricas, el

futuro de la instrumentación”, Revista ABB 4/2007,

páginas 16–17.

2 Uso de WirelessHART en aplicaciones nuevas y existentes

Dispositivos HART existentes con adaptador de WirelessHART

Nuevos dispositivos compatibles con WirelessHART

Acceso ina lámbricoa la información deldispositivo HART

Mismo dispositivoHART y bucle decontrol

Uso de herramien-tas existentes yexperiencia

Valioso diagnósticode dispositivos

Las mediciones deprocesos adicionalesson ahora rentables

Automatización

de medicionesmanuales Sin costes decableado paraseñales

Fácil configuracióny despliegue

Dispositivo HARTexistente

Datos HART

PV + datos HART

Aplicacioneshost

Adaptador

Bucle de control de4-20 mA existente Sistema de

control existente

Aplicaciónde gestión dedispositivos

Pasarela

Pasarela

Dispositivo

alimentación por batería alimentación solar alimentación porinducción

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con normas industriales y pro-ductos lanzados por una am-plia gama de proveedores,

subraya la necesidad cada vezmás acuciante de esta platafor-ma de comunicación. Las prin-cipales compañías petrolíferastienen intención de probar lanueva tecnología Wireless HARTen 2008.

Un sistema de control del esta-do en línea compatible con la WSN contribuye a la fiabilidad y la seguridad de las operacio-nes, pues advierte con tiempode las situaciones potencial-mente peligrosas, a la vez queaumenta el conocimiento deldesgaste y del comportamiento

del equipo a largo plazo. El ahorro decostes deriva de la reducción o elimina-ción del tiempo de inactividad delequipo crítico gracias a la introducciónde conceptos de mantenimiento más efi-caces y de procesos de trabajo de man-tenimiento más previsibles y claros.

La WSN es otro ejemplo de tecnologíapotenciadora que multiplica el rendi-miento empresarial de todo un sector,que necesita aprovechar sus activos“hasta la última gota”.

Egil Birkemoe

Mejora de la producción de petróleo,

ABB, Petróleo y gas

Oslo, Noruega

[email protected]

Stefan SvenssonInvestigación del grupo ABB

Västerås, Suecia

[email protected]

Jan-Erik Frey

Investigación del grupo ABB

Västerås, Suecia

[email protected]

Paula Doyle

I+D estratégica para petróleo y gas, ABB

Oslo, Noruega

[email protected]

Notas a pie de página3) AES: norma de codificación avanzada.

cipales objetivos de las soluciones decomunicación, y que las soluciones deseguridad complejas aumentan el consu-mo. Se utilizan claves distribuidas paraque sólo los dispositivos autorizadosentren en la red; este solo mecanismogarantiza la autenticidad de los datos.

CoexistenciaComo Wireless HART utiliza el protocolode control de acceso a medios definidoen la norma IEEE, se asegura la coexis-tencia armónica con otras redes queusan la misma norma IEEE (por ejem-plo, ZigBee). Las pruebas con protoco-los de redes de sensores similares aWireless HART demuestran que la comu-nicación funciona muy bien incluso enun entorno de red WLAN muy activo [6].

3 muestra el comportamiento de unared de ese tipo durante las pruebas; lafiabilidad es prácticamente del 100 % en

todo momento.

WSN para mejorar la eficaciade la producciónLa WSN es un importante requisito paraimplantar un control en línea del estadorentable. La respuesta del mercado,

red mallada en la que todoslos nodos pueden encaminarmensajes desde un disposi-

tivo cercano, y proporcionarcon eficacia una nueva rutade datos.

La capacidad para evitar per-turbaciones en el momentoen que se producen saltandode una frecuencia a otra con-tribuye también a la fiabilidadtotal de la red. El salto de fre-cuencia sigue un esquemaTDMA (acceso múltiple pordivisión de tiempo) que ase-gura que los nodos se comu-niquen en frecuencias distin-tas en puntos temporales dis-tintos.

El sistema ofrece rutas de comunicaciónalternativas para que la comunicaciónpueda continuar cuando la ruta originalse bloquea por una obstrucción materialo por interferencias. Como cada disposi-tivo debe tener al menos dos rutas al re-ceptor, puede usarse una de éstas al ins-tante cuando se bloquea la inicial.

Bajo consumo eléctricoEl esquema TDMA garantiza la reservade un segmento de tiempo para cadaenlace entre los dispositivos en comuni-cación. Así se asegura un consumoeléctrico reducido, ya que los nodosestán sincronizados y sólo deben estaractivos durante los segmentos de tiem-pos pertinentes y la resincronización.

SeguridadLa codificación AES3) de 128 bits defini-da en la norma 802.15.4 se considera de

forma generalizada como la más avanza-da. Aunque es posible que en el futurose precisen soluciones de seguridad aúnmás avanzadas (como la criptografía decurva elíptica), la AES cumple todos losrequisitos actuales si tenemos en cuentaque el bajo consumo es uno de los prin-

Referencias

[1] Asociación de las industrias del petróleo de Noruega: Potential Value of Integrated Operations on the

Norwegian Shelf, 2006.

[2] Vatland, S.; Doyle, P .; Andersen, T.M., “Operaciones integradas: La creación de la compañía petrolífera del

futuro”, Revista ABB 3/2007.

[3] Aakvaag, N .; Frey, J., “Redes de sensores inalámbricos. Nuevas soluciones de interconexión para laautomatización industrial,” Revista ABB 2/2006.

[4] Fundación para la comunicación HART, http://www.hartcomm.org (enero de 2008).

[5] ISA-100, http://www.isa.org

[6] Doyle, P.; Vatland, S.; Petersen, S.; Aasland, C.S.; Andersen, T.M.; Sjong, D. Requirements, Drivers and

Analys is of Wireless Sensor Network Solutions fo r the Oi l & Gas Industry. Actas de la ETFA, 2007.

3 Resultado de una prueba de medición de un sistema WirelessHART

comportamiento de la red SmartMesh

tiempo (horas) fiabilidad

estabilidad latencia

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

100

98

96

94

92

90

88

86

84

82

80

500

450

400

350

300

250

l a t e n c i a ( m s )

f i a b i l i d a d y e s t a b i l i d a d ( % )

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Tiene 95 metros de eslora y albergamás de 190 km de cables eléctricos y

de instrumentación. Desarrolla unapotencia eléctrica total de 120 MW,

es respetuosa con el medio ambientey tiene su hogar en el mar Caspio

desde abril de 2007. Llamadacariñosamente Lady of Victories,

es una central eléctrica autónomaembarcada sobre una gabarra

diseñada para prestar servicio enel yacimiento petrolífero marino de

Kashagan, en el mar Caspio. Estacentral eléctrica flotante es el

resultado de más de dos años defructífera colaboración entre ABB y

Rolls-Royce Power.

Lady of VictoriesEsta central eléctrica autónoma montada en una gabarra seencuentra en su elemento en el mar CaspioFrancesco Gentile

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Rolls-Royce, iba a convertirse en elprimer módulo de proceso entregadoal yacimiento de Kashagan.

El Módulo de generación eléctrica 8La central eléctrica flotante estáproyectada para suministrar energíaeléctrica al complejo en alta mar BloqueD del yacimiento de Kashagan. El con-trato incluía la ingeniería, la adquisición,la fabricación, la entrega y la puesta enmarcha del Módulo de generación eléc-trica nº 8.

La central eléctricaflotante de ABB seproyectó para suministrarenergía eléctrica alcomplejo en alta marBloque D del yacimientode Kashagan, en el marCaspioLa gabarra desplaza unas 1000 tonela-das, tiene 95 metros de eslora, 16 metros de manga y 5,5 de puntal; el casco esde planchas de acero al carbono de bajatemperatura para soportar las condicio-nes meteorológicas extremas del marCaspio y para cumplir las normasmarinas exigidas1). Estos dos factoresdeterminan el tipo de materiales quese deben emplear en otros elementosestructurales para asegurar que el equi-po de la gabarra está adecuadamenteprotegido durante la navegación. Porejemplo, a todos los circuitos detuberías se ha aplicado seguimiento yaislamiento del calor. La gabarra estáequipada con cuatro turbogeneradores

de 30 MW y sistemas auxiliares, equipossobre bastidor para acondicionamientodel gas, un sistema de gestión de carga/gestión distribuida (LMS/DMS), transfor-madores elevadores y reductores, apara-menta de maniobra para alta, media ybaja tensión y diversas construccionesen la superestructura. Se han satisfecholos requisitos de protección pasiva con-traincendios (PFP) para estas estructurasempleando paneles prefabricadosespeciales (certificados según la norma“A60”), que garantizan una adecuada

resistencia al fuego.

mente sensible con una diversidad deespecies de fauna y flora protegidasinternacionalmente.

Se decidió que el campo de Kashaganse desarrollaría en tres etapas consecuti- vas, y que esto requeriría una cuidadosacoordinación de operaciones simultá-neas, incluidos el desarrollo y la produc-ción, la construcción de nuevas plantas y la mejora y ampliación de las yaexistentes. Durante las tres etapas, laproducción aumentará desde un nivelinicial de 75.000 barriles diarios hasta un valor máximo de 1,2 millones de barri-les en la segunda mitad de la próximadécada. El desarrollo propuesto incluirátanto instalaciones de transformación entierra y mar adentro como líneas tronca-les de interconexión.

La participación de ABB comenzó enla primera etapa de desarrollo del yaci-miento de Kashagan con la firma enseptiembre de 2004 de un contrato con Agip KCO B.V., la empresa explotadoradel yacimiento, para el diseño de unacentral eléctrica autónoma flotante. Lagabarra Power Generation Barge 8 de ABB, completada en colaboración con

El yacimiento petrolífero de Kasha-gan no solamente es el mayor

descubierto en la concesión PSA del

mar Caspio septentrional, sino que,en conjunto, es el mayor descubiertoen los últimos 30 años. Está situado aunos 80 km de Atyrau, en Kazajstán, y cubre una superficie de unos3.400 km2. Contiene unas reservasestimadas de 38.000 millones debarriles de petróleo, de los que13.000 millones son potencialmenterecuperables mediante reinyecciónde gas.

Por su tamaño y por otras circunstan-cias, el desarrollo del campo de Kasha-gan representa uno de los mayores retosde la industria petrolífera. Esas otrascircunstancias son las siguientes: reservas profundas a alta presión; crudo conun contenido elevado de azufre (delorden del 16 % al 20 %) combinadocon ácido sulfhídrico (H

2S) y aguas po-

co profundas (3-4 metros) que se hielanentre noviembre y marzo. Además, elnivel del mar fluctúa durante el resto delaño, no son raras las oscilaciones detemperatura desde 30 °C hasta +40 °C y,como punto final, un entorno tremenda-


Lady of Victories


Equipo principal Cuatro generadores de turbina de gas Rolls-Royce RB 211 6762 de 30 MW. Cada unode los generadores de turbina está equipa-do con un sistema DLE (bajas emisiones enseco). Esto significa que cada turbina degas incorpora una caseta de filtros de airede entrada, una chimenea de escape y unradiador de aceite.

Cuatro paquetes de acondicionamiento delgas combustible, completados con cuatrovías de calentamiento de 60 kW.

Tres generadores diésel de emergenciade 2 MVA.

Equipo eléctrico principal Aparamenta de alta tensión aislada en SF

6

de 35 kV a 40,5 kV de tensión. Aparamenta de media tensión aislada enaire de 6,6 kV a 7,2 kV de tensión.

Cuatro transformadores elevadores de10/35 kV 35 MVA.

Dos transformadores reductores de35/6,6 kV 25 MVA.

MCC de baja tensión de 400 V nominales.

Unidad de continuidad UPS de 230 VCA, dedoble redundancia, de 40 kW nominales. Cargador de baterías de CC, de 110 V CC,20 kW de doble redundancia.

Baterías de doble redundancia.

Cuadro 1 Resumen de las características técnicas del Módulo de generación eléctrica 8

Instrumentación y control Sistema de gestión de carga/Sistema degestión distribuida (LMS/DMS) adecuadospara 3.100 entradas y salidas como máximo.

Sistema de detección de incendios y fugasde gas.

Construcciones de la superestructura Construcciones de estructura de acero conun peso total de 300 toneladas.

Dos salas para los generadores de turbinade gas a prueba de explosiones e incendios(cada una de ellas de 450 m2) con clasifica-ción A60.

Una sala eléctrica a prueba de incendioscon clasificación A60 de dos niveles conuna superficie total de 290 m2.

Bastidores para tuberías. Torre de ventilación.

Varios Calefacción y aire acondicionado:

Calefacción: dos calentadores de 250 kWpara la sala de turbinas de gas más otrode 110 kW para la sala de generación

principal. Refrigeración: sistema de refrigeraciónde 180 kW para la sala de generaciónprincipal.

Sistemas antiincendio.Nota a pie de página1) Como prueba de conformidad se exige un

certificado de la Autoridad Naval.

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ajustaba a las normas internacionalesrelevantes.

Más de 190 km de cables eléctricos y deinstrumentación (y las correspondientescanalizaciones) discurren por zonas

compañía experimentada y totalmenteequipada, Malta Shipyards Ltd (MSL),para que trabajara en la construcción dela gabarra.

El casco se fabricó por secciones,empezando por planchas estándar deacero que se montaron a continuaciónen un dique seco exclusivo. Las cons-trucciones de la superestructura seprefabricaron en una planta de tierraantes de enviarlas al dique seco parasu instalación final. Todo el proceso defabricación estuvo sometido a revisionescontinuas por parte de la DNV (DetNorske Veritas)2), que emitían cada vezuna certificación formal (Statement of

Compliance ) que garantizaba que lacalidad de la obra completada se

El Cuadro 1 recoge un resumen técnicode la central eléctrica flotante de ABB.

Repaso a la construcción ABB PS&S (Process Solutions andServices) Cuadro 2 , con sede en Milán,fue responsable del proyecto, adquisi-ción, fabricación y entrega de todo elMódulo de generación eléctrica. Encuanto a Rolls-Royce, suministró loscuatro turbogeneradores montados yprobados en fábrica.

Más de 190 km decables eléctricos y deinstrumentación (y lascorrespondientescanalizaciones) discurrenpor zonas especiales

separadas a lo largo de lagabarraSe utilizó el análisis estructural paradimensionar los componentes funda-mentales del casco y las construccionesde la superestructura. En este análisistambién se tuvieron en cuenta lasposibles cargas dinámicas durante lanavegación. El recorrido de tuberías ycables se determinó utilizando unamodelización tridimensional que ayudóasimismo a proporcionar detalles cons-

tructivos para la fabricación de las bobi-nas y los apoyos de las tuberías. En totalse emplearon 100.000 horas-hombrepara desarrollar todos los detalles deingeniería. Se subcontrató a una

ABB Process Solutions & Services (ABB

PS&S) es una compañía con sede en Italia

que pertenece al grupo ABB. Entrega en

todo el mundo soluciones llave en mano

para la industria del petróleo y el gas,

centrales eléctricas y sistemas eléctricos y

de automatización. Con una facturación

anual de casi 500 millones de dólares, la

compañía opera a través de un Centro de

Excelencia especial situado en Sesto San

Giovanni (Milán). La compañía presta

servicios integrados que incluyen ingenie-ría, adquisición, construcción, entrega y

puesta en marcha, así como servicios de

mantenimiento global.

Cuadro 2 ABB Process Solutions & Services

(ABB PS&S)

La central eléctrica flotante alberga más de

190 km de cables eléctricos y de instrumenta-

ción. Tiene una potencia eléctrica total de

120 MW.

El casco de la central eléctrica flotante se ha fabricado por secciones.

Las construcciones de la superestructura se prefabricaron antes de

enviarlas al dique seco.

Plantada en el astillero de fabricación de Malta. La gabarra de 1.000 tone-

ladas, 95 metros de eslora, 16 metros de manga y 5,5 metros de puntal

empieza a tomar forma.

Nota a pie de página2) Det Norske Veritas (DNV) es una fundación inde-

pendiente cuya “competencia básica es identificar,

evaluar y asesorar la forma de controlar el riesgo.

Ya sea que clasifiquemos un buque, ce rtifiquemos

el sistema de gestión de una compañía automovilis-

ta o asesoremos sobre el mejor mantenimiento

para una plataforma petrolífera anticuada, nuestro

objetivo es mejorar de forma segura y responsable

los resultados comerciales.” (Cita tomada de

http://www.dnv.com, noviembre de 2007).

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Lady of Victories


configurar los equipos y los sistemas dela gabarra. La modelización tridimensio-nal fue clave para resolver este aspecto,

y también se utilizó para verificar laconexión entre las distintas áreas y lasuperposición de diversos sistemas. Además, se empleó para definir laconfiguración y el encaminamiento másefectivos de los sistemas de tuberías ycables eléctricos y de instrumentación.Pero la modelización tridimensional nosólo se aplicó al proceso de ingeniería,sino también, y de forma sistemática, ala etapa de producción.

Las limitaciones impuestas por lareglamentación del tráfico en los diver-sos canales que conducen al yacimientode Kashagan también plantearon dificul-tades. A pesar de que la gabarra semontó totalmente y se probó antes desu entrega, estas limitaciones obligarona desmontar temporalmente determina-dos componentes después de la pruebafinal en el astillero.

Una receta para el éxitoLa gabarra se terminó desde el punto de vista mecánico y fue preentregada enmarzo de 2007 en el astillero de Malta.En abril de 2007 fue bautizada oficial-mente como Lady of Victories y entrega-da a Agip KCO por ABB PS&S y Rolls-Royce. La Lady of Victories fue botadafinalmente el 22 de abril.

Este notable logro tecnológico y defabricación no habría sido posible sin elauténtico trabajo en equipo realizadodentro de la organización del proyectoni sin el compromiso proactivo de unossubcontratistas cualificados y fiables. Laintegración sin fisuras entre las fases de

ingeniería, adquisición y construcciónfue posible gracias a la cooperación, elconocimiento y el entusiasmo de todoslos miembros del equipo del proyecto.Esta combinación contribuyó asimismoa la puntualidad y la eficacia con quese completó la gabarra, y constituye, endefinitiva, una receta para el éxito.

Francesco Gentile

ABB PS&S S.p.A

Sesto San Giovanni, Milán

[email protected]

se resolvió por medio de seminarios einspecciones de HAZOP (riesgo y ope-rabilidad), SIL (nivel de integridad de laseguridad) y SAFOP (operaciones segu-ras). Estos seminarios se celebraron alo largo de todo el transcurso delproyecto y asistieron a ellos todos losdirectamente implicados en el proyecto y consultores de terceros.

Según las normas ATEX (normas inter-nacionales para áreas de riesgo) ySOLAS (normas internacionales quedefinen la seguridad de los buques enel mar), el diseño cumple los requisitosque garantizan la PFP. Además, lagabarra cumple plenamente las normasnavales relevantes.

El resultado final es una central eléctricaque cumple las normas de seguridadmás exigentes y que satisface asimismo

en su totalidad las políticas de protec-ción ambiental más estrictas.

Aspectos críticosDurante el transcurso del proyecto huboque resolver algunos problemas relati- vos a la integración eficiente y efectivade los diversos sistemas en una solaunidad, al tiempo que se cumplíantotalmente las normas industriales y deseguridad correspondientes.

El equipo de ingeniería tuvo que

superar las limitaciones dimensionalesimpuestas a la gabarra por las necesida-des concretas de normalización del yacimiento de Kashagan. Estas limitacio-nes influyeron en la forma de situar y

especiales separadas a lo largo de lagabarra, mientras que por todas partesse han instalado dispositivos de detec-ción de fuego y de gas para aseguraruna vigilancia continua. Se han diseña-do paneles de clasificación para laconexión con el DCS (sistema de distri-bución y control) de la planta principalque activan acciones apropiadas cuandose detecta fuego o gas.

Una vez que la gabarra estuvo termina-da desde el punto de vista mecánico,se llevaron a cabo con éxito las pruebasde mar en diciembre de 2006 paracomprobar y certificar la estabilidad dela gabarra durante la navegación. Estaspruebas fueron presenciadas y acepta-das formalmente por agencias interna-cionales, como DNV y Noble Denton3).

La seguridad, especialmente en el asti-

llero de Malta, fue prioritaria a lo largode todo el proyecto. Al iniciar elproyecto se fijó una meta ambiciosa: niun solo accidente. Cuando se alcanzóen el astillero de Malta el objetivo inicialde 500.000 horas-hombre sin ningúnincidente con pérdida de tiempo (LTI),representantes del gobierno de Maltaofrecieron una ceremonia para celebrareste logro. En el astillero de Malta seinvirtieron en total 900.000 horas-hom-bre, de las que nada menos que700.000 fueron sin LTI. Todo lo relacio-

nado con la integración de la seguridad

Llamada oficialmente Lady of Victories, la gabarra fue entregada a Agip KCO

por ABB PS&S y Rolls-Royce en abril de 2007. La Lady of Victories fue botada

finalmente el 22 de abril.

Nota a pie de página3) http://www.nobledenton.com/ (Noviembre de 2007)

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Seguridad

Los ataques electrónicos a los sistemas de automatización de plantas industriales y centrales eléctricasson raros. Sin embargo, cuando se producen, las consecuencias pueden ser muy graves.

Las estrategias que se utilizan para proteger las redes de oficina, por ejemplo, no siempre son aplicablesa las necesidades de plantas industriales y centrales. Mientras que el tráfico en una red de oficina es en

gran parte arbitrario desde el punto de vista de la vigilancia y la detección de intromisiones se limita amenudo al examen de paquetes de datos en busca de atributos concretos, el tráfico de red en una insta-

lación industrial suele ser fácil de relacionar con la actividad del sistema. Una desviación sustancial dela pauta esperada puede ser un indicador de intromisión. El sistema 800xA Security Workplace de ABB

utiliza este criterio para añadir funciones de seguridad a los sistemas de control del sistema 800xA. Dadoque esta solución utiliza conceptos del conocido sistema 800xA, los operarios no necesitan una forma-

ción especial en seguridad informática para sacar partido a esta herramienta.

Prohibido elpaso

Vigilancia de la seguridad informática de la centralMarkus Brändle, Thomas E. Koch, Martin Naedele, Rolf Vahldieck

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Prohibido el paso

Seguridad

del operador de proceso sugiere que,idealmente, éste podría actuar como unaespecie de “primera respuesta” respecto

a la seguridad informática.

Una objeción puede ser que este papelde “primera respuesta” exigiría conoci-mientos de tecnologías de la informa-ción y de seguridad informática, que nose suelen encontrar entre el personal deproceso. Esta falta de especialización seestá intentando resolver mediante unaautomatización cada vez mayor de lafunción de análisis y detección con con-juntos de reglas complejas [2]. La elimi-nación del factor humano, con su faltade conocimiento especializado, del bu-cle del proceso permite tomar decisio-nes rápidas y determinísticas que pro-porcionan respuestas claras en situacio-nes claras. Pero muchas situacionesprácticas son confusas: el entorno es de-masiado dinámico para un conjunto fijode reglas de detección de ataques, y unenfoque basado en la actualización di-námica del conjunto de reglas volvería aplantear la necesidad de expertos queestén siempre disponibles. En cambio,el planteamiento de ABB es que losoperarios de procesos, gracias a su for-mación y a su experiencia diaria de vigi-lancia de centenares de indicadores deproceso, sean muy competentes a la ho-ra de detectar anomalías en valores ysus respectivas correlaciones. Estas per-sonas pueden emplear el sentido comúnpara decidir si una anomalía tiene unaexplicación no crítica, tanto en losparámetros de control como en áreasrelacionadas con la seguridad.Por ejemplo: una pantalla de los orde-nadores de la red de automatización

talaciones de bajo riesgo. Además, hayotros aspectos que pueden hacer queesta solución no sea conveniente. Estos

aspectos pueden estar relacionados conla seguridad (se tendría que dar accesoa personal ajeno a la empresa) o con laconfianza (¿se puede confiar en que elproveedor externo de servicios sepa valorar adecuadamente las peculiarida-des de las instalaciones industriales ysus riesgos inherentes).

ABB ofrece una tercera alternativa aestas situaciones: la integración de la vigilancia de la seguridad informáticaen la estructura general del control deprocesos.

Vigilancia de la seguridad y controlde procesosMuchas empresas tienen capacidadestécnicas de detección de ataques, talescomo sistemas de detección de intromi-siones basados en red o en un ordena-dor central, o escáneres que analizan losmensajes registrados procedentes decortafuegos y ordenadores centrales.Pero muchas de ellas no utilizan eficaz-mente estas posibilidades porque care-cen de los recursos humanos necesariospara vigilar los resultados de estas herra-mientas las 24 horas del día. Aunque la seguridad informática de lossistemas de automatización tiene quesuperar determinadas dificultades espe-ciales (algunas de ellas diferentes de laspropias de la informática de oficinas [1])también presenta ventajas. Una de ellases que muy a menudo se puede dispo-ner de un operador de proceso paraque vigile el comportamiento del siste-ma en todo momento. La disponibilidad

Ala vista de la continua evolución dela capacidad de los ordenadores, y

también de las múltiples vías de acceso

(conexiones de red, módems, memoriasUSB, CD, ordenadores portátiles, etc.),no es de extrañar que se estén descu-briendo y explotando continuamentenuevas vulnerabilidades. Ningún meca-nismo de seguridad puede garantizaruna invulnerabilidad absoluta contraataques e intromisiones. Por lo tanto,una arquitectura de seguridad polivalen-te no se apoya sólo en mecanismos pre- ventivos, como cortafuegos y antivirus,sino que también incluye tecnologías yelementos de proceso capaces de detec-tar ataques e intromisiones mientras seproducen y de reaccionar contra ellos.Una opción para esa función de detec-ción es un equipo humano dedicado aesa tarea que vigile y analice las intro-misiones. Disponer de un equipo asílas 24 horas del día supone un gastocontinuo y considerable que puedeser difícil de justificar. Además, atraer yretener a personal cualificado para esosequipos puede ser difícil en un entornoque sólo se enfrenta a un ataque real enmuy raras ocasiones.

Una solución más práctica desde elpunto de vista económico para unainstalación industrial sería suscribirse aun proveedor de servicios de seguridadgestionada, que utiliza instalacionescentrales de vigilancia con un personalaltamente cualificado para vigilarcontinua y simultáneamente las redes de varios clientes. Aunque mucho menoscostoso que su equivalente interno, elproveedor externo de servicios podríaseguir siendo demasiado caro para ins-

2 Esquema general de la arquitectura del servidor 800xA con Security

Workplace

Syslog WMI SNMP SSH

Nodo de servidor 800xA

Servidor OPC de reserva de ABB (PNSM)

Servidor de aspectos

WMIClienteSSH

Registro de even-tos de Windows

Syslog aEventLog

ScriptsPNSM

ScriptsPNSM

ScriptsPNSM

ScriptsPNSM

1 Flujo de datos de System 800xA Security Workplace. Los datos del

tráfico de la red se recogen de varios nodos y se analizan en busca

de comportamientos anómalos.

Syslog

SyslogWMI

SSH SSH

SNMPSNMP

Syslog

Nodo de Windows Nodo de red

Nodo de servidor 800xA

Nodo de Unix

Se muestra una vista más detallada del nodo del servidor en 2 .

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Prohibido el paso

Seguridad

A partir de esto, ABB hadesarrollado una solución deseguridad y salud del sistema

para sistemas de control deprocesos basada en el marcodel sistema 800xA: System800xA Security Workplace.

El sistema 800xA SecurityWorkplace Arquitectura del sistemaEl sistema 800xA Security Workplace consiste en variasetiquetas y guiones que secargan en el sistema 800xAcuando se ejecuta. El Security Workplace utiliza y aprovechaasí las bibliotecas y el marco800xA base, y demuestra có-mo la flexibilidad y las posi-bilidades directas deintegración de la arquitectura800xA se pueden ampliar a

unos objetivos tan específicos como la vigilancia de la seguridad.

El 800xA Security Workplace incorporadatos de distintas fuentes y admite elacceso mediante distintas tecnologías. 1 muestra una visión general de alto nivelde los sistemas y los flujos de datos en-tre ellos. El prototipo en curso recopiladatos de nodos de Windows utilizandomensajes Syslog, Windows ManagementInstrumentation (WMI). Se accede a losdatos de nodos de la red (p.ej., corta-fuegos, interruptores o routers ) utilizan-do Simple Network Management Proto-col el (SNMP) y mensajes Syslog.La actual ampliación del producto noincluye nodos de Unix. No obstante, esfácil acceder a datos de los nodos Unixutilizando SNMP, SSH o mensajes Syslog.

La arquitectura del nodo de servidor800xA necesario para acceder a los

tar al operario del proceso utilizandolos mismos paradigmas de presenta-ción a los que está acostumbrado porla vigilancia de procesos. Esto incluyegráficos, símbolos, figuras y gráficosde tendencias de proceso, y excluyemensajes que contengan terminologíacríptica propia de hackers.

El operario del proceso no deberíanecesitar conocimientos específicosde tecnologías de la información o deseguridad informática para ser capazde detectar un ataque y de reaccionarcon sentido ante el mismo. Algunasreacciones posibles son aislar de lasconexiones externas el sistema deautomatización, activar islas predeter-minadas de red dentro del sistemade automatización, iniciar un controlde vulnerabilidad, recopilar más datos

según procedimientos predefinidos osolicitar la ayuda de un experto.

muestra el número de usuariosconectados. Según la experien-cia acumulada por el controla-

dor del proceso durante las úl-timas semanas, este número esconstante. No necesita saberque el valor real depende delos usuarios humanos conecta-dos (en algunos ordenadores) y de las cuentas de serviciopara ciertas aplicaciones. Depronto, observa que en un or-denador central hay un usuariomás de lo normal. Casi siempreesto sería una señal muy críticade riesgo en el ordenador,pues indica que un atacante hairrumpido en una cuenta deusuario. Pero en este caso, eloperario del proceso puede re-lacionar fácilmente la presenciadel usuario extra con el hechode que un técnico haya entra-do recientemente en la sala de controlpara hacer trabajos de ingeniería. Este ti-po de control de verosimilitud es impo-sible de codificar en un sistema comple-tamente automático, y las falsas alarmascorrespondientes están entre las princi-pales causas de su mala reputación [3].El enfoque de ABB consiste en propor-cionar al operario de procesos las herra-mientas y los métodos necesarios paratratar los problemas de seguridad infor-mática de la instalación de forma similara las desviaciones del proceso [4]. Paraello deben cumplirse las siguientescondiciones: La información relacionada con laseguridad informática se debepresentar al operario del procesocomo parte de su entorno de trabajonormal relacionado con el proceso.

La información relacionada con laseguridad informática se debe presen-

3 800xA Security Workplace con esquema general de la red de TI

4 El icono (en 3 ) muestra el estado del sistema de un ordenador en la red.

Sistema: indica el tipo de sistema, es decir,cliente o servidor y el estado general delsistema. Un icono rojo señala que algún valorcrucial, como el estado del software antivirus,no se encuentra en las condiciones deseables.

Estado del antivirus: muestra si el procesoantivirus está funcionando y la exploración enacceso se encuentra activada.

Utilización de red: indica la utilización de lainterfaz de red.

Integridad de archivos: muestra el estadode integridad de un conjunto determinado dearchivos, es decir, si se produce algún cambio.

Uso de memoria y CPU: tendencias queseñalan el uso de la memoria y de la CPU.

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Prohibido el paso

Seguridad

que explica la información más impor-tante representada por él.La visión general de 800xA Security

Workplace contiene también iconos paratodos los dispositivos de red. Muestrainformación básica de los dispositivos:tipo de dispositivo de red, dirección IP,nombre y estado de los puertos. 5 muestra iconos para un cortafuegos(izquierda) y un router con funcionesde cortafuegos (derecha). El cortafuegostiene dos puertos que están conectados;el router tiene un puerto conectado a lared exterior y seis puertos conectadoscon la red interior. El icono muestraque, de los seis puertos dirigidos haciael interior, tres están conectados. Los co-lores de los puertos indican su estado: verde para puertos conectados correcta-mente, gris para puertos desconectadoscorrectamente y rojo para puertos malconfigurados, es decir, puertos queestán conectados, pero no deberíanestarlo, o viceversa.

Security Workplace muestra tambiéninformación del uso de la red en diver-sos enlaces. Unas pequeñas pantallas detendencias muestran, por ejemplo, lacantidad de datos recibidos y enviadospor un dispositivo de red o el númerode paquetes recibidos descartados 6 .

Todos los iconos de esta visión generalestán relacionados con etiquetas queofrecen información más amplia. Paradispositivos de red, las etiquetas mues-tran el uso de red de todas las interfacesindividualmente y contienen tendencias

posibles ataques. No se pretende que eloperario indentifique con precisión eltipo de ataque o reaccione ante posibles

ataques desde dentro del marco deSecurity Workplace.El aspecto y la apariencia del Security Workplace se asemeja a un puesto detrabajo 800xA tradicional. Contieneelementos estándar, como etiquetas,pantallas de tendencias y listas dealarmas. Esta integración sin soluciónde continuidad en el entorno de trabajohabitual facilita la aceptación por partede los operarios y no introduce la com-plejidad añadida de una nueva interfazde usuario que introduciría un softwareespecializado de vigilancia de la seguri-dad de un proveedor externo.3 ilustra Security Workplace para unsistema de demostración. Consiste enuna red de control de procesos (PCN),una zona desmilitarizada (DMZ) y unared externa no segura (p.ej., Internet ouna red de empresa). Estas zonas estánseparadas por cortafuegos, y la PCN yla DMZ tienen interruptores gestionadospara conectar los distintos nodos. LaDMZ tiene un servidor proxy que per-mite conectar la PCN desde el exterior.La PCN tiene cuatro sistemas de venta-nas diferentes, un servidor de aspectos800xA y un servidor de optimización deaspecto 800xA, un servidor de dominios Windows y un puesto de trabajo deoperario 800xA.

La representación del sistema informáti-co dentro de Security Workplace separece a la configuración física real. Asíes más fácil que el operario comprendalo que está buscando. En caso de gran-des sistemas que no caben en una solapantalla, la red puede, como es normal

para representaciones de procesos com-plejos, mostrarse con distintos nivelesde detalle en distintas pantallas.Para sistemas basados en Microsoft Windows, la visión general del puestode trabajo de 800xA Security Workplacerepresenta un resumen de la salud delsistema. 4 muestra un icono del sistema

datos de las distintas fuentes se ilustraen 2 . Se accede a los datos utilizandoun sistema 800xA de scripts de vigilan-

cia de PC, red y software (PNSM), loscuales proporcionan las interfaces paraconectarse a las distintas fuentes dedatos1).

La PNSM, que se utiliza como la colum-na vertebral del Security Workplace, esun conjunto de funciones 800xA para vigilar los servidores y los elementos dered en una red de automatización. LaPNSM proporciona una bibliotecapreconfigurada de activos informáticosque representan dispositivos y procesosdel sistema ampliamente utilizados hoyen día en las empresas industriales. Através de la PNSM, Security Workplaceincorpora datos del sistema informáticocompleto: datos de dispositivos de red,como cortafuegos e interruptores, desegmentos de red y de sistemas deordenadores conectados a la red. Losdatos recopilados son datos informáticosgenerales, como cargas de la CPU, ydatos específicos de seguridad, comoinformación sobre la instalación deantivirus. Algunos de estos activos infor-máticos y fuentes de información másrelacionados con la seguridad informáti-ca se añadieron a Security Workplace.En general, la fácil integración defuentes de información y el comporta-miento de los componentes, cada vezmás autónomo, culminará en la implan-tación de una gestión de la instalaciónindustrial totalmente automatizada ysegura [5].

Perspectiva del operarioSecurity Workplace está diseñado paraque lo utilice un operario “normal” de

800xA, es decir, por una personaque no necesariamente tendrá formación en seguridad informática ni un conoci-miento profundo de redes y sistemasinformáticos. Por tanto, los datos mos-trados no deberían exigir unainterpretación experta. Security Work-place debe poder señalar los indicios de

5 Iconos que representan los cortafuegos y sus estados, como se muestran en el esquema

general de la red 3

a b

6 Iconos que muestran las cargas de la red

(verdes para los datos recibidos y amarillos

para los enviados)

Nota a pie de página1) Los distintos métodos de acceso a los datos se

describen con detalle en la documentación técnica.

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Prohibido el paso

Seguridad

Puede ser que el técnico esté realmentellevando a cabo una actualización defirmware del cortafuegos, o que su

ordenador portátil esté infectado por ungusano que intenta cruzar el cortafuegos.

En 9 se muestra una situación diferente.El sistema Windows vigilado tiene lasfunciones antivirus desactivadas, y lacarga de la CPU es muy alta. El softwareantivirus desactivado habría disparadouna alarma. Como anteriorment, el ope-rario puede tener información para in-terpretar lo sucedido, p. ej., que alguienesté actualizando el software en esamáquina. No obstante, nunca deberíadesactivarse el antivirus, y esta situacióndebería, por tanto, ser clasificada comoun incidente de seguridad independien-temente de las circunstancias.El sistema 800xA Security Workplace ylos servicios asociados de integraciónse pueden obtener en los servicios deconsultoría de seguridad ConsultIT de ABB. Puede ponerse en contacto conRolf Vahldieck ([email protected]) o con el resto de autores de esteartículo.

Markus Brändle

Thomas E. Koch

Martin Naedele

Investigación del Grupo ABB


[email protected]

Rolf Vahldieck

ABB Automation GmbH

Minden, Alemania

[email protected]

Referencias

[1] Naedele, M., Addressing IT Security for Critical

Control Systems, 40th Hawaii Int. Conf. on System

Sciences (HICSS-40), Hawaii, enero de 2007.

[2] http://www.sandia.gov/news/resources/relea-

ses/2006/logiic-project.html (Noviembre de 2007)

[3] IDS is dead, Gartner 2003.

[4] Naedele, M.; Biderbost, O. Human-Assisted

Intrusion Detection for Process Control Systems

2nd Int. Conf. on Applied Cryptography and

Net-work Security (ACNS) Tunxi/Huangshan,

China, junio de 2004.

[5] Koch, T.E.; Gelle, E.; Ungar, R.; Hårsta, J.;

Tingle, L. “Computación autónoma”, Revista ABB

1/2005, páginas 55–57.

Lectura recomendada:Naedele, M.; Dzung, D.; Vahldieck, R.; Oyen, D.

Seguridad de los sistemas de información industrial

(tutorial en tres partes), parte 1: Revista ABB 2/2005,

páginas 66–70; parte 2: 3/2005, páginas 74–78;

parte 3: 4/2005, páginas 69–74.

Workplace permite definir umbralespara distintos valores que, cuando sesobrepasan, disparan una alarma. La

mecánica es similar a la supervisiónnormal de procesos. Sin embargo, a di-ferencia de otros enfoques de la detec-ción de intromisiones (IDS), no se defi-nen previamente los umbrales, sino queel operario decide lo que es normal y loque no.Las cargas de red, por ejemplo, se vigilan constantemente; un aumentosúbito del tráfico provocará una alerta.Las desviaciones de las cargas normalesde red pueden indicar un incidente deseguridad, como el escaneado de lared o un programa malintencionadoque intenta enviar datos. 7 muestra unasituación en la que el tráfico de red enun cortafuegos es anormal y unidirec-cional, es decir, el tráfico sólo llega alcortafuegos y no se retransmite. Ade-más, la carga de red ha sobrepasado elumbral (indicado por el signo de admi-ración) y alguno de los paquetes eserróneo (como indica el color rojo de lacurva de datos). El hecho de que no seenvíe casi nada de tráfico desde el cor-tafuegos a ninguna interfaz sugiere quealguien está explorando el cortafuegos,o intentando enviar datos al PCN queestá bloqueado por el cortafuegos. Am-bos extremos serían una clara señal deataque. Pero también podría tratarse deun técnico que está cargando en el cor-tafuegos un archivo, p. ej., un nuevo fir-mware, y ha provocado la carga de tráfi-co anormal. No obstante, el elevado nú-mero de paquetes erróneos lo hace im-probable.

Aunque la información que se muestraen 7 da indicaciones sobre el tipo de

ataque, sigue sin estar claro dónde seha originado. Esta información hay quebuscarla en otra parte de Security Work-place: 8 muestra el interruptor de redque reside en la DMZ, que tambiénestá conectada a la interfaz exterior delcortafuegos. Poco antes del ataque, elpuerto de la derecha del gráfico comen-zó a parpadear en rojo. Esto significaque un dispositivo, (p. ej., un ordenadorportátil) se ha conectado a ese puertofísico, aunque ese puerto no deberíaestar conectado a nada.

El ajuste entre las informaciones y elhecho de que el operario sabe que untécnico está llevando a cabo manteni-miento de la red DMZ permite a aquélsuponer la causa de la irregularidad.

detalladas para cada interfaz que mues-tran el número de paquetes recibidos,enviados, descartados, erróneos, etc. En

sistemas Microsoft Windows, las etique-tas contienen información detallada so-bre el sistema operativo (p.ej., versión,paquete de servicio instalado), lassesiones activas, la situación de los hilosen ejecución y las tendencias de uso dela CPU y de la memoria y la actividadde los hilos.

Ejemplo de detección de irregularidadesSecurity Workplace fue diseñado paradetectar signos de ataques y alertar aloperario. Una parte importante de ladetección de ataques es definir primera-mente el estado “normal” del sistema.

7 Posible ataque a un cortafuegos

8 Icono de cambio que muestra el uso no

permitido de un puerto (rojo)

9 Icono del sistema Windows con antivirus

desactivado

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Muchas empresas están utilizando actualmente la tecnología de la información (TI) como forma de controlar

y vigilar eficazmente sus sistemas de automatización de procesos. Si bien las modernas tecnologías deinformación y comunicación permiten un acceso a distancia y confidencial a la información mediante la simple

pulsación de un botón, siempre está presente el peligro de que también personas no autorizadas puedanacceder a ella fraudulentamente. Estas compañías están haciendo un esfuerzo considerable para proteger

sus sistemas de automatización contra ciberataques y otras amenazas para la seguridad de la información.El esfuerzo también es necesario para cumplir las normas industriales y el número creciente de exigencias

legales que entran en vigor. El inconveniente es que muchas empresas precisan adquirir una considerableexperiencia en el campo de la seguridad informática, y esto puede ser muy costoso.

Otra planteamiento es encontrar un socio de confianza que proporcione los servicios que permitan satisfacertodos esos requisitos sin tener que invertir en nuevos recursos. ABB es una de las empresas que está ensituación de prestar tales servicios. Mediante su Remote Monitoring and Operations Services, ABB puede

garantizar el funcionamiento seguro del sistema de automatización de procesos de la compañía mientras elcliente se concentra en la importante cuestión de aumentar sus beneficios.

Un futuro seguroEl servicio Remote Monitoring and Operation Services (Servicios de Vigilanciay Explotación a Distancia) de ABB está cambiando la forma de controlar lossistemas de automatización de procesosRagnar Schierholz, Bjarte Birkeland, Martin Naedele


Seguridad

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Un futuro seguro

Seguridad

incluyen un aumento de la cantidadde petróleo extraído, la aceleración dela producción y la reducción de los

costes de explotación. La OLF calculaque la implantación de la IO requeriráuna inversión de unos 25.000 millonesde coronas noruegas (4.600 millonesde dólares estadounidenses), mientrasque el valor potencial de la inversión

del Petróleo), la OLF, es “el uso de latecnología de la información para mo-dificar los procesos de trabajo a fin de

alcanzar mejores decisiones, controlara distancia equipos y procesos y tras-ladar a tierra funciones y personal”.Por tanto, la idea principal de la IO eshacer más eficaces todos los procesosde trabajo (planificación, producción y mantenimiento) entre organizacio-nes (como productores de petróleo ysus proveedores) y lugares (en tierra yen alta mar). Los beneficios esperados

La tecnología de la información (TI)está ayudando a muchas empresas

a hacer más eficaces sus procesos, y

quienes han seguido esta vía han vistoincrementar la productividad y hanobtenido mayores beneficios. La in-dustria noruega del petróleo y el gasestá siguiendo esta vía bajo la deno-minación “Integrated Operations” (IO)(operaciones integradas)1). IntegratedOperations, según la definición de laNorwegian Oil Industry Association(Asociación Noruega de la Industria

Nota a pie de página1) http://www.olf. no/english/news/?52210

(Diciembre 2007)

1 Ejemplo de proceso de trabajo a distancia: un diagrama de flujo de proceso típico, con los mecanismos correspondientes de seguridad para

el trabajo a distancia en las instalaciones del cliente. Se presenta un ejemplo de actualización en una aplicación instalada localmente, en la que

se contempla la transferencia de archivos y el acceso interactivo al ordenador central.

Entrada: Vulnerabilidad que se acaba de descubrir

y parche Datos de configuración

Actividades: Analizar vulnerabilidad Evaluar criticidad Probar parches y desarrollar plan de acción Identificar recursos aplicables Aprobar plan de acción en CABProcesos relacionados: Gestión de alertas en la zona Gestión de la configuración

Actividades: Cargar los archivos del parche en el servidor

de archivosProcesos relacionados: Gestión de cambios – cuentas de usuario en

el servidor de archivos

Para la cuenta de usuario, el accesofísico y el acceso a l a red: gestión decambios de ARMOR & SE de ABB.

Para la cuenta de usuario y elacceso a la red: con gestión dered corporativa de ABB

Para la cuenta de usuario y elacceso a la red: gestión decambios de ARMOR & SE de ABB.

Activida des: Comprobación automática de virus en

el servidor de archivos Transferencia al entorno de usuario en

el servidor terminal

Actividades: Acceso del usuario a ARMOR Conexión (logon) del usuario al servidor

terminalProcesos relacionados: Gestión de cambios – acceso a ARMOR Gestión de cambios – cuentas de usuario

en el ordenador central y el servidor terminal

de ARMOR

Actividades: Transferencia de archivos al ordenador de destino

en el emplazamiento del cliente Acceso (logon) del usuario al ordenador de destino

en el emplazamiento del cliente Instalación local del parche en los ordenadores de

destino de acuerdo con el plan de trabajos aprobado Procesos relacionados: Gestión de cambios – acceso a conectividad con el

emplazamiento del cliente Gestión de cambios – cuentas de usuario en el

ordenador principal en el emplazamiento del cliente Gestión de cambios – plan de trabajos aprobado

Actividades: Actualización de los datos de configuración en la

CMDB de acuerdo con las acciones del plan detrabajos ejecutadas

Procesos relacionados: Gestión de cambios – plan de trabajos aprobado Gestión de cambios



a c e

b

d

f

a

b

d

e

f

f

c

Red corporativa de ABB

Emplazamiento A Operador B

Emplazamiento X Operador Y

ARMOR x Entorno del ordenador central

Red administrativa

Servicios a cargo del ordenador central

Entorno de servicios

ISP

RPV

RPV

SOIL

Internet

ARMOR y

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Un futuro seguro

Seguridad

en gestión y seguridad de TI de ABB sininvertir en nuevos recursos propios. Enotras palabras: la seguridad y el buen

comportamiento de todo el sistema esresponsabilidad de ABB.

Un entorno seguro ABB presta este servicio utilizando unainfraestructura que comprende cuatrocomponentes de alto nivel: Acceso a distancia a los sistemas deautomatización del lugar, incluidoun acceso interactivo por medio deservicios de terminal, así comomedios de transferencia de archivos.

Salas especialmente protegidas paralos operarios de tierra conocidas co-mo ARMOR (ABB Remote Monitoringand Operations Room) (Sala de Vigilancia y Operaciones a Distanciade ABB) situadas en distintos lugares.Solamente desde estas salas especia-les se pueden ejecutar trabajos adistancia en instalaciones enfuncionamiento.

Un juego de aplicaciones de centrode servicio multiusuario4) (Entornode Servicio, SE). Este conjunto ofrecetodas las funciones necesarias para lagestión de peticiones de servicios yotros incidentes. También incluye unaConfiguration Management Database(CMDB) (Base de Datos de Gestiónde Configuraciones) que forma labase del servicio de inventarios deemplazamientos y proporciona datospara otros servicios.

Un entorno de oficina en el quetrabaja personal de los centros deservicio y donde se dispone demedios de prueba para las configura-ciones del producto.

mote Diagnostic Service (Servicio deDiagnóstico a Distancia) ha ayudadosatisfactoriamente a los clientes a au-

mentar el rendimiento de sus activosmediante la optimización de las opera-ciones de las plantas y la reducción delesfuerzo de mantenimiento. Ahora, ABBha dado un paso más para asegurar unaoperación segura dentro del ámbito dela automatización de procesos. Adaptan-do su método de Gestión de Serviciosde TI a la biblioteca IT InfrastructureLibrary (ITIL)2), ABB ha ampliado su car-tera de servicios para incluir el servicioRemote Monitoring and Operation Servi-ces. Con este conjunto de servicios secubren aspectos como la gestión de in-cidentes, el mantenimiento de una basede datos3) de inventario del emplaza-miento, la instalación y el mantenimien-to del sistema, así como una vigilancia adistancia del estado por parte de ABB yequipos de terceras partes, una gestiónde cliente y servidor seguros o copia deseguridad in situ o a distancia 1 . Si sesubcontratan todos estos servicios con ABB, el operador no sólo consigue unosservicios de mantenimiento a distanciadel sistema de automatización que sonseguros y cumplen las normas, sino queademás se beneficia de la experiencia

a lo largo de los próximos 15 años seestima en 250.000 millones de coronasnoruegas (46.000 millones de dólares).

Las modernas tecnologías de la informa-ción y las comunicaciones constituyenla base en que se apoya la IO. Sinembargo, el tendido de conexionesindependientes con sitios alejados,como plataformas petrolíferas en el marde Noruega o yacimientos de gas en elCabo Norte, por parte de cada operador y proveedor es totalmente prohibitivo.Por tanto, la solución más económica esutilizar una infraestructura compartidabasada en la tecnología actual deInternet. La conectividad basada en latecnología de Internet, o incluso en lapropia Internet, exige un nivel muchomás alto de seguridad de la informaciónque las anteriores instalaciones de siste-mas de control aislados. La OLF haabordado esto elaborando unos requisi-tos básicos de seguridad de la informa-ción (ISBR) para la producción de pe-tróleo y gas. De hecho, estos requisitosestán en línea con muchas iniciativas in-ternacionales de seguridad.

Remote Monitoring and Operation ABB no es ajena al mundo de la tecno-logía de la información. Su oferta de Re-

Notas a pie de página2) La biblioteca IT Infrastructure Library (ITIL) es una es-

tructura completa de procesos para la gestión de ser-vicios de TI, desarrollada originalmente por la CentralComputer and Telecommunications Agency (CCTA)(Agencia Central de Informática y Telecomunicaciones)del Gobierno del Reino Unido). Reúne varios métodosanteriores en un conjunto coherente de procesos. Sinembargo, los procesos se describen en un nivel gené-rico, y para poder aplicar el método ITIL hay que de-sarrollar una definición concreta y más detallada de laorganización. Para más información sobre ITIL, véasehttp://www.itil-officialsite. com/ o http://www.itil.org/.

3) Cada emplazamiento –por ejemplo, una plataformapetrolífera– tiene su propio inventario; los inventariosde todos los emplazamientos se guardan en una basede datos gestionada centralmente.

4) Multiusuario se refiere a la posibilidad de que unadministrador mantenga datos de varios clientes y lesproporcione servicios al mismo tiempo. Se comportacomo si fuera un sistema independiente para cadacliente. Esto reduce los costes de explotación yaumenta el rendimiento y la capacidad de ampliación.

2 Los procesos principales de apoyo al cliente y modificación en

el Entorno de Servicios

Acuerdo de nivel de servicios

Gestión de la configuraciónInventario actualizado del emplazamiento

Mostrador de servicioPunto único de contacto

Gestión deincidentes

EIT

3ª parteSimulador

Telecom

Trasladodel

proyecto

Alertas e nla zona

Gestión delproyecto

Informaciónde eventos

de seguridad

Gestión seguradel servidordel cliente

Equipo de

cuentas

Gestión dealarmas del

sistema

Gestión deaccesos

Planificaciónde la

evolución

Gestión derecursos

Nuevo

emplazamientoServicio Operaciones Modificaciones

Gestión de cambios Aseguramiento de la calidad de los trabajos

P R O C E S O

S

I S O

F OR M A C I Ó N

H E R R A M

I E N T

A S

ABB Remote Monitoring and OperationsRoom (ARMOR)

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Un futuro seguro

Seguridad

transferencias de archivos entre empla-zamientos de clientes. Los usuarios nopueden colocar datos en las estaciones

de trabajo ARMOR. En lugar de ello, losdatos necesarios para el trabajo a distan-cia en los sistemas del cliente se debentransferir a un servidor de archivos delentorno del ordenador central a travésde sesiones con seguridad SSL. En elservidor de archivos se exploran losdatos para determinar si hay virus osoftware malintencionado. Si elresultado de la exploración es negativo,se ponen los datos a disposición de lasesión del servidor de terminales delusuario y pueden transferirse a lossistemas del cliente.

Los sistemas del cliente, que constituyenel tercer nivel, pueden ser servidores,tales como servidores OPC o nodos delsistema 800xA, o clientes, tales comoestaciones de trabajo de este mismosistema. Un sistema típico de clientepuede incluir subniveles. El accesointeractivo a los sistemas in situ, asícomo las transferencias de archivos alos mismos y desde ellos, se realiza deacuerdo con procedimientos definidospor las normas de seguridad de losclientes. Éstos pueden imponer detallestécnicos, tales como mecanismos parala transferencia de archivos por mediode FTP seguro o puntos de cifrado,con procedimientos de conexión bajocontrol del cliente6).

Además de los controles técnicos deseguridad, los procesos de gestión cons-tituyen elementos clave de las normas y reglas comunes de seguridad de lainformación. Se suelen incluir en esteapartado la gestión de incidentes, la

gestión de cambios, la gestión de laconfiguración, la gestión de alertas decampo y la gestión de continuidad dela actividad 2 . Para las operaciones ARMOR y SE se emplean definicionesde proceso y directrices operativas quecumplen las normas relevantes.

Procesos de gestión: un breve vistazoLa gestión de alertas de campo cubretanto el sistema del cliente como elentorno exterior. El sistema de automati-zación del proceso del cliente se vigila

constantemente con el componente

ARMOR está conectada al entorno delordenador central por medio de unaconexión VPN reservada, y el perímetro

de cada red está protegido con uncortafuegos. Solamente están autoriza-das las conexiones de red entre las salas ARMOR y los servidores reservados delentorno del ordenador central.El segundo nivel es una infraestructurade servidor en el entorno del ordenadorcentral. Pertenecen a este entorno lossiguientes componentes: servidores determinal, a los que se conectan los usua-rios de las salas ARMOR, servidores dearchivos que permiten las transferenciasde archivos entre los emplazamientos,un servidor de red, un servidor de apli-caciones y un servidor de base de datos.También se pueden encontrar en elentorno del ordenador central otrosservidores con fines administrativos,tales como controladores de dominio yservidores de reserva. Un conjunto decortafuegos protege el entorno del orde-nador central, y únicamente se puedenconectar con los servidores clientes delos segmentos autorizados de la red(por ejemplo, desde ARMOR o desdeemplazamientos de clientes registrados)provistos de protocolos autorizados. Losservidores con distintas funcionalidadesestán separados por VLAN y su co-nexión solamente es posible a través deun cortafuegos. De esta forma se pue-den aplicar distintos niveles de seguri-dad a los diversos servidores.

Para el acceso interactivo a losemplazamientos de los clientes seutilizan aplicaciones de duplicación depantalla (mirroring), tales como Citrixo Microsoft Terminal Services. Las co-nexiones de entrada hacia el servidor

de terminal solamente se permiten si seoriginan en las salas ARMOR. Solamentese permiten las conexiones de salida aservidores de terminal registrados en losemplazamientos de cliente utilizandoel protocolo registrado para el servidorcorrespondiente. Cada usuario autoriza-do tiene una cuenta individual en elservidor de terminales. Los perfiles decada usuario individual contendrán in-formación que solamente corresponde alos servidores de terminales del empla-zamiento del cliente que el usuario esté

autorizado a utilizar. La autorización yel registro de emplazamientos delcliente se realizan mediante el procesode gestión de cambios.Se aplica la misma autorización a las

La conectividad entre estos componen-tes se consigue por medio de un SecureOil Information Link (SOIL) (Enlace

Seguro de Información del Petróleo) yredes privadas virtuales (VPN) reserva-das. SOIL es una extranet operada porun consorcio de todos los participantesprincipales en el mercado noruego delpetróleo y el gas. Proporciona conectivi-dad y servicios básicos de red a susmiembros de la industria del petróleo y el gas del Mar del Norte, y se estáampliando su utilización para incluirotros participantes de todo el mundo.

Los requisitos de seguridad de cualquierinfraestructura de servicios dependenprincipalmente de dos cosas: la seguri-dad del sistema y de la red de automati-zación del cliente nunca deben estar enpeligro; y la infraestructura de acceso adistancia, ARMOR y SE, debe protegersecontra interferencias malintencionadas.Por tanto, en ambos casos hace faltaproteger el perímetro, la gestión decuentas y el control de acceso, la pro-tección contra software malintencionado y la gestión de parches. Estas solucionesdeben cumplir las normas y los regla-mentos de seguridad generales y delsistema de automatización del proceso. Además de controles de seguridad técni-ca, también deben implantarse procedi-mientos operativos que garanticen unagestión continua de la seguridad y unasoperaciones seguras.

En los párrafos siguientes se describe laaplicación de la infraestructura de ABBen un sistema de automatización deprocesos.

ARMOR y arquitectura SEEl acceso a distancia a sistemas in situ se lleva a cabo por medio de una arqui-tectura multinivel. El primer nivel estáformado por las salas ARMOR. El accesoa estas salas solamente es posible conuna tarjeta magnética protegida por unPIN que se emite después de que elempleado haya recibido una formaciónespecial5). Los ordenadores de cada sala ARMOR están situados en un armariocerrado. El acceso está limitado exclusi- vamente al personal administrativo, yno está permitido durante el trabajo a

distancia. Las cuentas de usuario deestas estaciones de trabajo se gestionanpor medio del servicio Secure Client andServer Management (Gestión de Cliente y Servidor Seguros) de ABB. Cada red

Notas a pie de página5) Se deben pasar cursos recordatorios una vez al año.6) Con fines contables.

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Un futuro seguro

Seguridad

los aspectos de seguridad de la tecnolo-gía de la información en los sistemas deautomatización y que está dedicada a su

investigación. El objetivo de la oferta delRemote Monitoring and Operations Ser- vice de ABB es traducir esta experienciaen un abanico completo de serviciosque no solamente ayuden a los clientesde ABB a operar y asegurar sus sistemasde automatización y las redes de central,sino que también garantice que secumplen las normas y los reglamentos ylas mejores prácticas de la industria. Estaasistencia se puede prolongar hasta laoperación a distancia de todo el sistemade automatización del proceso por partedel personal de servicio de ABB. Paraeste fin, la compañía proyecta montarinstalaciones del tipo ARMOR por todoel mundo, empezando por regiones congrandes industrias de petróleo y gas,tales como el Golfo de Méjico o elMedio Oriente. Con ello, ABB podráproporcionar una asistencia eficiente yexperta en todo momento a un mayornúmero de clientes.

El entorno de servicio de ABB no selimita únicamente a la industria delpetróleo y el gas. Los clientes de otrossectores, como la generación eléctrica olas plantas de proceso, podrán en pocotiempo recoger los beneficios de estosservicios. Empleando la experienciaadquirida en la industria del petróleo yel gas, el departamento de investigaciónde ABB trabaja actualmente en una ar-quitectura de referencia para construiruna infraestructura segura de acceso adistancia que sea adecuada para otrossectores y para otras unidades comercia-les.

Ragnar Schierholz

Martin Naedele

Investigación del Grupo ABB


[email protected]

[email protected]

Bjarte Birkeland

ABB AS

Bergen, Norway

[email protected]

Nota a pie de página7) En este contexto, “entorno exterior” significa información

exterior relevante para un componente del sistema que

desencadena un incidente (por oposición a una alerta

que procede de un componente del sistema).

también puede ser iniciada por peticio-nes de servicio presentadas por losclientes, que se tratan dependiendo de

la naturaleza del incidente. Ciertos casospueden ser manejados por la aplicacióndel centro de servicio, en tanto queotros se trasladarán al proceso degestión de cambios.

En el proceso de gestión de cambios,todas las peticiones de cambios y ladocumentación correspondiente (porejemplo, los informes de pruebas deactualizaciones o parches) las revisa yaprueba un Change Advisory Board(CAB) (Consejo Asesor de Cambios). Además de la gestión de incidentes, lagestión de versiones puede también dis-parar el proceso de gestión de cambios.Los cambios efectivos de la configura-ción de un sistema los maneja un proce-so de gestión de la configuración. En laCMDB se mantiene toda la informaciónnecesaria para el funcionamiento y elservicio del sistema, incluyendo elemen-tos de configuración tales como losnodos de red. El proceso de gestión de

la configuración asegura que todos loselementos de la configuración estánadecuadamente registrados y actualiza-dos, lo que permite a ABB presentar entodo momento un inventario exacto detodo el sistema de automatización delproceso.

Visión del [no tan lejano] futuroEn los últimos años, ABB ha demostra-do una y otra vez que está al tanto de

Asset Optimizer (Optimizador de Recur-sos), de forma que se puedan prevenirlos fallos. Los datos se envían desde el

sistema a la aplicación del centro deservicio, donde se procesan y son exa-minados por el personal de operaciones. Estos datos incluyen información acercadel estado de seguridad del sistema decontrol del proceso como, por ejemplo,el número de intentos fallidos de co-nexión, el número de sesiones activaso si ha habido un número excesivo deintentos de conexión rechazados en loscortafuegos. Se alerta al operario sobrelos datos que satisfacen determinadascondiciones predefinidas (por ejemplo,cierto número de intentos fallidos deconexión) o que se desvían del compor-tamiento normal. Cuando ocurre esto,los datos se tratan utilizando la gestión

de incidentes. Por lo que se refiere aincidentes que proceden del entornoexterior7), se mantiene una lista de pro-ductos (tanto de ABB como de terceraspartes) utilizados en cualquiera de losemplazamientos contratados. Para estosproductos se vigilan aspectos comola notificación de actualizaciones o eldescubrimiento de vulnerabilidades. Unequipo de servicio evalúa el descubri-miento de vulnerabilidades, las nuevasactualizaciones o los parches y extraeposteriormente algún tipo de plan deaplicación. El equipo de servicio identi-fica con la CMDB los sistemas afectadose inicia un proceso de gestión de cam-

bios para adoptar las medidas que seannecesarias. La gestión de incidentes

Shell ha suscrito un contrato de Entorno de Servicios completo con ABB.

En la firma del contrato aparecen el Director de Operaciones de Shell, Gunnar Ervik,

y Bjarte Pedersen, Director de ABB Oil & Gas.

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ETERNOS PIONEROS

Las máquinas eléctricas giratoriashan desempeñado un papel funda-

mental en el desarrollo de la sociedadmoderna. Generan prácticamente

toda la electricidad y realizan lamayor parte del trabajo mecánico

en la industria, el sector público ylos hogares. El motor eléctrico es,

con diferencia, el tipo de motormás versátil si se compara con los

motores de combustión, hidráulicos yneumáticos y con los distintos tipos

de turbinas. El dominio de losmotores eléctricos se debe principal-

mente a que entregan la fuerza deforma sencilla y limpia, a unos costes

relativamente bajos, a su elevadaeficacia y fiabilidad, a la facilidad de

control y a su adaptabilidad adiversas aplicaciones. Estas máqui-

nas eléctricas giratorias cubren un

intervalo de potencias sin parangón,desde microvatios a gigavatios. ABB,

junto con sus empresas predecesoras

ASEA y BBC, ha contribuido sustan-cialmente al desarrollo de las máqui-

nas eléctricas, especialmente paraaplicaciones industriales y de infraes-

tructuras.

125 añosfuncionandoDesde sus primeros pasos, ABB ha sido pionera enla construcción de máquinas y motores eléctricosSture Eriksson

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125 años funcionando

de la máquina sólo se puede reduciraumentando la intensidad y la densidadde flujo. Esta última está limitada por la

saturación magnética del hierro en losnúcleos del estator y el rotor. Lo quequeda es el aumento de la intensidadlineal, que provoca pérdidas mayores enel cobre de los devanados. Éste era elmétodo tradicional para desarrollarmáquinas cada vez más pequeñas pormedio de materiales capaces de soportartemperaturas más altas y aplicandomejores métodos de refrigeración.

Las máquinas eléctricas están sometidasa varios tipos de tensiones –eléctricas,mecánicas, térmicas y químicas– amenudo combinadas. El aislamientodebe ser capaz de soportar un campoeléctrico intenso, y al diseñar los rotoreshay que tener en cuenta las fuerzascentrífugas. Otras tensiones mecánicasson las provocadas por fuerzas electro-dinámicas estacionarias y transitorias. A pesar de la alta eficacia, las pérdidasprovocan temperaturas elevadas en dis-tintas partes de la máquina. Tambiénhay que tener en cuenta las tensionesprovocadas por las atmósferas peligro-sas, la humedad y el polvo. Así pues,no es de extrañar que el desarrollo demáquinas eléctricas se haya convertidoen una actividad multidisciplinar en laque intervienen científicos especializa-dos en electricidad, mecánica ymateriales, entre otras disciplinas.

DesarrolloEl desarrollo durante estos 125 años seha centrado en la necesidad de losclientes de disponer de máquinas más

Aspectos técnicosEl funcionamiento de los generadores yde los motores se basa en la interacción

entre corrientes eléctricas, flujos magné-ticos y fuerzas mecánicas. Estos fenóme-nos se pueden aprovechar mediante varias topologías diferentes, pero la máscorriente ha sido la máquina tradicionalde flujo radial con rotor interior y esta-tor exterior. La Ecuación 1 , derivada delas ecuaciones de Maxwell, sirve paracalcular la potencia de una máquina deeste tipo.

Ecuación 1 P = k · n · D2 · L · As · B

δ

donde:P = potencia; k = constante; n = veloci-dad, D = diámetro del espacio de aire;L = longitud activa; A

s = carga de inten-

sidad lineal; y Bδ = densidad del flujo en

el espacio de aire.

El desarrollo de máquinaseléctricas ha dependidoen gran medida de otroscampos tecnológicos.

Esta ecuación señala que la potencia esdirectamente proporcional a la veloci-dad de rotación, a las dimensionesfísicas de la máquina, al diámetro delespacio de aire y su longitud activa, a lacarga de intensidad lineal y a la densi-dad del flujo en el espacio de aire. Losproyectistas de máquinas eléctricassiempre se han esforzado por desarro-llar generadores y motores más peque-ños y más económicos. La Ecuación 1 indi-ca que, a una velocidad dada, el tamaño

Los descubrimientos básicos delelectromagnetismo, que fueron

un requisito previo para el desarrollo

de los motores eléctricos, se hicieronentre los decenios de 1820 y 1840, ylos prototipos de algunas máquinaseléctricas primitivas se presentaron amediados del siglo XIX. La fabricaciónde máquinas útiles empezó en eldecenio de 1870. Estas máquinaseléctricas fueron fundamentales parala fundación de ASEA y BBC.La compañía sueca ASEA se fundó en1883 a raíz de que el joven ingeniero Jonas Wenström (1855–1893) inventarauna dinamo de corriente continua. Estadinamo se proyectó para el suministrode electricidad a instalaciones de alum-brado 1 . En 1890, se le concedió tam-bién a Wenström una patente por unsistema trifásico que consistía en ungenerador síncrono, un transformador y un motor asíncrono. Wenströmestá considerado uno de los –pocos–inventores independientes del motortrifásico.

En 1891, Charles E. L. Brown (1863– 1924) fundó, en asociación con WalterBoveri (1865–1924), la compañía BBC. Antes, Brown había sido director deldepartamento eléctrico de otra compa-ñía suiza, Oerlikon. Allí Brown desarro-lló máquinas de corriente alterna ycontinua, en particular el generadorpara la primera instalación trifásica detransporte de electricidad del mundo.Charles Brown aportó algunos otrosinventos brillantes hacia finales del siglo XIX, entre ellos, el turbogenerador conrotor cilíndrico.

ETERNOS PIONEROS

1 La primera dinamo de Wenström,

fabricada en 1882

2 Motor reversible de CC con doble inducido para plantas de

laminación. Accionamiento en tándem BBC en servicio desde 1956.

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ETERNOS PIONEROS

Todas las máquinas de corriente conti-nua llevaban polos exteriores, con losdevanados del inducido montados en el

rotor y conectados al colector. Solían serabiertos, para facilitar la ventilación, oestar provistos de un ventilador externosi eran cerrados. El anillo del estator ylos polos se fabricaron durante muchotiempo en hierro macizo. Pero la necesi-dad de un control rápido y la introduc-ción del rectificador de tiristores, quecausaban muchos armónicos, llevaron autilizar acero laminado en el estator. Laconmutación ha sido siempre un factorcrítico y limitador para las máquinasde corriente continua, incluso cuandomejoró la situación con la utilizaciónde polos de conmutación y devanadosde compensación a principios del siglo XX. Los accionamientos reversibles, enplantas de laminado, por ejemplo, exi-gían un cambio de sentido de giro tanrápido que se hicieron grandes esfuer-zos para desarrollar motores de inerciareducida. En muchos casos, fue inclusonecesario repartir la potencia entre dosmotores conectados mecánicamente,disposición conocida como acciona-miento en tándem 2 .

ASEA entregó a la URSS, a mediados deldecenio de 1970, un notable motor decorriente continua para accionar unagran centrifugadora médica para el en-trenamiento de los cosmonautas. Estemotor, capaz de acelerar la centrifuga-dora con un par de 1.100 Tm, tenía uneje vertical y es probablemente el mayormotor de corriente continua jamás fabri-cado. Hasta entonces, los mayores mo-tores para líneas de laminación teníanun par máximo del orden de 400 Tm.

El final de la era de los motores de co-rriente continua ha sido anunciado una y otra vez a lo largo de varias décadas,pero la tecnología ha conseguido sobrevivir, aunque con una cuota de mercadomuy reducida. El motor de corrientecontinua es fácil de controlar conprecisión, y muchos clientes todavía losprefieren para aplicaciones como grúas y maquinaria de elevación para minas,hormigoneras y máquinas de extrusión,telesillas de esquí y bancos de pruebas,entre otras aplicaciones. Hoy en día,

ABB ofrece motores de corrientecontinua de 1 a 2.000 kW de potencia.La última serie de estos motores, quecubre la gama de 25 a 1.400 kW, sepresentó hace pocos años.

La introducción del sistema de controlde motores Ward Leonard, en el que elmotor de corriente continua se alimenta-

ba con la tensión variable procedentede un convertidor giratorio formado porun motor de corriente alterna y un ge-nerador de corriente continua, constitu- yó un gran adelanto. El sistema no sóloproporcionaba un buen control de la velocidad, sino que además generabaelectricidad al frenar. El inconvenienteera, naturalmente, que necesitaba tresmáquinas, por lo que era caro y volumi-noso. Tanto ASEA como BBC utilizaronel sistema Leonard desde principios amediados del siglo XX para aplicacionescomo máquinas de papel, líneas de la-minación, maquinaria de elevación paraminas, grúas y máquinas herramienta.El tamaño de los motores aumentó rápi-damente; en 1915, por ejemplo, se en-tregó un motor de corriente continuacon una potencia máxima de 7.000 kWpara una línea reversible de laminaciónde Suecia.

Los motores de corriente continua conconvertidores estáticos empezaron a uti-lizarse en el decenio de 1930, cuandoaparecieron los rectificadores de arco demercurio controlados por rejilla. Así semejoró la eficacia del sistema en un4 – 5 % respecto al sistema Leonard,aunque los rectificadores eran caros yse utilizaron sólo para motores relativa-mente grandes. No obstante, estos dossistemas de accionamientos eran laúltima tecnología para aplicacionesexigentes, como la laminación y lasmáquinas para la industria papelera,hasta que se introdujeron hacia 1960los convertidores de semiconductoresde silicio: primero los rectificadores de

diodos y poco después los de tiristores.Los primeros tiristores no tenían poten-cia suficiente para los sistemas de accio-namientos más grandes –sólo llegabanhasta 300 kW–, pero el desarrollo fuerápido, y hacia finales del deceniode 1960 ya se fabricaban motores de12.000 kW. Los motores de corrientecontinua se utilizaron también amplia-mente para la propulsión de vehículos,como tranvías y trolebuses, carretillaselevadoras y coches eléctricos, ademásde locomotoras y otros vehículos sobre

raíles. Estos motores de tracción solíanllevar excitación en serie, hasta que laexcitación separada se convirtió en elsistema más común para motores ali-mentados por convertidores.

fiables y rentables. Se han diseñado nu-merosos tipos y variantes de máquinaspara satisfacer las necesidades de cada

aplicación individual. Muchos motoresindustriales necesitan un control de ve-locidad amplio y preciso. Otros trabajanen atmósferas tan peligrosas que tienenque construirse a prueba de explosio-nes. Los clientes que son fabricantes deequipos originales (OEM), tales comolos fabricantes de compresores o debombas, suelen especificar diseñosespeciales de motores que no coincidenexactamente con las normas delfabricante de los mismos. La lista deejemplos es larga.

El desarrollo de máquinas eléctricas hadependido en gran medida de otroscampos tecnológicos. La tecnología demateriales ha sido de la mayor impor-tancia desde sus principios. Otraespecialidad más reciente e igualmenteimportante es la electrónica de potencia y de control. Las herramientas deingeniería basadas en ordenador y losprogramas de simulación también hanejercido una influencia considerable.

Motores de corriente continuaLos generadores y motores de corrientecontinua han sido la base del desarrolloinicial de ABB, y fueron también impor-tantes productos del negocio inicial deBBC. Una gran ventaja de este tipo demotor era la facilidad de control de la velocidad, lo que explica por qué hasobrevivido incluso hasta nuestros días.La velocidad del motor es directamenteproporcional a la tensión e inversamen-te proporcional al flujo magnético, comoindica la Ecuación 2 .

Ecuación 2 n = k · E/Φ

donde:n = velocidad; k = constante;E = fuerza electromotriz (tensióninducida); y Φ = flujo magnético.

Los motores de corriente continua sue-len disponer de control de la tensiónhasta una determinada velocidad básica y de control del flujo a partir de dicha velocidad; se obtiene así un par cons-tante a velocidades bajas y una potencia

constante a velocidades altas.

Los primeros motores de corriente conti-nua tenían un control manual medianteresistencias, una técnica muy ineficiente.

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cenio de 1920, BBC desarrolló un motorde arranque centrífugo que consistía enuna resistencia giratoria y un conmuta-

dor que cortocircuitaba la resistenciacuando el rotor alcanzaba una velocidaddeterminada. Esta invención mejoró laspropiedades de arranque respecto a losmotores de jaula de ardilla, pues facilita-ba el uso de motores devanados y deresistencias de arranque al tiempo queeliminaba los anillos deslizantes y otrosaccesorios externos. Estos motoresfueron muy utilizados durante variasdécadas.Los motores de baja tensión y las má-quinas más grandes de alta tensión sonmuy distintos en varios aspectos. Laprimera categoría está normalizada ygran parte de su desarrollo se haorientado al proceso. Los volúmenesde producción han sido grandes, y a lolargo de los años tanto ASEA como BBChan construido fábricas de motores enmuchos países. En 1935, BBC dio unpaso importante en el desarrollo deproductos y procesos con los devanadosde jaula de ardilla de fundición dealuminio para motores de hasta 3 kW. ASEA lanzó en 1945 su primera seriede motores pequeños con la carcasadel estator y el devanado del rotor defundición de aluminio. Algunos añosmás tarde, los sistemas modernos deaislamiento sintético basados enpoliuretano y poliéster sustituyeron alos antiguos sistemas.Los motores de inducción más peque-ños se convirtieron cada vez más enproductos básicos, y los clientes valoraban la posibilidad de cambiarentre motores de distintos proveedores.Esto favorecía la unificación, que sematerializó en la normalización de

algunas dimensiones, como la altura deleje y la base, y de otras características(potencia, tensión y velocidad). Estaclase de normas fueron introducidas porla Comisión Electrotécnica Internacional(IEC) en 1959, y algo antes por la Asociación Nacional de FabricantesEléctricos (NEMA) en Estados Unidos 4 .Naturalmente, estas normas se han revi-sado en varias ocasiones, pero no hancambiado en lo esencial. La reducciónde costes ha sido siempre un importanteobjetivo de desarrollo, pero en años

recientes se ha dedicado tambiénmucho esfuerzo a mejorar la eficacia yreducir el ruido.Desde hace mucho tiempo se utilizanmétodos para variar la velocidad de los

jo los cojinetes de bolas para motorespequeños en 1910, y su uso se generali-zó en los decenios de 1920 y 1930. La

necesidad de motores más seguros enindustrias con ambientes polvorientoso peligrosos estimuló el desarrollo demotores cerrados. Estos motores teníanmenos potencia que los abiertos,aunque la situación mejoró con laintroducción en 1930 de la refrigeraciónforzada de la superficie mediante un ventilador externo montado en el ejeque lanzaba aire al exterior del estator,provisto de aletas de refrigeración axia-les 3 . El aislamiento de ranura se hizoal principio con tableros de partículas(aglomerado) combinados con tejidode algodón impregnado, pero éste sesustituyó a mediados del decenio de1920 por materiales menos sensibles ala humedad.

Al mismo tiempo se mejoró el aisla-miento de los devanados individualesde cobre. La jaula de ardilla del rotorestaba formada por una serie de barrasde cobre encajadas en ranuras circulares y soldadas a anillos de cortocircuito.Durante el decenio de 1920 se introdu-jeron las barras de cobre rectangulares,que mejoraban mucho las propiedadesde arranque. La soldadura blanda de lasbarras a los anillos de cortocircuito sesustituyó por soldadura dura o directa,sin metal de aporte.

Los motores de anillo deslizante fueronmuy utilizados mientras las eléctricaseran demasiado débiles para permitir elarranque directo en línea. Una resisten-cia externa conectada al devanado delrotor a través de los anillos deslizanteslimitaba la intensidad y aumentaba el

par. La resistencia se fue reduciendohasta que se pudieron cortocircuitar losanillos deslizantes. A principios del de-

Motores asíncronosLos motores asíncronos, a menudollamados motores de inducción, se

pueden dividir en distintos grupossegún el tipo de refrigeración, montaje,tensión, etc. Dos categorías básicascomunes son: Motores con rotores en cortocircuitofabricados con devanados llamadosde jaula de ardilla.

Motores con rotores devanados con elbobinado conectado a unos anillosdeslizantes.

ASEA, BBC y algunos otros fabricantes ya construían estos dos tipos de motoresantes de finales del siglo XIX. Los moto-res de inducción eran más baratos queotros y muy robustos, y pronto seconvirtieron en los motores industrialesmás comunes. Los fabricantes desarro-llaron sus propias series estándar demotores más pequeños, que aparecenen catálogos a principios del siglo XX.La mayor parte de los antiguos motoresde inducción estaban ventilados enabierto y tenían un estator de fundición y cojinetes de manguitos. ASEA introdu-

ETERNOS PIONEROS

3 Motor trifásico de jaula de ardilla con cojine-tes de bolas completamente cerrado con

refrigeración exterior por ventilador (1934)

4 Pequeños motores dimensionados según las recomendaciones de la IEC,

desde 0,12 kW hasta 7,5 kW (1961)

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ETERNOS PIONEROS

motores de anillos deslizantes medianteel control del deslizamiento, pero pre-sentan limitaciones considerables. El tipo

de más éxito fue el motor “Schrage”, in-troducido en 1910. Fueron aplicacionestípicas la maquinaria textil y las prensasde imprenta, entre otras 5 . Cuando en eldecenio de 1960 aparecieron los tiristo-res, que permitían la conmutación forza-da de los inversores, pudieron desarro-llarse accionamientos para motores deinducción de velocidad variable basadosen el control de la frecuencia. En 1964,dos ingenieros de BBC presentaron unmétodo para la denominada modulaciónde amplitud de impulsos (PWM), quemás adelante se convirtió en la normapara este tipo de control. Pasaron variosaños antes de que esta tecnología estu- viera lista para su explotación comercial.BBC comenzó a suministrar estos siste-mas de accionamiento durante el dece-nio de 1970, mientras que ASEA preferíalos motores de corriente continua. Sinembargo, la compañía finlandesa OyStrömberg Ab, adquirida por ASEA unaño antes de la fundación de ABB, eratambién pionera en el control de la fre-cuencia. Sus conocimientos y recursospermitieron a la unidad finlandesa convertirse en el centro de ABB para estossistemas de accionamiento. Los inverso-res creaban armónicos de intensidad ytensión, especialmente en las primerasgeneraciones, lo que causaba problemasa los motores. Los armónicos de intensi-dad producían corrientes de Foucault,con las pérdidas y el calentamientoconsiguientes, que obligaban a reducir lapotencia de los motores. Otros proble-mas eran los fallos de aislamientodebidos a puntas bruscas de tensión ylas cargas capacitivas, que podían dañar

los cojinetes de bolas. Los nuevos tipos

de convertidores de frecuencia y unosmotores mejorados han eliminadoprácticamente estos problemas.

Los motores síncronos de imanes per-manentes se han convertido en unaalternativa al motor de inducción paradeterminadas aplicaciones, especialmen-te unidades de baja velocidad y parelevado. Esto ha sido posible gracias aldesarrollo de imanes de tierras rarasmuy potentes en el decenio de 1980. ABB lanzó una serie de estos motores,destinados primordialmente a la indus-tria de la pasta y el papel. Aunque hayotros tipos de motores, el de inducciónseguirá dominando por sus mejorespropiedades para accionamientos defrecuencia constante y por su competitividad en el terreno de la velocidad variable.

Máquinas síncronasEl desarrollo de máquinas síncronas seha centrado principalmente en grandesmáquinas de alta tensión, como genera-dores de centrales eléctricas, grandesmotores y condensadores síncronos. Losgeneradores, que cubren la gama desdeturbogeneradores de alta velocidad has-ta generadores hidroeléctricos de baja velocidad, han encabezado el desarrolloen muchos aspectos. A lo largo deltiempo, ASEA, y especialmente BBC,han fabricado muchas grandes máquinasque han constituido hitos en la evolu-ción internacional de los generadorespara centrales eléctricas. A principiosdel decenio de 1920 se construyeronmáquinas de 30 MVA, y en el siguientese superaron los 100 MVA. Más adelante,ambas compañías fabricarían generado-res mucho mayores.

Las viejas máquinas de polos salientes

tenían las carcasas del estator y los cu-bos y núcleos del rotor, además de lospedestales portantes, de fundición. El

acero sustituyó pronto a la fundición enlos componentes giratorios, aumentandoasí la seguridad contra roturas. En eldecenio de 1930 se introdujeron losdiseños soldados. Así se aumentó laresistencia mecánica y se redujo el pesode los componentes estructurales. Seutilizaron devanados del estator dedistintos tipos. Los devanados concéntri-cos con un lado de bobina por ranurase impusieron para máquinas multipola-res hasta finales del decenio de 1930,cuando los devanados de faldón condos lados de bobina por ranura sehicieron más comunes. Estos devanadosse utilizaron durante mucho tiempo paraturbogeneradores, pues proporcionabanmejores posibilidades para racionalizarla producción. Los lados de las bobinassolían ser, para grandes máquinas,barras Roebel en las que las pequeñashebras de cobre se transponen en elinterior del lado de la bobina. Estemétodo, utilizado en todo el mundo,fue inventado y patentado en 1912 porel ingeniero de BBC Ludwig Roebel(1878-1934). Las compañías utilizabanoriginalmente láminas de mica impreg-nadas en laca para aislar los devanadosde alta tensión del estator. Alrededor deldecenio de 1930 se utilizó el aislamientode asfalto y mica, principalmente paramáquinas de alta tensión. BBC desarro-lló y presentó en 1955, con el nombrecomercial MICADUR ®, un nuevo sistemade aislamiento basado en resinas sintéti-cas. ASEA lanzó sistemas parecidos enel decenio de 1960; uno utilizaba el vacío y la impregnación a presión de lacinta de mica y vidrio; el otro utilizaba

cinta semicurada y preimpregnada.

5 Motor trifásico de derivación con conmutadores con ventilación por

conductos y reguladores giratorios incorporados (1965)

6 Factor de utilización de grandes máquinas síncronas de polos

salientes refrigeradas por aire

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

f a c t o r

d e u t i l i z a c i ó n ( k V A / m 3 r p m )

1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

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La refrigeración es esencial para lasmáquinas eléctricas. Cuanto mayoresson las máquinas, más complejo debe

ser el sistema de refrigeración. El desa-rrollo ha ido desde las máquinas ventila-das en abierto a las máquinas cerradascon refrigeración forzada por ventilado-res externos o ventiladores internosmovidos por un eje que mueven el airea través de intercambiadores de calor 5 .Este último sistema es más común engrandes máquinas síncronas. Más ade-lante, entre los decenios de 1940 y 1970,se desarrollaron sistemas muy eficacespara grandes máquinas, en particularpara turbogeneradores y condensadoressíncronos, como la refrigeración porhidrógeno y la refrigeración directa poragua.

La corriente de excitación para las má-quinas síncronas se entregaba normal-mente al devanado del rotor medianteescobillas y anillos deslizantes proce-dentes de excitadores movidos por eleje o independientes (generadores decorriente continua). En el decenio de1960, la aparición de los diodos desilicio permitió a ASEA y BBC fabricarun sistema de excitación sin escobillasni mantenimiento que consistía en ungenerador trifásico con un devanadogiratorio en el inducido y un rectificadorgiratorio que se podía conectar directa-mente al devanado del rotor de lamáquina principal. Los diodos debían

soportar elevadas fuerzas centrífugas dehasta 5.000 G. Esta clase de excitaciónes cada vez más frecuente.

Las grandes máquinas síncronas seutilizan como generadores movidos porturbinas de vapor y de gas, turbinashidráulicas, motores diésel y turbinaseólicas. Algunas aplicaciones típicasde motores son el accionamiento decompresores, grandes bombas y ventila-dores, refinerías, plantas de laminado,maquinaria de elevación para minas ypropulsión naval. Las máquinas síncro-nas son más eficaces que los motores deinducción; también permiten controlarel factor de potencia, pero son másdifíciles de arrancar. ASEA y BBC desa-rrollaron hace tiempo métodos para elarranque asíncrono de motores síncro-nos. Funcionaban llevando los motoreshasta el régimen de sincronización exci-tándolos casi hasta la velocidad máxima.Todavía se utilizan estos métodos paragrandes máquinas de polos salientescon placas de polo macizas, aunquese trata de un modo de servicio muyexigente.

La variación de potencia, velocidad yotras características es tan amplia queha sido difícil normalizar las grandesmáquinas. Muchas se hacían antes sobrepedido, pero el desarrollo posterior secentró en la modularización y normali-zación de los componentes. Las máqui-nas son ahora más eficientes y su poten-

cia específica es mayor, como se ilustraen 6 . Los mayores motores síncronosque ha fabricado ABB hasta ahora son

de 55 MW. (La compañía ha fabricadoturbogeneradores de hasta 1.500 MVA ygeneradores de polos salientes de hasta823 MVA.)

En 1998, ABB lanzó un tipo de genera-dor síncrono radicalmente distinto paramuy alta tensión denominado Power-former® y, dos años más tarde, un motorhomólogo, el Motorformer™. El devana-do del estator es de cable de alta ten-sión de polietileno entrecruzado (XLPE),que permite tensiones del orden de 50 a200 kV, sustancialmente mayores que lasmáquinas convencionales 7 . Esto permi-te conectar directamente la máquina auna línea de transporte y a un transfor-mador de aumento o disminución detensión, y eliminar así la necesidad debarras de distribución y parte de laaparamenta. Antes de esto, la máximatensión alcanzada por un generadorhidroeléctrico era de 155 kV. Entre lasmáquinas anteriores con tensionesinusualmente altas cabe mencionar ungenerador de 20 kV entregado por Aseaen 1906 y una máquina de 36 kV dise-ñada por BBC en 1930.

En las últimas décadas se han hechointentos esporádicos de desarrollo demáquinas síncronas con devanadosde excitación superconductores. Lossuperconductores a alta temperatura,refrigerados por hidrógeno líquido, hanrenovado recientemente el interés poresas máquinas, y quizá sean el próximopaso importante en el desarrollo demáquinas eléctricas. Pero todavía estánlejos de su explotación comercial, y

continúa el desarrollo de máquinassíncronas de tipo tradicional más efi-cientes.

Sture Eriksson

Antiguo integrante de Generación de ABB en

Västerås, Suecia, y del Real Instituto de

Tecnología, Estocolmo

[email protected]

Lectura recomendadaEriksson, S. (2007). Electrical machine development:

A study of four d ifferent mach ine types from a

Swedish perspective. Royal Institute of Technology,

Estocolmo



ETERNOS PIONEROS

7 Motor de alta tensión con devanado de cable en la plataforma Troll en el Mar del Norte.

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Avance 2/2008

ABB proporciona confort

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ISSN: 1013-3119


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W hat happens when the power goes out?

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