Un paper sobre la “Detección de fase en Sistemas de Telegestión con Tecnología PRIME” desarrollado conjuntamente por Iberdrola y ZIV, y presentado en el Congreso Futured 2023.

Uno de los desafíos de los operadores de sistemas de distribución (DSO) es realizar correctamente el balanceo de cargas para distribuir la energía de manera uniforme en las 3 fases de los sistemas de baja tensión.

Para un balanceo o distribución uniforme, es necesario conocer las cargas monofásicas existentes en cada una de las fases, o, dicho de otra manera, la fase en la que cada contador monofásico está conectado a la red de baja tensión.

Esta caracterización por fases no es habitualmente conocida por los operadores, ya que tradicionalmente la conexión durante la instalación se realiza de forma arbitraria y no se registra en los sistemas de información. Actualmente, las soluciones en el mercado solventan la detección de fase de una forma generalmente no determinista para muchos o todos los contadores, mediante el uso de análisis estadísticos a partir de datos obtenidos de los diferentes sistemas de telegestión.

Una de las grandes ventajas de la tecnología PLC es su capacidad de proporcionar esta información de forma “nativa”. Específicamente, los avances en el nuevo protocolo de comunicación PRIME v1.4, permiten identificar de forma determinista, basándose en mecanismos físicos de detección de paso por cero de la señal eléctrica, la fase en la que está conectado el nodo de servicio PLC PRIME integrado en el contador inteligente. Las pruebas realizadas hasta la fecha corroboran que este mecanismo tiene una efectividad del 100%, proporcionando información de la fase de conexión a demanda en tiempo real y permitiendo una gestión más eficiente de la red eléctrica.

Autores

Xabier Osorio, Ingeniero de software senior, ZIV
Galder Vizcaya, Director de producto, área de medida y baja tensión, ZIV
Cristina Martínez, Director de aplicación-área de medida y baja tensión, ZIV
Iñigo Berganza, Smart Grids – PRIME, i-DE
Alberto Sendín, Responsable de Telecomunicaciones, Iberdrola España
Iñaki Santamaría, Servicios Técnicos de Medida, iDE
Raquel Ayala, Smart Grids – PRIME, iDE
Diego García, Planificación y Desarrollo, Iberdrola España

Palabras clave: Balance de cargas, PRIME PLC, contadores, detección de fase, paso por cero

INTRODUCCIÓN

Los sistemas de telegestión de contadores inteligentes desplegados en las redes de distribución ofrecen diferentes ventajas de monitorización, detección de faltas y fraudes. Estos sistemas proporcionan información detallada de la red en su extremo más alejado, y permiten ejecutar acciones de mejora para la disponibilidad y la calidad del suministro eléctrico, tanto en los sistemas de control en tiempo real como en los procesos de planificación de red.
Los contadores inteligentes pueden utilizar diferentes tecnologías de telecomunicación, cada una con características específicas. En España, los contadores inteligentes desplegados utilizan la tecnología PLC (Power Line Communications), que aprovecha la propia red eléctrica como medio de transmisión.

El principio de la tecnología PLC consiste en superponer una señal de alta frecuencia con niveles bajos de energía (señal de telecomunicaciones) sobre la onda eléctrica de 50 Hz. Esta señal se propaga a través de la infraestructura eléctrica, y se puede recibir y decodificar en otro punto remoto de la red.
Dentro de esta tecnología, el protocolo PLC PRIME (ITU-T G.9904) utiliza en su capa física (PHY) un sistema de modulación OFDM robusto frente al ruido impulsivo y selectivo en frecuencia, como el que suele ser habitual en la red de baja tensión en las frecuencias de funcionamiento como canal de telecomunicación.

PRIME en su actual versión 1.4 (PRIME v1.4) funciona con 96 subportadoras por canal, pudiéndose utilizar uno o varios de los 8 canales disponibles hasta una frecuencia máxima de 500 kHz. La capa de control de acceso al medio (MAC) de PRIME v1.4 incorpora un mecanismo automático de descubrimiento de nodos y convergencia de red. A nivel de comunicaciones, el nodo base es el elemento central de la red y gestiona la topología; los nodos de servicio (embebidos en cada contador inteligente) son los nodos que se registran en el nodo base. Los nodos de servicio pueden automáticamente comportarse como repetidores de señal, para conseguir que la señal PLC llegue a otros nodos de la red, con un mecanismo conocido como promoción a estado de ‘switch’.

Dentro de las ventajas que ofrecen los contadores inteligentes con tecnología PLC, se incluye la de poder ofrecer información de su conexión física real respecto de las fases de cabecera del centro de transformación. Esta información permitirá, a partir del conocimiento de la conexión por fase de cada contador monofásico, realizar por ejemplo balances de curvas de carga de energías por fase que detecten desequilibrios de cargas en las distintas fases de una misma línea de baja tensión o de todo el transformador, y mantener un inventario de carga completo, preciso y actualizado en tiempo real.

DESEQUILIBRIO DE CARGA EN SISTEMAS TRIFÁSICOS

El desequilibrio o desbalance de cargas se produce cuando se incorporan cargas nuevas o se realizan cambios sin planificación técnica. Esto ocasiona que las fases tengan distintos niveles de carga y, en consecuencia, el sistema eléctrico se desbalancea. El desequilibrio entre fases puede producir problemas conocidos en la red, tales como la sobrecarga de circuitos, cortocircuitos, sobrecalentamiento de elementos de red, etc. El desequilibrio de fases es uno de los defectos de calidad de señal en las redes de distribución, dado que puede producir otras anomalías de red que la coloquen fuera de los límites definidos en la norma EN 50160.

Para balancear las cargas de la red, lo primero que se debe conocer es la fase en la que está conectada cada una. La información que se tiene actualmente de la línea y la fase a la que está conectado un contador es limitada o inexistente, puesto que las instalaciones eléctricas en baja tensión se plantean de forma arbitraria o siguiendo criterios constructivos estáticos; por otro lado, o bien no se traslada la información de la fase de conexión a las empresas distribuidoras, o bien la información trasladada es muchas veces incorrecta.