Centros de carga en media tensión en México: requisitos CFE, subestación, medición, protección, SCADA y Código de Red

Un centro de carga en media tensión es mucho más que un transformador conectado a la red eléctrica.

Una instalación industrial, comercial, logística, minera, hospitalaria, de infraestructura, centro de datos o complejo de gran demanda que recibe energía eléctrica en 13.8 kV, 23 kV o 34.5 kV puede requerir una infraestructura completa de conexión, acometida, seccionamiento, protección, medición, transformación, distribución, puesta a tierra, obra civil, comunicaciones, automatización, calidad de energía y supervisión.

En iTepeyac® trabajamos con soluciones integrales para infraestructura eléctrica y Smart Grid, incluyendo media tensión, subestaciones, medición, protección, comunicaciones industriales, automatización e IoT.

En proyectos modernos deben considerarse además SCADA, telecontrol, monitoreo de calidad de energía, sensores IoT, mantenimiento predictivo, almacenamiento BESS y generación local, además del cumplimiento regulatorio que corresponda.

Por ello, el diseño de un centro de carga debe integrar:

INGENIERÍA ELÉCTRICA + OBRA CIVIL + PROTECCIÓN Y CONTROL + MEDICIÓN + TELECOMUNICACIONES + AUTOMATIZACIÓN.

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¿Cómo está formado un centro de carga en media tensión?

Una arquitectura industrial puede representarse como:

RED ELÉCTRICA / CFE
↓
PUNTO DE CONEXIÓN
↓
ACOMETIDA EN MEDIA TENSIÓN
↓
SECCIONAMIENTO + APARTARRAYOS
↓
MEDICIÓN
↓
PROTECCIÓN PRINCIPAL
↓
TABLERO DE MEDIA TENSIÓN
↓
TRANSFORMACIÓN
↓
DISTRIBUCIÓN MT / BT
↓
CARGAS INDUSTRIALES

Sobre esta infraestructura física puede existir además una arquitectura digital:

TC / TP / SENSORES / IED
↓
RELEVADORES + MEDIDORES + ANALIZADORES
↓
RTU / PLC / GATEWAY
↓
ETHERNET / FIBRA / RADIO
↓
SCADA / EMS / BMS / HISTORIADOR

De esta manera, un centro de carga moderno se convierte simultáneamente en infraestructura de potencia, protección, medición y datos.

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Acometida en media tensión

La acometida en media tensión puede ser:

• aérea;
• subterránea;
• aérea-subterránea;
• radial;
• en anillo;
• doble alimentación;
• con transferencia.

Una acometida subterránea puede involucrar cables de media tensión, ductos, registros, pozos de visita, terminales, empalmes, conectores separables, boquillas, apartarrayos y sistemas de puesta a tierra.

Cuando una instalación cambia de una línea aérea a infraestructura subterránea resulta particularmente importante coordinar protección contra sobretensiones, terminales, puesta a tierra, obra civil y mantenimiento. En nuestra guía de transición aéreo-subterránea en media tensión explicamos con mayor detalle esta arquitectura.

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Seccionamiento de media tensión

Una instalación debe permitir aislar eléctricamente diferentes secciones para mantenimiento, maniobras, atención de fallas, expansión y seguridad.

Pueden utilizarse:

• cuchillas desconectadoras;
• seccionadores bajo carga;
• seccionadores tipo pedestal;
• seccionadores sumergibles;
• RMU;
• interruptores;
• restauradores.

Los seccionadores modernos pueden incorporar motorización, controles, sensores y comunicaciones, permitiendo transformar una instalación pasiva en una infraestructura automatizada.

iTepeyac ofrece además servicios técnicos para seccionadores G&W Electric y equipos de media tensión, incluyendo estudios eléctricos, puesta en servicio, pruebas y diagnóstico.

La selección debe considerar:

tensión + corriente continua + BIL + cortocircuito + capacidad de cierre/interrupción + número de vías + aislamiento + ambiente + automatización.

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Restauradores eléctricos y automatización

Cuando la arquitectura de distribución lo justifica pueden incorporarse restauradores eléctricos de media tensión.

Estos equipos combinan:

INTERRUPCIÓN + PROTECCIÓN + MEDICIÓN + CONTROL + COMUNICACIONES + AUTOMATIZACIÓN.

Una instalación puede además complementarse con apartarrayos, cuchillas, transformadores de potencial, sensores y comunicaciones. iTepeyac integra accesorios y sistemas auxiliares para restauradores eléctricos, incluyendo sistemas de comunicación SCADA.

La evolución hacia redes automatizadas se analiza con mayor profundidad en nuestro artículo Smart Grid: de la medición AMI al restaurador automático.

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Tableros de media tensión

Dependiendo de la aplicación pueden utilizarse diferentes arquitecturas:

Metal-Enclosed

Metal-Clad

RMU

GIS

Además de tensión y corriente deben analizarse:

• nivel de cortocircuito;
• BIL;
• arco interno cuando corresponda;
• compartimentación;
• continuidad de servicio;
• grado de protección;
• accesibilidad;
• expansión;
• TC y TP;
• servicios auxiliares;
• comunicaciones.

iTepeyac ofrece tableros eléctricos para media tensión, Metal-Clad y soluciones de distribución eléctrica que pueden integrarse con protección, medición, automatización y monitoreo.

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Medición en media tensión

La medición debe analizarse según su objetivo.

Medición para facturación

Puede integrar:

TC + TP + equipo compacto de medición + medidor + bloques de prueba + comunicaciones.

Medición operacional

Permite supervisar:

• voltaje;
• corriente;
• kW;
• kvar;
• kVA;
• factor de potencia;
• demanda;
• energía.

Calidad de energía

Agrega información sobre:

• armónicos;
• THD;
• sags;
• swells;
• interrupciones;
• flicker;
• desbalance;
• frecuencia;
• transitorios.

iTepeyac cuenta con una línea especializada de medidores eléctricos inteligentes y de facturación para CFE, media tensión y calidad de energía.

Para aplicaciones avanzadas pueden emplearse analizadores de calidad de energía, incluyendo equipos Clase A para diagnóstico de perturbaciones y monitoreo eléctrico.

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Código de Red y calidad de energía

El Código de Red debe analizarse conforme a las características y obligaciones aplicables al Centro de Carga.

Entre las variables relevantes pueden encontrarse:

• tensión;
• frecuencia;
• factor de potencia;
• potencia reactiva;
• armónicos;
• desbalance;
• calidad de energía;
• protecciones;
• información y monitoreo.

Por ello, el cumplimiento no debería entenderse únicamente como documentación.

Tiene una relación directa con:

MEDICIÓN → DIAGNÓSTICO → COMPENSACIÓN → FILTRADO → PROTECCIÓN → MONITOREO.

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Bancos de capacitores y filtros de armónicos

Cuando una instalación consume potencia reactiva pueden utilizarse:

• bancos fijos;
• bancos automáticos;
• bancos en media tensión;
• reactores;
• filtros pasivos;
• filtros activos;
• compensación dinámica.

Sin embargo, instalar capacitores sin conocer las características armónicas de la instalación puede crear condiciones no deseadas de resonancia.

Por ello resulta preferible seguir:

MEDIR → ESTUDIAR → DIAGNOSTICAR → COMPENSAR → VERIFICAR.

iTepeyac ofrece bancos de capacitores y filtros de armónicos para aplicaciones industriales, calidad de energía y proyectos relacionados con requerimientos del Código de Red.

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SCADA para subestaciones y centros de carga

Una instalación convencional informa de una falla cuando algo deja de funcionar.

Una subestación digital puede decir:

qué ocurrió + cuándo ocurrió + qué equipo operó + qué variables existían antes y después del evento.

SCADA puede integrar:

• interruptores;
• seccionadores;
• restauradores;
• relevadores;
• medidores;
• analizadores;
• transformadores;
• bancos de capacitores;
• sensores;
• UPS.

iTepeyac desarrolla soluciones de comunicación SCADA para equipos eléctricos críticos, incluyendo seccionadores, restauradores, medición y subestaciones.

La arquitectura puede utilizar protocolos como:

• IEC 61850;
• DNP3;
• IEC 60870-5-101/104;
• Modbus TCP;
• Modbus RTU.

Y medios físicos como:

• Ethernet industrial;
• fibra óptica;
• radio industrial.

Cuando un equipo de campo requiere energía para sus sistemas de control también pueden emplearse transformadores de potencial para telecontrol en media tensión.

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IoT y monitoreo continuo

La siguiente evolución consiste en agregar una capa de IoT industrial.

Los sensores IoT para monitoreo eléctrico de iTepeyac permiten complementar SCADA y las protecciones convencionales con información relacionada con condición de los activos.

Entre las aplicaciones se encuentran:

• termografía fija;
• temperatura;
• sensado óptico;
• monitoreo de conexiones;
• vibración de maquinaria;
• diagnóstico basado en condición.

Esto permite evolucionar desde:

INSPECCIONAR PERIÓDICAMENTE

hacia:

OBSERVAR CONTINUAMENTE → DETECTAR TENDENCIAS → ANTICIPAR FALLAS.

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Mantenimiento predictivo de la subestación

Una subestación no termina el día de su puesta en servicio.

A partir de ese momento comienza la administración de sus activos.

En nuestra guía de mantenimiento de subestaciones eléctricas analizamos mantenimiento preventivo, predictivo, termografía y diagnóstico basado en condición.

La combinación de:

SCADA + CALIDAD DE ENERGÍA + TERMOGRAFÍA + IoT + HISTÓRICOS

permite transformar mantenimiento basado exclusivamente en calendario hacia mantenimiento basado en condición.

En transformadores con líquido aislante pueden incorporarse además tecnologías como DryKeep para secado de transformadores en línea, orientadas al control de humedad y conservación del sistema de aislamiento sin requerir necesariamente sacar el transformador de servicio para el proceso continuo de secado.

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BESS y centros de carga

Los sistemas de almacenamiento de energía BESS están introduciendo una nueva variable dentro de las instalaciones industriales.

Un BESS puede utilizarse para:

• respaldo;
• administración de demanda;
• peak shaving;
• gestión energética;
• integración renovable;
• continuidad.

Pero también introduce convertidores, transformadores, protecciones, tableros, medición, control y comunicaciones.

Por ello su incorporación debe estudiarse conjuntamente con el Centro de Carga.

Consulta nuestra guía sobre sistemas BESS y almacenamiento de energía en México.

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El centro de carga dentro de la evolución de la red eléctrica mexicana

Los Centros de Carga tampoco existen de manera aislada.

Forman parte de una infraestructura eléctrica que está evolucionando hacia mayores niveles de:

MEDICIÓN → DIGITALIZACIÓN → AUTOMATIZACIÓN → ANALÍTICA → MANTENIMIENTO PREDICTIVO.

En nuestro análisis sobre la evolución de la generación eléctrica en México: del combustóleo al Smart Grid analizamos cómo transformación, subestaciones, medición, IoT, comunicaciones y calidad de energía comienzan a formar parte de una misma arquitectura digital.

También analizamos esta evolución desde la perspectiva de las redes en Dirección de Redes Eléctricas CFE: historia, modernización y retos.

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iTepeyac® y los Centros de Carga en media tensión

En iTepeyac® concebimos esta infraestructura mediante una cadena tecnológica:

PROTEGER → SECCIONAR → MEDIR → TRANSFORMAR → COMUNICAR → CONTROLAR → MONITOREAR.

Nuestro portafolio incluye soluciones para:

• seccionamiento en media tensión;
• restauradores;
• interruptores;
• tableros Metal-Clad y Metal-Enclosed;
• subestaciones;
• transformadores;
• TC y TP;
• equipos compactos de medición;
• medidores de facturación;
• analizadores de calidad de energía;
• relevadores;
• bancos de capacitores;
• filtros;
• radios industriales;
• fibra óptica;
• SCADA;
• IoT;
• termografía en línea;
• monitoreo de transformadores;
• mantenimiento predictivo.

Puede consultar el panorama general de nuestras soluciones eléctricas, IoT e industriales para infraestructura crítica.

El objetivo es que potencia, protección, medición, comunicaciones y mantenimiento no sean sistemas aislados, sino diferentes capas de una misma infraestructura.

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Conclusión: diseñar el Centro de Carga como un sistema

El error más importante al desarrollar una infraestructura de media tensión es estudiar cada componente aisladamente.

El transformador afecta el cortocircuito.

El cortocircuito afecta los interruptores.

Los interruptores afectan la coordinación.

La coordinación afecta los relevadores.

Los TC y TP alimentan protección y medición.

La medición permite evaluar calidad de energía.

La calidad de energía puede exigir compensación.

La automatización requiere comunicaciones.

Las comunicaciones requieren servicios auxiliares.

Y toda esta infraestructura necesita obra civil, seguridad y mantenimiento.

Por ello un Centro de Carga en media tensión en México debe concebirse como:

INGENIERÍA + POTENCIA + PROTECCIÓN + MEDICIÓN + OBRA CIVIL + COMUNICACIONES + AUTOMATIZACIÓN + MANTENIMIENTO.

El resultado no es simplemente una subestación que recibe electricidad.

Es la infraestructura eléctrica crítica sobre la cual opera una instalación industrial moderna.