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La tecnología impulsa a una empresa suministradora de energía hacia una nueva era de protección de la energía eléctrica

Historia de la modernización de PNM

Al segundo día de las pruebas, lo supo. Henry Moradi no sólo vio una solución para su sistema de potencia, sino también una visión del futuro de la protección de la energía eléctrica. Se llama Protección de línea de dominio del tiempo SEL-T400L. El 7 de mayo de 2018, PNM se convirtió en la primer empresa suministradora de energía del mundo en utilizar los relés SEL-T400L con tecnología de dominio del tiempo para el disparo de interruptores de circuito, un paso significativo en la siguiente etapa de la protección de la energía eléctrica.

Moradi trabaja como gerente de ingeniería de sistemas para la Public Service Company de New Mexico (PNM). Moradi y su equipo habían iniciado una actualización importante del sistema de protección en su red eléctrica, y una de las primeras líneas de transmisión del proyecto ya planteaba un reto.

Era una línea de 345 Kv con compensación serie que conectaba la parte norte de Nuevo México con el área metropolitana de Albuquerque. PNM estaba construyendo una interconexión en esta línea para otro cliente de transmisión. Sin embargo, la forma en que tuvieron que dividir la línea ocasionó una sobrecompensación de la primera parte de la línea en aproximadamente un 150 %. Esta parte de la línea parecía mucho más corta, hablando en términos eléctricos, lo que llevó a una inadecuada coordinación y las consecuentes brechas en la protección por relé.

Los esquemas diferenciales de corriente de línea con relés de protección tradicionales podrían haber funcionado; sin embargo, si los relés perdieran comunicación, los esquemas de impedancia de distancia basada en fasores hubieran significado un desafío. Estos esquemas no hubieran podido garantizar una coordinación adecuada y una rápida protección.

Sin embargo, PNM sabía de un nuevo relé de protección no tradicional desarrollado por Schweitzer Engineering Laboratories (SEL).

El 12 de marzo de 2018, Moradi y su equipo llegaron a las oficinas generales de SEL en Pullman, Washington para realizar una pruebas de aceptación en fábrica de una semana de duración usando el SEL-T400L. Estas pruebas emplearon una simulación digital para modelar réplicas del sistema de potencia de la empresa suministradora de energía, lo que les permitió a los ingenieros realizar pruebas en cualquier escenario operativo de la vida real, con cualquier número de variables antes de la puesta en servicio.

En lugar de operar con mediciones de fasor, el nuevo relé opera en el dominio del tiempo, usando principios de onda viajera y cantidades incrementales. Es el primer y único relé de su tipo en el mundo. Si bien hay más de 70 de estos relés instalados en todo el mundo, ninguna empresa suministradora de energía ha usado uno para el disparo de interruptores de circuitos activos.

La Public Service Company of New Mexico (PNM) es el proveedor de electricidad más grande del estado, y brinda servicios a más de 500,000 residentes y clientes comerciales de Nuevo México. La empresa está comprometida con la conservación del medio ambiente al tiempo que realiza mejoras tecnológicas en todo el sistema, que harán la diferencia para las generaciones futuras.

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“Originalmente hablábamos de usar el relé, pero solo en modo de supervisión”, comentó Moradi. “Después hicimos la prueba de simulación”.

Moradi llamó a su jefe, Alwyn Vanderwalt, director de ingeniería de transmisión y distribución en PNM, y describió los resultados de la prueba. El SEL-T400L funcionó tan rápido que ni siquiera se percibió la sobrecompensación. Funcionó sin fallas.  

“Cuando realizamos la prueba de simulación, nos dimos cuenta de que, fehacientemente, el relé estaba diseñado especialmente para la seguridad”, señaló Moradi. “Nos dimos cuenta de que eliminaría las deficiencias de la protección tradicional y de que no haría disparos excesivos. Para nosotros, fue una decisión lógica implementar esta tecnología de vanguardia para atender las necesidades de nuestro sistema”.

Vanderwalt agregó: “Aprobar el uso del relé en modo de disparo fue una decisión fácil”. 

“Hace tiempo que me dedico a esto y es la primera vez, desde el relé digital, que veo un cambio importante en la funcionalidad de los relés”.
—Todd Fridley
Vicepresidente de operaciones en Nuevo México, PNM

No había dos esquemas iguales

La decisión de PNM de usar el SEL-T400L aborda un problema más profundo de toda la industria: la necesidad de modernizar la red eléctrica.

“La mayoría de los retos de la industria hoy en día están relacionados justo con el tema central de este proyecto”, dijo Todd Fridley, vicepresidente de operaciones de PNM en Nuevo México, “con estar tratando de encontrar una forma de brindar una tecnología más inteligente y efectiva para mejorar nuestra infraestructura a fin de mantener niveles extremadamente altos de confiabilidad para el sistema eléctrico y el servicio a nuestros usuarios”.

En esencia, la razón de cada empresa suministradora de energía radica en la obligación de servir. La gente quiere estar conectada, quiere electricidad sin necesidad de tener que pensar en ello de manera consciente; quieren que las facturas de las empresas suministradoras de energía sean bajas y que sus luces permanezcan encendidas.

El deber de brindar este tipo de servicio constante, 24/7 recae en las empresas suministradoras de energía. Deben mantener, proteger y operar sus sistemas de potencia día y noche y, normalmente, con equipos obsoletos, numerosos diseños de esquema de protección y estándares de la industria que cambian continuamente.

“Tenemos que estar enfocados y ser estratégicos en la forma en que reinvertimos en la modernización de nuestra red eléctrica, además de pensar en cómo se integran estos tipos de nuevas tecnologías en nuestros objetivos a corto y largo plazo para mantener altos niveles de servicio al cliente”, explicó Fridley. “Es algo que las empresas suministradoras de energía deben tomar en cuenta en su misión de satisfacer las futuras necesidades de energía de nuestros usuarios”.

Para Moradi, Vanderwalt y Fridley, esta situación es más estimulante que laboriosa. Algo que tienen en común es una inclinación hacia la tecnología moderna y la acción decisiva. Al observar el sistema de potencia de PNM desde una perspectiva a largo plazo, se dieron cuenta de la necesidad de modernización.

“A lo largo de las décadas, hubo muy poco esfuerzo por ofrecer un diseño de protección estandarizado en el sistema de transmisión de PNM”, dijo Vanderwalt. “No había dos esquemas de protección que fueran iguales, y ello daba como resultado un esquema complejo en términos de mantenimiento y operación”.

Subestación de Cabezón, lugar donde se instalaron los primeros relés SEL-T400L.

Es fácil caer en la trampa. A lo largo del tiempo, los ingenieros que trabajan en diferentes periodos de la infraestructura, construyen y desarrollan nuevos esquemas de protección y ponen en servicio nuevos relés. Cuando cambia el personal, cada esquema se modifica solo un poco: un ajuste por aquí, otro por allá.

El peso recae en los técnicos de relés, quienes mantienen estos esquemas de protección y los relés. Sin estandarización, deben entenderlos y volver a familiarizarse con cada esquema, configuración, lógica de disparo y configuración de los ajustes. Encima de eso, muchas empresas suministradoras de energía, incluida PNM, todavía tienen un gran porcentaje de relés electromecánicos en funcionamiento.

“Para mí, los relés electromecánicos, con su antigüedad relativa y la limitada información posterior a las fallas que se recibe de ellos, son una razón muy clara para una transición rápida hacia elementos de protección del sistema más modernos y precisos”, señaló Vanderwalt. “Si hay una interrupción de servicio relacionada con los relés electromecánicos, es mucho más difícil realizar el análisis de falla adecuado y la detección del problema”.

Explicó que algunos de las interrupciones de servicio de transmisión fueron peores de lo necesario debido a los errores de aplicación de los relés y la falta de funcionalidad apropiada.

“Una sola de estas interrupciones de servicio de transmisión puede afectar a decenas de miles de usuarios”, afirmó Vanderwalt. “Eso me hizo ver claramente que no podíamos continuar en esta dirección. Decidimos que necesitábamos un enfoque más amplio y holístico para actualizar nuestros sistemas de protección”.

No queremos hacer “apenas lo suficiente”.

“Esta transición garantizará que tengamos un diseño consistente y un esquema mejorado para nuestros ingenieros y técnicos de relés a fin de que puedan administrar mejor los sistemas de protección de nuestra red eléctrica”, dijo Moradi.

Este proyecto no sólo incluyó relés de protección, sino también diseños de esquema de protección, plantillas de diseño, proceso de documentación, cálculos de ajustes y hardware.

“Reduciremos las operaciones indebidas y las interrupciones de servicios; sin embargo, cuando ocurra una interrupción de servicio, nuestro personal habrá mejorado la lógica para identificar y ubicar mejor la causa de la interrupción de servicio”, señaló Moradi. “Ellos ya saben cómo es el diseño, conocen la lógica, pueden realizar un mejor análisis de fallas, por lo que reduciremos el número de horas de mantenimiento y ahorraremos costos a nuestros usuarios”.

Eché un vistazo al interior de la subestación de Cabezón, donde se instalaron los primeros relés SEL-T400L de PNM.

Galería de fotos

Las actualizaciones de la infraestructura son una tarea enorme, sin mencionar la fuerte inversión. Para algunos, puede parecer incluso trivial, pero para PNM, estas actualizaciones y proyectos han inyectado nueva vida y energía a la empresa, principalmente en el departamento de transmisión y distribución. Es emocionante y contagioso.

“Nuestra industria puede tener una tendencia, a veces, sólo a resistir y esperar a que no sucede nada terrible”, dijo Fridley. “Lo que deberíamos estar haciendo es analizar nuestras necesidades futuras y garantizar que nuestras inversiones sean estratégicas y dirigidas a brindar el tipo de servicio que nuestros usuarios desean y merecen. Estamos cambiando cómo está posicionada la industria, pero no deberíamos desalentarnos porque vaya a ser difícil o requiera concentración y un poco de inversión”.

Aunque un relé no hace un sistema de potencia, no hay mejor forma de representar la mentalidad progresista de PNM que el SEL-T400L.

“No queríamos estandarizar con algo que fuera ‘apenas lo suficiente'”, dijo Moradi. “Decidimos que si íbamos a invertir tiempo y esfuerzo en la estandarización, queríamos implementar el más reciente y robusto esquema de protección y estandarizarlo en nuestro proceso de diseño”.

Hay cierta genialidad en la simplicidad

Originalmente, PNM quería implementar con el SEL-T400L el mismo enfoque que otras empresas suministradoras de energía lo habían adquirido. Querían usarlo (sonaba genial) pero solo en modo de supervisión, lo que significaba que no se usaría para la eliminación de fallas.

Es una ruta segura. La preocupación de muchas empresas suministradoras de energía es la rapidez de operación del relé: les preocupa que no opere de manera segura, lo que significaría que se dispare por una falla fuera de la zona, lo que no es necesario. Junto con esa preocupación, existe una indiferencia general sobre la velocidad de disparo. Muchos no creen que exista beneficio en que un relé se dispare en unos milisegundos.

Si el sistemas de potencia todavía tiene que esperar que el interruptor se abra, ¿realmente importa la velocidad? Para PNM, la respuesta corta es “Sí”.

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“La tecnología aplicada aquí con estas nuevas capacidades de protección con relé es simplemente increíble en términos de tiempo de eliminación de fallas”, señaló Fridley. “Además, no solo es una pequeña ganancia en velocidad, son múltiples ganancias de velocidad. Si realmente nos preocupan las causas de las fallas del equipo y el deterioro a lo largo del tiempo, es la duración que estos niveles extremadamente altos de corrientes de falla destructiva permanecen en el sistema. Tiempos de eliminación más breves y menos corriente de falla se traducen directamente en menos deterioro del equipo a lo largo del tiempo, ciclos de vida extendidos y, en última instancia, menores costos de mantenimiento e inversión.

Sin embargo, las nuevas tecnologías pueden tener una desventaja. Es como un juego agotador de ponerse al día con lo nuevo que salga al mercado cada día o cada semana lo que facilitará tu vida o hará que algo sea mejor.

Sin embargo, cada determinado tiempo aparece algo que cautiva a la industria y provoca un cambio o adaptación del comportamiento. Mucha de esa calidad que hace que uno se detenga y se quede observando, es el resultado del diseño. Así es como está posicionado el SEL-T400L en la industria de la energía eléctrica. 

“Cuando observo el SEL-T400L, eso es lo que veo: hay cierta genialidad en la simplicidad”, afirmó Fridley. “Es difícil relacionarlo con personas que no entienden la protección de relés; sin embargo, inventar algo que tenga un hermoso diseño, funcionalidad y simplicidad, es lo que realmente lo diferencia de nuestros dispositivos de protección del sistema tradicionales”.

Parte del diseño incluye la localización de fallas por onda viajera, una tecnología que les puede ahorrar a las empresas suministradoras de energía muchas horas en la búsqueda de fallas. La tecnología de onda viajera del SEL-T400L localiza la localización de una falla dentro de la distancia de una torre.

“Es increíblemente preciso y, aquí en el oeste, eso es más importante que nunca”, explicó Fridley. “Contamos con grandes líneas de transmisión que atraviesan grandes distancias sobre inmensas áreas despobladas. Patrullarlas requiere mucho tiempo y esfuerzo, por eso, para nosotros, la precisión en la localización de la falla es fundamental".

Después de ver el desempeño en la localización de fallas del SEL-T400L en el laboratorio de simulación, PNM decidió hacer de ese relé, en combinación con el sistema de protección, automatización y control de diferencial de línea avanzado SEL-411L, el estándar para todas sus líneas de transmisión de 345 Kv. También están en proceso de evaluar este dúo como el estándar para otras líneas del sistema.

Gracias a las tecnologías innovadoras de dominio del tiempo, el SEL-T400L se dispara de manera segura en tan solo 1 ms, registra eventos con una frecuencia de muestreo de 1 MHz y detecta fallas en la torre más cercana.

Se lo debemos a nuestro futuro

Independientemente de la industria, es muy probable que haya escuchado a alguien decir “bueno, así es como siempre lo hemos hecho” al responder a un cambio propuesto o inminente.

La gente se siente cómoda. Tal vez les preocupa no ser capaces de mantenerse al día. Cambiar implica trabajo. Además, existe el elemento de lo desconocido.


“Siempre me remonto a los primeros días en que las empresas suministradoras de energía consideraban líneas de transmisión más grandes de 345 Kv y 500 Kv por primera vez”, dijo Fridley. “Estoy seguro de que los detractores que se encontraban a la mesa, decían ‘¿para qué necesitaríamos estas enormes altas tensiones?; es una locura: los interruptores son muy costosos y los transformadores son caros’. Ya puedo escuchar cómo hablan.

“Y aún así, eso es literalmente la red troncal del sistema que disfrutamos hoy en día. Si los progresistas no hubieran tenido la perspicacia de construir, invertir y asumir ese desafío de los voltajes más altos, estructuras más grandes, y costos de equipo más altos, no estaríamos disfrutando el sistema que tenemos actualmente.

“Es la misma mentalidad que tenemos que recordarnos hoy en día. Estamos haciendo estas inversiones para el futuro: es algo bueno, es un esfuerzo de modernización y esa es nuestra tarea. Le debemos a nuestro futuro hacer esas inversiones ahora para que podamos tener un sistema que nos respalde”.


Liderada por esta actitud, PNM está cambiando la idea de lo que significa ser una empresa suministradora de energía. Estos pioneros están incorporando equipos de última generación en sus sistemas de potencia, encabezando la adopción de nuevas tecnologías y adoptando ideas frescas.

Conforme continúan la modernización de la red y las mejoras en la protección del sistema, su objetivo final sigue siendo el mismo: ser una fuente interminable de confianza y servicio para sus usuarios en Nuevo México.

—Fin—

PNM incorpora la protección de dominio del tiempo en un proyecto de modernización