Los cables eléctricos, los interruptores y la infraestructura de distribución obsoletos son propensos a múltiples fallas cada año, lo que provoca interrupciones del tráfico que retrasan el paso de vehículos durante varios kilómetros. Estas interrupciones no solo son costosas financieramente debido a la pérdida de ingresos por peajes, sino que también conllevan importantes riesgos reputacionales y políticos, especialmente cuando la infraestructura se ubica en una arteria principal de tráfico.
Para su proyecto del Puente de la Bahía, MDTA necesitaba un sistema confiable para alimentar la infraestructura. Cualquier falla en los kilómetros de cables eléctricos debe aislarse de forma rápida y automática, y el suministro eléctrico debe restablecerse rápidamente a todas las cargas. Cualquier corte de suministro eléctrico en una de las subestaciones debe identificarse automáticamente y el suministro eléctrico al puente debe restablecerse desde la subestación alternativa mientras los equipos de la compañía eléctrica trabajan para solucionar el problema. Además, el personal de las instalaciones debe recibir una notificación inmediata cuando se produzca un evento y poder controlar la aparamenta de forma remota.
La oportunidad: Soluciones avanzadas de infraestructura eléctrica para el puente de la Bahía de Chesapeake
El Puente de la Bahía de Chesapeake es una parte crucial de un sistema de transporte integrado que presta servicios tanto a la población local como a la nacional. El puente se extiende 7 kilómetros sin una sola señal de stop, semáforo ni intersección. La infraestructura eléctrica de estos puentes suele alimentar pórticos y señalización de control de tráfico, cámaras de matrículas, equipos de deshumidificación de cables de suspensión y otros sistemas y componentes ITS. En puentes más largos como este, la gestión de pérdidas de tensión requiere tensiones de distribución más altas en el rango de media tensión de 5 kV a 15 kV.
El desafío: mantener la infraestructura eléctrica del puente
La estructura del puente de la bahía de Chesapeake está bajo vibración constante debido al flujo de tráfico y al viento, lo que significa que la infraestructura eléctrica que se extiende a lo largo del puente está constantemente expuesta a fuerzas que pueden ser
bastante destructivo durante largos períodos. Además, la naturaleza altamente corrosiva del agua salada a menudo resulta en
la corrosión prematura de los materiales y equipos de amarre de cables.
Los cables corren riesgo en cualquier punto donde puedan rozar con componentes estructurales fijos, como extremos de conductos o juntas de expansión, y las fallas de los cables son la causa más común de interrupciones del servicio en los sistemas eléctricos de puentes. Cuando un cable falla, los sistemas de energía radial tradicionales deben desconectarse hasta que el personal de mantenimiento pueda desplegarse para localizar, reparar y reconectar los cables, lo que suele resultar en varias horas de interrupción del servicio por cada reparación. Durante estas reparaciones, los sistemas de control de tráfico dependen en gran medida de sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI).
Los sistemas tradicionales de distribución de energía radial no permiten desenergizar una sección de cable sin
impactando todas las cargas aguas abajo, ya que estos diseños son adecuados para puentes individuales.
Así, con el objetivo de poder aislar eficazmente cualquier sección problemática del cable, al mismo tiempo que se restaura todo
posibles cargas utilizando las dos fuentes de servicios públicos disponibles y/o el generador diésel, el equipo de G&W Electric tuvo que responder las siguientes preguntas al considerar la solución adecuada para estos desafíos:
- ¿Cómo diseñamos un sistema eléctrico resistente construido para soportar los factores ambientales únicos del agua salada?
- ¿Cómo diseñamos un sistema eléctrico capaz de restablecer el servicio en caso de perturbaciones eléctricas, reduciendo significativamente los tiempos de interrupción?
- ¿Cómo podemos garantizar que las inspecciones de puentes se puedan realizar de forma segura y periódica?
La solución: una solución avanzada de sistema de energía autorreparador de G&W Electric
G&W Electric ha estado instalando sistemas de localización de fallas, aislamiento y restauración del servicio (FLISR) y pérdida de
Sistemas de voltaje (LOV) durante más de 20 años, y se adaptaron perfectamente al puente de la Bahía de Chesapeake. Utilizando FLISR y LOV, G&W Electric diseñó a medida la aparamenta y el control para identificar y localizar una falla en el bucle; configuró los relés de conmutación para que se enviaran señales punto a punto entre sí para aislar rápidamente una falla y restablecer la energía; y creó pantallas centrales de HMI/monitoreo para recibir alertas de eventos y controlar la aparamenta de forma remota.
Además, dado que cerrar el puente durante un largo periodo para facilitar la puesta en servicio no era una opción, G&W Electric probó toda la solución, desde la aparamenta y los relés hasta el control central, con sus completas funciones de pruebas de aceptación en fábrica (FAT). Una vez probada la solución en el entorno controlado de la fábrica, se instaló la aparamenta y G&W Electric se desplazó al sitio para verificar la comunicación entre los controles y el correcto funcionamiento de todos los sistemas tras el envío.
El sistema de distribución final implementado es un sistema de energía autorreparador con un dispositivo de monitoreo central y una estación de control que permite a MDTA:
- Analice de forma remota un evento utilizando datos del tablero de distribución en el bucle
- Controlar de forma remota el cuadro de distribución para cortes planificados y mantenimiento
- Alternar entre los modos manual y automático
Localización de fallas, aislamiento y restauración del servicio (FLISR)
Cómo funciona la solución en caso de avería:
I. El interruptor de media tensión del extremo de la cabecera (interruptor de protección de potencia inversa) se disparará para interrumpir la
corriente de falla.
II. Simultáneamente, el controlador central recopila datos de los dispositivos de campo (relés) para identificar correctamente la sección problemática del cable mediante la indicación de fallas.
III. Una vez identificada correctamente la sección problemática, el control central ordenará a los dispositivos de campo que abran las vías de conmutación para aislar el cable averiado.
IV. El controlador también mueve el punto abierto del sistema a una ubicación predefinida para equilibrar la carga entre las dos fuentes de servicio, en lugar de transferir la carga completa a cualquiera de ellas.
V. Una vez que se aísla el cable defectuoso y hay un nuevo punto abierto en el sistema, el controlador ordenará al interruptor del extremo delantero que se cierre nuevamente y restablezca el servicio a todas las cargas conectadas.
Pérdida de voltaje (LOV)
Cómo funciona la solución en caso de pérdida de tensión:
I. El controlador central aislará la fuente muerta en el interruptor del extremo de la cabecera (Protección de potencia inversa)
Cambiar).
II. Una vez aislada la fuente inactiva, el controlador cerrará uno de los puntos normalmente abiertos del sistema para restablecer el servicio a todas las cargas afectadas. En caso de pérdida de ambas fuentes de suministro, el controlador central las aislará.
III. Una vez aisladas ambas fuentes, se envía una señal de arranque al control del generador.
IV. Una vez que se detecta un voltaje saludable en el generador, un interruptor de transferencia automática (ATS) se cerrará en
El generador restaura todas las cargas conectadas al bucle. El generador está dimensionado para manejar la carga completa.
carga nominal de todos los dispositivos conectados.
En caso de una falla en la carga conectada a cualquiera de los interruptores de media tensión, la coordinación de sobrecorriente temporizada permitirá que el interruptor de falla local se dispare y elimine la falla antes de que se dispare el interruptor del extremo principal o que el control central tome alguna decisión.
Los resultados: mayor eficiencia, seguridad y conocimientos a largo plazo
El nuevo sistema puede detectar y localizar fallas, aislar el cable dañado y restablecer el servicio, equilibrando la carga entre dos compañías eléctricas. Además, transferirá la carga completa de varios tramos de puentes a una compañía eléctrica cuando la otra experimente una pérdida de voltaje. Y, si ninguna de las compañías eléctricas está disponible, el sistema puede arrancar un generador, con la capacidad suficiente para alimentar toda la carga del puente.
Un sistema de control y monitoreo remoto brinda a los usuarios la capacidad de monitorear y controlar todos los dispositivos, controlar la funcionalidad de automatización y realizar una prueba para transferir automáticamente todas las cargas en vivo al generador.
Beneficios obtenidos con el nuevo sistema:
I. Automatización y control mejorados: Los sistemas están configurados para reconocer y reaccionar automáticamente
Fallas en cables y eventos de pérdida de voltaje.
II. Aislamiento eficiente de fallas: La función de localización automática de fallas y aislamiento ahorra tiempo de mantenimiento.
personal, mientras que la resiliencia de un diseño de anillo mantiene los sistemas de control de tráfico alimentados para mantener
flujo de tráfico ininterrumpido.
III. Reducción de la presión sobre el tiempo de reparación: El sistema ahorra tiempo al personal de mantenimiento y reduce la urgencia de realizar reparaciones inmediatas.
IV. Control remoto y aislamiento: El personal de mantenimiento puede aislar segmentos de cable de forma remota sin interrumpir el suministro de energía a los sistemas de control de tráfico.
V. Mayor seguridad: Proporciona un entorno más seguro para las inspecciones y el mantenimiento de puentes cerca de medianas
cables de voltaje.
VI. Perspectivas actuales: La recopilación, el análisis y el archivo de datos pueden ayudar en el desarrollo de curvas de tendencia.
e identificación de la degradación de los componentes a lo largo del tiempo. También se pueden desarrollar paneles de control mensuales.
