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IMPLEMENTACIÓN DE LA GESTIÓN DE PROYECTO AL PROCESO DE DISEÑO ELECTRICO DE CONTROL Y PROTECCION DE UN MODULO EN
SUBESTACIONES DE ALTA TENSION.
TRABAJO FINAL PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO ELÉCTRICO
PRESENTADO POR:
JORGE ANDRES PAEZ VARGAS
20041007056
DIEGO FERNANDO PULIDO LOPEZ
20041007047
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÌA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERIA INDUSTRIAL
BOGOTA D.C.
2015
IMPLEMENTACIÓN DE LA GESTIÓN DE PROYECTO AL PROCESO DE DISEÑO ELECTRICO DE CONTROL Y PROTECCION DE UN MODULO EN
SUBESTACIONES DE ALTA TENSION.
PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO
DIRECTOR PROPUESTO
PhD. GIOVANNY M. TARAZONA BERMUDEZ
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÌA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERIA INDUSTRIAL
BOGOTA D.C.
2015
AGRADECIMIENTOS
Deseamos expresar nuestros más sinceros agradecimientos en primer lugar a
Dios, quien nos ha guiado e iluminado el camino para alcanzar este importante
logro, en segundo lugar a nuestras familias: padres, hermanos, tíos, abuelos,
primos y todos nuestros seres queridos quienes nos han brindado su apoyo
incondicional, en tercer lugar a nuestros docentes y educadores que nos aportaron
sus conocimientos, enseñanzas y su especial dedicación en este proceso de
formación, para convertirnos no solo en profesionales con altas capacidades de
liderazgo, competitivos, innovadores y éticos, sino en agentes de cambio que
contribuirán al desarrollo social y económico del país.
TABLA DE CONTENIDO
GENERALIDADES.......................................................................................................... 10
FORMULACION DEL PROBLEMA ................................................................................... 11
JUSTIFICACION ............................................................................................................ 12
OBJETIVOS .................................................................................................................. 13
OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................ 13
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................................... 13
ESTADO DEL ARTE ....................................................................................................... 14
MARCO CONCEPTUAL .................................................................................................. 29
Subestación eléctrica: ......................................................................................................... 29
Configuración: .................................................................................................................... 30
Barraje: .............................................................................................................................. 30
Módulo o bahía: ................................................................................................................. 30
Transformador: .................................................................................................................. 31
Interruptor de potencia: ..................................................................................................... 32
Seccionador: ....................................................................................................................... 33
Transformador de potencial: ............................................................................................... 34
Transformador de corriente: ............................................................................................... 34
Normalización: ................................................................................................................... 35
Diagrama unifilar: ............................................................................................................... 35
Diagrama de lógica: ............................................................................................................ 36
Diagrama de principio: ........................................................................................................ 37
Diagrama de alimentaciones o servicios auxiliares: .............................................................. 38
Diagrama de control: .......................................................................................................... 39
Diagrama de protección: ..................................................................................................... 42
Diagrama de señales: .......................................................................................................... 43
Diagrama trifilar: ................................................................................................................ 44
Diagramas Z: ...................................................................................................................... 45
Protección diferencial: ........................................................................................................ 45
Protección sobrecorriente: .................................................................................................. 46
Protección de distancia: ...................................................................................................... 46
METODOLOGÍA ........................................................................................................... 47
CRONOGRAMA ............................................................................................................ 48
PLANEACION Y DESARROLLO DEL PROYECTO ............................................................... 49
INICIO RECOLECCION DE INFORMACION DEL PROCCESO EXISTENTE ..................................... 49
PLANEACION ETAPAS DEL PROCESO DE DISEÑO Y FORMULACION DE UN NUEVO MODELO .. 49
EJECUCION DE LA APLICACIÓN DEL MODELO DE GESTION DE LAS EDT .................................. 63
CONTROL CONSOLIDACION DE TIEMPOS Y COMPARACION ENTRE LOS DOS PROCESOS. ....... 65
ANALISIS COSTO BENEFICIO ................................................................................................ 73
GESTION DE CALIDAD .................................................................................................. 75
1. Fase preliminar ............................................................................................................... 75
ACTA DE CONSTITUCIÓN DEL PROYECTO .............................................................................................. 75
2. Fase de diseño ................................................................................................................ 79
3. Fase de final ................................................................................................................... 81
PRESUPUESTO ............................................................................................................. 83
CONCLUSIONES ........................................................................................................... 84
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 85
ANEXO 1. GLOSARIO .................................................................................................... 88
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ley de Ohm de circulación de cargas [26] ................................................................................ 15
Figura 2. Primeros generadores eléctricos [26] ...................................................................................... 16
Figura 3. Primera bombilla incandescente [26] ...................................................................................... 18
Figura 4. Relevador electro-mecánico [9] ............................................................................................... 23
Figura 5. Subestación eléctrica [17] ........................................................................................................ 29
Figura 6. Transformador de potencia [20] .............................................................................................. 31
Figura 7. Interruptor de potencia [22] .................................................................................................... 32
Figura 8. Seccionador [22] ...................................................................................................................... 33
Figura 9. Transformador de potencial [22] ............................................................................................. 34
Figura 10. Transformador de corriente [22] ........................................................................................... 35
Figura 11. Diagrama unifilar [23] ............................................................................................................ 36
Figura 12. Diagrama de lógica [23] ......................................................................................................... 37
Figura 13. Diagrama de principio [23] ..................................................................................................... 38
Figura 14. Diagrama de alimentaciones o servicios auxiliares [23] ........................................................ 39
Figura 15. Diagrama de control [23] ....................................................................................................... 41
Figura 16. Diagrama de protección [23] ................................................................................................. 43
Figura 17. Diagrama de señales [23] ....................................................................................................... 44
Figura 18. Diagrama trifilar [23] .............................................................................................................. 45
Figura 19. Diagrama de la metodología .................................................................................................. 47
Figura 20. Cronograma del proyecto ...................................................................................................... 48
Figura 21. EDT Proceso de diseño ........................................................................................................... 52
Figura 22. Diagrama de red proceso de diseño ...................................................................................... 64
Figura 23. Formula estimación duración esperada distribución beta .................................................... 65
Figura 24. Diagrama de Gantt proceso de diseño (1 unidad de recurso humano) ................................. 68
Figura 25. Modificación diagrama de Gantt proceso de diseño (6 unidades de recurso) ...................... 70
Figura 26. Diagrama de Gantt final y ruta crítica .................................................................................... 71
Figura 27. Diagrama de recursos a utilizar en el proceso de diseño ....................................................... 72
Figura 28. Cuadro comparativo cronogramas......................................................................................... 72
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Tabla actividades sucesoras ...................................................................................................... 63
Tabla 2. Duración esperada actividades ................................................................................................. 66
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GENERALIDADES
PROPONENTES
DIEGO FERNANDO PULIDO LOPEZ
CÓDIGO: 20041007047
JORGE ANDRES PAEZ VARGAS
CÓDIGO: 20041007056
PROGRAMA
INGENIERIA ELECTRICA
DIRECTOR PROPUESTO
PhD. GIOVANNY M. TARAZONA BERMUDEZ
TITULO
IMPLEMENTACIÓN DE LA GESTIÓN DE PROYECTO AL PROCESO DE DISEÑO ELECTRICO DE CONTROL Y PROTECCION DE UN MODULO EN SUBESTACIONES DE ALTA TENSION.
ÁREA: GESTION DE PROYECTOS
ÁREA DE INVESTIGACIÓN: GESTION DE PROYECTOS
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FORMULACION DEL PROBLEMA
Actualmente los proyectos de diseños eléctricos que se ejecutan en
subestaciones y líneas de transmisión y distribución tienen un segmento del
diseño que está dirigido a los esquemas o sistemas de control y protección los
cuales los encargados del correcto funcionamiento de todo el sistema eléctrico,
en donde las empresas que tienen estos proyectos de diseños general delegan
las labores a compañías contratistas especializadas para cada segmento, estas
se encargan de elaborar el diseño y la obra de cualquier aspecto que se
involucre los elementos de cada actividad del sector eléctrico. [1]
Por ejemplo Codensa S.A. que es una empresa encargada de la
comercialización de energía eléctrica contrata la mayoría de las labores a su
cargo a un gran número de empresas contratistas. En este caso una de las
empresas contratistas de Codensa S.A. es AC ENERGY que se encarga del
diseño del control y protección en subestaciones eléctricas.
Los sistemas de control y protección son uno de los aspectos más relevantes
en el proceso eléctrico ya que permiten que el sistema eléctrico funcione en
condiciones normales, seguras y confiables a través de manejo, supervisión y
mitigación de fallas. En la empresa AC ENERGY debido a la importancia de
estos procesos de diseño se ha buscado implementar una gestión del proyecto
al encontrarse continuamente errores en estos antes y después de la entrega al
cliente, donde se ha generado aumentos en los tiempos proyectados para los
diseños, lo que con lleva a sobre costos e incumplimientos en los tiempos de
entrega al cliente.[2]
De acuerdo a esta necesidad se plantea la pregunta: ¿Se puede mejorar la
calidad del diseño de control y protección a menores tiempos con la
implementación de la gestión de proyectos?
12
JUSTIFICACION
Es fundamental y necesario que los diseños de control y protección de módulos
en subestaciones de alta tensión se les realice una gestión de proyecto para
que estos aumenten su calidad y se mejoren los tiempos de entrega en su
elaboración, para que las empresas de diseño aumenten su rentabilidad y
esencialmente creen un resultado de satisfacción al cliente mejorando su
imagen ante él.
Se ha decidido enfocarse en la gestión del tiempo y de la calidad ya que los
diseños actuales presentar sus mayores problemas en estos dos aspectos y por
la relación que manejan estos dos enfoques ya que cuando se intenta mejorar
uno el otro puede verse afectado.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Implementar la gestión de proyectos al proceso de diseño eléctrico del control y
protecciones de un módulo en subestaciones de alta tensión para mejorar la
calidad a menores tiempos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar las etapas y flujo de información del proceso con tiempos y
costos promedios de diseño eléctrico de un módulo de control y
protección en subestaciones de alta tensión.
Caracterizar las especificaciones técnicas y condiciones de elaboración
para estos diseños.
Definir objetos medibles y cuantificables para para tener una revisión
minuciosa del diseño.
Evaluar los resultados obtenidos con un estudio costo beneficio.
14
ESTADO DEL ARTE
La electricidad ha evolucionado históricamente desde el momento de su
descubrimiento en donde solo se tenía el conocimiento de la existencia del
fenómeno, hasta el alcance científico y tecnológico de hoy en día.
Inicialmente en la antigua Grecia el filósofo Tales de Mileto había explorado las
propiedades eléctricas del ámbar, asimismo en la antigua Roma se
comprobaban que la magnetita también poseía dichas propiedades.[3]
No fue sino hasta la época del renacimiento cuando se empezaron a hacer
estudios metodológicos de la electricidad. En el año 1600 el médico y
matemático Guillermo Gilbert realizó importantes estudios de fenómenos
eléctricos y geomagnéticos.
Antes de 1800 el estudio de la electricidad solo intereso a pocos científicos
debido a que se desconocían las aplicaciones que pudiera tener la electricidad.
Para esa época las personas iluminaban mediante velas y la potencia motriz
era suministrada por tracción animal[4]. Además las colonias y la conquista
militar dejaban grandes ganancias en comparación con el conocimiento
científico.
Uno de los principales aspectos que aceleró el desarrollo de estudio de la
electricidad fue la revolución industrial en el año 1780 cuando Benjamín
Franklin postulo las primeras ideas sobre la electricidad y también cuando
realizó el famoso experimento de la cometa. Simultáneamente a los
experimentos de Franklin se sumaron también otros estudios de los científicos
Coulomb, Galvani y Volta acerca de los movimientos de cargas eléctricas y su
almacenamiento.
15
Años más tarde en 1819 Ohm sienta las bases del estudio de circulación de
cargas, la cual posteriormente sería la Ley de Ohm. Por esa época también se
descubrió la relación que tenía la electricidad y el magnetismo.
Figura 1. Ley de Ohm de circulación de cargas [26]
Durante el siglo XIX se presentaron grandes avances que permitieron que el
fenómeno eléctrico como afirma Salazar (2009) pasara de ser un conocimiento
científico interesante a una tecnología con implicaciones sociales de grandes
alcances, gracias al aporte de Faraday que descubrió que a partir de campos
magnéticos se podía obtener electricidad.
Posteriormente Faraday construyó una maquina generadora de voltaje
superando lo realizado por Volta en almacenamiento de energía. James
Prescott Joule descubrió en el año 1841 las pérdidas de energía eléctrica
mediante el calor, lo que posteriormente se tomaría como una aplicación de
gran importancia, ya que se descubrió que el arco eléctrico generaba un brillo
muy intenso que podía ser usado para iluminación.
En el año 1879 después de varios experimentos Thomas Alba Edison inventa la
lámpara eléctrica, hecho que convertiría a la energía eléctrica en un recurso de
uso mundial. Progresivamente se empezó a implementar el uso de energía
eléctrica para la iluminación con la entrada en servicio de la primera central
eléctrica en Londres y posteriormente en Buenos Aires.
16
Simultáneamente en Estados Unidos se ponía entraba en funcionamiento el
primer sistema de venta de energía eléctrica para alumbrado con corriente
continua y una carga demandada de 30 kW de potencia. Estos sistemas
eléctricos de alumbrado en el siglo XIX terminaron reemplazando los existentes
de gas para esa época.
Estas compañías tomaron el nombre de compañías de iluminación, ya que el
único servicio que brindaban era el de alumbrado. En este sistema se encontró
un problema ya que en el día no se utilizaba este servicio y después de las 11
p.m. tampoco, y por consiguiente el tiempo de actividad era muy corto.
Para este inconveniente surgió la necesidad de encontrar otras aplicaciones de
uso común para la energía eléctrica, y fue entonces cuando se empezó a
utilizar la electricidad como fuerza motriz mediante motores que ya habían sido
inventados con anterioridad.
Figura 2. Primeros generadores eléctricos [26]
Surgió entonces otro problema de tipo técnico: el aumento de carga se tradujo
en aumento de corriente lo que a su vez incrementó las pérdidas en la
17
distribución, principalmente a los usuarios que se encontraban más lejos del
punto de generación.
Fue entonces cuando se inició el diseño de un dispositivo que aumentara la
tensión para disminuir la corriente que se transmitía por los cables de
distribución y a su vez disminuir las pérdidas, este dispositivo sería el
transformador que se empezó a utilizar en el sistema eléctrico en el año 1886.
Cuatro años más tarde en 1890 la compañía Westinghouse comenzó a
experimentar con corriente alterna para su distribución, lo que representó una
rivalidad con la compañía General Electric que manejaba la corriente continua.
Finalmente se impuso el uso de corriente alterna ya que los generadores,
transformadores y motores en alterna eran más sencillos y económicos.
De esta forma en Estados Unidos y en el mundo empezó a generalizarse el uso
de corriente alterna apareciendo el nombre de estación central. Asimismo
desaparecieron los problemas de los usuarios lejanos y se masifico el uso de la
electricidad.
En 1900 las compañías eléctricas descubrieron los beneficios de
interconectarse para alimentar las cargas, ya que las estaciones eléctricas no
llegaban a su máximo al mismo tiempo. Con esta interconexión surgió un
problema, la frecuencia de cada central era diferente y para la conexión entre
ellas debía ser igual este valor, que podía ser modificado con determinados
equipos, pero el precio de estos era muy elevado, por consiguiente se decidió
estandarizar la frecuencia de las centrales de generación.
Primero se pensó en implementar una frecuencia de 25 Hz pero debido a un
parpadeo en las lámparas incandescentes se descartó esta frecuencia y se
adoptó la de 60 Hz que poseía características eléctricas aceptables y las
turbinas de vapor tenían un rendimiento satisfactorio.
18
Figura 3. Primera bombilla incandescente [26]
El siguiente paso fue el desarrollo tecnológico para los elementos que
componen un sistema eléctrico debido al incremento en el uso de este servicio
lo que se reflejaba en equipos de mayor capacidad y rendimiento para suplir la
carga demandada.
En Colombia el sector eléctrico ha sufrido varios cambios entre la función del
Estado y los privados para la prestación del servicio de energía eléctrica. La
energía eléctrica en el país empezó a distribuirse a finales del siglo XIX gracias
a los inversionistas privados quienes construyeron las primeras centrales para
generar, distribuir y comercializar este servicio.
Este esquema de propiedad privada en el sector eléctrico se mantuvo hasta
mediados del siglo XX cuando el Estado decidió intervenir y tomar el poder
sobre estas empresas y el recurso. Las estaciones eléctricas no se encontraban
interconectadas aún, por consiguiente solo se tenían sistemas eléctricos
locales[5].
19
El sector público comenzó a intervenir activamente para la década de 1940 con
la creación de la empresa Electroaguas, ya que el recurso hídrico fue
económicamente la mejor opción, tal como lo afirma Luis Mauricio Cuervo:
El volumen de inversiones requerido y su largo período de maduración
fueron los principales impedimentos para una afluencia normal de capital
privado hacia la provisión de fluido eléctrico. De hecho, estos son rasgos
financieros típicos de la generación hidroeléctrica que, por la topografía
del país y sus condiciones hidrológicas, llegó a considerase como la
opción más económica. [6]
Con el Plan Nacional de Electrificación que elaboró el Ministerio de Fomento se
proyectó la expansión de la capacidad instalada desde 1954 hasta 1970 y junto
con la reforma constitucional de 1954 se pudieron crear muchas de las
empresas de servicios públicos del país.
En el año 1963 se crea el Comité de Interconexión entre las empresas EEEB
(Empresa de Energía Eléctrica de Bogotá), EPM (Empresas Públicas de
Medellín) y CVC (Corporación Valle del Cauca) con la participación de
ElectroAguas y el DNP (Departamento Nacional de Planeación) siendo un tema
de interés nacional.
Luego de un estudio realizado por Middle West Service Co. para para
determinar una apropiada interconexión se decidió crear la empresa ISA
(Interconexión Eléctrica S.A) para permitir el intercambio de energía. Además
ISA se encargaba de: coordinar el suministro, programar y construir futuras
plantas de generación, controlar el despacho diario y minimizar los costos del
sistema en estos procesos.
Posteriormente Electroaguas se convierte en el Instituto Colombiano de Energía
Eléctrica (ICEL) el cual tiene funciones de planeación y ejecución de proyectos
20
de transmisión. Asimismo se crea la empresa CORELCA (Corporación Eléctrica
de la Costa Atlántica) con funciones similares a ISA pero para el sector de la
costa Atlántica, lo que desencadeno conflictos entre ISA y CORELCA por la
forma en que se realizaba el planeamiento de energía ya que no era
centralizado. Fue entonces cuando se estableció el Ministerio de Minas y
Energía en 1974 (mediante el Decreto ley 636 de 1974) con las funciones de:
Promover la interconexión, ordenar, coordinar y evaluar planes sobre la
electricidad, y proponer y adelantar una política nacional sobre las actividades
del sector eléctrico.
A pesar de la participación del Estado con el Ministerio de Minas y Energía lo
planificado sufrió un golpe importante con el racionamiento eléctrico en 1981 en
parte por la incapacidad financiera de las empresas que debían realizar obras
necesarias para la demanda futura.
Debido al racionamiento el Estado decidió financiar proyectos eléctricos pero
esta iniciativa colapso cuando el país enfrento una deuda externa lo cual generó
una restricción al apoyo del sector eléctrico.
En el país se creó la Comisión Nacional de Energía (CNE) en 1989 para
organizar y regular la utilización racional e integral de las distintas fuentes de
energía. Sin embargo esto no evito que el país sufriera su segundo
racionamiento en el año 1992 debido a datos incorrectos del modelo que se
aplica entonces según afirmó una Comisión Evaluadora del Gobierno al
periódico El Tiempo para la publicación del día 28 de mayo de 1992:
Los técnicos de ISA le dieron las señales inadecuadas al modelo. Como
la del costo económico del racionamiento que estaba subestimado. Hasta
diciembre de 1991 el modelo trabajaba sobre la base de que racionar un
kilovatio tenía un costo para las empresas de 28 pesos. No obstante,
según esquemas internacionales, este costo no podía ser inferior a 300
21
pesos. Por esta razón, el modelo hizo que se generara más energía con
hidroeléctricas que con térmicas, aunque la situación de reserva de agua
era crítica. Al fin y al cabo, el modelo funcionaba con un costo de
racionamiento demasiado bajo. [7]
Después de esto el sector eléctrico del país entro en crisis al igual que en la
mayoría de América Latina. Paulatinamente en el resto del mundo empezó una
tendencia hacia la disolución de los monopolios en los servicios públicos para
migrar a un modelo de sectorización, esto para promover la competencia,
fomentar la inversión de capital privado, la eliminación de la integración vertical
y mantener al Estado como ente regulador solamente.
Para que se diera esto en el país luego de determinar que el sector eléctrico
hasta esa fecha (1992) presentaba balances desfavorables como empresa, se
necesitó una reestructuración con la Constitución de 1991 para permitir la
competencia donde fuera posible y la libre entrada a todo agente que estuviera
interesado.
Además en la Constitución del 1991 se estableció que el Estado únicamente
debía regular y controlar la eficiencia de la prestación de servicios públicos (en
donde se incluía el servicio de electricidad) para mejorar la calidad de vida de la
población[8].
Adicionalmente con la reestructuración del Ministerio de Minas y Energía, se
creó la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME) que anteriormente era
la Comisión Nacional de Energía y se creó la Comisión de Regulación
Energética que más adelante se llamó la Comisión de Regulación de Energía y
Gas (CREG).
Asimismo en el año 1994 se publican las leyes 142 y 143para el desarrollo
sostenible de cada sector. En el mismo año se crea el Mercado Mayorista de
22
Energía Eléctrica para organizar la participación en la compra y venta de
energía y garantizar la igualdad de oportunidades en las transacciones de
energía.
También mediante la ley 142 de 1994 se especializa a ISA para la operación y
mantenimiento de las redes de transmisión además de la coordinación y
planeación del Sistema de Transmisión Nacional (STN). Aparece el Centro
Nacional de Despacho (CND) y el Centro Regional de Despacho (CRD)
encargados de la operación del sistema nacional. Por último se crea la
Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios (SSPD) para la vigilancia,
control y fiscalización de las empresas prestadoras de servicios públicos.
El avance en los sistemas de control y protección ha ido de la mano con los
avances en los sistemas eléctricos esto se debe a que las averías son
inevitables y pueden ocurrir por causas atribuibles al equipo o a factores
externos como la manipulación humana o de la naturaleza.
Por ello para considerar un sistema de potencia eléctrico estable, además de
otros aspectos se busca que reaccione al momento de presentarse una falla.
Como dijo Montané refiriéndose a los sistemas eléctricos de potencia: “El
crecimiento de los sistemas eléctricos fue generando unas necesidades
auxiliares entre las cuales se incluyen los sistemas de protección” (1988).[9]
Los registros de los primeros sistemas de control y protección 1878 en Estados
Unidos pertenecientes a la compañía General Electric, que para esa época eran
fusibles.
En el año 1835 Joseph Henry inventó el relevador electro-mecánico el cual
poseía contactos que abrían o cerraban de acuerdo a la corriente que circula
por él. Para esa época el relevador de Henry era utilizado para la telegrafía y no
tenía usos para la protección de sistemas eléctricos.
23
Años más tarde se comenzó a emplear el relevador como dispositivo de
protección en la electricidad. En 1928 se empiezan a utilizar los relés
electrónicos.
Después de los relevadores electrónicos se comenzaron a implementar los
relés transductores. El siguiente paso en la evolución de esta tecnología fueron
los relés digitales que iniciaron su uso en la década de 1980, importantes por el
almacenamiento de información en el propio relé, lo que era muy útil para un
análisis posterior.
Figura 4. Relevador electro-mecánico [9]
En la década de 1940 el norteamericano John Parsons comenzó estudios
acerca del control numérico computarizado. En 1945 se creó la empresa ATT
(American Telegraph and Telephone Company) y en los laboratorios de
investigación se reunió un grupo para encontrar un reemplazo del relé.
Dos años más tarde se inventó el transistor de germanio. En 1950 se construyó
el primer transistor p-n-p y en 1952 General Electric Company construye el
primer transistor comercial. La compañía Texas Instrumentes fabrica el primer
transistor de silicio y con esta invención fabrica el circuito integrado en el año
1954. [10]
24
A mediados del siglo XIX Charles Babbage diseño una máquina capaz de
analizar y con memoria, que podía ser programada, no obstante esta máquina
no tuvo acogida ya que funcionaba con tarjetas perforadas y requería un
tamaño enorme para los requerimientos futuros.
En este mismo siglo Konrad Zuse construyo en Alemania la primera máquina de
calcular automática electro-mecánica que constaba de 2000 relés. A partir de
esta invención, en Estados Unidos se pone en funcionamiento el primer
computador electrónico programable, compuesto por 18.000 válvulas de vacío,
70.000 resistencias, 10.000 condensadores y 6.000 interruptores.
Con la llegada del transistor en 1955 apareció el primer computador
transistorizado desarrollado por IBM. En 1971 la empresa INTEL empezó el
diseño del microprocesador el cual tenía capacidad de elaborar funciones
aritméticas y con memoria. Fue entonces en 1981 cuando IBM empezó a
comercializar el ordenador o computador personal con sistema operativo
Microsoft.
Desde la década de los noventa a través del tiempo con los avances en
tecnología de los ordenadores y microprocesadores, se han venido presentando
avances en las protecciones que utilizan la misma tecnología que los
computadores personales, siendo actualmente las protecciones una especie de
computadores para la protección y el control de las subestaciones.
En el campo del diseño de sistemas de control y protecciones se han
desarrollado varias tecnologías y procedimientos para la mejora producto final.
En su mayoría se ha buscado automatizar los procesos de cálculos y de dibujo,
sin involucrarse mucho en mejorar el proceso de diseño.
Entre los avances particulares más recientes que se han desarrollado para los
diseños de subestaciones se encuentra la investigación A DISTRIBUTED PMU
25
FOR ELECTRICAL SUBSTATIONS WITH WIRELESS REDUNDANT
PROCESS BUS realizada Paolo Costello, miembro de la IEEE, en donde se
especifica la importancia de la redundancia en los lazos de comunicación como
método para aumentar la disponibilidad de una subestación eléctrica.[11]
También se han desarrollado investigaciones en la lógica de funcionamiento de
las subestaciones dependiendo de la topología. [12]
Recientemente se ha realizado estudios prácticos sobre la relación que se
maneja entre el control y protección de los módulos en subestaciones como se
explica en el artículo DISTRIBUTION AUTOMATION STRATEGIES:
EVOLUTION OF TECHNOLOGIES AND THE BUSINESS CAS de Ratan Das,
Senior Member IEEE, donde se expresa que es necesario aprovechar la
integración entre la protección, control y monitoreo.[13]
En el año 2011 se elaboró el proyecto DIMENSIONAMIENTO DE
SUBESTACIONES ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN APLICATIVO JAVA.
Este documento tomo como punto de partida el proyecto DIMENSIONAMIENTO
DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN (2011) desarrollado
por el estudiante Javier Linares.
En este conjunto de proyectos se utilizan aplicaciones como Microsoft Office
Excel y Java con las cuales se realizan los cálculos y la interface que usa un
ingeniero para las memorias requeridas en un diseño de subestaciones.
Asimismo se desarrolló el proyecto DIMENSIONAMIENTO DE
SUBESTACIONES DE ALTA TENSIÓN elaborado sobre el aplicativo Microsoft
Office Access que se basaba en los proyectos anteriormente mencionados.[14]
En el proyecto DISEÑO Y AJUSTES DE PROTECCIONES EN UNA
SUBESTACIÓN DE ALTA TENSIÓN desarrollado en Madrid, España, por
Fernando Hernández Guerreiro se implementa un sistema de protecciones en
26
donde el autor logra determinar un estándar para dar parámetros a los equipos
de protección.
El proyecto DISEÑO DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN Y CONTROL DE
SUBESTACIONES ELÉCTRICAS abarca el diseño particular de la subestación
La Cereal propiedad de la Red Eléctrica de España S.A. en donde se puede
determinar la preferencia que tiene el operador en su filosofía que se distancia
de lo aplicado en operadores en Colombia como Codensa S.A. tomando como
ejemplo la operación de los mandos de los diferentes niveles para la operación
de los equipos de potencia.[2]
Actualmente las metodologías que se utilizan para los sistemas de control y
protección de subestaciones varían dependiendo del operador de la
subestación, siempre y cuando cumplan con los requisitos mínimos de diseño,
ya sea con criterios como las señales requeridas por los equipos (lo que puede
variar su forma de programarlos lo que también depende de cada operador) o el
orden de polaridades (que cambia de filosofía con cada dueño de subestación).
A pesar de esta diversidad de inclinaciones, con este proyecto se busca para
cada grupo de diagramas tener un conjunto de información de entrada y de
salida estandarizada que permita elaborar cualquier diseño de sistemas de
control y protección, independiente de cada tendencia o directriz para el
desarrollo de un proyecto.
Un proceso de diseño eléctrico de subestaciones está estrictamente supeditado
a varios factores como:
• Los requerimientos y/o especificaciones del operador.
• El avance tecnológico en equipos y topologías.
27
• Propiedades básicas de una subestación (seguridad, confiabilidad y
flexibilidad).
• Relación costo-beneficio (Factor principal de la inversión privada).
• Planeación del Estado para cumplir la demanda actual y futura.
• Seguridad al recurso humano involucrado en el sector eléctrico.
• Protección y/o mitigación del impacto al medio ambiente.
• Limitantes físicos de espacio.
• Normas, reglamentaciones, leyes y/o decretos vigentes expedidos por los
organismos de control, supervisión y regulación.
Teniendo en cuenta estos factores los operadores de las subestaciones
elaboran su propio plan de acción para ejecutar las obras necesarias. Para la
elaboración de un diseño que cumpla con lo establecido anteriormente, primero
se deben realizar estudios preliminares de tipo técnico, económico, jurídico,
ambiental y todos los demás que se requieran para cada caso en particular y
así determinar la factibilidad de lo proyectado.
Este diseño preliminar se denomina Ingeniería Básica, en donde se determinará
el presupuesto necesario para la ejecución del proyecto.[1]
Una vez se tengan los estudios preliminares y la disponibilidad presupuestal se
puede proceder a elaborar el diseño o ingeniería de detalle para el que es
necesario conocer la filosofía que se aplicará y los equipos a instalar o
intervenir.
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Para el caso de proyectos de normalización de instalaciones existentes es
necesario que previamente se elabore un levantamiento para identificar lo
necesario para la elaboración de la ingeniería de detalle.
Esta ingeniería que se elabora será la base para el montaje y ejecución de la
obra sin que haya lugar a interpretaciones de tipo subjetivo, es decir, las
instrucciones del diseño deben ser claras y suficientes para que no exista la
necesidad de realizar modificaciones o adiciones la etapa de construcción.
Para el caso particular de este proyecto de gestión que abarca el diseño de los
sistemas de control y protección, se inicia el proceso en la etapa de ingeniería
de detalle.
Los sistemas de control y protección en subestaciones actualmente se realizan
integrando los equipos de baja tensión como medidores, controladores y
protecciones, con los equipos de alta tensión como los interruptores,
seccionadores, transformadores, entre otros.
Los diseños son presentados a través de planos con determinados diagramas
en los que se incluye todo lo necesario para la ejecución. Para la elaboración de
algunos diagramas se requiere cierta información de entrada además de la
mencionada anteriormente.
Esta información proviene de otros diagramas del mismo paquete de planos, es
decir, estos diagramas se encuentran enlazados unos con otros. Además de los
planos también se elaboran listas e informes como complemento.
El caso de estudio de esta gestión de proyecto contempla el proceso de diseño
de la empresa AC ENERGY, esta empresa es contratista de compañías
comercializadoras que tienen a su cargo subestaciones de extra alta, alta y
media tensión.
29
MARCO CONCEPTUAL
Subestación eléctrica:
Es un conjunto de equipos con el objetivo de dirigir la energía eléctrica, como
un punto del sistema en el que generalmente confluyen generadores, líneas y
transformadores entre otros [15]. Según lo afirma Carlos F. Ramírez:
La subestación eléctrica es la exteriorización física de un nodo de un
sistema eléctrico de potencia, en el cual la energía se transforma a
niveles adecuados de tensión para su transporte, distribución y consumo,
con determinados requisitos de calidad.
Está conformada por un conjunto de equipos utilizados para controlar el
flujo de energía y garantizar la seguridad del sistema por medio de
dispositivos automáticos de protección. [16]
Figura 5. Subestación eléctrica [17]
30
Configuración:
Ordenamiento de los equipos de maniobra de una subestación. A través de la
configuración se definen las propiedades de la subestación. [18]
Barraje:
Es el punto común de conexión de los diferentes circuitos o módulos asociados
a una subestación.
Módulo o bahía:
Es el conjunto de equipos o elementos de una subestación que sirven para la
maniobra, protección y medida.
Módulo generador: es el conjunto de equipos complementarios
correspondientes a un generador que cumplen la función de protección,
medida y conexión o desconexión.
Módulo transformador: es el conjunto de equipos complementarios
correspondientes a un transformador que cumplen la función de
protección, medida y conexión o desconexión.
Módulo de línea: es el conjunto de equipos complementarios
correspondientes a la entrada o salida de una línea de transmisión o
distribución con la subestación que cumplen la función de protección,
medida y conexión o desconexión.
Módulo de compensación: es el conjunto de equipos complementarios
correspondientes a un compensador que cumplen la función de
protección, medida y conexión o desconexión.
31
Módulo de unión barras: es el conjunto de equipos complementarios
correspondientes a la unión de dos o más barrajes que cumplen la
función de protección, medida y conexión o desconexión.
Módulo acople de barras: es el conjunto de equipos complementarios
correspondientes al acople de otro módulo con un barraje de
transferencia, cumplen la función de protección, medida y conexión o
desconexión.
Transformador:
Es un equipo encargado de elevar o disminuir los niveles de tensión. Se
considera la máquina eléctrica más importante dentro de la subestación por su
precio. [19]
Figura 6. Transformador de potencia [20]
32
Interruptor de potencia:
Es el equipo o dispositivo de maniobra encargado de conectar o desconectar un
circuito, línea, transformador, reactor o barraje energizado. Además son
capaces de conducir corriente en estado normal, así como de hacerlo por un
tiempo específico en condicionas anormales [21]. Este equipo es controlado y
accionado de forma manual o automática mediante las funciones de las
protecciones asociadas a este interruptor, que le permite abrir o cerrar
dependiendo de las condiciones del módulo.
Figura 7. Interruptor de potencia [22]
33
Seccionador:
Es el equipo o dispositivo con la función de aislar circuitos o barrajes por
necesidades de operación, o componentes del sistema para mantenimiento,
esto se hace por motivos de seguridad para el personal que realice la labor.
Entre los existentes se pueden encontrar: seccionadores de línea, de
transformador (para aislar el transformador), de generador (para aislar el
generador), de barra (conexión directa a la barra), bypass (de paso directo), de
transferencia (para la conexión a barrajes de transferencia), de tierra (para
aterrizar componentes o secciones), entre otros [21].
Figura 8. Seccionador [22]
34
Transformador de potencial:
Es un dispositivo de monitoreo de tipo inductivo, capacitivo u óptico, que
proporciona una señal de tensión del sistema en de un punto determinado [21].
Esta señal es utilizada para medida y protección.
Figura 9. Transformador de potencial [22]
Transformador de corriente:
Es un dispositivo de monitoreo de tipo inductivo, capacitivo u óptico, que
proporciona una señal de corriente del sistema en de un punto determinado.
Esta señal es utilizada para medida y protección.
35
Figura 10. Transformador de corriente [22]
Normalización:
Es el proceso de estandarización de un elemento o sistema de acuerdo a
parámetros, requisitos y normas aplicables en el momento de su
implementación.
Diagrama unifilar:
Uno o varios planos utilizados para mostrar la configuración actual de la
subestación en caso de que exista, o la configuración que se desea tener en
caso de que sea una subestación nueva. Además se indican las características
36
de los equipos en la subestación presentando también lo que se desea
reemplazar o normalizar.
Figura 11. Diagrama unifilar [23]
Diagrama de lógica:
Uno o varios planos en los que se muestra cómo va a funcionar cada equipo en
el sistema en control y protecciones. Se indica cómo se desarrollan los
enclavamientos para los equipos de maniobra, como controlar el interruptor,
seccionadores de barra, de línea y puesta a tierra. (Se debe considerar cuando
el modulo posee barraje de transferencia).
También se menciona cuáles son las asignaciones de la funciones de
protección que operan las bobinas del interruptor de potencia, además de
37
indicar las condiciones para el arranque de la función de falla interruptor y con
las cuales la falla genera un disparo de barra. Y se precisan las condiciones
para el arranque u bloqueo de la función de recierre, igualmente las condiciones
para habilitar o deshabilitar el recierre ya sea por selección local en sitio o
selección remota desde el centro de control.
Figura 12. Diagrama de lógica [23]
Diagrama de principio:
Uno o varios planos que presentan la filosofía del módulo que se ha de
intervenir. Es un diagrama unifilar del módulo en el cual se muestra la
distribución de los circuitos de corriente y tensión para los equipos de
protección y medida, líneas de control para el cierre, recierres, aperturas locales
manuales, aperturas remotas, los circuitos de disparos provenientes de las
38
protecciones propias y de otras funciones a las bobinas del interruptor de
potencia. En general se muestra la representación gráfica de la lógica del
módulo sobre el diagrama unifilar.
Figura 13. Diagrama de principio [23]
Diagrama de alimentaciones o servicios auxiliares:
Uno o varios planos que muestran las alimentaciones propias del módulo para
la calefacción e iluminación, su distribución en los tableros, equipos y
distribución de mini interruptores de los circuitos asociados.
Además se muestran las alimentaciones propias del módulo para los circuitos
de control, protección, indicación y señales al centro de control, igualmente se
indicará la distribución de los mini interruptores. En estos diagramas el
39
diseñador debe tener bien definido el criterio indicado por el cliente respecto a
la distribución de polaridades para los casos arriba mencionados.
Para la distribución de las polaridades se debe tener en cuenta, adicionalmente,
el tipo de diseño a desarrollar en cuanto al módulo, el cual puede ser de tres
clases: 1. Diseño para un módulo nuevo.2. Normalización de un módulo en
servicio. 3. Diseños en módulos sin cambios en los circuitos de control y
protección.
Figura 14. Diagrama de alimentaciones o servicios auxiliares [23]
Diagrama de control:
Uno o varios planos que muestran los mandos de cierre local o remoto,
enclavamientos de protecciones (Recierre, Falla de circuito de disparo, Bloqueo
40
por relé maestro diferencial de barras y chequeo de sincronismo), equipos de
maniobra (Seccionadores de barra y línea) y enclavamientos que intervienen en
la lógica del cierre del interruptor de potencia.
En esta etapa del diseño se muestran los circuitos de apertura del interruptor y
mandos locales o remotos (Desde centro de control), los disparos de las
protecciones principal y de respaldo del módulo, las protecciones provenientes
de otros módulos (Disparo del relé maestro 86B Diferencial de barras), de
acuerdo a lo mostrado en la lógica de protección.
También se muestra el disparo sobre la bobina 1 siguiendo la lógica de
protecciones, se debe tener en cuenta las condiciones particulares en el caso
de existir transferencia de protecciones y alimentaciones, estos circuitos de
apertura y disparo operan normalmente sobre la bobina de disparo 1, y se
incluye la supervisión del circuito de disparo del interruptor de potencia en
posición abierto y cerrado.
Igualmente se presenta el disparo sobre la bobina 2 siguiendo la lógica de
protecciones.
41
Figura 15. Diagrama de control [23]
42
Diagrama de protección:
Uno o varios planos que generalmente muestran los circuitos de alimentación
de los relés de protección principal y de respaldo, las entradas digitales de
posición de equipos de maniobra (Interruptor de potencia en posición abierto y
cerrado), mandos local y remoto (Centro de control) para habilitar o deshabilitar
la función Recierre.
Igualmente presenta las salidas digitales para el arranque de la función falla
interruptor 50BF (Aplica para el arranque a la protección Diferencial de Barras
“Relé numérico”) o de acuerdo al esquema de protección montado la protección
principal da el arranque a la de respaldo y esta a su vez da el disparo por falla
interruptor 50BF-E2 al relé maestro de disparo 86B.
43
Figura 16. Diagrama de protección [23]
Diagrama de señales:
Uno o varios planos que presentan todas las posiciones de equipos, disparos,
fallas, tensiones y corrientes de medida y todas las señales que el cliente
requiera para su monitoreo desde un centro de control.
44
Figura 17. Diagrama de señales [23]
Diagrama trifilar:
Uno o varios planos que presentan la conexión de los transformadores de
potencial y transformadores de corriente desde el lado de potencia, es decir,
desde 115 kV, hasta la conexión por el lado de baja con los equipos de
protección y medida.
45
Figura 18. Diagrama trifilar [23]
Diagramas Z:
Uno o varios planos que muestran los equipos de protección, control y medida
con la ubicación de cada entrada o salida digital o análoga en el paquete
completo de planos.
Protección diferencial:
Es un dispositivo conformado por un circuito de medición de corriente y tensión
encargado de proteger un elemento (Barraje, transformador, línea, etc.)
mediante el principio que la corriente de entrada es igual a la corriente de salida
en magnitud, ángulo y fase.
46
Protección sobrecorriente:
Es un dispositivo encargado de proteger un módulo de magnitudes de corriente
elevadas respecto a la duración de dicha corriente.
Protección de distancia:
Es un dispositivo que utilizado en los módulos de línea que se encarga de
proteger la bahía de fallas ocurridas a lo largo de la línea de transmisión,
mediante magnitudes de corriente y tensión.
47
METODOLOGÍA
El presente trabajo se perfila como una investigación de tipo propositiva y
proyectiva en la que a partir de la introducción de una serie de modificaciones
para implementar la gestión de proyecto al proceso de diseño eléctrico de
control y protección de un módulo en subestaciones de alta tensión.
Figura 19. Diagrama de la metodología
48
CRONOGRAMA
Figura 20. Cronograma del proyecto
El proceso actual de diseño eléctrico que se tiene establecido es el siguiente:
49
PLANEACION Y DESARROLLO DEL PROYECTO
INICIO RECOLECCION DE INFORMACION DEL PROCCESO EXISTENTE
El proceso actual de diseño eléctrico que se tiene establecido es el siguiente:
Proceso de diseño eléctrico (actual)
1. Planos
2. Listas
3. Protocolos
4. Lista de materiales y equipos
5. Cantidades de obra
6. Memorias de cálculo
7. Informe de ingeniería
PLANEACION ETAPAS DEL PROCESO DE DISEÑO Y FORMULACION DE
UN NUEVO MODELO
ESTRUCTURA DE DESGLOSE DEL TRABAJO (EDT)
El proceso a implementar requería que se utilizará la herramienta de Estructura
de Desglose del Trabajo (EDT) ya que a través de esta herramienta se puede
mostrar todo el alcance que tiene el proyecto, obteniendo de cada actividad un
entregable y así se puede realizar un mejor control del proyecto. Las
actividades a implementar se encuentran desglosadas de la siguiente forma:
50
Proceso de diseño eléctrico (implementado)
1. Fase preliminar
1.1 Requerimientos y especificaciones del cliente
1.2 Alcance del proyecto
1.3 Normas y legislación utilizada
1.4 Información existente de la instalación a intervenir
2. Fase de diseño
2.1 Planos
2.1.1 Diagramas unifilares
2.1.2 Diagramas lógicos
2.1.3 Diagramas de principio
2.1.4 Diagramas de alimentaciones o servicios auxiliares
2.1.5 Diagramas de control
2.1.6 Diagramas de protección
2.1.7 Diagramas de señales
2.1.8 Diagramas trifilares
2.1.9 Diagrama Z
2.2 Listas
2.2.1 Listas de descableado
2.2.2 Listas de cableado
2.2.3 Lista de borneras
2.2.4 Lista de cables
51
2.3 Protocolos
2.4 Lista de materiales y equipos
2.5 Cantidades de obra
2.6 Memorias de cálculo
2.7 Informe de ingeniería
2.8 Borrador para revisión
3. Fase de final
3.1 Documento de diseño final
3.1.1 Documento en medio magnético
3.1.2 Documento en medio físico
La anterior lista se muestra en el diagrama de EDT siguiente:
52
Figura 21. EDT Proceso de diseño
53
Este diagrama tiene la ventaja de proporcionar una vista más estructurada de
todo el proyecto lo que permite controlar que ningún entregable no sea
generado.
Posteriormente se identifican las dependencias y actividades sucesoras para
cada tarea obteniendo las entradas y salidas de cada una particularmente. De
esta forma podremos determinar cuáles actividades se pueden realizar de
manera simultánea lo cual nos permitiría comprimir el cronograma. Las
actividades poseen la siguiente información de entrada y salida:
1. Fase preliminar
1.1 Requerimientos y especificaciones del cliente
Entradas
Necesidad del cliente
Salidas
Documento con los equipos a utilizar en el proyecto
Especificaciones técnicas a utilizar
Requerimientos del cliente
1.2 Alcance del proyecto
Entradas
Requerimiento del cliente
Especificaciones técnicas a utilizar
Normas legislación a utilizar
Salidas
Orden de trabajo
1.3 Normas y legislación a utilizar
Entradas
Marco regulatorio y legislativo actual
Salidas
54
Normas y legislación a utilizar
1.4 Información existente de la instalación a intervenir
Entradas
Solicitud de información al cliente
Orden de trabajo
Salidas
Información existente de la instalación a intervenir
2. Fase de diseño
2.1 Planos
2.1.1 Diagramas unifilares
Entradas
Planos existentes de la instalación
Orden de trabajo (indicando el módulo a intervenir)
Salidas
Diagrama unifilar
Información de los equipos del módulo
2.1.2 Diagramas lógicos
Entradas
Especificaciones técnicas del cliente
Orden de trabajo (indicando el módulo a intervenir)
Diagramas unifilares
Salidas
Diagramas lógicos
2.1.3 Diagramas de principio
Entradas
55
Planos existentes de la instalación
Orden de trabajo (indicando el módulo a intervenir)
Equipos a utilizar en el módulo
Diagramas lógicos
Salidas
Diagramas de principio
Información preliminar de las conexiones a realizar
2.1.4 Diagramas de alimentaciones o servicios auxiliares
Entradas
Planos existentes de la instalación
Especificaciones técnicas del cliente
Orden de trabajo (indicando el módulo a intervenir)
Salidas
Diagramas de alimentaciones o servicios auxiliares
2.1.5 Diagramas de control
Entradas
Planos existentes de la instalación
Especificaciones técnicas del cliente
Orden de trabajo (indicando el módulo a intervenir)
Diagramas de lógica
Diagramas de principio
Diagramas de alimentaciones o servicios auxiliares
Salidas
Diagramas de control
2.1.6 Diagramas de protección
Entradas
56
Planos existentes de la instalación
Especificaciones técnicas del cliente
Orden de trabajo (indicando el módulo a intervenir)
Diagramas de lógica
Diagramas de principio
Diagramas de alimentaciones o servicios auxiliares
Salidas
Diagramas de protección
2.1.7 Diagramas de señales
Entradas
Planos existentes de la instalación
Especificaciones técnicas del cliente
Orden de trabajo (indicando el módulo a intervenir)
Diagramas de alimentaciones o servicios auxiliares
Salidas
Diagramas de señales
2.1.8 Diagramas trifilares
Entradas
Planos existentes de la instalación
Especificaciones técnicas del cliente
Orden de trabajo (indicando el módulo a intervenir)
Diagramas de lógica
Diagramas de principio
Salidas
Diagramas trifilares
2.1.9 Diagrama Z
57
Entradas
Especificaciones técnicas del cliente
Orden de trabajo (indicando el módulo a intervenir)
Diagramas de control
Diagramas de protección
Diagramas de señales
Diagramas trifilares
Salidas
Diagramas de Z
2.2 Listas
2.2.1 Listas de descableado
Entradas
Planos existentes de la instalación
Especificaciones técnicas del cliente
Orden de trabajo (indicando el módulo a intervenir)
Salidas
Listas de descableado
2.2.2 Listas de cableado
Entradas
Diagramas de alimentaciones o servicios auxiliares
Diagramas de control
Diagramas de protección
Diagramas de señales
Diagramas trifilares
Salidas
Listas de cableado
58
2.2.3 Lista de borneras
Entradas
Diagramas de alimentaciones o servicios auxiliares
Diagramas de control
Diagramas de protección
Diagramas de señales
Diagramas trifilares
Salidas
Listas de borneras
2.2.4 Lista de cables
Entradas
Diagramas de alimentaciones o servicios auxiliares
Diagramas de control
Diagramas de protección
Diagramas de señales
Diagramas trifilares
Salidas
Listas de cables
2.3 Protocolos
Entradas
Diagramas de alimentaciones o servicios auxiliares
Diagramas de señales
Diagramas trifilares
Salidas
Protocolos
59
2.4 Lista de materiales y equipos
Entradas
Diagramas de alimentaciones o servicios auxiliares
Diagramas de control
Diagramas de protección
Diagramas de señales
Diagramas trifilares
Listas de cableado
Lista de borneras
Lista de cables
Salidas
Listas de materiales y equipos
2.5 Cantidades de obra
Entradas
Orden de trabajo
Informe de ingeniería
Salidas
Cantidades de obra
2.6 Memorias de cálculo
Entradas
Diagramas de principio
Diagramas de alimentaciones o servicios auxiliares
Diagramas trifilares
Salidas
Memorias de cálculo
60
2.7 Informe de ingeniería
Entradas
Diagrama unifilar
Diagramas de lógica
Diagramas de principio
Diagramas de control
Diagramas de protección
Diagramas de señales
Diagramas trifilares
Diagrama Z
Memorias de cálculo
Orden de trabajo
Requerimientos y especificaciones del cliente
Salidas
Informe de ingeniería
2.8 Borrador para revisión
Entradas
Diagrama unifilar
Diagramas de lógica
Diagramas de principio
Diagramas de control
Diagramas de protección
Diagramas de señales
Diagramas trifilares
Diagrama Z
Listas de descableado
Listas de cableado
Lista de borneras
Lista de cables
Lista de materiales y equipos
Protocolo
61
Cantidades de obra
Memorias de cálculo
Orden de trabajo
Requerimientos y especificaciones del cliente
Informe de ingeniería
Salidas
Solicitud de cambios
3. Fase de final
3.1 Documento de diseño final
3.1.1 Documento en medio magnético
Entradas
Diagrama unifilar (impreso y firmado)
Diagramas de lógica (impreso y firmado)
Diagramas de principio (impreso y firmado)
Diagramas de control (impreso y firmado)
Diagramas de protección (impreso y firmado)
Diagramas de señales (impreso y firmado)
Diagramas trifilares (impreso y firmado)
Diagrama Z (impreso y firmado)
Listas de descableado (impreso)
Listas de cableado (impreso)
Lista de borneras (impreso)
Lista de cables (impreso)
Lista de materiales y equipos (impreso)
Protocolo (impreso)
Cantidades de obra (impreso)
Memorias de cálculo (impreso)
Informe de ingeniería (impreso y firmado)
Salidas
Archivo escaneado en PDF
62
3.1.2 Documento en medio físico
Entradas
Diagrama unifilar (impreso y firmado)
Diagramas de lógica (impreso y firmado)
Diagramas de principio (impreso y firmado)
Diagramas de control (impreso y firmado)
Diagramas de protección (impreso y firmado)
Diagramas de señales (impreso y firmado)
Diagramas trifilares (impreso y firmado)
Diagrama Z (impreso y firmado)
Listas de descableado (impreso)
Listas de cableado (impreso)
Lista de borneras (impreso)
Lista de cables (impreso)
Lista de materiales y equipos (impreso)
Protocolo (impreso)
Cantidades de obra (impreso)
Memorias de cálculo (impreso)
Informe de ingeniería (impreso y firmado)
Salidas
Documento archivado en una carpeta
63
EJECUCION DE LA APLICACIÓN DEL MODELO DE GESTION DE LAS EDT
De acuerdo a las entradas y salidas de cada actividad se genera la siguiente
tabla de actividades sucesoras:
Tabla 1. Tabla actividades sucesoras
El diagrama de red correspondiente a esta distribución de actividades es el
siguiente:
64
Figura 22. Diagrama de red proceso de diseño
65
El diagrama de red mostrado corresponde a las actividades mencionadas
teniendo en cuenta las relaciones de precedencia. Asimismo se realiza el
diagrama de Gantt en donde se grafican los tiempos empleados en cada
actividad para determinar el cronograma.
CONTROL CONSOLIDACION DE TIEMPOS Y COMPARACION ENTRE LOS
DOS PROCESOS.
Para estimar la duración de cada actividad como herramienta principal se utiliza
la estimación por tres valores mediante la Técnica de Evaluación y Revisión de
Programas (PERT) considerando el proyecto como una distribución beta. Se
utiliza este método ya que en él se contempla de una forma más realista la
incertidumbre y los riesgos propios de cada actividad.
Figura 23. Formula estimación duración esperada distribución beta
66
La tabla de duraciones obtenida es la siguiente:
Tabla 2. Duración esperada actividades
67
En el diagrama de Gantt obtenido muestra la distribución de las actividades en
el tiempo respetando las relaciones de precedencia.
Así se obtiene la duración estimada del proyecto junto a su ruta y actividades
críticas. En este diagrama se debe tener en cuenta que se está contemplando
el uso de 1 unidad del recurso No. 1 que en este caso se refiere al recurso
humano.
68
Figura 24. Diagrama de Gantt proceso de diseño (1 unidad de recurso humano)
69
Al realizar las actividades con la restricción de disponibilidad de recursos
tenemos como resultado una duración de 17 días laborables ya que en este
caso no se pueden realizar actividades de forma paralela.
Así mismo casi todas las actividades se tornan críticas ya que se hace
necesario que se utilice el recurso disponible en alguna actividad pues al no
usarlo puede que en un futuro se necesite realizar la actividad pero ya se estará
utilizando el recurso.
En este diagrama se modifica la disponibilidad de recursos para poder realizar
varias actividades al mismo tiempo lo que permitirá comprimir el cronograma y
la duración del proyecto disminuirá. La disponibilidad del recurso No. 1 en este
caso es de 6 unidades.
70
Figura 25. Modificación diagrama de Gantt proceso de diseño (6 unidades de recurso)
71
Se observa como las actividades pueden empezar antes de lo visto
anteriormente al realizar el aumento del recurso humano. El diagrama que
entonces de la siguiente forma:
Figura 26. Diagrama de Gantt final y ruta crítica
72
Figura 27. Diagrama de recursos a utilizar en el proceso de diseño
73
Ahora se pueden identificar las actividades que definen la ruta crítica las cuales
no se pueden retrasar y determinan la duración del proyecto. El aspecto más
importante de esta compresión es que la duración del proyecto de redujo de 17
días laborables a 7 días laborables, menos de la mitad del tiempo que se
estaba empleando en la ejecución del proyecto de la forma habitual.
ANALISIS COSTO BENEFICIO
Para culminar y comprobar la efectividad de la actividad ya propuesta se realiza
un análisis global del costo de hora por ingeniero en donde se evaluara el costo
en horas que tardara cada Actividad.
CANTIDAD 1
SALARIO 3.200.000$
AUXILIO TRANSPORTE 72.000$
SEGURIDAD SOCIAL
PENSION 384.000$
A.R.L 16.704$
PARAFISCALES
CAJA DE COMPENSACION 128.000$
PRESTACIONES SOCIALES
CESANTIAS 272.558$
PRIMAS 272.558$
VACACIONES 133.440$
INTERESES CESANTIAS 32.720$
VALOR NOMINA 4.511.979$
INGENIERO ELECTRICO 9.023.958$
TIEMPO POR TURNO (Hora) 8
TIEMPO MUERTO TURNO 0,5
DIAS LABORALES 24
HORA EFECTIVAS 180
TIEMPO REPORTADO
VALOR HORA HOMBRE
V.H.H 25.066,55$
INGENIERO ELECTRICO
74
CUADRO COMPARATIVO
En el siguiente cuadro podemos observar la comparación de los dos
cronogramas, con recurso humano 1 y con recurso humano 4 cuando se
comprimió el cronograma.
Figura 28. Cuadro comparativo cronogramas
ITEM DESCRIPCION No HORAS VALOR
HORA
VALOR TOTAL
PROCESO1 PROCESO ACTUAL DE DISEÑO 128 25.066,55$ 3.208.518,54$
2 NUEVO MODELO PARA EL PROCESO DE DISEÑO 123 25.066,55$ 3.083.185,79$
En el proceso Actual de diseño este se realiza en un total de 128 horas
Ingeniero, con el nuevo modelo para el proceso de diseño se ejecuta en 123
horas lo que disminuye las horas de elaboración de este las cuales son
directamente proporcional a la disminución del costo del proyecto, no solo
mejorando en este los tiempos y la calidad si no el coste del proyecto en un 4%
haciendo una propuesta técnica y económicamente viable.
Actividades Cronograma (1 persona) Cronograma comprimido (4 personas)
75
GESTION DE CALIDAD
La siguiente es el complemento de la EDT en donde se implementan formatos
para el uso obligatorio según se describe en estas, con finalidad de que exista
trazabilidad de todos los procesos de diseño y queden documentados estos
mejorando la organización y revisión del producto entregable del diseño.
1. Fase preliminar
Se implementa el siguiente formato de acta de constitución, en el cual con los
requerimientos y especificaciones del cliente, se dejara clara y conciso el
alcance del proyecto, para que desde el comienzo se tenga una mejor
planificación del objetivo que se desea alcanzar este deberá ser aprobado y
firmado por el cliente, para que no exista tergiversaciones futuras de las
solicitudes inicialmente planteadas.
ACTA DE CONSTITUCIÓN DEL PROYECTO
Nombre del proyecto:_____________________________________________
Fecha de iniciación:______________________________________________
Patrocinador: ___________________________________________________
Gerente del Proyecto: ____________________________________________
Cliente:_________________________________________________________
Justificación del proyecto:
Descripción del Proyecto:
76
Requisitos de alto nivel:
Riesgos de alto nivel:
ACTA DE CONSTITUCIÓN DEL PROYECTO
Objetivos del Proyecto Encargado de aprobar
Alcance
77
Tiempo:
Costo:
Resumen Hitos Fecha de vencimiento
Inicio del proyecto
Plan de gestión del proyecto
Documentos de diseño
Inicio de Diseño
Finalización de Diseño
Acta de entrega
Presupuesto estimado:
$
ACTA DE CONSTITUCIÓN DEL PROYECTO
Interesado(s)
78
Patrocinador
Auditor
Inversionista
Usuario
Decisiones técnicas:
Resolución de conflictos:
Aprobaciones:
Firma del gerente de proyecto Firma del Patrocinador
Nombre del gerente de proyecto Nombre del Patrocinador
Fecha Fecha
79
2. Fase de diseño
En este se debe anexar un espacio en el rotulo de todos los planos donde se
genere el número de la versión de los planos la cual inicia con una V seguido de
un – con el número del plano ejemplo: V-001 seguido de la fecha de
elaboración, debido a la entrega de información al cliente y trabajar sobre
información no actualizada.
Se realizan ordenes de trabajo para los diagramas de con el siguiente
formato.
80
No
ORDEN DE TRABAJO PROYECTO
NOMBRE DEL PROYECTO:
ELABORADA POR:
FECHA:
Seleccione el o los procesos para la orden del trabajo
DISEÑOS MEMORIAS CANTIDADES LISTADOS OTRO
Describa los requerimientos de la orden de trabajo y relacione los archivos adjuntos.
DESCRIPCION:
OBSERVACIONES:
ELABORADO POR: APROBADO POR:
81
3. Fase de final
Para esta fase final se identificó que la información entregada al cliente
ocasionalmente no se presentaba completa y no existía una revisión de esta,
por lo cual se genera un formato de chequeo para que se realice una
verificación de los entregable al cliente, que estos sean los actualizados y este
completa la información.
No se genera una acta de entrega, debido a que la compañía si tiene un modelo
y formato para entrega de dicha información.
82
No
CHECK LIST REVISIÓN FINAL DE DISEÑO PROYECTO
NOMBRE DEL PROYECTO:
ELABORADA POR:
FECHA:
el presente tiene como finalidad de que se tenga un chequeo para entrega de la informacion
al cliente, en el cual se debe realizar una verificacion de los siquientes items.
ITEMS OBSERVACION
ELABORADO POR: APROBADO POR:
Lista de materiales y equipos (impreso)
Protocolo (impreso)
Cantidades de obra (impreso)
Memorias de cálculo (impreso)
Informe de ingeniería (impreso y firmado)
VERIFICADO
Diagramas trifilares (impreso y firmado)
Diagrama Z (impreso y firmado)
Listas de descableado (impreso)
Listas de cableado (impreso)
Lista de borneras (impreso)
Lista de cables (impreso)
Diagrama unifilar (impreso y firmado)
Diagramas de lógica (impreso y firmado)
Diagramas de principio (impreso y firmado)
Diagramas de control (impreso y firmado)
Diagramas de protección (impreso y firmado)
Diagramas de señales (impreso y firmado)
83
PRESUPUESTO
ITEM DESCRIPCIÓN UN
. CAN
T
VALOR UNITARI
O
VALOR PARCIAL
1 PERSONAL
1.1 Asesorías de Ingeniería
externas Gl 1
2.650.000
2.650.000
1.2 Honorarios
investigadores Gl 2
2.100.000
4.200.000
2 BIENES
2.1 Papel Gl 1 55.000 55.000
2.2 CDS, USB Gl 1 75.000 75.000
2.3 Computadora Un 2 1.950.0
00 3.900.0
00
2.4 Impresora Un 1 350.000 350.000
3 SERVICIOS
3.1 Fotocopias Gl 1 65.000 65.000
3.2 Internet Gl 1 350.000 350.000
3.3 Transporte Gl 1 220.000 220.000
TOTAL COSTOS
DIRECTOS
11.865.000
84
CONCLUSIONES
En el proceso Actual de diseño comparado con el nuevo modelo implementado
para el proceso de diseño se disminuye las horas de elaboración de este las
cuales son directamente proporcional a la disminución del costo del proyecto,
no solo mejorando en este los tiempos y la calidad si no el coste del proyecto en
un 4% haciendo una propuesta técnica y económicamente viable.
Una de las bases de la Gestión de Proyectos para una correcta implementación
a un proyecto es realizar una alineación con los objetivos estratégicos de la
empresa. Para este caso se alineo el propósito de mejora del proyecto con la
visión de la compañía la cual establecía el compromiso de esta para llegar a ser
una de las empresas favoritas por sus clientes para el año 2017.
Se decidió atacar las áreas de tiempo y calidad que son de los aspectos que los
clientes más contemplan al momento de calificar un proveedor de servicios o
insumos. La gestión del tiempo y la gestión de la calidad permitieron brindar
recomendaciones para mejorar estos aspectos.
Para poder disminuir los tiempos de diseño en cada proyecto se propone
realizar la implementación de un repositorio de lecciones aprendidas, ya que
cada proceso de diseño empieza desde cero en su mayoría pues no se sabe
dónde buscar la información anterior en donde se hayan utilizado equipos o
elementos similares. Actualmente la única forma de realizar este proceso para
verificar información pasada es consultar con los encargados de diseños
actuales para saber si ellos conocen diseños anteriores que tengan similitud
85
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[18] Colombia, Congreso Nacional de la Republica (1994, 11 de julio), “Ley
143 de 1994, por la cual se establece el régimen para la generación,
interconexión, transmisión, distribución y comercialización de electricidad
en el territorio nacional, se conceden unas autorizaciones y se dictan
otras disposiciones en materia energética”, en Diario Oficial, núm. 41.434,
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[22] ABB (2013), Productos [en línea], disponible en:
http://www.directindustry.es/prod/abb-high-voltage-
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[25] Colombia, Asamblea Nacional Constituyente (1991, 4 de julio),
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[26] ENDESA (2015), Recursos Sector Eléctrico [en línea], disponible en:
http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/el-
sector-electrico/xvii.-aspectos-generales
88
ANEXO 1. GLOSARIO
Actividades: son las diferentes etapas que se presentan en el sector eléctrico
(Generación, interconexión, transmisión, distribución y comercialización). [25]
Comercialización: es la actividad correspondiente a la compra de energía
eléctrica y venta a los usuarios finales.
Confiabilidad: es la probabilidad de que una subestación o instalación pueda
suministrar energía durante un periodo de tiempo establecido. También se
define como la capacidad de continuar con el suministro de energía eléctrica
cuando un elemento falle. [16]
Distribución: es la actividad que cumple la misión de interconectar el sistema
de transmisión con sistemas de niveles de tensión menores, tales como
transmisión local, subtransmisión y distribución)
Energía eléctrica: es la forma de energía que se encuentra en la naturaleza y
nace a partir de una diferencial de potencial entre dos puntos, y se manifiesta
mediante la corriente eléctrica.
Equipos de patio: son los elementos electromecánicos de alta tensión que se
utilizan para realizar las maniobras, medidas y protección de los módulos y el
barraje.
Falla: es un cambio brusco en el sistema eléctrico de potencia, debido a un
disturbio.
Flexibilidad: es una propiedad de una subestación para acomodarse a las
distintas condiciones que se puedan presentar por cambios operativo del
sistema, contingencias o mantenimiento.
Generación: es la actividad en la que se incorporan a la red centrales
generadoras a través de los correspondientes transformadores elevadores. [21]
89
Indisponibilidad: es el porcentaje de tiempo en relación con un periodo de
tiempo establecido en el que un activo del sistema no se encuentra disponible
para entrar en servicio. [18]
Interconexión: es la actividad que comprende la conexión entre dos sistemas
eléctricos, ya sea que tengan un nivel distinto de tensión, para la inclusión de
generadores al sistema o conectar varias líneas de un mismo nivel de tensión.
Esta actividad usualmente se realiza a través de una subestación.
Seguridad: es la propiedad de una instalación (en este caso una subestación)
de dar la continuidad del servicio eléctrico sin interrupción. [16]
Transmisión: es la actividad que corresponde a la interconexión de un número
variable de líneas de transmisión.
UPME: Unidad de Planeación Minero Energética.
Uso Final: se refiere al consumo final del usuario que obtiene el servicio
eléctrico