diseño de una aplicación para diagramas de interconexión mediante tablas de excel aplicado al ...

373 Pages·2013·5.43 MB·Spanish

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA(ICAI)
INGENIERO INDUSTRIAL
DISEÑO DE UNA APLICACIÓN PARA
DIAGRAMAS DE INTERCONEXIÓN
MEDIANTE TABLAS DE EXCEL APLICADO
AL CABLEADO DE SUBESTACIONES
ELÉCTRICAS
Autor: PABLO MASIÁ SÁNCHEZ
Director: MATÍAS SÁNCHEZ MINGARRO

sdfs

Madrid

Mayo
 2013
DISEÑO DE UNA APLICACIÓN PARA DIAGRAMAS DE
INTERCONEXIÓN MEDIANTE TABLAS DE EXCEL APLICADO AL
CABLEADO DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS.
Autor: Masiá Sánchez, Pablo.
Director: Sánchez Mingarro, Matías.
Entidad Colaboradora: Red Eléctrica de España

RESUMEN
 DEL
 PROYECTO

Los
  diagramas
  de
  interconexión
  indican
  cómo
  se
  conecta
  la
  aparamenta
  de
  la

subestación
 y
 cómo
 se
 agrupan
 las
 conexiones
 en
 mangueras.
 En
 ellos
 se
 muestran

gráficamente
  las
  conexiones
  indicando
  mediante
  líneas
  las
  venas
  y
  mangueras
  que

conectan
 los
 borneros
 de
 la
 aparamenta.

El
 objetivo
 del
 proyecto
 es
 mejorar
 el
 proceso
 del
 cableado
 de
 instalaciones
 eléctricas
 de

alta
  tensión
  mediante
  el
  desarrollo
  de
  un
  modelo
  diferente
  de
  representación
  del

cableado
 y
 de
 una
 herramienta
 que
 facilite
 el
 diseño.

La
 solución
 se
 basa
 en
 un
 estudio
 del
 estado
 del
 arte
 de
 los
 diagramas
 de
 interconexión.

Se
  han
  investigando
  los
  detalles
  del
  procedimiento
  actual
  de
  diseño,
  desarrollo
  y

montaje
 final
 en
 la
 obra.
 El
 diseño
 de
 los
 diagramas
 de
 interconexión
 se
 realiza
 mediante

AutoCAD
  donde
  se
  delinean
  todos
  los
  detalles.
  Este
  procedimiento
  no
  cuenta
  con

procesos
  automatizados
  y
  requiere
  un
  tiempo
  adicional
  para
  la
  preparación
  y
  la

delineación
 que
 además
 es
 susceptible
 de
 añadir
 errores.
 Los
 documentos
 generados

están
 destinados
 a
 un
 uso
 general
 de
 cableado
 de
 donde
 posteriormente
 se
 extrae
 la

información
 para
 cada
 actividad
 en
 la
 subestación.

El
 modelo
 y
 la
 aplicación
 están
 orientados
 al
 diseño,
 la
 construcción,
 el
 mantenimiento
 y

la
  ampliación
  del
  cableado
  de
  subestaciones
  cumpliendo
  y
  ampliando
  las

funcionalidades
 de
 los
 diagramas
 de
 interconexión.
 La
 aplicación
 atiende
 a
 los
 desafíos

que
 presentan
 los
 programas
 de
 diseño
 de
 subestaciones
 automatizando
 y
 vinculando

las
 etapas
 intermedias
 para
 eliminar
 los
 errores
 derivados
 del
 diseño
 manual.

2
El
 modelo
 es
 una
 alternativa
 de
 diagramas
 de
 interconexión
 donde
 se
 representa
 el

cableado
 mediante
 tablas
 de
 Excel.
 Dispone
 de
 cada
 una
 de
 las
 conexiones
 en
 filas
 y
 en

las
 columnas
 se
 muestran
 las
 características
 del
 origen
 y
 del
 destino
 de
 cada
 conexión.

Las
 tablas
 que
 componen
 el
 modelo
 son
 7,
 cada
 una
 de
 ellas
 está
 destinada
 a
 una

actividad
 particular
 del
 cableado
 de
 la
 subestación:

-­‐ La tabla completa contiene toda la información de las interconexiones, permanece en
formato digital y no se imprime. Permite filtrar y ordenar datos concretos para
consulta en montaje, mantenimiento o modificación.
-­‐ La tabla de cableado muestra las conexiones ordenadas por manguera y agrupadas en
borneros. Permite realizar el cableado ordenado de las venas de cada manguera en sus
dos extremos.
-­‐ La tabla de borneros despliega los borneros completos con todas sus bornas ordenadas.
Esta destinado a la revisión, mantenimiento y modificación del cableado.
-­‐ La tabla de puentes externos ordena las interconexiones entre bornas de un mismo
bornero.
-­‐ La tabla de enrutado recoge las mangueras que contiene la subestación y las ordena en
función de la sección, el número de venas y la longitud. Está destinada al tendido de
mangueras.
-­‐ La lista de cables muestra las mangueras ordenadas por código.
-­‐ La tabla de mangueras y borneros indica el número de mangueras que conectan cada
bornero. Sirve como comprobación final de mangueras.

Se
 ha
 desarrollado
 una
 aplicación
 basada
 en
 el
 modelo
 que
 tiene
 el
 objetivo
 de
 mejorar

el
 diseño
 del
 cableado.
 Está
 programada
 en
 Visual
 Basic
 y
 se
 encarga
 de
 la
 agrupación
 de

todas
 las
 conexiones
 en
 mangueras
 y
 de
 la
 creación
 y
 la
 organización
 de
 diferentes

tablas.
 La
 aplicación
 constituye
 un
 proceso
 único
 sin
 pasos
 intermedios.
 Se
 prescinde
 del

delineado
 y
 de
 la
 preparación
 del
 ferrulado
 y
 se
 generan
 automáticamente
 todos
 los

planos
 de
 las
 tablas
 en
 el
 formato
 convenido.
 Gracias
 a
 la
 automatización
 del
 proceso
 se

reduce
 el
 número
 de
 errores
 en
 el
 diseño
 y
 en
 la
 obra
 mostrando
 mensajes
 de
 error
 por

duplicación
 de
 conexiones,
 bornas
 sobreocupadas
 o
 borneros
 inexistentes.

La
 aplicación
 dispone
 de
 dos
 opciones
 diferentes
 de
 operación:
 una
 ejecución
 definitiva

que
  genera
  los
  documentos
  destinados
  directamente
  al
  montaje
  y
  otra
  ejecución

  3
provisional
 que
 permite
 visualizar
 el
 resultado
 de
 las
 modificaciones
 de
 las
 conexiones

en
 las
 tablas
 en
 formato
 digital
 para
 añadir
 nuevos
 cambios,
 corregir
 errores
 y
 realizar

revisiones
 antes
 de
 la
 generación
 definitiva
 de
 los
 planos
 de
 construcción
 de
 la
 nueva

edición.

Otras
 funcionalidades
 que
 se
 habilitan
 a
 la
 hora
 de
 introducir
 datos
 son
 el
 rellenado

automático
  de
  las
  características
  de
  las
  conexiones
  que
  se
  repiten
  para
  facilitar
  la

introducción
  de
  los
  detalles
  de
  las
  conexiones
  y
  el
  trabajo
  simultaneo
  de
  varios

diseñadores
  en
  el
  mismo
  proyecto.
  El
  programa
  proporciona
  al
  usuario
  toda
  la

flexibilidad
 que
 necesite
 en
 el
 diseño.
 Se
 permite
 especificar
 manualmente
 el
 código
 de

las
 mangueras
 y
 venas
 para
 conexiones
 concretas
 y
 añadir
 reservas
 a
 las
 mangueras

para
  futuras
  ampliaciones.
  Para
  la
  construcción
  se
  generan
  todos
  los
  documentos

automáticamente
 con
 el
 formato
 adecuado,
 proporcionando
 una
 presentación
 adecuada

y
 gestionando
 los
 saltos
 de
 página
 de
 cada
 documento
 para
 añadir
 encabezados
 y
 evitar

conexiones
 sueltas.

En
  la
  figura
  se
  muestra
  el
  diagrama
  del
  proceso
  de
  la
  ejecución
  definitiva
  de
  la

aplicación.
 El
 proceso
 parte
 de
 la
 tabla
 de
 inicio
 donde
 se
 introducen
 las
 conexiones

pudiendo
 ejecutar
 el
 sistema
 de
 rellenado
 automático
 para
 las
 características
 que
 se

repiten
 entre
 las
 conexiones.

La
 tabla
 de
 referencia
 al
 inicio
 permite
 la
 detección
 de
 modificaciones
 en
 la
 tabla
 de

inicio
 tanto
 de
 conexiones
 añadidas,
 borradas
 o
 modificadas.
 Esta
 tabla
 se
 renueva
 cada

vez
 que
 se
 ejecute
 la
 aplicación
 provisional
 y
 definitiva
 para
 actualizar
 las
 conexiones
 en

las
  demás
  tablas.
  La
  tabla
  de
  Edición
  es
  una
  tabla
  de
  referencia
  a
  los
  borneros

conservando
 la
 información
 de
 las
 conexiones
 y
 de
 las
 mangueras
 de
 la
 edición
 anterior

para
  poder
  generar
  los
  planos
  de
  modificaciones
  cuando
  se
  ejecuta
  la
  aplicación

definitiva.
 Las
 tablas
 de
 Atributos
 contienen
 información
 de
 los
 tipos
 de
 borneros
 y

mangueras
 disponibles.
 Estas
 tablas
 sirven
 para
 incluir
 los
 borneros
 en
 las
 tablas
 y

asignar
 mangueras
 a
 las
 conexiones.
 En
 ellas
 se
 detectan
 errores
 de
 secciones,
 borneros

o
 bornes
 inexistentes.
 Si
 no
 se
 ha
 detectado
 ningún
 error
 la
 aplicación
 prepara
 las
 tablas

y
 las
 imprime
 en
 los
 formatos
 definidos.

4
Figura
 Diagrama
 de
 flujo
 de
 la
 aplicación
 definitiva

Con
  el
  fin
  de
  obtener
  una
  versión
  primera
  de
  la
  solución
  concebida
  y
  evaluar
  los

diferentes
 aspectos
 de
 la
 aplicación
 tanto
 en
 la
 forma
 como
 en
 el
 contenido
 se
 desarrolló

un
 prototipo
 para
 un
 proyecto
 real
 de
 una
 reactancia
 de
 100
 MVA
 conectada
 a
 una

subestación
  de
  220
  kV
  en
  el
  que
  se
  mostraban
  los
  documentos
  generados
  por
  la

aplicación.
 El
 prototipo
 iba
 acompañado
 de
 un
 sistema
 de
 recogida
 de
 información

mediante
 encuestas
 como
 medio
 para
 obtener
 una
 respuesta
 por
 parte
 del
 personal
 que

interviene
  en
  cada
  parte
  del
  proyecto.
  Se
  recibieron
  recomendaciones
  que
  fueron

añadidas
  a
  la
  aplicación
  y
  valoraciones
  positivas
  del
  modelo
  en
  aspectos
  como
  la

  5
rapidez,
 facilidad,
 eficacia
 y
 errores
 cometidos.
 Los
 puntos
 que
 se
 añadieron
 a
 partir
 de

las
 encuestas
 del
 prototipo
 fueron
 la
 tabla
 de
 borneros,
 el
 código
 del
 plano
 de
 los

esquemas
 desarrollados
 en
 las
 conexiones
 para
 revisión
 y
 los
 borneros
 de
 origen
 y

destino
 de
 las
 mangueras
 en
 la
 tabla
 de
 enrutado
 para
 que
 durante
 el
 tendido
 queden

situadas
 en
 su
 localización
 para
 el
 cableado.

Se
 ha
 llevado
 a
 cabo
 un
 estudio
 económico
 para
 acreditar
 la
 rentabilidad
 de
 la
 solución

desarrollada.
  Se
  obtuvieron
  resultados
  positivos
  considerándose
  altos
  márgenes
  de

seguridad.

Las
  hipótesis
  que
  definen
  el
  estudio
  son
  prudentes,
  considerándose
  sólo
  el
  ahorro

correspondiente
  al
  diseño.
  No
  se
  tiene
  en
  cuenta
  el
  ahorro
  que
  supone
  en
  la

construcción,
  en
  el
  mantenimiento
  y
  en
  la
  modificación
  ni
  el
  ahorro
  debido
  a
  la

disminución
 de
 errores
 en
 la
 obra
 debido
 a
 la
 dificultad
 para
 contabilizarlos.
 Como
 caso

base
 del
 estudio
 económico
 se
 analiza
 una
 subestación
 de
 400
 kV
 con
 una
 disposición
 de

interruptor
 y
 medio
 de
 cuatro
 líneas
 ,un
 transformador
 y
 una
 reserva.

La
 aplicación
 del
 modelo
 en
 el
 caso
 base
 genera
 un
 ahorro
 neto
 de
 aproximadamente

23000€
 por
 cada
 proyecto.
 La
 frecuencia
 de
 aplicación
 del
 modelo
 en
 el
 caso
 base
 se

estima
  de
  10
  proyectos
  por
  año
  con
  un
  coste
  inicial
  de
  implantación
  del
  modelo

correspondiente
 a
 la
 normalización
 de
 40000€.

 Los
 resultados
 obtenidos
 de
 valoración

de
 la
 viabilidad
 mediante
 el
 cálculo
 del
 valor
 actual
 neto
 de
 la
 inversión
 ascienden
 a
 720

mil
 euros
 y
 1,3
 millones
 de
 euros
 para
 un
 escenario
 de
 5
 y
 10
 años
 respectivamente
 con

un
 coste
 de
 oportunidad
 de
 7%.
 Las
 cifras
 del
 coste
 de
 implantación
 son
 muy
 próximas

al
 ahorro
 de
 un
 sólo
 proyecto
 quedando
 la
 inversión

 amortizada
 con
 los
 dos
 primeros

proyectos
 desarrollados.

El
 modelo
 es
 un
 método
 de
 diagramas
 de
 interconexión
 que
 mejora
 el
 diseño
 y
 el

montaje
 del
 cableado
 de
 subestaciones
 eléctricas.
 La
 aplicación
 está
 preparada
 para

gestionar
 las
 conexiones
 de
 una
 subestación
 nueva,
 proporcionando
 automáticamente

todos
 los
 planos
 de
 diseño
 para
 el
 desarrollo
 específico
 de
 cada
 actividad
 en
 la
 obra
 y

permitiendo
 añadir
 modificaciones
 en
 aquellos
 proyectos
 diseñados
 en
 el
 modelo.
 La

solución
  en
  su
  conjunto
  resulta
  rentable
  y
  permite
  futuras
  ampliaciones
  que

perfeccionen
 el
 modelo
 y
 la
 aplicación.

6
DESING
 OF
 AN
 INTERCONNEXION
 DIAGRAMS
 APPLICATION
 THROUGH

EXCEL
 TABLES
 APPLIED
 TO
 THE
 WIRING
 CONNECTION
 OF
 ELECTRICAL

SUBSTATIONS

Author: Masiá Sánchez, Pablo.
Director: Sánchez Mingarro, Matías.
Collaborating Entity: Red Eléctrica de España

SUMMARY OF THE PROJECT
The interconnection diagrams show how the switchgear of the substation are connected and
how they are grouped in hoses. They are are displayed graphically drawing lines for each wire
and hose that connect the terminals of the switchgear.

The aim of the project is to improve the process of wiring of high voltage electrical
installations through the development of a new model and a designing application.

The solution is based on a study of the State of the art of interconnection diagrams. The
details of the current procedure of development have been investigated, the design, and the
final assembly on-site. The design of interconnection diagrams is performed using AutoCAD
where details are delineated. This procedure does carry out automated processes and require
additional time for the preparation and the wiring drawings that is also likely to include errors.
The generated documents are intended for a general wiring purpose where the information is
later selected for each activity of the substation.

The model and application are oriented to the design, construction, maintenance and the
expansion of substations ensuring the requirements and improving the development of the
wiring diagrams. The application solves the challenges presented by programs of design of
substations by automating and linking the intermediate stages and by eliminating manual
design resulting errors.

The model is an alternative to the diagrams of interconnection where the wiring connections
are represented through Excel tables. The connections are ranged in rows and the columns
stock the origin and destination characteristics of each connection.

  7
The model is made up of 7 tables which each one is aimed at a particular activity of the
interconnection processes:

- “Completa” table contains all the information about the interconnections, remains in
digital format and is not printed. It allows the user to filter and range specific data for
consultation during the construction, maintenance or modification.
- “Cableado” table displays connections sorted by hose and grouped in terminal blocks. It
allows to carry out the wiring orderly from the veins of each hose at both ends.
- “Borneros” table displays the terminal blocks complete with all their ordered terminals.
They are aimed at the revision, maintenance and modification of wiring.
- “Puentes Externos” table orders the interconnections between terminals of the same
terminal block.
- “Enrutado” table collects hoses in the project and sorts them according to the section, the
number of veins and the length. It is aimed at laying hoses.
- “La lista de Cables” shows the hoses ranged by code.
- “Mangueras y Borneros” table indicates the number of hoses that connect each terminal
block. It serves as a final hoses check.

An application has been developed which is based on the model and it aims to improve the
design of the wiring. Is it programmed in Visual Basic and it is in charge of the grouping of
all connections in hoses and the creation and organization of different tables. The application
is a single process without intermediate steps. It dispenses the delineated and the manual
preparation of tables that are automatically generated in the proper format. Automating the
process reduces the number of errors during the design and work. Error messages for doubling
of connections, over connected or non-existent terminals are displayed.

The application is made up of two different operating options: a final execution that generates
documents in the final format and another provisional execution that allows the designer to
check the result of the modifications of the connections in the digital format tables in order to
add new changes, correct errors and make revisions before the final generation of the plans of
construction of every new edition.

Other features that are enabled for the data entry are the auto-filling of the characteristics of
the connections that are repeated to ease the introduction of the details of the connections and
8
the simultaneous work of several designers in the same project. The program provides the
user with all the flexibility necessary in the design. Manually specify of the code of veins for
specific connections and hoses and reservations adds to the hoses for future extensions are
permitted. All construction documents are automatically generated with the format, providing
a proper presentation and managing each document page breaks to add headlines and avoid
alone connections.

The figure shows the process diagram of the final execution of the application. The process is
based on the “inicio” table where connections are introduced and can run the auto-filling
system for characteristics that are repeated between connections.

The “referencia al inicio” table allows the detection of added, deleted, or modified
connections. This table is renewed whenever the provisional and definitive application is run
in order to update the connections on the other tables. The “edición” table is a reference to
“Borneros” table that remains the connections information and hoses code of the previous
edition to be able underline modifications when running the final application. “Atributos”
tables contain information of types of available terminal blocks and hoses. These tables serve
to include terminal blocks in tables and assign hoses connections. In these sections, non-
existed terminals or Terminal errors are detected. If no error is detected the application carries
on and prepares the tables and it prints them in the defined formats.

  9
The figure shows the process diagram of the final execution of the application

A prototype has been developed in order to obtain a first version of the designed solution and
evaluate different aspects of the application in both form and content. The prototype is based
on a real project of a ballast of 100 MVA connected to a 220 kV substation in the model
based documents. The prototype was accompanied by a system for collecting information
through surveys as a mean to obtain a response from the staff involved in each part of the
wiring connections. Recommendations were implemented in the model and the surveys
showed positive evaluations of the model in aspects such as the speed, ease, efficiency and
10