Capítulo 2
Departamento de Electroenergética
Título: Potencialidades de la medición remota de
metrocontadores para el despliegue de redes eléctricas
inteligentes
Autor: Jorge David Alfaro Rodríguez
Tutores: MSc. Marlén Álvarez Díaz
MSc. Roberto J. Ruíz Martín
, Julio 2019
Academic Departament of Electroenergetics
Title: Potentialities of remote measurement of meter
meters for the deployment of smart electric networks
Author: Jorge David Alfaro Rodríguez
Thesis Director: MSc. Marlén Álvarez Díaz
MSc. Roberto J. Ruíz Martín
, July 2019
Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de
Las Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui
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Resumen
RESUMEN
El ahorro de energía eléctrica ha tomado especial interés en el país al calor de la revolución
energética, con tal motivo se han adquirido metrocontadores digitales los cuales son una
importante herramienta para la supervisión y control de la energía que se consume.
El presente trabajo de diploma tiene como objetivo el análisis de las potencialidades de un
sistema de comunicación que posibilite la conexión las 24 horas con estos equipos para su
correcta explotación. Por tal motivo se han analizado los distintos sistemas de comunicación
utilizados a nivel mundial con este fin, poniendo especial atención al sistema de
comunicación basado en la tecnologías Groupe Special Mobile y General Packet Radio
Service de sus siglas en inglés (GSM/GPRS) por contar este con una infraestructura
implementada y utilizada, lo cual posibilita que sea factible con el futuro inminente de las
mediciones eléctricas.
Se hace un análisis crítico de las ventajas y desventajas de esta tecnología utilizada en la
actualidad y se propone un sistema comunicación. También la tecnología a implementar en
dicho sistema planteado. Todo esto con el fin de evitar las problemáticas con las que se
podría topar el sistema actual de medición automática de metrocontadores en el futuro.
Palabras Clave: Metrocontadores, sistema de comunicación, medición automática
Índice
ÍNDICE
ÍNDICE........................................................................................................................................ 6
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA PARA EL DESPLIEGUE DE REDES
ELÉCTRICAS INTELIGENTES ............................................................................................. 4
1.1
Definición de Redes Eléctricas Inteligentes (REI) .......................................... 4
1.1.1
Características y ventajas de las redes eléctricas inteligentes ........... 6
1.1.2
Tecnologías fundamentales para conformar una REI ............................ 7
1.1.3
Despliegue de las redes eléctricas inteligentes a nivel mundial ......... 9
1.2
Tecnologías de comunicaciones para la lectura automática de
metrocontadores .............................................................................................................. 12
1.2.1
Redes Ethernet ................................................................................................ 12
1.2.2
Línea telefónica ............................................................................................... 12
1.2.3
Power Line Comunication (PLC) ................................................................ 13
1.2.4
Redes Inalámbricas........................................................................................ 14
1.2.5
Profundización sobre el Sistema Gutson ................................................ 17
1.3
Conclusiones del capítulo ................................................................................... 21
CAPÍTULO 2. PRESTACIONES DE LOS METROCONTADORES INTELIGENTES
ADQUIRIDOS EN CUBA ...................................................................................................... 22
2.1 Medición eléctrica inteligente ................................................................................. 22
2.1.1 Tipos de metrocontadores ............................................................................... 22
2.1.2 Tipos de medición .............................................................................................. 24
Índice
2.2
Tecnología adquirida en Cuba ........................................................................... 25
2.2.1
Metrocontador digital DSTD-341 ................................................................. 26
2.2.2
Metrocontador digital “Vision” modelo A1700 ....................................... 28
2.2.3
Metrocontador digital CIRWATT modelo CIRWATT-SCP .................... 30
2.2.4
Metrocontador BLU STAR P2000-T ........................................................... 33
2.3
Consideraciones parciales del capítulo .......................................................... 36
3.1
Uso general de la conexión GSM/GPRS en el sector eléctrico ................. 37
3.1.1
Facilidad de transmisión .............................................................................. 38
3.1.2
Beneficios del uso de la comunicación GSM/GPRS en las
mediciones eléctricas.................................................................................................. 40
3.1.3
Desventajas de la comunicación GSM/GPRS en las mediciones
eléctricas ......................................................................................................................... 41
3.1.4
3.2
Seguridad en redes GSM/GPRS ................................................................. 42
Propuesta de un sistema de comunicación para la lectura automática
de metrocontadores ......................................................................................................... 43
3.2.1
Equipamiento necesario para la propuesta de tecnología a
implementar en el sistema planteado ..................................................................... 45
3.3
Conclusión parcial del capítulo ......................................................................... 48
CONCLUSIONES ................................................................................................................... 49
RECOMENDACIONES.......................................................................................................... 50
BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 51
ANEXOS .................................................................................................................................. 53
Introducción
INTRODUCCIÓN
Ante la nueva perspectiva energética mundial, donde la generación distribuida basada en
fuentes renovables está adquiriendo un papel muy relevante, surge un nuevo modelo de
red eléctrica basado en tres pilares: generación distribuida, autonomía en su control y
tecnologías de la información para trasmitir y manejar todos los datos. La evolución de las
nuevas tecnologías de redes eléctricas ha llegado a una solución y son las Redes
Eléctricas Inteligentes (REI), de sus siglas en inglés (Smart Grids).
Las redes eléctricas del futuro serán distintas a las actuales, al ofrecer una serie de
funcionalidades nuevas. En este sentido, asumiendo que su implantación tendrá lugar a
largo plazo, es previsible que a medio plazo coexistan dos generaciones de redes
eléctricas: las convencionales o actuales y las redes inteligentes o avanzadas por otro.
El grado de avance de las implantaciones dependerá tanto de los aspectos tecnológicos,
como del impulso político y de la normativa que incentive su desarrollo.
La posibilidad de combinar la tecnología eléctrica convencional con las tecnologías de la
información y las comunicaciones, las ya famosas tecnologías de la información y las
comunicaciones (TIC), así como con los modernos sistemas de control, hace posible
expandir e incrementar la inteligencia de los sistemas eléctricos que se conocen
actualmente. Los nuevos sistemas eléctricos ofrecerán nuevos servicios, tanto para los
hogares como para las empresas, lo que permitirá usar la energía de una forma más
eficiente y segura. Es el momento de un nuevo escenario eléctrico, formado por redes
eléctricas inteligentes o Smart Grids. [1]
Las redes eléctricas inteligentes constituirán el armazón del futuro sistema energético
sostenible, permitiendo la integración de grandes cantidades de energía renovable
producida, manteniendo al mismo tiempo la capacidad de producción de energía
con
fuentes convencionales y la adecuación del sistema energético, mejorando la fiabilidad y
calidad de suministro, así como, garantizando la seguridad del mismo.
Hoy en día, los consumidores no pueden regular y programar sus consumos en función del
precio de la electricidad, al menos no de una manera dinámica. No obstante, si fuese posible
gestionar el suministro energético en un hogar o una empresa de forma individualizada, con
un intercambio de información en tiempo real entre el lado de la generación y el del
1
Introducción
consumo, sería posible racionalizar el uso de la energía eléctrica, la cual, actualmente, no se
aprovecha de manera óptima en la mayoría de los casos debido a la carencia de
automatización y control en la totalidad de su cadena de valor.
Sin duda alguna la tecnología de medición electromecánica está casi que obsoleta, el futuro
es digital e inteligente cada vez más eficiente y precisa. Cambiar el modelo de lectura de los
metrocontadores traería consigo numerosos beneficios. Para que esto ocurra es necesario
conocer con detalles las características y las prestaciones que brindan los diferentes
modelos de metrocontadores que se han entrado a Cuba y los que se pueden adquirir en un
futuro. La lectura automática de metrocontadores mediante redes GSM/GPRS ha venido
teniendo auge en los últimos tiempos por las prestaciones que brinda dicho sistema de
comunicación. Conocer las diferentes técnicas de la medición remota permitirá determinar el
modelo óptimo para el despliegue de un sistema de medición a distancia de
metrocontadores, de acuerdo a las características de Cuba.
Problema Científico:
¿Qué potencialidades tiene la medición remota de metrocontadores para el despliegue de
redes eléctricas inteligentes en el sector residencial?
En correspondencia con el problema y el objeto de estudio se determinó como Objetivo
General: Determinar las potencialidades de la medición remota de metrocontadores para el
despliegue de redes eléctricas inteligentes en el sector residencial.
Para el logro del objetivo de este trabajo se trazaron los siguientes objetivos específicos.

Identificar los fundamentos teóricos para el despliegue de las redes eléctricas
inteligentes.

Caracterizar la tecnología adquirida en Cuba para su implementación.

Proponer un modelo de sistema de comunicación para la lectura remota de
metrocontadores en el sector residencial.
Para dar cumplimiento a estos objetivos específicos se presentan las siguientes tareas
técnicas.

El análisis de la bibliografía consultada en lo referente a los fundamentos de las
redes eléctricas inteligentes y las potencialidades de las técnicas de lectura
automática de metrocontadores.

La mención de las tecnologías de comunicación para la lectura automática de
metrocontadores.

La definición de los medidores inteligentes y los tipos de medición.
2
Introducción

El análisis de las prestaciones de los metrocontadores inteligentes adquiridos en
Cuba.

Análisis
de
la
viabilidad
de
GSM/GPRS
para
la
lectura
remota
de
metrocontadores a distancia en el sector residencial.

Propuesta de un sistema de comunicación para la lectura automática de
metrocontadores.

Elaboración del informe cumpliendo con todos los requisitos.
Estructura de la tesis.
El trabajo escrito está conformada por una introducción, tres capítulos, conclusiones,
recomendaciones, bibliografía y anexos.
En el primer capítulo presenta la teoría sobre las redes eléctricas inteligentes, su
definición y funcionamiento, así como las principales iniciativas en el mundo. También lo
referente en teoría a las tecnologías de comunicación para la lectura automática de
metrocontadores.
El segundo capítulo contiene la definición de la medición inteligente, características técnicas
y las potencialidades de los metrocontadores inteligentes adquiridos por Cuba.
El tercer capítulo se analiza la viabilidad de GSM/GPRS para la lectura remota de
metrocontadores a distancia en el sector residencial y se propone un sistema de
comunicación para la lectura automática de metrocontadores en dicho sector.
3
Capítulo 1
CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA PARA EL DESPLIEGUE
DE REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES
El avance actual de las tecnologías de informática y comunicaciones ha influenciado
considerablemente el desarrollo de otras tecnologías. Como consecuencia existen una
amplia variedad de aplicaciones que proveen de redes cada vez más automatizadas,
sistemas de energía confiables y servicios de mejor calidad. Tal es el caso de las Redes
Inteligentes aplicadas en un sinnúmero de países, experiencias estas que deben ser
tomadas en cuenta ya que podrían ser adaptadas a las realidades económicas,
sociopolíticas, ambientales y principalmente a la estructura de funcionamiento y gestión de
la empresa eléctrica de distribución nacional. La implementación de metrocontadores con
lectura automática de sus siglas en inglés (AMR) constituye la base de esta tecnología. Es
por ello que en este capítulo se expondrán los fundamentos sobre las redes eléctricas
inteligentes y las técnicas empleadas a nivel mundial para la lectura de metrocontadores de
forma automática.
1.1 Definición de Redes Eléctricas Inteligentes (REI)
El Instituto nacional de estándares y tecnología (National Institute of Standards and
Technology de sus siglas en inglés NIST) define al Smart Grid como una red modernizada
que permite flujos de energía bidireccionales, usa comunicación bidireccional y
capacidades de control que llevarán a una variedad de nuevas funcionalidades y
aplicaciones. En 2010 ABB (ABB es una corporación multinacional, cuya sede central
queda en Zürich, Suiza y cuyos mayores negocios son los de tecnologías en generación de
energía eléctrica y en automatización industrial.) lo define como el conjunto de tecnologías
avanzadas basadas en sistemas digitales que pueden ser empleadas tanto en los límites
de generación y transmisión como a través de toda la red de distribución. [2]
Para estructurar una red inteligente se necesita que a esta se le integren sistemas de
comunicación tecnológicamente eficientes, sistemas de control avanzados, sensores,
componentes de monitoreo en tiempo real, sistemas de almacenamiento de energía,
líneas de potencia que permitan el flujo bidireccional, entre otros. [3]
4
Capítulo 1
En la Tabla 1.1 se muestra una comparación entre las redes eléctricas convencionales y las
redes eléctricas inteligentes.
Tabla 1.1: Comparación entre las características de una red inteligente, con la de las redes
convencionales.
Red Eléctrica Actual
Redes Inteligentes
Electromecánica
Digital
Flujo energético unidireccional
Flujo energético bidireccional
Control centralizado y manual
Control distribuido y automático
Protección reactiva
Protección predictiva y preventiva
Poca comunicación unidireccional
Alta comunicación en todas las direcciones
Operación y reconexión manual
Operación y reconexión automática
Poco monitoreo con algunos sensores
Red monitorizada con varios sensores en todo el
en la transmisión
sistema
Propensa a fallas y apagones
Protecciones adaptativas
Comprobación manual del estado de los
Equipos con operación y comprobación de
equipos
estado remota
Decisiones de emergencia humana
Decisiones basados en sistemas autónomos
Control limitado de sobreflujos
Total control de sobreflujos
Información económica escasa
Información económica total
Diferencias normativas
Marco legal homogenizado que facilita comercio
e interconexiones
Configuración manual de componentes
Interconexión Plug&Play de componentes
Baja calidad de la energía
Alta calidad de la energía
Generación grande y centralizada
Generación de pequeñas dimensiones y
distribuida
5
Capítulo 1
Consumidor desinformado sin
Consumidor protagonista y selectivo convertido
posibilidades de elección y participación
en autogenerador
Sin gestión de la demanda en altas
Alta gestión de la demanda con el uso de
demandas o problemas en la red
artefactos inteligentes
Interconexión fronterizas limitadas
Calidad, seguridad y fiabilidad en las múltiples
interconexiones
Infraestructura vulnerable
Resistente a ataques o desastres naturales con
rápida capacidad de restauración
Insuficiente infraestructura para la
Fácil incorporación de vehículos eléctricos y uso
incorporación de vehículos eléctricos
de este como medio de almacenamiento
Gran emisión de gases contaminantes y
Poca emisión de gases contaminantes y
fuerte impacto ambiental
reducido impacto ambiental
La comparación planteada resalta marcadas diferencias en beneficio del Sistema Eléctrico,
las mismas que se profundizan en detalle al revisar las características y ventajas de las
Redes Eléctricas Inteligentes.
1.1.1
Características y ventajas de las redes eléctricas inteligentes
Con mayor detalle se presentan a continuación algunas características de las que se
compone una red inteligente:

Integrar
una
gran
cantidad
de
sensores,
transductores
y
actuadores, así como sistemas de medición y automatización en
todos los niveles de la red.

Implementar sistemas de control tomando en cuenta la información
que recolecte el sistema de medición inteligente.

Prevenir en la red, es decir, introducir la detección de disturbios
y respuesta automática para la agilización del restablecimiento de la
parte afectada de la red.

Permitir que el usuario también pueda ser parte de la generación
de energía, estableciendo así la generación distribuida.
6
Capítulo 1

Posibilitar al consumidor gestionar su demanda de energía, así
como ajustarse a esquemas de eficiencia energética, señales de
precios y programaciones de operación predefinidos.

Incentivar a los consumidores y generadores a mejorar la calidad
energética, implementando tarifas que dependan de tal calidad.

Almacenar
energía
eléctrica
para
la
utilización
en
casos
necesarios como en los picos de demanda.
Algunas de las ventajas están estrechamente relacionadas con sus características
mencionadas anteriormente, además de esto, estas redes hacen posible la prevención y
reducción de fallas en los equipos, incluyendo las fallas por errores humanos. Permite
optimizar la capacidad instalada y automatizar los programas de mantenimiento. Ayuda a
reducir las pérdidas en la trasmisión y distribución de energía al implementar generación
distribuida y hace más eficiente el consumo por parte de los usuarios. Las REI mejoran la
eficiencia en la distribución de los flujos de energía y aportan la flexibilidad en la gestión de
los picos de demanda, con la consiguiente disminución de las necesidades de nuevas
instalaciones de generación y el aumento del aprovechamiento de las infraestructuras
eléctricas actuales.
1.1.2
Tecnologías fundamentales para conformar una REI
Dichas tecnologías se pueden ejemplificar con:

Las comunicaciones integradas: que conectan componentes de arquitectura
abierta y permiten la información y control en tiempo real de manera
bidireccional. Por ejemplo: Las Tecnologías de la Información y las
Comunicaciones (TIC) son el sistema nervioso para garantizar la coordinación
de todos los agentes que forman parte de las redes eléctricas inteligentes,
gestionando y controlando el suministro eléctrico en un marco de sostenibilidad
técnica y económica. Cada vez más las TIC son introducidas en los equipos y
sistemas eléctricos, proporcionando una mayor capacidad de interconexión,
aportando a la red una mayor inteligencia y garantizando el suministro eléctrico a
los usuarios. [4]. Una red eléctrica inteligente requiere de una arquitectura de red
y de una infraestructura que posibilite el intercambio continuo de información con
los clientes, instalaciones y operaciones. Para obtener y enviar toda esta
7
Capítulo 1
información, es necesaria una robusta red de comunicación que dé solución a
los nuevos desafíos del sector eléctrico.
•
Sensores y tecnologías de medición: para apoyar una respuesta más rápida y
más exacta, permitiendo administrar en tiempo real la facturación y la demanda
de energía.
•
Componentes de tecnología de punta: que dé cabida a la incorporación de los
resultados de la investigación en superconductividad, almacenaje de energía,
energía electrónica y de diagnóstico.
•
Componentes avanzados de supervisión: que permitan un diagnóstico rápido y
soluciones adecuadas de cualquier evento en la red
•
Mejores interfaces y soportes: que ayuden en la decisión humana, y transformar
a los operadores en gerentes de su propia red.
•
Por ser descentralizada la generación se minimizan las pérdidas por transmisión
y distribución de electricidad.
Estas tecnologías controlan, informan, comunican, integran tecnologías y optimizan el uso de
la energía, y por ende reducen los costos a nivel de toda la REI.
El diseño de una red eléctrica inteligente que se muestra en la Figura 1.1 refleja las micro
redes que pueden monitorearse por sí mismas. Representa la vinculación entre las
aplicaciones inteligentes, procesadores, sensores, las fuentes de energía renovable, así
como las áreas de almacenamiento para el uso de energía en tiempo posterior.
8
Capítulo 1
Figura 1.1: Esquema de micro redes.
1.1.3
Despliegue de las redes eléctricas inteligentes a nivel mundial
Para el desarrollo de las Redes Eléctricas Inteligentes, se requieren grandes
inversiones, donde empresas ajenas al sector eléctrico empiezan a interesarse
como: Microsoft, Google, IBM, General Electric, Oracle, Siemens, etc., quienes
realizan investigación y desarrollo de equipos acordes con el principio de la REI.
En otras palabras, replicar los conocimientos y operatividad de la red cibernética de
información en una gran red eléctrica de productores, distribuidores y consumidores
que maximice la eficiencia energética en todos los niveles.
Entre las firmas líderes están las eléctricas españolas más importantes,
especialmente Iberdrola, Gas Natural Fenosa, Endesa, EDP Energía y EON. En un
grupo importante de países europeos (España, Holanda, Italia y otros), se ha
logrado un avance muy importante en la estandarización del AMI (Infraestructura de
Medición Avanzada) por medio de PRIME (Alianza entre diferentes empresas de
energía eléctrica). Esta alianza entre fabricantes de equipos de medición y
9
Capítulo 1
comunicaciones, se centra en el desarrollo de una nueva solución de
telecomunicaciones abierta, pública y no propietaria, que favorece no solo las
funcionalidades de medición inteligente, sino también su progreso.
A continuación se mencionarán las principales iniciativas que han venido teniendo distintos
países a nivel mundial en la implementación de las redes eléctricas inteligentes.
Estados Unidos: El apoyo a Smart Grid se volvió una política federal con la aprobación de
una ley: Energy Independence and Security Act ‖ en el 2007, el cual establece un insumo de
100 millones de dólares por año, así como un programa para promover Smart Grid entre
consumidores y proveedores. Luego el presidente Barack Obama, en su administración
dedica 3.4 billones de dólares para Smart Grid.
Canadá: El gobierno de Ontario tras el acto Energy Conservation Responsibility Act ‖ en el
2006, establece los inicios para la implementación de Smart Grid. [5]
China: Este país está implementando un sistema de monitores de área ancha, de sus siglas
en inglés (WAMS), y pretende implementar gradualmente sensores PMU. Debido a que el
estado controla la generación y la trasmisión, los estándares se establecen rápidamente y
se está implementando una red de comunicación privada para Smart Grid. [6]
Corea del Sur: Su gobierno ha lanzado un programa con una inversión de 65 millones de
dólares, el cual consiste en la integración total de Smart Grid para 6000 clientes. Corea
espera reducir su consumo de energía en un 3%, y para el 2030 en un 10% con la
implementación total de Smart Grid a lo largo de toda la nación. [7]
Australia: Su gobierno dedicó 100 millones de dólares en investigación de Smart Grid, con
el objetivo de crear conciencia en los clientes y establecer mecanismos de gestión de la
generación y distribución de la energía. [8]
Unión Europea: Existe una iniciativa desde el 2005 llamada European Technology Platform
‖, esperan tener resultados, y conclusión del programa para el 2020[9]. Un ejemplo de esto
es el proyecto Ámsterdam Smart City que involucra a las empresas, el gobierno y el público
en general para lograr crear un sistema de energía ideal desde todos los puntos de vista y
cuyos beneficios fluyan tanto para la compañía eléctrica como para cada uno de los
usuarios. El programa utiliza una Smart Grid con contadores inteligentes, tecnologías de
edificios inteligentes y vehículos eléctricos para reducir el consumo de energía en los
hogares, los edificios, las áreas públicas y el transporte. [3]
Sudeste de Asia: Esta región tiene una de las tasas más altas de crecimiento de demanda
de electricidad del mundo. Estas dinámicas de mercado se complementan con la normativa
10
Capítulo 1
de desarrollo e indican que una importante inversión en la infraestructura de red inteligente
se llevará a cabo durante la próxima década. Esta inversión se estima en un total de 24,6
millones de dólares durante el período 2016-2026. [10]
América Latina y el Caribe: La iniciativa de redes inteligentes en los países de la región de
América Latina y el Caribe (ALC) hasta el momento se basa en el intercambio de
conocimientos y experiencias a través de talleres y foros con el apoyo de organizaciones
internacionales como el Banco Internacional de Desarrollo y la Asociación Internacional
Energética de sus siglas (BID, la AIE) y la Comisión Económica para América Latina y el
Caribe (CEPAL).
Aunque muchos países de la región de ALC todavía están considerando las tecnologías de
redes inteligentes y buscando recursos, algunos ya han comenzado a adoptarlas. Brasil,
Ecuador y México ya están implementando redes inteligentes en proyectos piloto, mientras
que Colombia y Uruguay están trabajando en sus hojas de ruta de redes inteligentes. En
Chile y Honduras también se ha comenzado con las iniciativas de Smart Grids con la
instalación de contadores inteligentes. [6]
Figura: 1.2 Inversiones en redes eléctricas inteligentes a nivel mundial.
11
Capítulo 1
En la Figura: 1.2 se muestra un gráfico con una estimación realizada sobre las inversiones
en el mercado de las Smart Grids para el año 2025, como se puede apreciar Europa,
Norteamérica y Asia-Pacífico son las zonas con mayor inversión en esta tecnología. Se
espera que en Sudamérica y el Oriente Medio en un futuro cercano se eleven las
inversiones para la implementación de estas tecnologías. [11]
1.2 Tecnologías
de
comunicaciones
para
la
lectura
automática
de
metrocontadores
En la actualidad existen varios soportes para leer remotamente metrocontadores eléctricos
los cuales son:

Ethernet

Línea telefónica

PLC

Inalámbricas
1.2.1
Redes Ethernet
Ethernet es un patrón para la conexión física entre ordenadores en un área de red local y
protocolos de comunicación que permiten a esos ordenadores compartir información. La
información viaja a través de la red en forma de paquetes de información. Cuando un
paquete sale de su destino en busca de otro ordenador, contiene la información del
ordenador al que va dirigido. Todos los ordenadores reciben el paquete, pero solo responde
aquel al que va dirigido. [12]
En el protocolo Ethernet/IEEE 802.3
Medio físico
 Coaxial grueso para redes 10BASE5
 Coaxial fino para redes 10BASE2
 Par trenzado no apantallado para redes 10BASE-T o 100Base-TX.
 Fibra óptica para redes 10BASE-FL o 100BASE-FX.
1.2.2
Línea telefónica
La red telefónica conmutada sigue siendo una alternativa válida a las redes de datos.
Existen varias razones para que esta tecnología se utilice para el envío de datos, tal vez las
12
Capítulo 1
más frecuentes sean las del tipo económico. Si el volumen de datos a intercambiar no es
elevado o si la frecuencia con la que ha de realizarse el intercambio no es alta, resulta más
rentable utilizar la red telefónica que una red de datos. También otro factor decisivo a la hora
de usar la red telefónica conmutada para comunicaciones de datos es su gran extensión
geográfica, dado que llega a muchos de los núcleos de población de un país. Estas
características la convierten en idónea para transmisiones de datos no demasiado exigentes
en cuanto a velocidad y volumen. [13]
1.2.3
Power Line Comunication (PLC)
La red eléctrica es la más extensa del mundo, está formada por miles de kilómetros de
cable, llega a más de 3.000 millones de personas y ofrece servicios incluso a aquellos
lugares donde no hay teléfono. Desde los centros de distribución hasta cada abonado se
distribuye la energía eléctrica como corriente alterna de baja frecuencia (50 o 60 Hz)
llevando una baja tensión de entre 220 y 320 V. La tecnología PLC usa esa Baja Tensión
pero a una alta frecuencia entre 1,6 y 30 MHz para hacer posible la transmisión de todo tipo
de información.
La señal del PLC puede coexistir en el mismo medio del tendido eléctrico con la señal de
energía, gracias a la diferencia de frecuencia por donde son enviadas ambas. La energía
eléctrica se trasmite en una frecuencia de 60 Hz mientras que la señal PLC se trasmite en la
banda de 1.6-35 MHz.
La principal ventaja de este sistema es que se puede adaptar fácilmente a los cambios en
las condiciones de transmisión de la línea eléctrica y que se pueden utilizar filtros para
proteger los servicios que puedan resultar interferidos.
Las señales moduladas de PLC se propagan por una línea de transmisión que se pensó
para transmitir energía, la cual no está apantallada ni es simétrica respecto a masa y por lo
tanto radia, esto implica la emisión de ruidos para señales y la posible recepción de
transmisiones de radio. Lo impredecible del tendido eléctrico junto con los dispositivos no
lineales hace que se genere gran cantidad de armónicos que también son radiados. Para
mantener una buena relación señal/ruido (S/N) el sistema necesita transmitir con potencias
altas, del orden de 40W.
PLC usa varias tecnologías que dependen de las capas de protocolos. Las más utilizadas
en la capa física son la OFDM (Múltiplex por División de Frecuencias Ortogonales) y SS
(Espectro Esparcido).
13
Capítulo 1
En sus inicios la comunicación por las líneas de potencia surgió en aplicaciones de banda
estrecha, con velocidades de transmisión de unos pocos kbit/s, con el objetivo de la lectura
remota de los metrocontadores, en la actualidad con el auge de esta tecnología no se ha
olvidado esta importante aplicación ya que en la sociedad moderna es de vital importancia el
control y supervisión de la energía eléctrica que se consume. [14]
1.2.4
Redes Inalámbricas
Las redes inalámbricas son la alternativa ideal para hacer llegar una red tradicional a
lugares donde el cableado no lo permite. Actualmente existen varios tipos de estándares de
redes inalámbricas que son desarrolladas y vendidas:

IEEE 802.11 (Ethernet inalámbrica)

HomeRF

Bluetooth

Sistema FIREFLY

Sistema Gutson

GSM/GPRS
En mayo de 1985 el FCC (Federal Communications Commission) asignó las bandas IMS
(Industrial, Scientific and Medical) 902-928 MHz, 2,400-2,4835 GHz, 5,725-5,850 GHz a las
redes inalámbricas basadas en espectro ensanchado (utiliza todo el ancho de banda
disponible).[15]
Redes IEEE 802.11. (Ethernet Inalámbrica)
En este estándar las redes se clasifican en tres categorías. [12]
WAN/MAN (Wide Area Network/Metropolitan Area Network)
• LAN (Local Area Network)
• PAN1 (Personal Area Network)
HomeRF
HomeRF es una organización que ha desarrollado sus propios estándares para entrar al
mercado de las redes inalámbricas. La velocidad máxima de HomeRF es 10 Mbps, aunque
se manejan otras velocidades de 5, 1.6 y 0.8 Mbps. [16]

Las prestaciones de este sistema son:

Modulación FSK (Modulación en frecuencia).

Velocidad de datos variables de entre 800 Kbps y 1.6Mbps.

Utiliza la banda de 2.4 GHz.
14
Capítulo 1

75 canales de 1 MHz para voz.
Bluetooth
Bluetooth es un estándar abierto para la radio digital de corto alcance. La tecnología
inalámbrica de Bluetooth permite que los usuarios hagan las conexiones sin esfuerzo entre
varios dispositivos de comunicación. Puesto que utiliza la transmisión de radio, la
transferencia de la voz y de datos es en tiempo real. El modo de transmisión sofisticado
adoptado en la especificación de Bluetooth asegura la protección contra interferencia y la
seguridad de los datos. [17]
Sistemas de AMR a través de redes inalámbricas (“Sistema FIREFLY AMR”)
Este es un sistema desarrollado para la lectura automática de metrocontadores utilizando
conexión inalámbrica, tiene la ventaja que la recopilación de los datos se pueda hacer de
tres formas, por una PC (computadora personal) portátil, por un móvil o por una torre fija
ubicada dentro de los rangos de transmisión. Esta sofisticada aplicación proporciona varios
niveles de seguridad de acceso y de conexión con cualquier sistema de facturación de
servicios públicos. Los resultados de la medición se muestran en una tabla de fácil
comprensión para los usuarios del sistema. [18]
Comunicación por módem GSM/GPRS
GPRS o General Packet Radio Service es el servicio de datos móviles orientado a paquetes.
También es conocido como "2.5G". Tecnología entre la segunda (2G) y la tercera (3G)
generación de GSM. A diferencia de los servicios de datos conmutados por circuito (o CSD)
anteriores, GPRS utiliza la conmutación de paquetes. GPRS utiliza 4 esquemas de
codificación CS1 a CS4, que se seleccionan de acuerdo con la relación señal / ruido para
garantizar la mejor y más efectiva transmisión de datos. Estos esquemas dan velocidad de
datos de 20 kb / s por intervalo de tiempo (TS). Una clase 10 comúnmente utilizada (4 TS de
enlace descendente + 2 de enlace ascendente) ofrece el esquema de codificación CS4 más
alto a una velocidad de datos de 80 kb / s. Pero GPRS es un servicio de mejor esfuerzo, que
implica un rendimiento y una latencia variables que dependen de la cantidad de otros
usuarios que comparten el servicio en la actualidad, en lugar de la conmutación de circuitos,
donde se garantiza una cierta calidad de servicio durante la conexión.
Compatibilidad con GPRS mediante los siguientes protocolos:
•
Protocolo de internet (IP).
•
Protocolo punto a punto (PPP).
A pesar de que las redes 2G suelen ser más que adecuadas para las comunicaciones de
medición básicas, los sistemas 3G y 4G ofrecen flexibilidad para admitir servicios futuros.
15
Capítulo 1
Los servicios de datos disponibles a través de redes 3G incluyen CDMA de banda ancha
(W-CDMA), acceso de paquetes de enlace descendente de alta velocidad (HSDPA), y
revisión A. Evolución de datos optimizados (EVDO). Las nuevas tecnologías de HSDPA
ahora son comparables a W-CDMA en costo, y se han convertido en la solución preferida.
[19]
En una medición inteligente, GPRS se utiliza principalmente para conectar concentradores
de datos a servidores, concentradores utilizados en protocolo TCP / IP. Para intercambiar
datos, recopilados desde medidores gestionados, con servidor. Pero los mismos fabricantes
también ofrecen medidores directamente con soporte GPRS, donde la red de sensores se
realiza a través de la red GSM. En este escenario, todos los medidores en el campo se
instalarán con una tarjeta SIM y siempre estarán conectados directamente al servidor con el
protocolo TCP / IP. Como la cantidad de dispositivos siempre debe estar conectada a la red,
puede conducir a problemas como la congestión. La comunicación que se realiza a través
de GPRS sería segura, ya que la criptografía se aplica en el enlace inalámbrico entre el
dispositivo móvil y la estación base. Además, TCP / IP es un protocolo orientado a la
conexión que mejora aún más la confiabilidad del paquete de datos. Una de las principales
preocupaciones es el consumo de energía, ya que la potencia de salida máxima durante la
transmisión es 33dBm. Esto se vuelve arduo en el caso de la notificación de un corte de
energía, ya que la batería o los supercondensadores deben proporcionar la copia de
seguridad para la comunicación. [20]
Sistemas de lectura automática de metrocontadores a través de redes inalámbricas
(“Sistema Gutson”)
El sistema de lectura remota permite la medición continua del consumo doméstico,
comercial e industrial de los servicios públicos. La continuidad se logra mediante una red de
transmisores de radio conectada a los contadores de los usuarios y reportando a repetidores
locales y concentradores regionales. Este último a su vez transfiere la información,
organizada y seleccionada, vía módem a un Centro de Control de Lectura donde es
analizada y procesada para la realización de los procesos de gestión. [18]
Como se puede apreciar existen varios métodos de comunicación vía inalámbrica por los
cuales se pueden transmitir los datos de lecturas realizadas por metrocontadores con el fin
de lograr una medición automática. De estos medios o sistemas de comunicación en Cuba
se utiliza en la mayoría de los casos la integración de módems a los metrocontadores,
transmitiendo los datos vía GSM/GPRS. Pero se ha encontrado al Sistema Gutson como un
método más atractivo puesto que este tiene como ventajas que evita la congestión de las
16
Capítulo 1
redes de comunicación ya que minimiza el número de módems con respecto al sistema
actual, mejorando también los números a la hora de ver el costo que podría tener invertir en
dicha tecnología. A continuación se realiza un estudio más detallado del Sistema Gutson.
1.2.5
Profundización sobre el Sistema Gutson
El Sistema Gutson se basa en la interconexión entre metrocontadores con transmisores, con
repetidores y concentradores para hacer llegar la información recopilada por los
metrocontadores de la manera más eficiente posible a los servidores y el centro de control.
1. La información de consumo del Contador es enviada por una señal de pulsos al
transmisor.
2. Cada transmisor envía por radio la información de uno, cuatro o diez
metrocontadores al Repetidor local.
3. Cada Repetidor envía por radio la información de hasta 500 metrocontadores al
Concentrador regional.
4. Cada Concentrador almacena la información y transfiere la información de hasta
8000 metrocontadores al Centro de Control de Lectura con el intervalo de tiempo que
se establezca. La transmisión se realiza por módem, radio, línea telefónica o satélite.
El concentrador almacena una copia de seguridad de alto nivel de organización,
análisis y redundancia.
5. El Centro de Control solicita la información a los concentradores regionales en los
intervalos especificados para su uso.
6. Recibida la información en el Centro de Control, el programa de administración
ejecuta las siguientes acciones:

Actualiza el registro de lectura del contador.

Compara los datos con las lecturas anteriores.

Realiza informes sobre anomalías.

Realiza informes sobre averías y activa las alarmas.
El Sistema Gutson puede utilizarse de dos formas:
1. Lecturas a intervalos extensos de tiempo.
2. Operación como Centro de Control con muchas lecturas programadas para periodos
fijos u horas predefinidas. Esta configuración es muy beneficiosa pues provee gran
cantidad de información útil.
Comunicación en el sistema
17
Capítulo 1
•
La comunicación entre el Centro de Control y los Concentradores es por módem,
por conexión analógica, celular o satelital.
•
Los concentradores transfieren la información al Centro de Control cuando son
solicitados por este.
•
La transmisión de datos de 1000 contadores se realiza en »50 segundos.
En cuanto se completa la comunicación, comienza un proceso de examen lógico de datos
acumulados, que incluye pruebas de razonabilidad, para producir:
•
Actualización de registros de consumos individuales y regionales.
•
Comprobación de los datos de las nuevas lecturas contra las antiguas.
•
Generación de informes dependiendo del tipo de avería.
•
Preparación de avisos a los usuarios de acuerdo a los requerimientos del
suministrador.
•
Transferencia de las lecturas al ordenador central en intervalos prefijados de
tiempo: horas, días, meses.
Concentrador
Es el enlace regional del sistema de lectura de contadores y está situado en la red de
distribución del suministrador. El concentrador recibe las lecturas que son transmitidas
desde los Repetidores y los Transmisores.
El concentrador ha sido diseñado de modo que permite operar bajo condiciones severas
para grabar y proteger datos. Un sistema de alimentación automática interna UPS permite la
recepción de datos durante un período de seis a doce horas en los eventos de fallos de
energía. Al final del tiempo de copia de seguridad, el sistema cambia a “ahorro de energía” y
guarda los datos recibidos.
El concentrador ejecuta una comprobación de autenticidad de los datos, identificando
errores y desvíos, archiva un diario de incidencias, errores, y desvío de datos, el cual facilita
la localización y reparación de fallos. A su vez, crea bases de datos en archivos históricos
con las lecturas de cada usuario.
Especificaciones Técnicas del concentrador

Alimentación

Consumo de Energía
15 W.

Comunicación
Serial RS-232 / RS-422 / RS-485

Distancia de Transmisión
110/120 VCA, 50/60 Hz.
1000 m. con transmisores, 2000 m. con repetidores.
Depende de la frecuencia de transmisión.
18
Capítulo 1

Frecuencia
150-200 MHz / 325 MHz / 433.92 MHz.

Capacidad
Hasta 8000 medidores.
Archivo de Indicaciones

Encendido.

Interrupción de alimentación.

Bajo Voltaje de batería.

Renovación de suministro de voltaje.

Grabación de datos.
Dimensiones

Largo – 380 mm

Ancho – 200 mm

Fondo – 120 mm
Repetidor
El repetidor es un retransmisor de radio que opera con el Concentrador para crear un
sistema de expansión escalonado y seguro. Se utiliza para ampliar la cobertura del
concentrador, minimizando los costos de infraestructura. La topología del sistema ofrece
una redundancia interna que asegura el 100% de cobertura para todas las unidades de
medición instaladas en campo. El repetidor es un emisor receptor de radio que enlaza los
transmisores con el concentrador.
Funcionamiento

Los repetidores están instalados al final para recolectar la información de todos
los transmisores de su cobertura.

Cada repetidor recibe información hasta de 300 medidores, dependiendo de la
densidad y la topografía.

Para aplicaciones de baja densidad, un repetidor sencillo puede ofrecer una
cobertura hasta de 80 medidores dependiendo del tipo de construcción y del
trazado del proyecto.

Los repetidores incorporan un software de características avanzadas que
minimizan el cruce o choque de comunicaciones de radio.
Descripción

La información es recibida de los transmisores e inmediatamente transmitida al
concentrador.
19
Capítulo 1

La información es revisada y validada por algoritmos de reconocimientos de
error.

En circunstancias especiales, los repetidores pueden trabajar en cascada para
maximizar el área de cobertura.

Alimentación por Energía Solar puede ser utilizada para la operación del
sistema.

Los Repetidores suministran al sistema una importante fuente de información y
datos, para permitirle un desempeño confiable en el análisis.
Especificaciones Técnicas del repetidor

Alimentación

Consumo de Energía
0.6 W.

Frecuencia
150-200 MHz / 325 MHz / 433.92 MHz.

Distancia de Transmisión
Hasta 1200 m.

Capacidad
Hasta 300 medidores.

Temperatura
-30ºC a 80ºC.

Humedad Relativa
90% sin condensación.

Dimensiones

Peso
110/120 VCA, 50/60 Hz.
Largo – 152 mm, Ancho – 101 mm, Fondo – 76 mm
0.25 Kg.
Transmisor
Es el primer enlace del sistema de lectura de contadores. Opera en forma fiable y exacta,
sin fallos ni requisitos especiales de mantenimiento.
Descripción

Es un transmisor inteligente de pequeñas dimensiones que se instala junto al
contador o contadores.

Pueden conectarse según la referencia: desde 1 hasta 10 contadores.

Obtiene los datos del contador por una señal de pulsos y los transmite vía radio.

Es una unidad independiente que no requiere fuente de energía externa, ni
infraestructura especial para su instalación.

Alta fiabilidad en ambientes interiores y exteriores.

Significativo ahorro de costos cuando se utiliza en múltiples medidores.
Características

Fácil y rápida interface con medidores de salida magnética de pulsos.

Acumula la información, la almacena y la transmite.
20
Capítulo 1

El suministrador define el período de transmisión de datos.

Indicación de batería baja.
Especificaciones Técnicas

Alimentación

Consumo de Energía
10 mW.

Frecuencia
150-200 MHz / 325 MHz / 433.92 MHz.

Distancia de Transmisión
Hasta 750 m.

Temperatura
-30ºC a 80ºC.

Dimensiones

Peso
3.6 V Batería de Litio reemplazable. 10 años de vida.
Largo – 110 mm, Ancho – 60 mm, Fondo – 30 mm
0.25 Kg.
1.3 Conclusiones del capítulo
El sistema eléctrico del futuro con redes eléctricas inteligentes se caracterizará por ser un
sistema muy flexible, reconfigurable y conectado, que optimizará los recursos energéticos.
Se trata pues de una red en la que fluirá bidireccionalmente tanto la electricidad como la
información, estos avances, permiten que la corriente eléctrica fluya dónde y cuándo sea
necesario, lo que mejora la eficiencia del sistema. La red eléctrica inteligente abrirá la
posibilidad de diversificación de la matriz energética en muchos países, al permitir la
inserción en la red de generación distribuida y las energías renovables. A nivel mundial,
existen multitud de iniciativas y proyectos para la instalación de redes eléctricas
inteligentes, dándose los primeros pasos en América Latina y Cuba no puede estar al
margen.
Conocer las diferentes técnicas de la medición remota permitirá determinar el modelo
óptimo para el despliegue de un sistema de medición a distancia de metrocontadores en el
de acuerdo a las características de Cuba.
21
Capítulo 2
CAPÍTULO 2. PRESTACIONES DE LOS METROCONTADORES
INTELIGENTES ADQUIRIDOS EN CUBA
2.1 Medición eléctrica inteligente
Una red inteligente está basada entre otras cosas, en el uso de medidores, controladores,
sensores y software los cuales permiten automatizar el sistema eléctrico de distribución a
través del monitoreo y supervisión de los consumos de energía, además de otras variables
relacionadas con la distribución de electricidad como: potencia, voltaje y corriente entre
otras, permitiéndole controlar y administrar en tiempo real la facturación y la demanda de
energía. El contador es el elemento principal del concepto AMI (Infraestructura de Medición
Avanzada) ya que es la interfaz entre el cliente y el sistema de tele gestión. Aparte de la
precisión, fiabilidad y robustez que tradicionalmente se han requerido de estos equipos, es
preciso dotarles de una comunicación fiable hacia el centro de control y hacia el usuario.
2.1.1 Tipos de metrocontadores
Los medidores electromecánicos no se mencionan puesto que estos están prácticamente en
completo desuso, estos mismos en la actualidad están siendo sustituidos por los
electrónicos.
Metrocontadores electrónicos
A los medidores electrónicos o digitales, se les adiciona muchas funciones que no se
podían realizar con los medidores electromecánicos, es por lo cual poco a poco, en Cuba,
se están sustituyendo todos los contadores electromecánicos por los electrónicos. El
método para la renovación del tipo de medidor es que por cada medidor electromecánico
que haya terminado su vida útil se sustituye por uno nuevo de tipo electrónico. Operación
que se ha llevado a cabo satisfactoriamente.
Metrocontadores inteligentes (Smart Metering)
Los medidores inteligentes son medidores digitales con la capacidad de recopilar y
almacenar la información de parámetros eléctricos medidos, ya sea en la parte
domiciliar o industrial, y enviarlos remotamente al centro de operaciones y servicios.
22
Capítulo 2
El funcionamiento principal de los medidores inteligentes se basa en los medidores
electrónicos, con la diferencia esencial de las capacidades que ofrecen los medidores
inteligentes, así como lo son: la memoria interna masiva, la comunicación remota y la
capacidad de cierre y apertura del suministro de energía.
Los medidores inteligentes se han diseñado para evolucionar a los sistemas eléctricos y sus
características especiales pueden ser la solución a inconvenientes que se dan en
algunas redes eléctricas con un relativo alto grado de deficiencia. Algunas de estas
características son la comunicación bidireccional entre el suministrador y el medidor del
consumidor, almacenamiento de información, avisos de evento del comportamiento de la
red a los consumidores, capacidades de conectar y desconectar remotamente el suministro
de energía, entre otros.
Un metrocontador inteligente es un tipo de contador que, aparte de medir el consumo de
energía de una forma más detallada, puede aportar más funcionalidades o servicios que los
contadores convencionales. Según las funcionalidades o servicios que aporte se dividen los
contadores inteligentes en dos grandes grupos: AMR y AMI.
Los contadores AMR (Automatic Meter Reading) hacen referencia a los contadores
habilitados para la medición remota. En este tipo de contadores, el contador es un elemento
pasivo con comunicación unidireccional, que solo permite leer la energía de manera remota
a la compañía distribuidora y/o comercializadora, quien puede utilizar los datos a efectos de
facturación o seguimiento. [21]
En cambio, los contadores AMI (Advanced Metering Infrastructure) también están habilitados
para realizar tareas de tele-gestión. En este caso, el contador puede ser leído y gestionado
de manera remota mediante una comunicación bidireccional. Con el uso de estos nuevos
contadores, se permite la creación de nuevos servicios como la gestión de usuarios, la
gestión activa de la demanda, la conexión y desconexión remota, el control sobre generación
distribuida o la monitorización de la calidad de onda. Es por esta razón que el despliegue de
los contadores inteligentes se considera en muchos casos como el primer paso esencial
hacia la implantación de las redes inteligentes. [22]
En la actualidad, la implementación de los medidores inteligentes se ha destacado con
mayor presencia en países más avanzados tecnológica y económicamente, como lo es en
Estados Unidos y algunos países de Europa. Sin embargo, sería conveniente que en Cuba
se tome en cuenta la planificación a largo plazo de la implementación de medidores
inteligentes y sus sistemas, para que se vaya desarrollando la parte tecnológica y así
23
Capítulo 2
considerar soluciones posibles a problemáticas como la calidad de suministro en áreas
rurales o pérdidas debidas al robo de energía. [23]
Características principales de los metrocontadores inteligentes
Los medidores inteligentes tienen la funcionalidad de ser sensores integrados en la red que
pueden detectar alguna interrupción ocurrida y enviar la información, como el área
específica donde ocurrió la falla de forma instantánea, al centro de operaciones de la
distribuidora de energía eléctrica. Las principales características de los medidores
inteligentes son las siguientes. [23]

Almacenamiento de información en intervalos programables.

Comunicación bidireccional entre el suministrador y el medidor del consumidor.

Avisos a los consumidores sobre información relevante de la red como
aperturas programadas por mantenimiento.

Capacidad remota de cierre y apertura de servicio por medio de un
interruptor integrado en el medidor.

Mayor control del factor de potencia.

Mejor control de la calidad de suministro por medio de alarmas integradas en el
medidor.

Permisividad de aprovechamiento de la tarifa con discriminación horaria.

Monitoreo del comportamiento de la red eléctrica.
2.1.2 Tipos de medición
Existen dos formas de medir el consumo de energía eléctrica en los hogares, instituciones
estatales, industrias y centros de trabajo de cualquier tipo. La convencional y con lectura
automática de metrocontadores o medición inteligente.
El modelo convencional, sistema actual, de la lectura y control de suministro de energía
eléctrica es en cierto punto poco eficiente, ya que el proceso es manual y, por ende, un
tanto apegado a la incerteza. En el modelo convencional de medición y control de energía
en las redes de distribución se llevan a cabo por medio de personal que se encarga de
llegar al sitio y tomar la lectura de la medición de energía o bien realizar actividades
operativas de mantenimiento, corte, reconexión, entre otros.
La medición convencional se practica por medio de personal que llega a cada punto donde
se encuentre un medidor de energía, toma la lectura del medidor y dependiendo de la tarifa
que tenga el cliente, calcula el monto equivalente a la energía consumida. De forma
24
Capítulo 2
similar ocurre con el control de la red, para la cual, se tiene un centro de operaciones a la
que le llega toda la información de los parámetros eléctricos en los distintos puntos de
suministro de la red de distribución. Si en el monitoreo constante se detecta una falla, se
procede a ordenar la expedición para el mantenimiento u operación que se deba realizar
para el restablecimiento de la red.
El modelo de medición inteligente está dado gracias a que la tecnología ha permitido
introducir inteligencia a la medición de energía eléctrica en varios puntos a la vez en una red
de distribución, generando una gran cantidad de información valiosa que se puede
almacenar, analizar y controlar remotamente por medio de dispositivos inteligentes. Al
personal que se encontraría realizando las lecturas de los metrocontadores en el sistema
actual de medición, se le puede encomendar la realización de otras tareas como la de
inspección en el caso de posible robo u otras anomalías detectadas en la infraestructura de
medición.
2.2 Tecnología adquirida en Cuba
Para la Unión Eléctrica Nacional de sus siglas (UNE) el proceso de facturación es una labor
bastante compleja y costosa, que requiere un considerable tiempo de ejecución. El avance y
consolidación de nuevas tecnologías aportan una herramienta valiosa para hacer este
proceso más eficiente y económico.
Muchas de las nuevas propuestas para la facturación, por lo menos desde un punto de vista
tecnológico, han venido evolucionando necesariamente hacia la integración de la
computación y las telecomunicaciones, siendo el medidor uno de los elementos más
importantes en esta transición.
Para el caso particular de los medidores de energía es lógico que este dispositivo no pueda
seguir siendo el medidor existente. Este debe evolucionar hacia un medidor de tipo
inteligente que le permita establecer la comunicación entre los componentes de la red
eléctrica para adaptarse a estas nuevas tecnologías.
Con tal objetivo en Cuba se han adquirido una serie de metrocontadores digitales que se
relacionan a continuación.
25
Capítulo 2
2.2.1
Metrocontador digital DSTD-341
En la Figura 2.1 se muestra el metrocontador digital DSTD-341.
Figura 2.1: Metrocontador digital modelo DTST-341, de la firma CHANGSHA
Especificaciones del Producto

Norma IEC61036: 2000

Frecuencia: 60Hz

Temperatura ambiente: -25 °C ~ +55 °C

Perdida de potencia :<1.5W, 4VA

Ancho de impulso: 80ms

Dimensión: Largo = 287mm, Ancho = 70mm, Profundidad = 2mm

Peso neto =2.8kg
Especificaciones técnicas

Es diseñado con tecnología digital CMOS, esto no le permite manejar altos
valores de voltaje y corrientes, para su uso industrial se acopla a la red eléctrica
a través de transformadores.

Posee una pantalla de cristal líquido para mostrar la información en
tiempo real, tres botones de selección y una fuente de alimentación autónoma
para las funciones básicas.

Tiempo de vida de diez años

Tiene nueve entradas para la medición trifásica de voltajes y corrientes, y un
terminal de tierra, además de ello, posee dieciocho terminales para acople a
26
Capítulo 2
diferentes dispositivos y un terminal para la comunicación óptica con la
computadora

Tiene unidad de proceso matemático para el procesamiento de los datos.

RAM con capacidad de 10 Mbyte.

Está diseñado para censado de voltaje, corriente, potencia activa y potencia
reactiva, factor de potencia y frecuencia.
Principios de funcionamiento
Este metrocontador posee tres terminales para la medición de voltaje trifásico y seis
terminales para la medición de corriente trifásica con un terminal de tierra común para
ambos parámetros.
La batería se usa en el almacenamiento de la información en la memoria de acceso
aleatorio, así como para mantener en funcionamiento el contador \ temporizador para la
actualización de los períodos de tiempo almacenados y las fechas. Para mostrar la
información al cliente el metro lleva acoplado un display de cristal líquido, con todas las
funciones implementadas en pantalla. Para realizar el cambio del parámetro que se desea
visualizar están habilitados tres botones debajo del visualizador. El enlace con los diferentes
dispositivos que componen el sistema AMR se puede realizar de dos formas, por
transmisión óptica a través de un conector que se acopla magnéticamente al metro y por
conexión de red con norma de comunicación RS-485. [24]
Tipos de comunicación

Comunicación RS 232
Es una norma de comunicaciones estándar entre distintos equipos a través de la línea
telefónica, en un principio, pero que hoy en día se utiliza para comunicaciones entre
distintos dispositivos. La comunicación se realiza a través de un módem que se encarga de
adaptar las tensiones a unos ciertos niveles. Existen actualizaciones a esta norma, como la
RS-232C, pero todas ellas con las mismas características, como son: La transmisión se
realiza sobre una línea no balanceada, tiene problemas de ruido, la velocidad de transmisión
es baja, y la longitud de la línea está en torno a los 30 metros. Como ventajas está su bajo
costo, y que es muy simple de implementar. [25]
El conector externo para un puerto serie puede ser de 9 o 25 pines, en este caso es de
9 pines. Como se muestra en la Figura 2.2
27
Capítulo 2
Figura 2.2: Conector externo para un puerto serie

Comunicación RS 485
Esta es una mejora de la anterior norma RS-232, como gran ventaja reside en que la
transmisión es balanceada, con lo cual tiene un gran rechazo al ruido, puede soportar
mayores velocidades de transmisión, y una longitud de la línea transmisora de hasta 1200
m. Como desventajas presenta una mayor complejidad en su implementación debido a un
mayor número de líneas necesarias, lo que repercute en un aumento moderado del costo.
[26]
2.2.2
Metrocontador digital “Vision” modelo A1700
En la Figura 2.3 se muestra el metrocontaor digital Vision modelo A1700
Figura 2.3: Metrocontador Digital ¨Vision¨, modelo A1700, de la firma inglesa ABB
Este metro incluye un circuito para la visualización de datos en una pantalla de cristal líquido,
con una interfaz programable y una memoria capaz de almacenar hasta 450 días de datos
de carga como estándar. El metrocontador puede operar como una unidad independiente o
como una red de dispositivos. La funcionalidad del metrocontador puede ser incrementada
28
Capítulo 2
mediante la incorporación de otros módulos adicionales para comunicación. Estos módulos
pueden ser instalados o desconectados sin que se rompa la certificación del metrocontador.
El metrocontador está habilitado para conexión directa con transformadores de corriente y de
voltaje (CT y VT), con dispositivos de medición u otras aplicaciones con clase de precisión
0.5, 0.2, 1 y 2. También está capacitado con una salida de conmutadores eléctricos para su
incorporación a sistemas automatizados de control de energía. [27]
Características Técnicas

El metrocontador posee una pantalla de cristal líquido con estas
características:

Líneas de 16 caracteres.

Ángulo de vista ancho.

Visión de datos programable, multilenguaje

Rango de Voltaje:
63.5-240V (3 fases 4 cables)
110-415V (3 fases 3 cables)

Corriente Máxima: 10 A

Corriente Nominal: 1, 2, 5 A

Frecuencia:

Temperatura:

Precisión:

Operación:
-20°C a +55°C

Almacenamiento:
-25°C a +70°C
50 o 60 Hz
-10°C a +40°C
Estructura de tarifas

16 Tiempos de uso de Registros

Registros de Máximas Demanda

12 Estaciones

24 Cambios de fecha de Estaciones

96 Tiempos de conmutación

64 Fechas excluibles

Cantidad ilimitada de tarifas programables

Precisión: Clase 0.02s, Clase 0.5s, Clase 1s
Dimensiones

279 mm (Alto), 170 mm (Ancho),
29
Capítulo 2

81mm (Grosor).
Normas de Comunicación

Comunicación RS 232

Comunicación RS 485
2.2.3
Metrocontador digital CIRWATT modelo CIRWATT-SCP
En la Figura 2.4 se muestra el metrocontador digital CIRWATT modelo CIRWATT-SCP.
Figura 2.4 Metrocontador digital CIRWATT versión 2-xx
El metrocontador digital CIRWATT-SCP (versión 2-xx) de la firma española CIRCUTOR es
un contador trifásico digital multifunción, de dos o cuatro cuadrantes, con una clase de
precisión 0,5 o 1, en energía activa y clase 1 o 2 en energía reactiva, cuya principal
característica es la versatilidad en las configuraciones de tarifas y temporadas eléctricas.
Dispone de un registro opcional, de perfiles de carga y cierres de facturación. [18]
Tecnologías de las que dispone:

Reloj astronómico

Control de máxima demanda

Bidireccional para aplicaciones fotovoltaicas

Multisuministro (entradas contadoras externas)

Comunicaciones PLC

Comunicaciones Ethernet
Características técnicas

Consumo < 2 W, < 10 V·A

Frecuencia Multifrecuencia (50/60 Hz)
30
Capítulo 2

Temperatura de uso -20ºC a +60ºC

Dimensiones 176 x 327 x 78 mm

Peso 1,9 kg

Envolvente / caja DIN 43859
Memoria de datos
Tipo FLASH (memoria no volátil)
Capacidad

Eventos: 512 registros

Cierres de facturación 64

Curva de carga (horaria) 213 días

2ª curva de carga programable 5.120 registros (opcional)
Batería mantenimiento reloj

Tipo Litio

Vida > 10 años

Funcionamiento sin batería ni tensión máximo 24 h

Tipo Oscilador de cuarzo / sincronismo de red

Deriva oscilador de cuarzo < 0,5 s por día a 25ºC
Reloj
Entradas digitales
(Bajo demanda) 4 entradas (60-300 V)
Salidas digitales
(Bajo demanda) 3 salidas relé mecánico (hasta 400 V)
Salida de LED de verificación
Cadencia 20 000 impulsos / kWh o kvarh referido a valores secundarios (medida
indirecta) 1 000 impulsos / kWh (medida directa)
Comunicación
Dispone de dos canales de comunicación:

Interfaz óptica (puerto óptico bidireccional): IEC 62056-21 (IEC 61107)

COM 1 (RS-232), RS-485, Ethernet o PLC Módem externo (RTC, GSM/GPRS)
Protocolos

IEC 870-5-102 (fase 2): Protocolo estándar para la extracción de los datos

MODBUS-RTU: Protocolo para la configuración y lectura de los parámetros

IEC 61107: Protocolo para la extracción de los datos por el puerto óptico
31
Capítulo 2
Normas

IEC 60687

Contadores estáticos de energía activa para CA de clase 0,5S, 0,2S

IEC 61036 Contadores estáticos de energía activa para CA de clase 1

IEC 61268 Contadores estáticos de energía reactiva para CA de clase 2

EN 50081-1 Emisión residencial

EN 50082-2 Inmunidad industrial

EN 55022 Emisiones conducidas: Clase B

Emisiones radiadas: Clase B
Seguridad
Dispone de varios precintos que establecen una serie de distintos niveles de seguridad, que
dejan inaccesibles la electrónica del equipo, el pulsador de cierre de facturación, la etiqueta
de identificación de programación, etc.

Precinto pulsador

Precinto fabricante / Verificación

Precinto tapa cubre bornes
Dispone de display retroiluminado de dos líneas, para la visualización de todos los
parámetros que registra el equipo. La configuración de las pantallas de visualización es fija
y completa, ya que se pueden consultar todos los parámetros que registra el equipo, cada
uno identificado por su correspondiente código. El sistema de menús permite una
navegación por pantallas muy intuitiva. Algunos de los parámetros que se pueden visualizar
son los siguientes:

Energía consumida / generada absoluta / incremento por contrato o tarifa

Energías consumidas / generadas absolutas / incrementos de cierres de
facturación de meses anteriores

Máximas demandas instantáneas y de los cierres de facturación

Tensión, corriente y factor de potencia por fases L1, L2 y L3

Potencia activa y reactiva
32
Capítulo 2
2.2.4
Metrocontador BLU STAR P2000-T
En la Figura 2.5 se muestra el metrocontador Blue Star modelo P2000-T.
Figura 2.5: Blue Star P2000-T
El metrocontador Blu Star versión P2000-T de firma China es uno de los que más reciente ha
tenido su entrada a Cuba. Es un contador trifásico digital multifunción. Con características
principales como: Precisión: Clase 0.5S, Clase 1, IEC62053-21 - 3P3W, 3P4W - Medición y
registro de KWh, Kvarh y KVAh - Registro de demanda máxima - Registro de perfil de carga Control de CDU con programación flexible de 4 tarifas - Realidades internas reloj y
calendario con respaldo de batería - Almacenamiento de datos en memoria no volátil Totalmente compatible con AMR (lectura automatizada de medidores) - Indicación fácil de
leer en la pantalla LCD con código OBIS. [28]
Características técnicas

Sistema

Clase de Precisión

Norma
3P 3W,3P 4W
Clase 0.2S. 0.5S, Clase1
IEC 32053-22, y 23
Voltaje de referencia
3 x 58/100…240/415V
Normal, (máxima) corriente
1(10) A, 5(20) A

Frecuencia de referencia

Consumo
50/60 Hz
En circuito de voltaje
<0.8W;<1 VA
En circuito de corriente
<0.05 VA

Rango de temperatura
Trabajando
-30ºC a +70ºC
33
Capítulo 2
Almacenando

-45ºC a +85ºC
Humedad
<= 95%
Reloj interno en tiempo real con baterías de respaldo

Precisión en el tiempo

Reloj operando con batería >15 años

Sincronización de reloj a través del software AMR
<0.5 Segundos / 24 Horas
Entradas y Salidas

Pulso eléctrico 1/0

Salida de prueba LED

Salida de pulso de verificación

Relé de enclavamiento
4 canales programables
400-16000 imp/kWh
kWh y kvarh
5A 240V
Caja y dimensiones

Caja
Policarbonato

Cubierta terminal
Policarbonato trasparente

Bloque de terminales Baquelita

Aislamiento
Clase protectora II

Dimensiones (mm)
263 x 175 x 83

Peso

Prueba de exteriores
Aproximadamente 1.4 kg
IP51, IEC 529
Figura 2.6: Dimensiones de metrocontador Blue Star P2000-T
Medida y registro

Energía: kWh, kvarh, kVAh

Máxima Demanda: kW, kvar, kVA
34
Capítulo 2

Grabación del perfil de cargado
Tiempos del uso y control

Tipos de tarifa

Número de tarifas
8 tarifas

Días programables
120 días especiales

Número de temporadas

Número de perfiles diarios
diaria, semanal y mensual
10 tarifas de temporada
8 perfiles diarios
Almacenamiento de datos

Energía y máxima demanda: Corriente de los últimos 16 meses

Perfil de carga
Registro de eventos

Avería

Falta de grabación en la fase

Perdida de voltaje por fase

Voltaje por debajo o por encima

Pérdida de corriente por fase

Desbalance de corriente

Última programación del metrocontador

Circulación de corriente en sentido contrario y sobrecarga
Comunicaciones

Puerto óptico
IEC 62056-21

RS 232/485
IEC 62056-21
DLMS/COSEM
MODBUS

Interno
PSTN, GSM/GPRS o Ethernet
Pantalla

Indicación de datos cíclicos automáticamente o mediante botones

Indicación de datos en LCD durante cortes de energía

LCD de 8 dígitos
Seguridad

Programación del metrocontador protegido por pulsador sellado

Hasta 3 niveles de contraseña de acceso al metrocontador
35
Capítulo 2
2.3 Consideraciones parciales del capítulo
Sin duda alguna la tecnología de medición electromagnética está casi que obsoleta, el futuro
es digital e inteligente cada vez más eficiente y precisa. Cambiar el modelo de lectura de los
metrocontadores traería consigo numerosos beneficios. En el mundo de la lectura
automática de medidores de energía eléctrica existe una gran variedad de productos
muchos de los cuales cuentan con la facilidad de poder comunicarse mediante varios
sistemas de comunicación.
A pesar de la existencia de estos metrocontadores se decidió analizar las potencialidades de
los metrocontadores que ha adquirido Cuba por una razón puramente económica, poniendo
especial atención en el Blue Star versión P2000-T de firma China ya que este lleva
integrado un sistema de comunicaciones PSTN, GPRS/GSM o Ethernet que permite
gestionarlos de forma remota desde un centro de control. Siendo el sistema GSM el que se
está usando en la actualidad con una conexión directa de los metrocontadores con los
servidores. En el Anexo: 1 y 2 se muestra un metrocontador P2000-T instalado en la
Universidad Marta Abreu de la Villas.
36
Capítulo 3
CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LA VIABILIDAD DE GSM/GPRS PARA
LA LECTURA AUTOMÁTICA DE METROCONTADORES EN EL
SECTOR RESIDENCIAL
Gracias al auge y la proliferación de tecnologías como GPRS (transmisión de datos a través
de la red celular GSM) muchas empresas de servicios públicos están llevando a cabo
pruebas pilotos para la implementación de sistemas AMR vía GPRS. En este sentido el
apoyo de los operadores GSM ha sido definitivo para la implementación de la tecnología, con
coberturas GPRS cada vez más amplias y planes de datos atractivos para las empresas de
servicios, estas últimas han podido desarrollar planes de inversión para AMR completamente
viables.
3.1 Uso general de la conexión GSM/GPRS en el sector eléctrico
Por lo general las empresas de servicios eligen en primera instancia puntos de medición de
tipo industrial y de tipo comercial para iniciar con sistemas AMR. A los medidores de
consumo actual se añade un módem que se encarga de “entender” el protocolo del medidor
y transcribir esta información a un formato que permita su transmisión por varios medios de
comunicación como son: sistemas RF, redes públicas conmutadas PSTN o redes de datos
celulares GPRS, siendo esta última la opción más atractiva en este momento.
Estos módems se conectan por los medios de comunicación mencionados anteriormente a
una base de datos y sistema de control centrales, donde se almacena la información de cada
medidor, se elaboran reportes periódicos y se envían alarmas según el caso. Por ejemplo,
usando redes celulares GPRS es posible que la central de monitoreo envíe un SMS o genere
una llamada al supervisor de un área determinada para reportar un daño, o interrupción en el
servicio, con esto se garantiza que se informe inmediatamente a la persona responsable y
que se tomen las medidas respectivas. Actualmente los operadores celulares en la región
están ampliando su cobertura para una mejor prestación de servicios de datos en cada país,
siendo GSM/GPRS la tecnología de mayor demanda. [20]
La técnica de tele-lectura de medidores de energía, está siendo aplicada con éxito en varios
países donde es necesario contar con un control dinámico y exacto del consumo eléctrico, y
la posibilidad de obtener perfiles y registros del consumo en tiempo casi real.
Los primeros beneficiarios de esta técnica fueron los grandes consumidores de energía. La
solución basada originalmente en una línea fija y un módem telefónico, fue reemplazada por
37
Capítulo 3
un módem inalámbrico o también conocido como Wireless Module, que utiliza la red de
telefonía celular GSM/GPRS para la comunicación del medidor con el servidor, donde es
almacenada la información y los registros de medida.
La solución GPRS es la más difundida en el ámbito industrial, debido a que reduce
considerablemente los costos mensuales de mantenimiento de línea (aprox. 10 veces
menores) y, paralelamente, reduce los tiempos de instalación del sistema. [20]
Los medidores electrónicos, en su mayoría, contemplan la posibilidad de adicionar una
unidad de comunicaciones (conocida como add on unit) conectada al medidor a través de
una interface serial u óptica. Con ello, se independiza el medidor de la etapa de
comunicaciones pues, según la legislación internacional vigente, deben ser diseñadas como
etapas separadas.
El sistema AMR deseado tiene los siguientes requisitos

Escalabilidad: debe poder utilizarse tanto para diez metros como para cientos de
miles de metros sin alterar los principios arquitectónicos.

Seguridad: debe basarse en métodos de seguridad de vanguardia que ofrezcan
confidencialidad e integridad de los datos de medición.

Bajo costo: el costo de la implementación del sistema debe ser razonablemente
bajo para poder ser usado por un gran número de clientes.
3.1.1 Facilidad de transmisión
Hay muchas formas diferentes de enlaces de comunicación que pueden utilizarse como
medio de comunicación en un sistema AMR. La red GSM, con su amplia cobertura en la
mayoría de los países, y también su competitivo mercado en constante crecimiento, se está
convirtiendo en el principal medio para las aplicaciones de máquina a máquina, y AMR no es
una excepción. En esta investigación, la ID del medidor y su lectura (KWh) se envían a un
servidor central utilizando la tecnología del servicio general de radio por paquetes (GPRS).
GRPS es la tecnología que utiliza la red GSM para conectar el móvil a Internet. La
comunicación se realiza mediante el módulo de banda cuádruple celular GM862 y la antena
celular con cable cuatribanda.
1)
Módulo de banda cuádruple celular GM862
Los módulos GM862-QUAD son una familia de productos que son módulos GSM / GPRS
fáciles de integrar para todas las aplicaciones industriales. El módem GSM tiene
capacidades celulares de banda cuádruple (frecuencias 850/900/1800 / 1900MHz). Los
38
Capítulo 3
módulos GSM pueden controlarse mediante comandos AT de acuerdo con GSM 07.05,
07.07 y Telit Enhanced. Tiene un soporte de SIM a bordo para colocar la tarjeta SIM y
también tiene una antena GSM. [19]
Figura 3.1 Módulo de banda cuádruple celular GM862
2)
Antena celular cableada de cuatro bandas.
Se utiliza una antena de banda cuádruple para dispositivos celulares integrados para permitir
que el cliente conecte su módulo celular al mundo exterior. Funciona en cuatro frecuencias y
viene con un respaldo adhesivo de 3M para el montaje. En la figura 3.2 se muestra una
antena cuatro bandas.
39
Capítulo 3
Figura 3.2: Antena de cuatro bandas
3.1.2 Beneficios del uso de la comunicación GSM/GPRS en las mediciones
eléctricas
Beneficios tangibles
Los beneficios tangibles deben ser clasificados como beneficios que pueden crear un
impacto económico directo para la compañía operadora. Tales beneficios incluyen reducción
en costos del 15% por concepto de lectura de medidores, reducciones en costos por
operación y mantenimiento del 10%. Agregando los beneficios que traería por la detección
de robo. La implementación de la medición inteligente mediante sistema de comunicación
GSM/GPRS podría mejorar la capacidad de los proveedores para detectar y gestionar el
robo. Estimar el robo es problemático por naturaleza y los niveles de robo son difíciles de
detectar con una medición convencional, pero con el control y la medición continua que
brinda este sistema se podría detectar con mayor facilidad. Además, disminuyen las facturas
por estimación del consumo lo cual ocasiona una reducción en las quejas por cobros
excesivos y se logrará que bajen los costos de servicio al cliente, lo cual también tiene un
impacto económico positivo directo para la empresa. [29]
Beneficios intangibles
40
Capítulo 3
Los beneficios intangibles son aquellos que no pueden ser cuantificados en sentido
monetario, pero estos beneficios pueden alcanzar dramáticamente un valor significativo para
la compañía operadora a la vez que son fácilmente reconocibles por el personal laboral, los
consejeros y/o miembros de la mesa directiva y al final por los clientes. Algunos ejemplos
incluyen, adquisición de datos sobre detección de fugas, incremento en la frecuencia de
toma de lecturas y facturación, adquisición de herramientas para el análisis profundo del
sistema de distribución de energía eléctrica. Es muy importante recordar el desglosar todos
los costos económicos positivos y negativos cuando integre su análisis de costo-beneficio
para seleccionar cualquier sistema AMR. Mientras que existen muchos beneficios
económicos directos e indirectos para todos los sistemas AMR, también están presentes
costos variables asociados con el manejo y operación de cada tipo de tecnología. Estos
costos variables deben ser incorporados en su análisis para evaluar la tecnología que mejor
conviene a la compañía operadora. [29]
3.1.3 Desventajas de la comunicación GSM/GPRS en las mediciones eléctricas
El sistema AMR existente y los tradicionales generalmente se basan en conexiones de radio
o módem punto a punto centralizadas que tienen dos desventajas esenciales: no hay
escalabilidad y seguridad débil. El sistema central que recopila y procesa todos los valores
de medidor necesita un conjunto de módems (o medios de comunicación comparables) para
acceder en paralelo a tantos medidores como sea posible. Este enfoque no se escala muy
bien si se deben leer cientos de miles de medidores cada 24 horas, un número que es
razonable cuando se trata de la lectura de medidores de clientes privados. El sistema
basado en radio, o incluso los sistemas basados en Internet tienen poca seguridad, ya que el
sistema de radio puede ser interceptado y el protocolo normal de Internet (es decir, http) no
es seguro a menos que se use un protocolo seguro alternativo como https.
El precio del sistema AMR aún se encuentra en un nivel en el que generalmente no se puede
aplicar ampliamente a todos los clientes. El precio de AMR está determinado principalmente
por los costos del hardware, la instalación y la infraestructura de comunicación y el costo de
funcionamiento. El problema del costo juega un factor clave en la sustitución del sistema de
medición tradicional con el sistema AMR. [19]
41
Capítulo 3
3.1.4 Seguridad en redes GSM/GPRS
La seguridad es una parte importante del proceso de transmisión de datos. GSM tiene un
cifrado integrado en la capa de transporte, que es compatible con la mayoría de los
proveedores de red. Sin embargo, este cifrado comúnmente no se usa en todo el camino,
sino solo para la transmisión de radio. Tan pronto como se utiliza la red troncal GSM
enlazada por cable, los datos se transmiten sin cifrar. GPRS ofrece una serie de mejoras de
seguridad sobre la seguridad GSM existente. Los estándares en sí también ofrecen
características técnicas, que un operador de red puede elegir usar.
Aparte de eso, podría desearse una forma diferente de seguridad que además de la
seguridad de la capa de transporte provista. El problema clave aquí es la distribución de
claves entre clientes y sistemas de adquisición de datos. También será posible que
diferentes usuarios, como las empresas de servicios públicos y los proveedores de servicios,
utilicen datos provenientes de un teléfono celular. Los usuarios no podrán leer datos que no
están destinados a ellos. Esto da como resultado una estructura de usuario sofisticada que
debe reflejarse, por ejemplo, al tener diferentes claves disponibles para comunicarse con
diferentes usuarios.
La forma más intuitiva de implementar la seguridad sería utilizar la tarjeta inteligente que está
presente en el teléfono móvil (la SIM, el módulo de identificación del suscriptor). Esto se hará
en cualquier caso, sin embargo actualmente la estandarización de Java 2.
Micro Edition todavía no admite el acceso total a los recursos de la tarjeta inteligente. Por
ejemplo, no es posible almacenar de manera conveniente las claves de encriptación o usar
el coprocesador criptográfico de la tarjeta SIM. Algunos teléfonos móviles tienen dos ranuras
SIM, donde la segunda podría usarse para una tarjeta inteligente ordinaria que alberga las
partes relevantes de seguridad de la aplicación AMR. La forma preferible, por supuesto,
sería tener una sola tarjeta SIM que pueda ejecutar múltiples aplicaciones pequeñas en un
dispositivo de información móvil ("MIDlets") en una caja de arena al igual que las tarjetas java
ya pueden hacer ("Cardlets"). Hasta entonces, el procesador del teléfono móvil albergará
todas las partes de la aplicación AMR.
Sin embargo, la seguridad no se logra completamente al asegurar el canal de transmisión de
datos con métodos criptográficos, incluso si se realizan con un hardware seguro como las
tarjetas inteligentes. Una gran parte de los aspectos relevantes de seguridad son de
naturaleza administrativa.
42
Capítulo 3
Seguridad del servidor de facturación. Está claro que el sistema AMR es una arquitectura
empresarial de niveles. Por lo tanto, los requisitos generales de seguridad y la planificación
se aplican a este sistema. Los investigadores presentan proyectos similares que pueden
usarse para diseñar e implementar tales sistemas seguros. El servidor en la oficina de
facturación implementa herramientas altamente seguras que permitieron que solo el personal
autorizado de la compañía de suministro de electricidad trabajara con los datos recopilados.
Estas herramientas de seguridad se utilizarán para lograr la confidencialidad, integridad,
disponibilidad y responsabilidad del proceso de recopilación de datos de AMR. [19]
3.2 Propuesta de un sistema de comunicación para la lectura automática de
metrocontadores
El sistema utilizado en estos momentos en Cuba es el sistema punto a punto donde la
conexión se realiza directamente entre el metrocontador y los servidores. Mediante un
módem GSM/GPRS. Dicho sistema por el momento es eficiente puesto que en el país no
hay un número considerable de metrocontadores con lectura automática. Entre las
desventajas que tiene la conexión actualmente existente (punto a punto) se encuentra la de
que si aumenta considerablemente el número de metrocontadores conectados pueden surgir
problemas como la sobrecarga del sistema de lectura. También se puede tomar como
desventaja de este sistema de comunicación, que para cada metrocontador se necesitaría
un módem de comunicación GSM/GPRS elevando de manera exponencial la inversión
requerida para la implementación de dicha tecnología en el país.
Tras realizar dicho análisis, se propone un sistema de comunicación más factible para
implementar en Cuba la lectura automática de metrocontadores. Es un sistema similar al
Sistema Gutson, descrito en el capítulo 1. Un sistema de comunicación donde los
metrocontadores se conecten a un concentrador de datos y este sea al cual se le
implemente el módulo de comunicación GSM/GPRS. En la Figura 3.3 se muestra un
diagrama del sistema propuesto.
En la Figura 3.4 se muestran 2 metrocontadores conectados a un concentrador de datos
EDAT-BS06-G del mismo fabricante Blue Star, estos se encuentran en la empresa cervecera
Antonio Díaz Santana en el municipio de Santo Domingo en la provincia de Villa Clara. Un
sistema como el planteado anteriormente donde los metrocontadores se conectan al
concentrador de datos por RS-232/RS-485 y al mismo se le implementa el módem
GSM/GPRS para la transmisión de los datos a los servidores y el centro de control.
43
Capítulo 3
Figura: 3.3 Diagrama del sistema de comunicación propuesto para la lectura de metrocontadores a
distancia
Figura 3.4: Sistema de medición implementado en la empresa cervecera Antonio Díaz Santana
Este sistema disminuiría considerablemente la inversión en dicha tecnología. Cada
concentrador de datos tiene la capacidad de recopilar, organizar y transmitir la información
44
Capítulo 3
de cientos y hasta miles de metrocontadores, pudiendo llegar en ocasiones a recibir
información de hasta 8000, siempre dependiendo de las especificaciones del fabricante, lo
cual es un número considerable de módulos GSM/GPRS en los cuales no sería necesaria su
inversión. Los concentradores podrían ubicarse de manera que permitieran cubrir un área
extensa y así conectar la mayor cantidad de metrocontadores posibles, distribuyéndolos por
manzanas o grupos de manzanas. En los edificios sería más sencilla la colocación de dicha
tecnología puesto que la medición eléctrica está localizada en un punto en concreto como se
muestra en el Anexo 3.
3.2.1 Equipamiento necesario para la propuesta de tecnología a implementar
en el sistema planteado
Los metrocontadores que se utilizaran en el sistema propuesto serían los monofásicos
(Single Phase Energy Meter C2000) en las zonas residenciales y para las industrias,
consumidores con un gran consumo de energía o más de una fase se utilizaría
metrocontadores P 2000-T mencionado anteriormente. También se propone utilizar como
concentrador el EDAT-BS06 del mismo fabricante Chino y del cual ya hay existencia en el
país.
En la Figura 3.5 se muestra el metrocontador monofásico C 2000 del fabricante Blue Star.
Figura 3.5: Single Phase Energy Meter C200
Característica de producto
Medición y registro

Energía: KWh.

Demanda máxima con sellos de fecha y hora.
45
Capítulo 3
Control y tarifas

Cambio de tarifa hasta 4 tarifas

Temporadas Hasta 4 estaciones

Perfiles diarios Hasta para perfiles de 10 días

Demanda máxima Hasta 4 tarifas
Comunicaciones

Interfaz óptica IEC 62056-21 opcional

Interfaz infrarroja Opcional

RS 232/485 Opcional

Opcional GPRS interno
Pantalla

Indicación de datos cíclicos automáticamente o por teclas.

Indicación de datos en LCD durante cortes de energía.

LCD de 8 dígitos, con código OBIS de 7 dígitos.
Especificación de producto / Modelos IEC 62053-21 estándar, monofásico IEC 62053-23
kvarh (opcional).

Clase de precisión Clase 1.

Tensión nominal 220 V, 230 V 240 V.

Corriente de referencia (máxima) Ib (Imax) 5 (80) A 10 (100) A.

Inicio Frecuencia de referencia actual de 0.4% Ib 50/60 Hz.

Consumo de energía: en el circuito de voltaje <0, 8W; <1 VA en el circuito actual
<2 VA.

Rangos de temperatura: Medidor en funcionamiento -30 ° C a + 70 ° C,
almacenamiento del medidor -45 ° C a + 85 ° C.
En la Figura 3.6 se muestra el concentrador EDAT-BS06 de fabricante Chino, Blue Star.
46
Capítulo 3
Figura 3.6: Concentrador de datos EDAT-BS06
Concentrador EDAT-BS06
Características generales.
Perfecto para submedición comercial, compatible con medidores de otras marcas, alarmas
de sabotaje enviadas instantáneas al teléfono móvil, configuración de SMS (servicio de
mensajes cortos) en tiempo real, adquisición de datos de forma automática o bajo demanda
en tiempo real, los datos se envían automáticamente a la estación central.
Características técnicas

Voltaje de trabajo:
85-246 VAC 50/60Hz

Fuente de alimentación:
trifásico o monofásico (opcional)

Consumo:
3-5 W

Comunicación con el centro de control:
56K PSTN Módem
Redes GSM 900/1800 MHz
10/100 Ethernet
RS-485 Puerto Serie

Ciclo de lectura de datos:

Metros conectados:
1-65536 minutos
Hasta 127, mescla de monofásico, trifásico y
otras marcas

Almacenamiento de memoria:
Hasta 32 Mega Bytes

Temperatura de trabajo:
-20 - +55ºC

Entrada digital:
Un canal asociado con eventos de manipulación
47
Capítulo 3

Salida digital:
Un canal para manejar dispositivos de alarma visual
o de audio
3.3 Conclusión parcial del capítulo
La lectura automática de metrocontadores mediante redes GSM/GPRS han venido teniendo
auge en los últimos tiempos por las prestaciones que brindas dicho sistema de
comunicación. En Cuba se emplean las redes GSM/GPRS para la lectura automática de
metrocontadores con una conexión por lo general directa de los metrocontadores con los
servidores y el centro de control mediante módems GSM/GPRS instalados en los
metrocontadores.
Este sistema por el momento es eficiente, pero en el futuro se podría topar con
inconvenientes, tanto para el futuro despliegue de la misma como por parte de congestión en
las redes de datos. Por lo que se propone un sistema de comunicación y la tecnología a
implementar para disminuir los costos de la inversión y se pueda introducir en Cuba una
medición de energía automática en todos los sectores del país.
48
Conclusiones
CONCLUSIONES
Los referentes teóricos sobre las redes eléctricas inteligentes muestran que controlan,
informan, comunican, integran tecnologías y optimizan el uso de la energía. Entre
sus funciones más novedosas se encuentra la gestión de los consumos energéticos,
reduciendo los picos de consumo El mayor beneficio será la interoperabilidad y la
información bidireccional consumo-generación que abrirá a la innovación cada
aspecto de la generación, transmisión, distribución y uso de la energía eléctrica.
A lo largo de todo el trabajo se ha puesto en evidencia que la lectura remota de
metrocontadores y los sistemas de medición inteligentes están tomando mayor
protagonismo, y lejos de ser una alternativa factible en un futuro, se ha demostrado que
es una necesidad actual. En el mundo existe una gran variedad de tecnologías de
medición inteligente con este fin. Las mismas compiten en cuanto a características
técnicas, prestaciones y condiciones económicas.
En Cuba ya se realiza la lectura automática de metrocontadores, con un sistema (Punto a
punto) que por el momento es eficiente, pero en un futuro con el inminente aumento de
metrocontadores inteligentes el sistema se podría encontrar con deficiencias, tanto
técnicas como económicas puesto que es un sistema caro. Por tanto se propone un
sistema de comunicación para la lectura automática de metrocontadores, en el cual se
implementarían los concentradores de datos, con el fin de evitar las problemáticas con las
que se toparía el sistema actual. Se propone la tecnología a implementar para abaratar el
proceso de inversión y evitar la congestión en las redes de comunicación. Esto le brinda a
Cuba la oportunidad de tener lectura automática de metrocontadores en todos los
sectores, estando un paso más cerca de las redes eléctricas inteligentes.
49
Recomendaciones
RECOMENDACIONES
Para la Universidad

Formación humana capaz de asimilar los cambios tecnológicos actuales y
dar respuestas y soluciones acertadas

Apoyar nuevos programas de educación y favorecer la integración en
los programas existentes de temáticas relacionadas con las redes
eléctricas inteligentes.
Para las Empresas Eléctricas

Identificar tecnologías claves para el sector y generar guías que sirvan
para obtener el conocimiento básico de las mismas y poder iniciar el
desarrollo de cambios innovadores para ellas.

Tener en cuenta la propuesta realizada en el trabajo y profundizar en el
estudio de la implementación de la tecnología propuesta, enfocándose
principalmente en el balance costo beneficios.
50
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ANEXOS
Anexo:1
Anexo: 2
Anexo: 3