EL TIEMPO SEVERO EN LA CONFIABILIDAD DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN EN COLOMBIA. INVESTIGACIÓN, INNOVACIÓN Y DESARROLLO TECNOLÓGICO

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1 EL TIEMPO SEVERO EN LA CONFIABILIDAD DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN EN COLOMBIA. INVESTIGACIÓN, INNOVACIÓN Y DESARROLLO TECNOLÓGICO CÓDIGO: D3.3./240 Jamer González, Daniel Aranguren, Soley Cruz, Juan C. Inampués, Horacio Torres daranguren@keraunos.co jaagonzalezva@keraunos.co

2 CONTENIDO 1. Introducción 2. Red colombiana de detección total de rayos 3. Tiempo severo 4. Análisis integral de confiabilidad 5. Conclusiones 2

3 1. INTRODUCCIÓN Mapa Mundial de Densidad de Descargas a Tierra NASA Researchers Explore Lightning's NOx-ious Impact on Pollution, Climate 3

4 1. INTRODUCCIÓN Santa Marta Mountain Caribbean sea (Christian et al.; Boccippio et al., and others): Las mayores tasas de rayos en el mundo ocurren en regiones tropicales, a lo largo de las áreas costeras, regiones montañosas y grandes zonas de convergencia En la region de Colombia-Venezuela: Áreas costeras cercanas al océano pacífico y al mar Caribe. Cordilleras de los Andes (altitudes > 5000 msnm) Efecto de la zona de convergencia intertropical - ITCZ Pacific Ocean West Range 4764 MSL 5364 MSL Ande s 5311 MSL 5776 MSL 5410 MSL Central Range 4978 MSL East Range EQUATO R Maracaibo Lake COLOMBI A VENEZUE LA 4

5 1. INTRODUCCIÓN Albrecht et al. (2016): 3 de los 10 lugares de mayor actividad de rayos en el mundo se encuentran en Colombia (2) y Venezuela (1). 9 de los 10 lugares de mayor actividad en Sur America se encuentran en Colombia (7) y Venezuela (2). Lightning Hotspots. Albrecht et al.,

6 1. INTRODUCCIÓN System Average Interruption Index - SAIDI Europa, Estados Unidos o Japón < 5 h/año. En países tropicales como: Indonesia o Brasil 17 h. Colombia > 84 h. Entre el 40 % y 70 % de las interrupciones de los sistemas eléctricos son causadas por MAL TIEMPO. Comisión de Regulación de Energía y Gas en Colombia - CREG, Identificación y análisis de los niveles de calidad del servicio alcanzables en las redes de distribución de energía eléctrica del SIN,

7 1. INTRODUCCIÓN Fallas en sistemas eléctricos Redes de distribución reguladas km de redes de distribución (11.4, 13.2 y 34.5 kv) Circuitos transformadores de distribución Entre y transformadores quemados al año. 75 % de los circuitos de distribución son rurales. Tasas de fallas en los sistemas rurales son 30 veces mayores a los sistemas urbanos más expuestos a externalidades Campo Petroleros D. Aranguren, C. Tovar, J. Inampues, J. Lopez, E. Soto, and H. Torres, Lightning effects on distribution transformers and reliability of power distribution systems in Colombia, 70 % Campos petroleros millones de USD 60 y 80 % de las fallas eléctricas fueron causadas por rayos. 7

8 2. RED COLOMBIANA DE DETECCIÓN TOTAL DE RAYOS 19 sensores de campo magnético Altitudes: msnm. Líneas Bases: km. Metodología de tiempo de arribo 3D (3D Time of Arrival TAO). Parámetros: Fecha, hora, minuto, segundo, latitud, longitud, altitud, tipo, corriente (con polaridad) y error. Detección: Rayos de muy baja magnitud de corriente. Red LINET en Colombia 8

9 2. RED COLOMBIANA DE DETECCIÓN TOTAL DE RAYOS Alta eficiencia: Mayor al 95 % en zonas interconectadas. 2 ka 99 % 4 ka 97 % 6 ka 90 % Error de localización: Mediana: 0,186 km Promedio: 0,246 km Base de datos: 117 millones de rayos. Líneas de Transmisión: Reportes de 64 flameos. Interruptores operaron entre 10 y 100 ms después de detección del rayo. 97 % de coincidencia Localización: promedio=232 m, mediana=170 m. Sistema de localización de rayos, eficiencias de detección, topografía y zonas interconectadas en Colombia. D. Aranguren, J. González, A. Cruz, J. Inampués, H. T. Lightning strikes on Power Transmission Lines and Lightning Detection in Colombia. (2017). 9

10 16:00 16:49 17:38 18:27 19:16 20:05 20:54 21:43 22:32 23:21 0:10 0:59 1:48 2:37 3:26 4:15 5:04 5:53 6:42 7:31 8:20 Strokes/min 3. TIEMPO SEVERO Tormentas eléctricas de mucha duración y grandes extensiones. Tasas de rayos > 60 rayos/min (Jump) All < 500 msnm msnm msnm msnm > 3000 msnm Fecha: 20/09/2016 Tasa de rayos máxima: 549 rayos/minuto Hora tasa de rayos máxima: 11:37 p.m. Área de incidencia: km 2 aproximadamente 300 Duración: 17 horas J. Inampués, D. Aranguren, A. Cruz, J. Gonzalez, H. T. Severe thunderstorms in the Colombia and Venezuela high lightning active areas. Hora local 10

11 3. TIEMPO SEVERO días de tormentas severas (latitudes entre 4º N y 10º N). Promedio: 45 tormentas severas/año. 3/7 tormentas severas tasas de rayos superiores a 400 rayos/minuto con duraciones promedio de 10 horas. J. Inampués, D. Aranguren, A. Cruz, J. Gonzalez, H. T. Severe thunderstorms in the Colombia and Venezuela high lightning active areas. 11

12 T-01 T-06 T-11 T-16 T-21 T-26 T-31 T-36 T-41 T-46 T-51 T-56 T-61 T-66 T-71 T-76 T-81 T-86 T-91 T-96 T-101 T-106 T-111 T-116 T-121 T-126 T-131 T-136 T-141 T-146 T-151 T-156 T-161 T-166 Frecuencia de flameo 4. ANÁLISIS INTEGRAL DE CONFIABILIDAD Estudio pionero en la región: km de redes de distribución Simulación de los sistemas eléctricos: Estructuras Transformadores Descargadores de sobretensión Resistencias de puesta a tierra Impedancias características Nodos Simulaciones programas especializados relacionando la información de la red LINET. González, E. P. & Soto, E. Yaluk Draw: Software especializado para análisis del desempeño de líneas de distribución ante impacto de rayos. 12

13 4. ANÁLISIS INTEGRAL DE CONFIABILIDAD Diagnóstico y planteamiento de mejoras específicas para cada circuito. Proyección del comportamiento de los circuitos frente a tensiones inducidas para varios años Área de Análisis Valor de DDT promedio RED LINET. Cálculo de sobretensiones transitorias para cada estructura para cada rayo simulado. Sobretensiones transitorias por nodo 13

14 Frecuencia de Flameo 4. ANÁLISIS INTEGRAL DE CONFIABILIDAD Deterioro del aislamiento por contaminación, salinidad, envejecimiento, problemas de mtto, etc. CFO = 260 kv Inversión: Materiales, DSTs, RPTs, topología, etc. Cto 1 Cto 2 Cto 3 Cto 4 Cto 5 Cto 6 Cto 7 Cto 8 Cto 9 Cto 10 Cto 11 Cto 12 Cto 13 Cto 14 Cto 15 Cto 16 Cto 17 Cto CFO [kv] Frecuencia de flameos en función del nivel de aislamiento. 14

15 Probabilidad T-01 T-03 T-05 T-07 T-09 T-11 T-13 T-15 T-17 T-19 T-21 T-23 T-25 T-27 T-29 T-31 T-33 T-35 T-37 T-39 T-41 T-43 T-45 T-47 BFR [Flameos/año] DDT [Rayos/km 2 -año] 4. ANÁLISIS INTEGRAL DE CONFIABILIDAD Flashover 1.0: Análisis de impactos directos 5 Ohms 50 Ohms 20 Ohms 13 Ohms DDT Estructura (5.9, 0.99) 0 15 Corriente [ka]

16 5. CONCLUSIONES Debido a la alta actividad eléctrica atmosférica en Colombia, y al alto número de tormentas severas que ocurren al año en el país, los indicadores de indisponibilidad de las redes eléctricas son mayores en comparación con los indicadores encontrados en países de otras latitudes. La red LINET en Colombia es una herramienta óptima para la caracterización del fenómeno en todo el territorio nacional. Los softwares especializados Flashover 1.0 y YalukDraw, complementados con la información de la red LINET, permiten determinar de forma detallada y específica la tasa de fallas por rayos en sistemas de distribución y transmisión. 16

17 PREGUNTAS