La confiabilidad en los sistemas eléctricos. Juan Carlos Orjuela

La confiabilidad en los sistemas eléctricos. Juan Carlos Orjuela

La confiabilidad de los sistemas eléctricos, puede afectar positiva o negativamente la productividad y la seguridad de los procesos y personas en una empresa. Por esta razón, la disponibilidad del fluido eléctrico se ha vuelto un tema de vital importancia para las compañías FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 2

La confiabilidad, es la probabilidad de que un equipo o un sistema cumpla con su misión específica bajo condiciones de uso determinadas en un periodo determinado. El nivel de confiabilidad requerido por un sistema debe ser establecido de acuerdo con la criticidad de las cargas del mismo y debe basarse en estudios que contemplen las necesidades o características del proceso en términos de disponibilidad, seguridad, mantenimiento y fiabilidad. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 3

Las cargas de un sistema se deben clasificar de acuerdo con su sensibilidad a la perdida de continuidad de servicio: 1. Cargas que aceptan paradas prolongadas. 1 o más horas (No prioritarias) 2. Cargas que aceptan paradas por varios minutos ( Prioritarias) 3. Cargas que deben alimentarse de nuevo en cuestión de segundos ( Esenciales ) 4. Cargas que no aceptan ninguna interrupción ( Vitales) FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 4

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La confiabilidad de un sistema esta ligada a su aptitud para mantener la continuidad de servicio en caso de falla de alguno de los componentes que lo conforman. Depende directamente de la fiabilidad de los equipos instalados en él y del tiempo de reparación de los mismos en caso de falla. Un sistema confiable debe garantizar la seguridad de las personas y de los procesos críticos ante cualquier eventualidad. Disponibilidad : 99,99% FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 6

MTTF: Mean Time To Failure.( Tiempo medio antes de que la primera falla ocurra). MTTR: Mean Time To Repair.( Tiempo medio para reparar una falla). MTBF: Mean Time Between Failures. (Tiempo medio entre fallas). FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 7

Doscientos pequeños motores fueron puestos en funcionamiento, a medida que tuvieron el primer desperfecto (falla) fueron retirados de la experimentación, se decidió detener los ensayos cuando el último de ellos sufriese el primer desperfecto. MTBF MTBF : 8,23 Meses FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 8

La disponibilidad representa el porcentaje del tiempo en el que el sistema funciona correctamente. D(T) =MTBF/ MTBF+ MTTR Por ejemplo: 99,987% de disponibilidad significa que hay 99,987% de oportunidades para que el sistema se encuentre operando en forma correcta en el tiempo esperado. Tabla de niveles de disponibilidad y tiempos anuales de inactividad. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 9

La fiabilidad es la aptitud de un sistema o de un equipo a funcionar correctamente durante la mayor parte de tiempo posible bajo condiciones establecidas. (Ambientes adecuados). La fiabilidad de un equipo esta ligada a su robustez ( Número de maniobras ), y a su aptitud de quedar en servicio aún después de operar en su límite máximo. Otro indicador importante es la tasa de fallas (λ) = 1/MTBF Fiabilidad: R(0,t) = e λt Fiabilidad red(serie) = R1(t) * R2(t)* Rn(t) Fiabilidad red(paralelo) = 1- ((1-R1(t))*(1-R2(t)*..(1-Rn(t))) La Mantenibilidad se refiere a la aptitud del sistema a ser reparado rápidamente. Ligada al valor de MTTR. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 10

La Mantenibilidad se refiere a la aptitud del sistema a ser reparado rápidamente. Esta ligada al valor de MTTR. La Seguridad es la probabilidad de evitar un suceso catastrófico que genere daños graves o ponga en riesgo la vida de las personas. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 11

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TIER I TIER II TIER III TIER IV Número de 1 1 1 active 2 active alimentaciones 1 Passive Componentes redundantes N N+1 N+1 2 (N+1) or S+S Tiempo fuera permitido al año 28.8 hrs 22.0 hrs 1.6 hrs 0.8hrs Disponibilidad del sitio 99.67% 99.74% 99.98% 99.99% UPTIME institute-ansi / TIA 942 FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 16

TIER 1 TIER 2 24 horas FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 17

TIER 3 TIER 4 72 horas 96 horas FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 18

Para evaluar la confiabilidad de un sistema eléctrico, es necesario adelantar un estudio que nos servirá como base para la toma de decisiones. Este análisis nos permitirá : 1. Evaluar las necesidades y los riesgos 2. Comparar las arquitecturas 3. Justificar las decisiones con datos reales. 4. Optimizar los costos de diseño Cuando los sistemas ya se encuentran en operación, este análisis nos permitirá proponer acciones para mejorar la infraestructura: 1. Disminuir el número y duración de las fallas 2. Establecer de mejor forma los requerimientos de mantenimiento. 3. Aumentar la eficiencia total del sistema 4. Definir los repuestos que se deben tener para reparar una falla en el menor tiempo posible. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 19

Metodología y herramientas : Bases de datos de MTBF System fault OR IEEE std 493-1997, NPRD91, U.S. Military Handbook 217, Bases de datos de Schneider Electric. Inverter fault DC voltage fault Método PHD: AND Análisis preliminar de riesgos que identifica los principales riesgos y evalúa sus consecuencias. Battery fault Rectifier shutdown Método FMECA Utility input fault OR Rectifier fault Analiza los modos de falla y sus efectos, los efectos de los daños de los componentes en el sistema y la criticidad de las cargas. Arboles de falla Simulaciones numéricas FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 20

Los estudios de confiabilidad, contemplan el análisis de redes de BT, MT y AT, así como el de sus sistemas de monitoreo y control. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 21

Confiabilidad Un estudio de confiabilidad debe contemplar las siguientes etapas: Estos pasos deben repetirse en caso de que se deban comparar varias topologías, o en casos de que se necesite encontrar la mejor opción técnico- económica FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 22

Confiabilidad En la etapa de análisis de requerimientos del cliente,el responsable del estudio,debe definir cual es su alcance, cuales serán los puntos a evaluar ( verificación del nivel de disponibilidad en las cargas críticas, los escenarios técnicos y económicos posibles,la arquitectura más adecuada,etc.),la evaluación del nivel de riesgo y la clasificación de las cargas de acuerdo con su criticidad. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 23

Confiabilidad El segundo paso es la realización del análisis funcional del sistema etapa en la que se describe la función de la red y de cada uno de sus componentes así como su papel dentro de la red. De igual forma, se hace un análisis de todos aquellos eventos que inducen el sistema a cambiar y se determinan los puntos en donde el sistema se debe reconfigurar cuando suceden dichos cambios. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 24

Confiabilidad El tercer paso es el análisis de los tipos de fallas que pueden presentarse en cada uno de los componentes del sistema, sus posibles causas y las consecuencias en el funcionamiento del sistema. A cada uno de los tipos de falla se le debe asociar la tasa de fallas respectiva ( probabilidad de que la falla ocurra),el tiempo de reparación y la frecuencia de mantenimiento. FORUM CONSTRUCCION 2008 / Juan Orj uela 25

Confiabilidad Finalmente, viene la etapa en la que se modela el sistema mediante un gráfico que representa los eventos que contribuyen a la perdida de continuidad de servicio en las cargas críticas y los procedimientos de reparación FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 26

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Confiabilidad Además de la topología de red, la calidad y el mantenimiento de los equipos, existen otros aspectos que pueden afectar la confiabilidad de los sistemas dentro de los cuales podemos resaltar : 1. Diseño del sistema ( Errores en el cálculo de los componentes del sistema) 2. Instalación de los equipos ( No seguir las recomendaciones del fabricante) 3. Las características y el número de fuentes de respaldo de potencia existentes ( Suplencias del OR,Generadores y UPS) 4. Ambientes de trabajo inapropiados(polución,temperatura,vibración,altura,etc) 5. La selectividad de las protecciones. 6. La calidad de la potencia ( Perturbaciones en la onda de tensión y de corriente) 7. Puestas a tierra de equipos y sistemas de puesta a tierra. 8. Errores humanos. 9. Sabotaje. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 28

Las variaciones en la onda de tensión y de corriente afectan la confiabilidad FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 29

Confiabilidad Para mejorar la confiabilidad de las instalaciones eléctricas, se deben seguir las siguientes recomendaciones : 1. Seleccionar equipos robustos, con altos niveles de MTBF, bajos niveles de MTTR y aptos para quedar en servicio después de operar bajo falla (Número de maniobras, Icw, Ics =100% Icu). 2. Seguir las recomendaciones de instalación del fabricante. 3. Utilizar fuentes de respaldo con suficiente autonomía de operación. En el caso de las UPS, seleccionar tecnologías online de doble conversión o de conversión delta. 4. Garantizar ambientes de trabajo adecuados para los equipos. 5. Mantener niveles de PQ adecuados. (SGE,Creg 016, IEEE 519, EN50160) 6. Capacitar adecuadamente al personal en la operación y Mtto de los equipos. 7. Establecer protocolos de seguridad adecuados para la operación de los sistemas eléctricos ( Sistemas de CCTV y control de acceso a salas de control, operación de sistemas SCADAS solamente por personal autorizado, etc.,) FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 30

Confiabilidad En lo posible, garantizar niveles de selectividad total en las protecciones ante la presencia de un corto circuito. Realizar los cálculos de coordinación de aislamiento para los equipos críticos. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 31

Existen hoy regulaciones locales vigentes y de obligatorio cumplimiento que inciden en los niveles de confiabilidad de los sistemas eléctricos: RETIE 1. Para sitios con alta concentración de personas es obligatorio un estudio de protección contra rayos ( Basado en la NTC 4552) 2. Dentro del diseño de proyectos, es obligatorio el estudio de coordinación de protecciones y en algunos casos el de aislamiento. 3. Se exige el uso de UPS, de tableros de aislamiento y de sistemas de puesta tierra con neutro aislado en las áreas críticas de los hospitales para privilegiar la continuidad de servicio y la vida de las personas. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 32

CREG 1. Creg 070/98 en donde se establecen los aspectos referentes a la calidad de servicio y calidad de potencia 2. Creg 024 y 016 : Resoluciones que modifican el reglamento de distribución en los artículos relacionados con la calidad de potencia y establecen los nuevos indicadores para la calidad de la potencia. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 33

IM.1 CB.6 CB.7 IM.2 CB.1 CM.1 CB.8 CB.9 CB2.1 TR.2 CB.2 PROT.1 TR.1 CB.4 PROT.2 CB.11 PRO T.3 CB.1 0 Confiabilidad Schneider Electric lo apoya en el desarrollo de su proyecto desde la concepción hasta su fin de vida: Analizando sus necesidades. End of life Implementation Apoyándolo en el diseño de la arquitectura más adecuada. New Design Retrofit Design Operation Guíandolo en la selección e instalación de los equipos más adecuados. Diseñando rutinas seguras de operación y Extensions Improvement Process CB.3 Maintenance Optimization mantenimiento. Proponiendo mejoras en las instalaciones y orientandolo cuando los equipos lleguen a su fín de vida. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 34

Nuestra propuesta de soluciones se fundamenta en tres pilares que interactúan entre sí para maximizar el nivel de confiabilidad en los sistemas eléctricos: Arquitecturas adaptadas y con niveles de disponibilidad garantizados:(tier 1 : 99,951, Tier 2: 99,991, Tier 3 : 99,9998, Tier 4 : 99,99998) Productos : Suministro de equipos robustos con altos valores de MTBF. Servicios: Auditorías de EE y disponibilidad de los sistemas, Servicios de mantenimiento predictivo y correctivo a la medida. FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 35

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Make the most of your energy FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 37