La confiabilidad en los sistemas eléctricos. - Schneider Electric

La confiabilidad en los sistemaseléctricos.Juan Carlos Orjuela

“La confiabilidad de los sistemas eléctricos, puede afectarpositiva o negativamente la productividad y la seguridad de los procesos ypersonas en una empresa. Por esta razón, la disponibilidaddel fluido eléctrico se ha vuelto un tema de vital importancia para lascompañías “FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 2

Confiabilidad● La confiabilidad, es la probabilidad de que un equipo o un sistemacumpla con su misión específica bajo condiciones de usodeterminadas en un periodo determinado.● El nivel de confiabilidad requerido por un sistema debe ser establecido deacuerdo con la criticidad de las cargas del mismo y debe basarse en estudiosque contemplen las necesidades o características del proceso en términos dedisponibilidad , seguridad , mantenimiento y fiabilidad.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 3

Confiabilidad● Las cargas de un sistema sedeben clasificar de acuerdo consu sensibilidad a la perdida decontinuidad de servicio:1. Cargas que aceptan paradasprolongadas . 1 o más horas (Noprioritarias)2. Cargas que aceptan paradas porvarios minutos ( Prioritarias)3. Cargas que deben alimentarsede nuevo en cuestión desegundos ( Esenciales )4. Cargas que no aceptan ningunainterrupción ( Vitales)FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 4

ConfiabilidadFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 5

ConfiabilidadLa confiabilidad de un sistema estaligada a su aptitud para mantener lacontinuidad de servicio en caso de fallade alguno de los componentes que loconforman. Depende directamente de lafiabilidad de los equipos instalados enél y del tiempo de reparación de losmismos en caso de falla. Un sistemaconfiable debe garantizar la seguridadde las personas y de los procesoscríticos ante cualquier eventualidad.Disponibilidad : 99,99%FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 6

Confiabilidad●MTTF: Mean Time To Failure.(Tiempo medio antes de que laprimera falla ocurra).●MTTR: Mean Time ToRepair.( Tiempo medio parareparar una falla).●MTBF: Mean Time BetweenFailures. (Tiempo medio entrefallas).FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 7

ConfiabilidadDoscientos pequeñosmotores fueron puestosen funcionamiento, amedida que tuvieron elprimer desperfecto(falla) fueron retiradosde la experimentación,se decidió detener losensayos cuando elúltimo de ellos sufrieseel primer desperfecto.MTBFMTBF : 8,23 MesesFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 8

Confiabilidad● La disponibilidadrepresenta el porcentaje deltiempo en el que el sistemafunciona correctamente.D(T) =MTBF/ MTBF+ MTTR● Por ejemplo:●99,987% dedisponibilidad significa que hay99,987% deoportunidades para que elsistema se encuentre operandoen forma correcta en el tiempoesperado.Tabla de niveles de disponibilidad ytiempos anuales de inactividad.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 9

Confiabilidad● La fiabilidad es la aptitud de un sistema o de un equipo a funcionarcorrectamente durante la mayor parte de tiempo posible bajo condicionesestablecidas . (Ambientes adecuados).La fiabilidad de un equipo esta ligada a su robustez ( Número de maniobras ), ya su aptitud de quedar en servicio aún después de operar en su límite máximo.Otro indicador importante es la tasa de fallas (λ) = 1/MTBFFiabilidad: R(0,t) = e –λtFiabilidad 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 serreparado rápidamente.Ligada al valor de MTTR.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 10

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

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ConfiabilidadTIER ITIER II TIER III TIER IVNúmero de 1 1 1 active 2 activealimentaciones1 PassiveComponentes redundantes N N+1 N+1 2 (N+1) or S+STiempo fuera permitido al año 28.8 hrs 22.0 hrs 1.6 hrs 0.8hrsDisponibilidad del sitio 99.67% 99.74% 99.98% 99.99%UPTIME institute-ANSI / TIA 942FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 16

ConfiabilidadTIER 1 TIER 224 horasFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 17

ConfiabilidadTIER 3 TIER 472 horas96 horasFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 18

Confiabilidad● Para evaluar la confiabilidad de un sistema eléctrico, es necesarioadelantar un estudio que nos servirá como base para la toma dedecisiones.Este análisis nos permitirá :1. Evaluar las necesidades y los riesgos2. Comparar las arquitecturas3. Justificar las decisiones con datos reales.4. Optimizar los costos de diseñoCuando los sistemas ya se encuentran en operación, este análisis nospermitirá proponer acciones para mejorar la infraestructura:1. Disminuir el número y duración de las fallas2. Establecer de mejor forma los requerimientos de mantenimiento.3. Aumentar la eficiencia total del sistema4. Definir los repuestos que se deben tener para reparar una fallaen el menor tiempo posible.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 19

Confiabilidad● Metodología y herramientas :● Bases de datos de MTBFSystem faultOR● IEEE std 493-1997, NPRD91, U.S. MilitaryHandbook 217, …● Bases de datos de Schneider Electric.InverterfaultDC voltage faultAND● Método PHD:● Análisis preliminar de riesgos que identifica losprincipales riesgos y evalúa sus consecuencias.BatteryfaultUtilityinputfaultRectifiershutdownORRectifierfault● Método FMECA● Analiza los modos de falla y sus efectos, losefectos de los daños de los componentes en elsistema y la criticidad de las cargas.● Arboles de falla● Simulaciones numéricasFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 20

Confiabilidad● 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 debenrepetirse en caso deque se debancomparar variastopologías , o encasos de que senecesite encontrarla mejor opcióntécnico- económicaFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 22

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

●ConfiabilidadEl segundo paso es la realización del análisis funcional del sistema etapa enla que se describe la función de la red y de cada uno de sus componentesasí como su papel dentro de la red . De igual forma , se hace un análisis detodos aquellos eventos que inducen el sistema a cambiar y se determinanlos puntos en donde el sistema se debe reconfigurar cuando sucedendichos cambios.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 24

●ConfiabilidadEl tercer paso es el análisis de los tipos de fallas que pueden presentarseen cada uno de los componentes del sistema , sus posibles causas y lasconsecuencias en el funcionamiento del sistema. A cada uno de los tiposde falla se le debe asociar la tasa de fallas respectiva ( probabilidad de quela falla ocurra),el tiempo de reparación y la frecuencia de mantenimiento .FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 25

●ConfiabilidadFinalmente , viene la etapa en la que se modela el sistema mediante ungráfico que representa los eventos que contribuyen a la perdida decontinuidad de servicio en las cargas críticas y los procedimientos dereparaciónFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 26

ConfiabilidadFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 27

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 sistemasdentro 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

Confiabilidad● Las variaciones en la onda de tensión y de corriente afectan la confiabilidadFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 29

●ConfiabilidadPara mejorar la confiabilidad de las instalaciones eléctricas , se deben seguirlas siguientes recomendaciones :1. Seleccionar equipos robustos , con altos niveles de MTBF, bajos niveles deMTTR y aptos para quedar en servicio después de operar bajo falla (Número demaniobras , Icw, Ics =100% Icu).2. Seguir las recomendaciones de instalación del fabricante.3. Utilizar fuentes de respaldo con suficiente autonomía de operación. En el casode las UPS, seleccionar tecnologías online de doble conversión o deconversión 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 lossistemas 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

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

Confiabilidad● Existen hoy regulaciones locales vigentes y de obligatorio cumplimiento queinciden en los niveles de confiabilidad de los sistemas eléctricos:RETIE1. Para sitios con alta concentración de personas es obligatorio un estudio deprotección contra rayos ( Basado en la NTC 4552)2. Dentro del diseño de proyectos , es obligatorio el estudio de coordinación deprotecciones y en algunos casos el de aislamiento.3. Se exige el uso de UPS , de tableros de aislamiento y de sistemas de puestatierra con neutro aislado en las áreas críticas de los hospitales para privilegiarla continuidad de servicio y la vida de las personas.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 32

ConfiabilidadCREG1. Creg 070/98 en donde se establecen los aspectos referentes a la calidad deservicio y calidad de potencia2. Creg 024 y 016 : Resoluciones que modifican el reglamento de distribución enlos artículos relacionados con la calidad de potencia y establecen los nuevosindicadores para la calidad de la potencia.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 33

IM.1CB.6CB.7IM.2CB.1CM.1CB.8CB.9CB2.1TR.2CB.2PROT.1TR.1CB.4PROT.2CB.11PROT.3CB.10Confiabilidad●Schneider Electric lo apoya en el desarrollo de suproyecto desde la concepción hasta su fin de vida:New DesignRetrofitExtensionsImprovementEnd of lifeProcessDesignCB.3ImplementationOperationMaintenanceOptimization● Analizando sus necesidades.● Apoyándolo en el diseño de la arquitecturamás adecuada.● Guíandolo en la selección e instalación de losequipos más adecuados.● Diseñando rutinas seguras de operación ymantenimiento.● Proponiendo mejoras en las instalaciones yorientandolo cuando los equipos lleguen a sufín de vida.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 34

Confiabilidad● Nuestra propuesta de soluciones sefundamenta en tres pilares que interactúanentre sí para maximizar el nivel deconfiabilidad en los sistemas eléctricos:●Arquitecturas adaptadas y con niveles dedisponibilidad garantizados:(Tier 1 : 99,951,Tier 2: 99,991 , Tier 3 : 99,9998, Tier 4 :99,99998)●Productos : Suministro de equiposrobustos con altos valores de MTBF.●Servicios: Auditorías de EE y disponibilidadde los sistemas, Servicios de mantenimientopredictivo y correctivo a la medida.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 35

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