La confiabilidad en los sistemas eléctricos. - Schneider Electric
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<strong>La</strong> <strong>confiabilidad</strong> <strong>en</strong> <strong>los</strong> <strong>sistemas</strong><strong>eléctricos</strong>.Juan Car<strong>los</strong> Orjuela
“<strong>La</strong> <strong>confiabilidad</strong> de <strong>los</strong> <strong>sistemas</strong> <strong>eléctricos</strong>, puede afectarpositiva o negativam<strong>en</strong>te la productividad y la seguridad de <strong>los</strong> procesos ypersonas <strong>en</strong> 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● <strong>La</strong> <strong>confiabilidad</strong>, es la probabilidad de que un equipo o un sistemacumpla con su misión específica bajo condiciones de usodeterminadas <strong>en</strong> un periodo determinado.● El nivel de <strong>confiabilidad</strong> requerido por un sistema debe ser establecido deacuerdo con la criticidad de las cargas del mismo y debe basarse <strong>en</strong> estudiosque contempl<strong>en</strong> las necesidades o características del proceso <strong>en</strong> términos dedisponibilidad , seguridad , mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to y fiabilidad.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 3
Confiabilidad● <strong>La</strong>s cargas de un sistema sedeb<strong>en</strong> clasificar de acuerdo consu s<strong>en</strong>sibilidad 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 deb<strong>en</strong> alim<strong>en</strong>tarsede nuevo <strong>en</strong> cuestión desegundos ( Es<strong>en</strong>ciales )4. Cargas que no aceptan ningunainterrupción ( Vitales)FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 4
ConfiabilidadFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 5
Confiabilidad<strong>La</strong> <strong>confiabilidad</strong> de un sistema estaligada a su aptitud para mant<strong>en</strong>er lacontinuidad de servicio <strong>en</strong> caso de fallade alguno de <strong>los</strong> compon<strong>en</strong>tes que loconforman. Dep<strong>en</strong>de directam<strong>en</strong>te de lafiabilidad de <strong>los</strong> equipos instalados <strong>en</strong>él y del tiempo de reparación de <strong>los</strong>mismos <strong>en</strong> caso de falla. Un sistemaconfiable debe garantizar la seguridadde las personas y de <strong>los</strong> procesoscríticos ante cualquier ev<strong>en</strong>tualidad.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 Betwe<strong>en</strong>Failures. (Tiempo medio <strong>en</strong>trefallas).FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 7
ConfiabilidadDosci<strong>en</strong>tos pequeñosmotores fueron puestos<strong>en</strong> funcionami<strong>en</strong>to, amedida que tuvieron elprimer desperfecto(falla) fueron retiradosde la experim<strong>en</strong>tación,se decidió det<strong>en</strong>er <strong>los</strong><strong>en</strong>sayos cuando elúltimo de el<strong>los</strong> sufrieseel primer desperfecto.MTBFMTBF : 8,23 MesesFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 8
Confiabilidad● <strong>La</strong> disponibilidadrepres<strong>en</strong>ta el porc<strong>en</strong>taje deltiempo <strong>en</strong> el que el sistemafunciona correctam<strong>en</strong>te.D(T) =MTBF/ MTBF+ MTTR● Por ejemplo:●99,987% dedisponibilidad significa que hay99,987% deoportunidades para que elsistema se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tre operando<strong>en</strong> forma correcta <strong>en</strong> el tiempoesperado.Tabla de niveles de disponibilidad ytiempos anuales de inactividad.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 9
Confiabilidad● <strong>La</strong> fiabilidad es la aptitud de un sistema o de un equipo a funcionarcorrectam<strong>en</strong>te durante la mayor parte de tiempo posible bajo condicionesestablecidas . (Ambi<strong>en</strong>tes adecuados).<strong>La</strong> fiabilidad de un equipo esta ligada a su robustez ( Número de maniobras ), ya su aptitud de quedar <strong>en</strong> servicio aún después de operar <strong>en</strong> 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)))● <strong>La</strong> Mant<strong>en</strong>ibilidad se refiere a la aptitud del sistema a serreparado rápidam<strong>en</strong>te.Ligada al valor de MTTR.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 10
Confiabilidad● <strong>La</strong> Mant<strong>en</strong>ibilidad se refiere a la aptitud del sistema a ser reparadorápidam<strong>en</strong>te.Esta ligada al valor de MTTR.● <strong>La</strong> Seguridad es la probabilidad de evitar un suceso catastrófico queg<strong>en</strong>ere daños graves o ponga <strong>en</strong> 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 activealim<strong>en</strong>taciones1 PassiveCompon<strong>en</strong>tes 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 <strong>confiabilidad</strong> 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 <strong>los</strong> riesgos2. Comparar las arquitecturas3. Justificar las decisiones con datos reales.4. Optimizar <strong>los</strong> costos de diseñoCuando <strong>los</strong> <strong>sistemas</strong> ya se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tran <strong>en</strong> operación, este análisis nospermitirá proponer acciones para mejorar la infraestructura:1. Disminuir el número y duración de las fallas2. Establecer de mejor forma <strong>los</strong> requerimi<strong>en</strong>tos de mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to.3. Aum<strong>en</strong>tar la efici<strong>en</strong>cia total del sistema4. Definir <strong>los</strong> repuestos que se deb<strong>en</strong> t<strong>en</strong>er para reparar una falla<strong>en</strong> el m<strong>en</strong>or tiempo posible.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 19
Confiabilidad● Metodología y herrami<strong>en</strong>tas :● Bases de datos de MTBFSystem faultOR● IEEE std 493-1997, NPRD91, U.S. MilitaryHandbook 217, …● Bases de datos de <strong>Schneider</strong> <strong>Electric</strong>.InverterfaultDC voltage faultAND● Método PHD:● Análisis preliminar de riesgos que id<strong>en</strong>tifica <strong>los</strong>principales riesgos y evalúa sus consecu<strong>en</strong>cias.BatteryfaultUtilityinputfaultRectifiershutdownORRectifierfault● Método FMECA● Analiza <strong>los</strong> modos de falla y sus efectos, <strong>los</strong>efectos de <strong>los</strong> daños de <strong>los</strong> compon<strong>en</strong>tes <strong>en</strong> elsistema y la criticidad de las cargas.● Arboles de falla● Simulaciones numéricasFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 20
Confiabilidad● Los estudios de <strong>confiabilidad</strong> , contemplan el análisis de redes de BT, MT y AT,así como el de sus <strong>sistemas</strong> de monitoreo y control.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 21
Confiabilidad● Un estudio de <strong>confiabilidad</strong> debe contemplar las sigui<strong>en</strong>tes etapas:Estos pasos deb<strong>en</strong>repetirse <strong>en</strong> caso deque se debancomparar variastopologías , o <strong>en</strong>casos de que s<strong>en</strong>ecesite <strong>en</strong>contrarla mejor opcióntécnico- económicaFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 22
●ConfiabilidadEn la etapa de análisis de requerimi<strong>en</strong>tos del cli<strong>en</strong>te ,el responsable delestudio ,debe definir cual es su alcance , cuales serán <strong>los</strong> puntos a evaluar( verificación del nivel de disponibilidad <strong>en</strong> las cargas críticas, <strong>los</strong>esc<strong>en</strong>arios 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 <strong>en</strong>la que se describe la función de la red y de cada uno de sus compon<strong>en</strong>tesasí como su papel d<strong>en</strong>tro de la red . De igual forma , se hace un análisis detodos aquel<strong>los</strong> ev<strong>en</strong>tos que induc<strong>en</strong> el sistema a cambiar y se determinan<strong>los</strong> puntos <strong>en</strong> donde el sistema se debe reconfigurar cuando suced<strong>en</strong>dichos cambios.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 24
●ConfiabilidadEl tercer paso es el análisis de <strong>los</strong> tipos de fallas que pued<strong>en</strong> pres<strong>en</strong>tarse<strong>en</strong> cada uno de <strong>los</strong> compon<strong>en</strong>tes del sistema , sus posibles causas y lasconsecu<strong>en</strong>cias <strong>en</strong> el funcionami<strong>en</strong>to del sistema. A cada uno de <strong>los</strong> tiposde falla se le debe asociar la tasa de fallas respectiva ( probabilidad de quela falla ocurra),el tiempo de reparación y la frecu<strong>en</strong>cia de mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to .FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 25
●ConfiabilidadFinalm<strong>en</strong>te , vi<strong>en</strong>e la etapa <strong>en</strong> la que se modela el sistema mediante ungráfico que repres<strong>en</strong>ta <strong>los</strong> ev<strong>en</strong>tos que contribuy<strong>en</strong> a la perdida decontinuidad de servicio <strong>en</strong> las cargas críticas y <strong>los</strong> procedimi<strong>en</strong>tos dereparaciónFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 26
ConfiabilidadFORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 27
Confiabilidad● Además de la topología de red , la calidad y el mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to de <strong>los</strong> equipos ,exist<strong>en</strong> otros aspectos que pued<strong>en</strong> afectar la <strong>confiabilidad</strong> de <strong>los</strong> <strong>sistemas</strong>d<strong>en</strong>tro de <strong>los</strong> cuales podemos resaltar :1. Diseño del sistema ( Errores <strong>en</strong> el cálculo de <strong>los</strong> compon<strong>en</strong>tes del sistema)2. Instalación de <strong>los</strong> equipos ( No seguir las recom<strong>en</strong>daciones del fabricante)3. <strong>La</strong>s características y el número de fu<strong>en</strong>tes de respaldo de pot<strong>en</strong>cia exist<strong>en</strong>tes (Supl<strong>en</strong>cias del OR ,G<strong>en</strong>eradores y UPS)4. Ambi<strong>en</strong>tes de trabajo inapropiados(Polución,temperatura,vibración,altura,etc)5. <strong>La</strong> selectividad de las protecciones .6. <strong>La</strong> calidad de la pot<strong>en</strong>cia ( Perturbaciones <strong>en</strong> la onda de t<strong>en</strong>sión y de corri<strong>en</strong>te)7. Puestas a tierra de equipos y <strong>sistemas</strong> de puesta a tierra.8. Errores humanos.9. Sabotaje.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 28
Confiabilidad● <strong>La</strong>s variaciones <strong>en</strong> la onda de t<strong>en</strong>sión y de corri<strong>en</strong>te afectan la <strong>confiabilidad</strong>FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 29
●ConfiabilidadPara mejorar la <strong>confiabilidad</strong> de las instalaciones eléctricas , se deb<strong>en</strong> seguirlas sigui<strong>en</strong>tes recom<strong>en</strong>daciones :1. Seleccionar equipos robustos , con altos niveles de MTBF, bajos niveles deMTTR y aptos para quedar <strong>en</strong> servicio después de operar bajo falla (Número demaniobras , Icw, Ics =100% Icu).2. Seguir las recom<strong>en</strong>daciones de instalación del fabricante.3. Utilizar fu<strong>en</strong>tes de respaldo con sufici<strong>en</strong>te autonomía de operación. En el casode las UPS, seleccionar tecnologías online de doble conversión o deconversión delta .4. Garantizar ambi<strong>en</strong>tes de trabajo adecuados para <strong>los</strong> equipos.5. Mant<strong>en</strong>er niveles de PQ adecuados . (SGE ,Creg 016, IEEE 519 , EN50160)6. Capacitar adecuadam<strong>en</strong>te al personal <strong>en</strong> la operación y Mtto de <strong>los</strong> equipos.7. Establecer protoco<strong>los</strong> de seguridad adecuados para la operación de <strong>los</strong><strong>sistemas</strong> <strong>eléctricos</strong> ( Sistemas de CCTV y control de acceso a salas de control, operación de <strong>sistemas</strong> SCADAS solam<strong>en</strong>te por personal autorizado, etc.,)FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 30
●●ConfiabilidadEn lo posible , garantizar niveles de selectividad total <strong>en</strong> las protecciones antela pres<strong>en</strong>cia de un corto circuito.Realizar <strong>los</strong> cálcu<strong>los</strong> de coordinación de aislami<strong>en</strong>to para <strong>los</strong> equipos críticos.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 31
Confiabilidad● Exist<strong>en</strong> hoy regulaciones locales vig<strong>en</strong>tes y de obligatorio cumplimi<strong>en</strong>to queincid<strong>en</strong> <strong>en</strong> <strong>los</strong> niveles de <strong>confiabilidad</strong> de <strong>los</strong> <strong>sistemas</strong> <strong>eléctricos</strong>:RETIE1. Para sitios con alta conc<strong>en</strong>tración de personas es obligatorio un estudio deprotección contra rayos ( Basado <strong>en</strong> la NTC 4552)2. D<strong>en</strong>tro del diseño de proyectos , es obligatorio el estudio de coordinación deprotecciones y <strong>en</strong> algunos casos el de aislami<strong>en</strong>to.3. Se exige el uso de UPS , de tableros de aislami<strong>en</strong>to y de <strong>sistemas</strong> de puestatierra con neutro aislado <strong>en</strong> las áreas críticas de <strong>los</strong> hospitales para privilegiarla continuidad de servicio y la vida de las personas.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 32
ConfiabilidadCREG1. Creg 070/98 <strong>en</strong> donde se establec<strong>en</strong> <strong>los</strong> aspectos refer<strong>en</strong>tes a la calidad deservicio y calidad de pot<strong>en</strong>cia2. Creg 024 y 016 : Resoluciones que modifican el reglam<strong>en</strong>to de distribución <strong>en</strong><strong>los</strong> artícu<strong>los</strong> relacionados con la calidad de pot<strong>en</strong>cia y establec<strong>en</strong> <strong>los</strong> nuevosindicadores para la calidad de la pot<strong>en</strong>cia.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●<strong>Schneider</strong> <strong>Electric</strong> lo apoya <strong>en</strong> el desarrollo de suproyecto desde la concepción hasta su fin de vida:New DesignRetrofitExt<strong>en</strong>sionsImprovem<strong>en</strong>tEnd of lifeProcessDesignCB.3Implem<strong>en</strong>tationOperationMaint<strong>en</strong>anceOptimization● Analizando sus necesidades.● Apoyándolo <strong>en</strong> el diseño de la arquitecturamás adecuada.● Guíandolo <strong>en</strong> la selección e instalación de <strong>los</strong>equipos más adecuados.● Diseñando rutinas seguras de operación ymant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to.● Proponi<strong>en</strong>do mejoras <strong>en</strong> las instalaciones yori<strong>en</strong>tandolo cuando <strong>los</strong> equipos llegu<strong>en</strong> a sufín de vida.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 34
Confiabilidad● Nuestra propuesta de soluciones sefundam<strong>en</strong>ta <strong>en</strong> tres pilares que interactúan<strong>en</strong>tre sí para maximizar el nivel de<strong>confiabilidad</strong> <strong>en</strong> <strong>los</strong> <strong>sistemas</strong> <strong>eléctricos</strong>:●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 <strong>los</strong> <strong>sistemas</strong>, Servicios de mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>topredictivo y correctivo a la medida.FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela 35
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