calidad de la energía eléctrica y su relación con la confiabilidad rumv julio 2001
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Calidad de la Energía Eléctrica
y su relación con laConfiabilidad
Rumv Julio 2001.
¿Qué es la Confiabilidad?
Antes de establecer una definición formal en términos de de ingeniería veamos un ejemplo práctico.
Cuando vemos salir el sol cada día se forma en nosotros la idea de la certeza.
En cambio, cuando vemos que un día es lluvioso y otro no, comienza a formarse la idea de la incertidumbre.
Un ejemplo similar sucede cuando adquirimos un equipo de computo, el cual al principio no falla, pero con el tiempo comienza a fallar.
¿Qué es la Confiabilidad?
Entonces proviene la incertidumbre y uno se pregunta:
¿Cuál es el grado de confianza que tengo?
¿Qué es la Confiabilidad?
Precisamente, confiabilidad viene de la palabra confianza.
Asi que, quisieramos tener una idea precisa de cuál es la esperanza de funcionamiento de este equipo.
Y más que una sola idea cualitativa nos gustaría que fuera una idea cuatitativa !
¿Qué es la Confiabilidad?
De esta idea intuitiva de la Confiabilidad, podríamos preguntarnos:
¿Qué nos motiva a conocer la Confiabilidad?
La respuesta a esto puede ser el deseo de saber a que atenernos, tal vez porque quisiéramos saber y poder cambiar el futuro y aun más anticipar cuánto nos costaría una falla.
¿Qué es la Confiabilidad?
Pero entonces, volviendo al caso de la computadora, sabemos por qué falla la computadora o sabemos si hay más factores que influyen para que falle?
Si lo pensamos bien, la computadora depende del suministro de energía, así que sus fallas pueden ser dependientes de ese evento externo.
¿Qué es la Confiabilidad?
Entonces que hacemos, talvez conectemos una fuente ininterrumpible (UPS) para anticipar el futuro y tratar de cambiar el resultado original.
Pero, y si fallara el UPS? Nunca se sabe, también es un aparato susceptible de falla !
¿Qué es la Confiabilidad?
Bueno y qué estamos haciendo con estas acciones? Estamos jugando con la probabilidad de falla o de no falla de un equipo.
Asi que, esto es lo que define al concepto de la Confiabilidad: La probabilidad de ocurrencia de un evento, llamese funcionamiento o falla.
¿Qué es la Confiabilidad?
Por lo tanto, una de las definiciones de la confiabilidad es:
“Confiabilidad, es la probabilidad de que un elemento o sistema no falle bajo determinadas condiciones de operación específicas dentro de su vida últi.”
¿Qué es la Confiabilidad?
Así que, si trasladamos más específicamente está definición a los sistemas eléctricos, podría darse un buen número de definiciones para la Confiabilidad. Una de ellas es:
Confiabilidad, se define como el número de interrupciones que sufre un usuario, en el suministro de energía eléctrica, en un período de tiempo determinado.
La Confiabilidad
Como vemos la confiabilidad es un evento probabilistico y debido a esto las variables asociadas son de caracter aleatorio.
Esto quiere decir que no sabemos cuándo y con qué regularidad y en qué magnitud las variables tomarán valores.
La Confiabilidad
En el caso del sistema eléctrico y sus elementos, las fallas y algunas de sus salidas forzadas son justamente de naturaleza aleatoria, tal como ocurre cuando se presentan las descargas atmosféricas.
La Confiabilidad
Por lo tanto, la confiabilidad o más bien su evaluación cuantitativa, depende de un registro historico de fallas, salidas forzadas y mantenimientos de todos y cada uno de los equipos.
Con esta información historica, es posible determinar la confiabilidad de los equipos o sistemas, la cual podremos representar por Índices.
La Confiabilidad
Dos de los principales y más comunes índices para evaluar cuantitativamente este concepto son:
Q = Probabilidad de estar fuera = Inconfiabilidad = Falla.
R = Probabilidad de estar dentro = Confiabilidad = funcionamiento.
La Confiabilidad
Figura 1. Relación falla – funcionamiento.
La Confiabilidad
Figura 2. Evaluación cuantitativa de la confiabilidad.
Calidad y Confiabilidad
Y entonces, cuál es la relación entre la Calidad de la Energía Eléctrica y la Confiabilidad?
La relación más clara son: los eventos que afectan el desempeño y la vida útil de los equipos y que causan su salida de servicio.
Calidad y Confiabilidad
Figura 3. Relación Calidad – Confiabilidad.
Eventos Diversos en el sistema
Problemas de CalidadDe la Energía Eléctrica
Algún tipo deInterrupción del
Suministro alUsuario
ConfiabilidadDel
Sistema Eléctrico
EvaluaciónY Mejoras
La ConfiabilidadComo ya sabemos, los problemas de la
calidad de la energía eléctrica pueden provocar reducción de la vida útil de los equipos eléctricos, salidas forzadas y hasta fallas mayores en todo el sistema eléctrico.
Estas situaciones causan la interrupción del suministro eléctrico a los usuarios, ya sea momentanea, temporal o definitiva.
La Confiabilidad
Figura. Relación Calidad - Confiabilidad
ContinuosProblemas
de calidad de la energía
eléctrica
BajosProblemas
de calidad de la energía
eléctrica
Bajos Índices de
Confiabilidad
Altos Índices de
Confiabilidad
Índices de Confiabilidad
En un sistema eléctrico de potencia, existen diversos índices de confiabilidad, estos están debidamente clasificados entre grandes bloques.
Índices de Confiabilidad
Figura. Niveles de Confiabilidad en el sistema eléctrico.
Índices de Confiabilidad
Cada nivel tiene sus índices.
Los niveles van avanzando en grado de dificultad hacia la carga o usuarios.
Los índices de un nivel menor sirven de inicio o referencia para un nivel mayor.
Índices de ConfiabilidadEl Nivel I, generación, puede volverse
complicado debido al número de estados o eventos de las máquinas generadoras.
El Nivel II, transmisión, es el que se considera más simple, sobre todo si los sistemas no son muy mallados.
El Nivel III, distribución, se considera que es el nivel más complejo, debido a que son sistemas normalmente muy mallados.
Índices de Confiabilidad
Índices del Nivel I y II
LOLE. Pérdida de Carga Esperada, en (h/año).
LOLF. Frecuencia de Pérdida de Carga, en (1/año).
ENS. Energía Esperada No Suministrada, en (MWh/año).
Índices de Confiabilidad
Índices del Nivel III.
CAIFI. Frecuencia promedio de interrupción al usuario, en (1/Csm*año)
CAIDI. Duración promedio de interrupción al usuario, en (h).
ASUI. Indisponibilidad promedio del servicio.
Índices de ConfiabilidadÍndices del Nivel III.
LPIF. Frecuencia de interrupción annual, en (1/año).
LPIT. Tiempo de interrupción en el punto de carga, en (Csm*h/año)
AID. Duración promedio de interrupción, en (h).
¿Comó se evaluan los índices?
Dependiendo de la complejidad del sistema a evaluar, pueden ser por:
Reducción serie – paralelo
¿Comó se evaluan los índices?
Sistemas mixtos, por reducción serie paralelo.
¿Comó se evaluan los índices?
Sistemas complejos, aplicando técnicas como:
Cortes MínimosEnumeración de EstadosTeorema de MarkovReducción de ÁrbolSerie Monte Carlo.Reducciones Delta-Estrella
¿Comó se evaluan los índices?
Las técnicas simples puede realizarse en forma manual, aunque tome gran cantidad de tiempo de evaluación.
Para los sistemas complejos, tal como lo son los sistemas eléctricos de potencia, es necesario usar programas digitales de cálculo y análisis.
¿Qué se obtiene al evaluar?
Por supuesto, se obtienen los índices de confiabilidad, los cuales se usan para estimar asuntos relacionados con:
• Los pronósticos de carga• La expansión del sistema eléctrico• La necesidad de generación• La necesidad de redundancias• Costos por Interrupciones• Costos por tiempos de reparación y
mantenimeintos.• Entre otros.
¿Qué se obtiene al evaluar?
Estos índices puede verse en forma númerica o a través de una serie gráficos que muestren su comportamiento con el tiempo.
EDNS
LOLP
Conclusión
El grado de calidad de la energía eléctrica, puede definir el grado de confiabilidad del sistema eléctrico.
La confiabilidad es dependiente de los eventos que suceden en el sistema eléctrico, muchos de los cuales suceden por problemas de calidad de la energía eléctrica.
ConclusiónEs necesaria la oportuna atención a los
problemas de calidad de la energía eléctrica.
De esto depende el aumento en la confiabilidad del sistema eléctrico.
Con la introducción de un Mercado de Energía, la confiabilidad del sistema, en cualquiera de sus niveles, se traducira en costos que serán facturados.
Conclusión
En un mercado de energía regulado, cada participante se compromete a tener continuidad en el servicio que presta y a cobrar por esa continuidad o confiabilidad de sus servicios.
Por lo mismo, hay manera de penalizar por inclumpimientos o bajos niveles de confiabilidad.