La disminución de la aparición de fallos, y del tiempo
de interrupción que de ello se deriva, mejoran la seguridad y la productividad
de las empresas.
Además, actualmente los usuarios reclaman un
nivel de seguridad «a la medida», en resumen, una instalación adaptada a sus necesidades.
La noción de optimización es, pues, capital y se trata de responder al justo nivel
exigido y al mejor precio.
Para hacer posible esta adecuación, los
fabricantes, los instaladores y los proyectistas deben dominar los parámetros
de seguridad de funcionamiento de una instalación de baja tensión.
Características
de la garantía de funcionamiento
·
Magnitudes
de la garantía de funcionamiento
Las nociones de garantía de funcionamiento (la fiabilidad,
la mantenibilidad, la disponibilidad
y la seguridad) no son independientes las unas de las otras (figura 1).
1. La
fiabilidad es la capacidad de un sistema de funcionar correctamente el mayor tiempo
posible. El MTTF (Mean Time To Failure) tiempo medio de buen funcionamiento antes del
primer fallo es un modo de cuantificar la fiabilidad.
2. La
disponibilidad es el porcentaje de tiempo durante el que el sistema funciona correctamente. El MTBF (Mean Time Between Failure) tiempo medio entre dos fallos de un sistema
reparable es un medio de cuantificar la disponibilidad.
3. La
mantenibilidad es la aptitud de un sistema para ser reparado rápidamente. El MTTR (Mean Time To Repair) duración
media de reparación es un medio de cuantificar la mantenibilidad.
4.
La seguridad
es la capacidad de un sistema para no poner en peligro a las personas.
·
Seguridad de
funcionamiento aplicada a los conjuntos o instalaciones.
Un estudio de
garantía de funcionamiento tiene los 4 pasos siguientes (figura 2):
a)
expresión y
análisis de las necesidades.
Búsqueda de
criterios de garantía representativos de las preocupaciones del cliente (disponibilidad,
seguridad...), de los puntos de la red donde estos criterios se analizarán (puntos estratégicos de la
red).
b)
análisis
funcional.
Descripción del
objeto de la red y sus elementos constituyentes.
c)
análisis de
disfunciones:
– búsqueda de los
tipos de fallo de cada uno de los elementos que compone la red y sus consecuencias
en el sistema (análisis de los modos de fallo).
Figura 1: Nociones de fiabilidad y disponibilidad
Figura 2: Fases cronológicas de la realización de un estudio
sobre garantía de funcionamiento
Figura 3: Ejemplo de red de distribución eléctrica
– modelización de
las disfunciones del sistema.
Un modelo es una
representación gráfica de la combinatoria de fallos posibles del sistema que lleva
a descubrir los defectos de funcionamiento que interesan;
a)
Análisis de
la arquitectura a través de un análisis cualitativo y/o cuantitativo:
– búsqueda de los
puntos débiles de la red,
– búsqueda del impacto
de la política de mantenimiento sobre las prestaciones del sistema,
– estudio del
compromiso coste/prestaciones para poder hacer un estudio comparativo de la arquitectura
y la política de mantenimiento.
En función de las
expectativas del cliente y de los datos de entrada disponibles, se pueden hacer
dos tipos de análisis:
– estudio rápido
o primera aproximación es un estudio pesimista que permite hacer rápidamente
elecciones técnicas y comparar las arquitecturas,
– estudio detallado
es un estudio que permite cuantificar la red a analizar, con valores menos pesimistas
y más próximos a las prestaciones reales.
·
Ejemplo de
análisis cuantitativo de una arquitectura.
□
En la
instalación a considerar, lo fundamental es la disponibilidad de la energía eléctrica
de utilización en U3 de la figura 3.
□
Los análisis
de disfuncionamiento se hacen elaborando un árbol de fallos que representa gráficamente
los fallos que llevan a un suceso no deseable, la ausencia de energía en U3
(figura 4).
Los defectos que
llevan a un suceso indeseable se pueden clasificar en cuatro grupos:
– no-disponibilidad
de la entrada. Cada entrada puede alimentar sólo el conjunto de la red de BT del que depende la
utilización. El grupo electrógeno está ahí para suplir los cortes de red del distribuidor;
– no-disponibilidad
entre el juego de barras principal B1 y la utilización. Agrupa el conjunto de
no-disponibilidades de los elementos que se encuentran en la línea aguas arriba, desde el juego de barras
principal hasta el punto U1;
– no-disponibilidad
debida a desconexiones por cortocircuito. Se llama desconexión por cortocircuito
a todo cortocircuito que se produzca en una salida paralela a la salida considerada,
y cuya interrupción, realizada en un nivel superior a estas salidas, lleva a quedarse
sin tensión.
Es pues necesario
sumar todas las probabilidades de cortocircuito, descendiendo por cada una de
las derivaciones de salida paralelas, hasta el primer órgano de protección.
Aguas abajo, una
desconexión por cortocircuito sólo es posible si se produce un cortocircuito y
un fallo de la protección, lo que corresponde a una probabilidad despreciable.
– no-disponibilidad
por «mantenimiento fijo». El mantenimiento fijo es el término empleado para
indicar que el tiempo de reparación depende del tipo de instalación (fija o seccionable)
e influye en la explotación de otras salidas.
Ejemplos (figura
3): la utilización de U3 queda afectada por la reparación de Q5, que, montado
de forma fija, necesita el corte de la alimentación de entrada; en tanto que,
la reparación de Q4, seccionable, puede hacerse con el JdB bajo tensión y, por
tanto, sin repercusión en la utilización de U3.
Resultados
Los resultados
que se dan a continuación son los que corresponden a valores habitualmente encontrados
de fiabilidad y de MTTR para todos los elementos de la red.
Los resultados se
presentan como partes de la no disponibilidad de cada uno de los cuatro grupos
de fallo indicados antes.
– entrada 49%
– entre el JdB y
la utilización 44%
– desconexiones
por cortocircuito 1%
– mantenimiento
fijo 6%
La política de
mantenimiento influye también en las prestaciones del sistema. Por ejemplo, si
el tiempo medio que se tarda en poner en funcionamiento una sección después de
un fallo pasa de 48 a 24 horas, el número de horas de no-disponibilidad en U3
se divide por 2.
Este análisis
aclara los diversos puntos que se pueden tener en cuenta para hacer un análisis
cuantitativo.
A continuación se
estudian los puntos citados anteriormente y los que se suelen tratar en un análisis
cuantitativo.
Figura 4: Árbol de fallos del esquema
de la figura 3
Conceptos
de seguridad industrial
El diseño de una red debe de responder a las exigencias
específicas del cliente. En todo sistema, basta que haya un elemento débil, para
que la seguridad del conjunto quede en entredicho.
Así, para no encontrarse al volante de un fórmula
1 «a pedales», es aconsejable valorar la importancia de diversas soluciones
técnicas en lo que se refiere a la seguridad:
□
el esquema
(acometida, utilización final, esquema de conexión del neutro),
□
las
conexiones,
□
los arcos
eléctricos,
□
los «tipos
de cuadro» (forma, conexiones, aparamenta fija o seccionable, IP...),
□
las salidas
a motor en rack extraíble,
□
los
elementos auxiliares de mando y control.
La
seguridad ya desde el esquema
El elemento más importante para el trazado de una
red eléctrica es el esquema de la acometida.
Otros elementos, como el tipo de receptores, el
número de interruptores automáticos de mantenimiento fijo o el esquema de
conexión a tierra, pasan a un segundo término.
·
El esquema
de la acometida
La seguridad del suministro repercute en todos
los receptores, críticos o no, y se demuestra que es importante, en la medida
de lo posible, conseguir una configuración de
entrada coherente con las necesidades aguas abajo. (Figura 5).
La solución adoptada dependerá del entorno donde
se use. Por ejemplo:
– en ciertas zonas, es posible disponer de dos
entradas MT derivadas de centros de transformación diferentes. Esto reduce el modo
común debido a la no disponibilidad de
AT;
– en una zona aislada, esta solución puede ser impensable;
en este caso se puede proponer una producción autónoma con grupo electrógeno de
emergencia;
– determinados sectores industriales (químico,
petroquímica, papeleras, ...) por su fabricación ya disponen de energía (a
menudo en forma de vapor) que utilizan para accionar
grupos turbo-alternadores. La red de distribución pública es entonces utilizada como soporte.
Nota: en el caso de que la entrada considerada no
pueda soportar cortes breves, puede resultar imprescindible recurrir a un SAI.
Pero no hay que olvidar que este tipo de aparato tiene limitada su autonomía a
la de su batería, que suele ser de 15 minutos.
Figura 5: Esquema simplificado de una
red.
□
Separación
en salidas preferentes y no preferentes. La búsqueda de una buena
disponibilidad de la energía lleva, casi siempre, a separar los consumidores en
dos tipos:
– los preferentes,
– los no-preferentes.
En caso de sobrecarga o corte en la fuente principal,
los suministros no-preferentes quedan desconectados y los preferentes acceden a
la potencia disponible en una fuente alternativa (una segunda entrada MT o un
grupo electrógeno).
□
Dispositivos
de conmutación
En caso de fallos, la conmutación puede hacerse
sobre fuentes de reserva, no utilizadas
en funcionamiento normal, o sobre las fuentes de salida no-preferentes, con la desconexión de estas últimas.
Así se pueden considerar tres tipos de
conmutaciones:
– síncrona:
La fuente principal y la fuente de reemplazo son
o tienen la posibilidad de estar sincronizadas, lo que permite realizar una conmutación
sin corte de la alimentación a los
receptores. Este procedimiento es utilizado en las instalaciones de alto nivel
de seguridad.
– con tiempo muerto:
Es el tipo de conmutación más usado. Con duraciones
de conmutación que varían de 0,4 a 30
segundos, es muy utilizado en la industria y los servicios.
– pseudo-síncrona:
Se usa un dispositivo de conmutación rápido (60 a
300 ms), por ejemplo, en sectores como:
– químico,
– petroquímico,
– centrales térmicas.
·
La
utilización final
En el caso de las redes usadas en este ejemplo
(figura 3), la no-disponibilidad debida a la
de los receptores es del 5% (figura 6A).
Según las características de los receptores utilizados,
la parte de no disponibilidad debida
a ellos puede variar entre el 5 y el 70%.
Es necesario, pues definir bien las características
técnicas de los receptores frente a sus
condiciones de empleo, así como los procesos de mantenimiento destinados a prevenir cualquier fallo.
La mayor parte de los fallos eléctricos de los motores
se deben a defectos fase/masa que
aparecen en el momento del arranque del motor. El control del aislamiento cuando el motor está parado,
especialmente con el Vigilohm SM 21 de Schneider Electric, permite:
□
programar un
mantenimiento preventivo,
□
evitar un
deterioro irreversible del motor.
·
Esquemas de
conexión del neutro a tierra
·
Ver post: “Regímenes de neutro y esquemas de conexión a
tierra utilizados en baja tensión” en el siguiente link: https://imseingenieria.blogspot.com/2019/08/regimenes-de-neutro-y-esquemas-de.html
Figura 6: La no-disponibilidad de una
entrada puede representar una parte muy importante de la no disponibilidad total,
aquí, un 50%.
Continua en: Seguridad de funcionamiento en
cuadros eléctricos de Baja Tensión ( y Parte 2ª)
https://imseingenieria.blogspot.com/2020/01/seguridad-de-funcionamiento-en-cuadros_18.html
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