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Facultad de Ingeniería Coordinación de Eléctrica y Sistemas Factibilidad de la Modernización y Repotenciación de las Subestaciones Eléctricas de Alta Tensión Giancarlo Villa Rivas Tutor: Alejandro de Arizón Caracas, marzo 2004

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Facultad de Ingeniería Coordinación de Eléctrica y Sistemas

Factibilidad de la Modernización y Repotenciación de las Subestaciones

Eléctricas de Alta Tensión

Giancarlo Villa Rivas

Tutor: Alejandro de Arizón Caracas, marzo 2004

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Quien suscribe, en condición de autor del trabajo titulado “Factibilidad de la

Modernización y Repotenciación de las Subestaciones Eléctricas de Alta Tensión”,

declara que: Cedo a título gratuito, y en forma pura y simple, ilimitada e irrevocable a la

Universidad Metropolitana, los derechos de autor de contenido patrimonial que me

corresponden sobre el presente trabajo. Conforme a lo anterior, esta cesión patrimonial

sólo comprenderá el derecho para la Universidad de comunicar públicamente la obra,

divulgarla, publicarla o reproducirla en la oportunidad que ella así lo estime conveniente,

así como, la de salvaguardar mis intereses y derechos que me corresponden como autor

de la obra antes señalada. La Universidad en todo momento deberá indicar que la autoría

o creación del trabajo corresponde a mi persona, salvo los créditos que se deban hacer al

tutor o a cualquier tercero que haya colaborado o fuere hecho posible la realización de la

presente obra.

Autor ………………………………..

C.I. 12.422.818

En la ciudad de Caracas, a los 29 días del mes de Marzo del año 2004

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Aprobación

Considero que el Trabajo Final titulado

Factibilidad de la Modernización y Repotenciación de las Subestaciones

Eléctricas de Alta Tensión

elaborado por el ciudadano

Br. Giancarlo Villa Rivas para optar al título de

Ingeniero Electricista

reúne los requisitos exigidos por la Coordinación de Eléctrica y Sistemas de la

Universidad Metropolitana, y tiene méritos suficientes como para ser sometido a la

presentación y evaluación exhaustiva por parte del jurado examinador que se designe.

En la ciudad de Caracas, a los 29 días del mes de Marzo del año 2004

__________________________ Ing. Alejandro de Arizón

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Acta de veredicto

Nosotros, los abajo firmantes, constituidos como jurado examinador y reunidos en

Caracas, el día / / / /, con el propósito de evaluar el Trabajo Final titulado

Factibilidad de la Modernización y Repotenciación de las Subestaciones

Eléctricas de Alta Tensión

presentado por el ciudadano

Br. Giancarlo Villa Rivas

para optar al título de

Ingeniero Electricista

emitimos el siguiente veredicto:

Reprobado ___ Aprobado ___ Notable ___ Sobresaliente ___

Observaciones:

__________________ __________________ _______________ Ing. Alejandro de Arizón Ing. Michele Ricucci Ing. Luis Ceballos

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A mis Padres y Hermanos como un honor

a sus esfuerzos y sacrificios.

En honor del nuevo miembro de la familia.

A la memoria de mis Abuelos.

A la memoria de mi tío, el primer Ingeniero de nuestra familia.

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“Educar es formar personas aptas

para gobernarse a sí mismas,

y no para ser gobernadas por otros.”

Herbert Spencer

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Agradecimientos:

Doy Gracias a Dios por la oportunidad que me dio para la realización de este

trabajo y por haberme rodeado de un grupo de personas dispuestas a ayudarme para el

feliz logro de este.

Agradezco profundamente a mi tutor el Ingeniero Alejandro de Arizón, quien en

todo momento estuvo dispuesto a ayudarme con la mejor de las disposiciones y sin

importar su carga de trabajo, también agradezco enormemente al Ingeniero Rafael

Naranjo, quien siempre me prestó su ayuda y guía, para la realización de este trabajo de

grado.

También agradezco enormemente a los Ingenieros José Virgilio de Andrade,

Alexis Mujica, a mis hermanos Ingenieros Alessandro Villa y Leonardo Villa, y a la Sras.

Concetta Annichiarico y Gisela Mercado, así como a todo el personal que labora en la

compañía ABB y a la Facultad de Ingeniería y a la Coordinación de Eléctrica y Sistemas

de la Universidad Metropolitana.

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Lista de Tablas y Figuras

Relación entre los Costos de una Subestación 18

Esquema unifilar de un juego de barra Simple 35

Esquema de un juego de barras seccionables. 36

Esquema de un juego de barras con seccionador “By-pass”. 37

Esquema convencional de doble juego de barras. 38

Esquema de doble juego de barras con doble interruptor. 39

Esquema de doble juego de barras con interruptor y medio por salida. 40

Esquema de Barras Principal y de Trasferencia. 41

Otros Esquemas de Barras Principal y de Transferencia 42

Sistema de tres juegos de Barras 43

Esquema de principio del tipo poligonal o en anillo. 44

Interruptor de aire comprimido de la Subestación Santa Teresa

propiedad de C.V.G. EDELCA 46

Interruptor de SF6 de la Subestación Santa Teresa

propiedad de C.V.G. EDELCA 47

Pararrayos Marca ASEA de la Subestación

Santa Teresa 400 kV Propiedad de C.V.G. EDELCA 48

Seccionador de la de la Subestación

Santa Teresa propiedad de C.V.G. EDELCA 49

Seccionador con Puesta a tierra de la de la Subestación

Santa Teresa propiedad de C.V.G. EDELCA 50

Transformadores de Corriente o TC de la Subestación

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Santa Teresa propiedad de C.V.G. EDELCA 52

Transformador de Potencial de la Subestación Santa

Teresa propiedad de C.V.G. EDELCA 53

Esquema Transformador de Potencial Capacitivo 54

Transformador Óptico diseño de ABB 55

Principio del Transformador Óptico 56

Señal saturada en negro y no saturada en 56

Sistema de Control y Protección Convencional con sus distintos niveles. 60

Sistema de Control Numérico con sus tres niveles de acción. 62

Aumento de la confiabilidad de las tecnologías de los interruptores

con respecto a la de los seccionadores a través de los años. 63

Módulo Compacto HPL Compact 64

Comparación de área entre dos subestaciones de 145kV de tres bahías. 66

Modulo LEM 69

Subestación GIS de 420kV en la fabrica de ABB 70

Vista una Subestación GIS en interruptor y medio de 420kV 71

Subestación GIS y sus distintos Módulos 72

Vista general módulo PASS con doble barra de distribución 73

Modulo PASS Monopolar 75

Tabla de Costos de Fallas Indirectos de acuerdo a la región del país. 81

Consola de SubRel™ 84

Sistema de Transmisión Troncal de C.V.G. EDELCA. 89

Vista General del Patio de la Subestación Santa Teresa. 91

Operación Subestación Santa Teresa 93

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Lista de equipos detallada Subestación Santa Teresa 95

Operación Subestación El Tigre 98

Lista detallada de los equipos Subestación El Tigre 100

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Tabla de Contenido

Introducción 1

Capitulo I Tema de Investigación 4

1.1.- Delimitación del Tema 4

1.2.- Objetivo de la investigación 5

1.2.1- Objetivos Específicos 5

1.3.- Justificación 6

Capítulo II Confiabilidad 7

2.1.- Concepto de Confiabilidad 7

2.2.- Expresiones Matemáticas Generales de la Confiabilidad 8

2.3.- Concepto de Mantenibilidad 10

2.4.- Cuantificación de la Mantenibilidad 11

2.5.- Concepto de Disponibilidad 12

2.6.- Expresiones Matemáticas Generales de la Disponibilidad. 13

2.7.- Relación entre Confiabilidad, Mantenibilidad y Disponibilidad 15

2.8.- Confiabilidad y Costos 17

2.9.- Métodos de Análisis de la Confiabilidad 19

2.9.1.- Método de Monte Carlo 19

2.9.2.- Método de Markov 20

2.9.3.- Técnica de Frecuencia y Operación 21

2.9.4.- Método de Cortes Mínimos 21

2.9.5.- Modos de Falla y Análisis de Efectos 22

2.9.6.- Análisis de Árbol de Falla 23

2.9.7.- Diagrama de Bloques de Confiabilidad 23

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2.10.- Costo del Ciclo de Vida o Life Cicle Cost (LCC) 24

2.10.1.- Expresión Matemática del Costo del Ciclo de Vida 27

2.10.2.- Influencia de la Disponibilidad en el LCC 28

2.10.3- Costos de las Fases del Ciclo de Vida de la Subestación 29

Capitulo III Subestaciones 32

3.1.- Criterios de Elección 32

3.2.- Esquemas de uso frecuente de Subestaciones de Alta Tensión 34

3.2.1.- Barra Simple 34

3.2.2.- Barras Seccionadas 35

3.2.3.- Esquema de Seccionadores en Derivación (By-Pass) 37

3.2.4.- Sistemas con Doble juego de barras 37

3.2.5.- Esquema de doble juego de barras con

duplicación de Interruptores 39

3.2.6.- Esquema de Doble Juego de Barras

con Interruptor y Medio por Salida 40

3.2.7.- Esquema de Barras Principal y de Transferencia 41

3.2.8.- Sistema de tres juegos de barras 42

3.2.9.- Esquema del Tipo de Anillo o Poligonal 43

3.3.- Elementos de una Subestación 45

3.3.1.- Interruptor (Disyuntor) 45

3.3.2.- Pararrayos (Supresor de Alta Tensión) 48

3.3.3.- Seccionador 49

3.3.3.1.- Seccionador con Puesta a Tierra 50

3.3.4.- Transformadores de Medición 51

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3.3.4.1.- Transformador de Corriente 51

3.3.4.2.- Transformadores de Potencial 53

3.3.4.2.1.- Transformador de Potencial Inductivo 53

3.3.4.2.2.- Transformador de Potencial Capacitivo 54

3.3.4.2.3.- Transformadores Ópticos 55

3.4.5.- Protecciones 57

3.4.5.1.- Protección de Líneas 58

3.4.5.2.- Protección de Barras 59

3.4.5.3.- Protección de Interruptores 59

3.5.- Sistema de Control 60

3.5.1.- Sistema de Control Numérico 61

3.6.- Tipos de Tecnologías para Subestaciones de Alta Tensión 63

3.6.1.- Tecnología Convencional 63

3.6.2- Subestaciones Compactas 64

3.6.2.1.- Descripción de las Subestaciones Compactas 66

3.6.2.2.- Módulo de Entrada de Línea (LEM) 69

3.6.3.- Subestaciones Encapsuladas 70

3.6.4.- Tecnología Híbrida PASS 74

Capitulo IV Factores Económicos 78

4.1.- Costo de Falla 78

4.2.- Tipos de Costo de falla 79

4.2.1.- Costos de Fallas Directos 79

4.2.2.- Costos de Fallas Indirectos 80

4.3.- Valor Presente Neto 80

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Capitulo V Metodología 84

5.1.- Descripción del programa SubRel 86

5.2.- Asunciones 89

5.3.- Subestaciones en estudio 91

5.4.- Descripción Subestación Santa Teresa 400kV 93

5.4.1.- Ubicación Subestación Santa Teresa 93

5.4.2.- Características Técnicas de la Subestación Santa Teresa 93

5.4.3.- Operación Subestación Santa Teresa 400kV 95

5.4.4.- Lista de Equipos Subestación Santa Teresa 400kV 97

5.5.- Descripción Subestación El Tigre 400kV 99

5.5.1.- Ubicación Subestación El Tigre 99

5.5.2.- Características Técnicas de la Subestación El Tigre 99

5.5.3.- Operación de la Subestación El Tigre 400 kV 100

5.5.4.- Lista de equipos Subestación El Tigre 400kV 103

5.6.- Determinación de la Energía No Servida 104

Capitulo VI Resultados 106

6.1.- Presentación de los Resultados 106

6.2.- Análisis de Resultados 118

Capitulo VII Conclusiones y Recomendaciones 122

7.1.- Conclusiones 122

7.2.- Recomendaciones 124

Referencias Bibliográfícas 125

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Resumen

Factibilidad de la Modernización y Repotenciación de las Subestaciones Eléctricas de Alta Tensión

Autor :Giancarlo Villa Tutor: Alejandro de Arizon Caracas, marzo de 2004

Resumen

La red de transmisión troncal de C.V.G. EDELCA de 400 kV, inició operaciones

a principios de la década de los 70’, así las subestaciones que forman parte de esta red,

están alcanzando el final de su vida útil, y comienzan a tener los problemas propios del

fin de su vida útil (problemas de operación, aumento del mantenimiento, fallas,

problemas de suministros de repuestos, etc.) de modo que el reemplazo de sus equipos de

Alta Tensión se hace necesario iniciar su evaluación. Naturalmente, en el transcurso de

los años, desde que iniciaron operaciones las subestaciones de C.V.G. EDELCA,

surgieron nuevas y mejores tecnologías para equipos de Alta Tensión. Tal es el caso de

las tecnologías de tipo Compacto e Híbridas, desarrolladas por la compañía ABB.

Estas nuevas tecnologías presentan entre sus ventajas, menor mantenimiento,

mayor confiabilidad, menor espacio requerido para los equipos, reducción del cableado

de control, entre otras.

Así tomando como referencia el costo del ciclo de vida, de las distintas

alternativas planteadas, es decir, tecnología Convencional, Compacta, Híbrida y

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Encapsulada, se evalúan cual de estas es la mejor solución técnico-económica, para el

reemplazo de los equipos de Alta Tensión de las subestaciones Santa Teresa y El Tigre.

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1

Introducción

Por muchos años lo concerniente a la confiabilidad de un sistema eléctrico de

potencia era basado en el juicio y en la experiencia del o los ingenieros a cargo del

proyecto. Esto era una vía aplicable si se considera que los sistemas eléctricos de la

época y las primeras Subestaciones no eran de suma complejidad ni de gran tamaño.

Considerando las inmensas dimensiones de los sistemas eléctricos en la

actualidad así como la gran dinámica que estos encierran y lo que significa en un

mercado moderno, cada vez más dependiente del servicio eléctrico, la interrupción

del servicio por una falla o una interrupción programada, hacen del tema de la

confiabilidad de mucha importancia entre los ingenieros, tanto para desarrollar como

para proponer proyectos. La confiabilidad es parte importante dentro del estudio de la

planificación de los proyectos y parte fundamental cuando se evalúa que decisión

tomar entre distintas propuestas.

El desarrollo de las primeras técnicas de confiabilidad, comienzan con la

segunda guerra mundial, debido a las exigencias de ambos bandos en materia de

tecnología militar, se exigía cada vez, mas y mejores armas realizadas con un mínimo

de tiempo y de gran calidad, es así como Werner Von Braun, ingeniero líder en el

proyecto de cohetería militar Alemana, da los primeros pasos dentro del desarrollo

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2

del área de la confiabilidad, mejorando la nueva generación de cohetes V2 en relación

a su predecesor V1.

Después de la segunda guerra mundial, los estudios de confiabilidad

continuaron, tanto en materia militar como en materia civil, dentro de esta última, el

área de la electrónica, automotriz, espacial, y nuclear están entre las más

beneficiadas. Hoy en día, los estudios de confiabilidad se realizan sistemática y

rutinariamente en el diseño de equipos y sistemas, con la idea de mejorar la calidad

de los productos. Por nombrar uno de los logros más evidentes del estudio de la

confiabilidad en la tecnología, la NASA mejoró en sus lanzamientos espaciales de

satélites exitosos, de un 28% en el año 1958, a casi un 92% en el año 2000.

Así cuando una subestación está por llegar al final de su vida útil, que según

algunos autores es alrededor de 30 años, se debe hacer un estudio comparativo de las

distintas opciones tecnológicas que se nos presentan y evaluar como será su

desempeño a lo largo de su vida útil.

De este modo es como la Confiabilidad de determinadas tecnologías, influye

enormemente en las interrupciones y las pérdidas económicas innecesarias, por fallas

o interrupciones de suministro, y/o por altos costos de mantenimiento, lo que afecta

directamente el Costo del Ciclo de Vida de la subestación, así el propósito de este

estudio es hacer una comparación entre una solución de tipo Convencional, contra

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3

otras de tipo Compacto, Híbrido y Encapsulada, tomando como patrón de referencia

el Costo de Ciclo de Vida total de la subestación.

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4

Capitulo I Tema de Investigación

1.1.- Delimitación del Tema

En este trabajo de investigación se presenta una metodología basada en el

análisis del costo del ciclo de vida para evaluar la modernización o repotenciación de

subestaciones existentes. Con esto, se pretende evaluar no solo varias alternativas

para las subestaciones sino también el tiempo de vida útil, su desempeño y sobre todo

la factibilidad de aplicación de las nuevas tecnologías. Entre estas están las de tipo

compacto, tecnología que ofrece en un mismo módulo para una S/E, el interruptor, el

seccionador y el transformador de corriente. Estas tecnologías traen como ventaja un

ahorro considerable en el espacio para la subestación (lo que se traduce en menor

cableado para el caso de una reemplazo) así como también, entre otras cosas, mayor

confiabilidad y más facilidad en el momento de prestarle mantenimiento al equipo.

También se considerará para cada solución, la aplicación de protecciones y control

numérico. Como caso de aplicación se evalúan la subestación Santa Teresa 400 kV de

la empresa C.V.G. EDELCA.

El estudio se realizará en base a valores estadísticos publicados por agentes

con amplia experiencia y registros a nivel mundial, como son Cigrè (Conseil

International des Grands Réseaux Électriques) y CEA (Canadian Electricity

Association), además las técnicas de Confiabilidad y Disponibilidad que son base del

estudio han sido ya comprobadas exhaustivamente a través de la experiencia.

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1.2.- Objetivo de la investigación

Plantear la metodología de estudio y comparación, basándose en análisis del

costo del ciclo de vida de las subestaciones, para su posterior reemplazo total

(utilizando tecnologías de tipo compactas o convencionales), según amerite el caso.

1.2.1- Objetivos Específicos

- Recopilación de Antecedentes Teóricos.

- Formulación y desarrollo de métodos de evaluación del estado de las

subestaciones.

- Análisis e interpretación de los métodos de estudio.

- Determinación del costo del ciclo de vida de la subestación realizando un

estudio comparativo entre un esquema de tipo convencional y un esquema de

tipo compacto.

- Conclusiones y recomendaciones sobre la aplicación de las nuevas

tecnologías.

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6

1.3.- Justificación

Las empresas eléctricas en Venezuela, y entre ellos “C.V.G. Electrificación

del Caroní C.A.” poseen en la actualidad subestaciones cuyos equipos se acercan al

borde de su vida útil, previstos según su diseño original. Para estas empresas es

fundamental en estos momentos, evaluar como modernizar los equipos en sus

subestaciones. Sin embargo a veces se presenta el dilema sobre que es más

conveniente en el caso particular de cada subestación, si el reemplazo por nuevas

tecnología o la “repotenciación” de los mismos.

Para esto, la empresa ABB, ofrece una nueva gama de tecnologías para las

subestaciones de alta tensión, sin embargo, debe establecerse para Venezuela la

metodología apropiada, para la estimación de lo que resulta más conveniente en cada

caso.

La importancia de esta propuesta se basa en que no existen en el país estudios

que consideren que es lo más conveniente desde el punto de vista tanto tecnológico

como económico, así como de factibilidad, para la modernización de los equipos

existentes en las subestaciones de Alta Tensión.

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Capítulo II Confiabilidad

2.1.- Concepto de Confiabilidad

Se define como confiabilidad la capacidad de un equipo para que realice

determinada función ininterrumpidamente, dentro de los parámetros establecidos para

los cuales fue diseñado, y dentro del tiempo de vida útil establecido. La confiabilidad

se expresa en los llamados índices de confiabilidad, que son valores estadísticos que

reflejan la confiabilidad de un equipo; en subestaciones estos índices dependen de

factores como frecuencia de fallas, tiempo de reparación y tiempos de restauración,

que tienden a ser de naturaleza fortuita, por lo cual se describen de manera

estocásticas en casos de falla o de manera determinística para determinar

interrupciones por mantenimientos. Así evaluando la confiabilidad y la disponibilidad

con los costos, se puede escoger un planteamiento adecuado para determinado

proyecto que reporte la mayor cantidad de beneficios posibles con una inversión

determinada.

El interés de la confiabilidad ha crecido enormemente debido a la escasez de

capital, y a la necesidad continua de ampliar o remodernizar las subestaciones

existentes así el estudio de la confiabilidad es uno de los factores de mayor peso para

inclinarse entre dos o más proyectos.

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8

Es importante destacar que, la confiabilidad es una disciplina íntimamente

ligada a otras que llevan a la misma meta, las cuales son Mantenibilidad y la

Disponibilidad, que se definen más adelante.

2.2.- Expresiones Matemáticas Generales de la Confiabilidad

En el caso de tener un número no determinado de componentes idénticos, se

púeden establecer los siguientes índices:

Ns(t) = Número de elementos en operación en el tiempo t.

Nf(t) = Número de elementos que fallan en el tiempo t.

No = Número de ocurrencias en el tiempo t.

Para cualquier tiempo t, la confiabilidad R(t) está dada por:

NotNstR )()( = (1)

NotNf

NotNfNotR )(1)()( −=

−= (2)

Por tanto

dtNotdNstdR

⋅−=

)()( (3)

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9

Asumiendo que ∞→dt

dtNotdNf

⋅)( es la densidad de falla instantánea )(tf

)()( tfdt

tdR−= (5)

Además:

∂(t): es la tasa de riesgo Instantánea (tasa de falla)

)(1)()(

tNsdttdNft ⋅=∂ (6)

dttdRtf )()( −= (7)

donde: f(t) es la función de densidad falla.

dttRtidRt

)()()( −=∂ (8)

∫ ∫ −=−=t tR

tRdttRdttf0

)(

1

)(1)()( (9)

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10

dttdR

tRt )(

)(1)( ⋅

−=∂ (10)

∫ ∫−=∂t t

tRtdRdtt

0 1 )()()( (11)

∫=

−t

tRtdR

etR 1)()(

)( (12)

Esta última ecuación representa la confiabilidad en función del tiempo donde

los riesgos o las tasas de falla son además una función del tiempo. Si la tasa de falla

es constante y por tanto independiente del tiempo la ecuación ser reduce a:

tetR −∂=)( (13)

2.3.- Concepto de Mantenibilidad

Se define como Mantenibilidad el acceso que ofrece o permite un equipo o

elemento en una Subestación para la ejecución del mantenimiento, ya sean por

desgaste previsto e inevitables de sus componentes o por labores de reparación no

previstos. Esta puede afectar gravemente el desempeño de la Subestación y de ahí su

importancia e influencia en el estudio de la confiabilidad, estas reparaciones en el

caso de una Subestación deben ser efectuadas sólo por personal calificado y con

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11

material (herramientas, equipos, etc.) adecuados, al igual que un buen apoyo logístico

en cuanto a documentación y planificación en las intervenciones de tipo preventivo.

La mantenibilidad no debe ser tomada a la ligera, esta puede dar resultados

más inmediatos con tan sólo estudiarla y mejorarla y con muchísimo menor esfuerzo

que la propia confiabilidad.

Varios autores defienden la idea de que es mejor hacer mayor énfasis en los

procesos de mantenibilidad y así reducir los tiempos por mantenimiento, que el

equipo escogido presente un número de fallas menor por confiabilidad, aumentando

así la disponibilidad de este, obviamente lo mejor es una excelente combinación de

ambos.

2.4.- Cuantificación de la Mantenibilidad

Existen formas, de cuantificar los índices de Mantenibilidad para una

posterior evaluación de la confiabilidad y de la disponibilidad, para eso se toma el

MTTR (Mean Time To Repair) o Tiempo Medio de Reparación, este está

directamente vinculado con la Mantenibilidad y no es otra cosa que la suma del

tiempo en el que se localizan las fallas y se reparan, reemplazos de elementos, etc. así

se puede conocer en que áreas es más frecuente este tipo de intervenciones y

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mejorarlas ya sea con el reemplazo con elementos de mayor confiabilidad o con

mantenimientos preventivos más frecuentes.

2.5.- Concepto de Disponibilidad

Se define como Disponibilidad, la capacidad de un equipo de entrar en

servicio o de estar cumpliendo con la labor para la cual fue diseñado en el momento

en que sea requerido, y dentro de los parámetros naturales tales como, vida útil o

parámetros preestablecidos para los cuales fue diseñado. Obviamente este es el factor

que influye directamente en el ofrecimiento del servicio, cuando un equipo no cumple

con esta condición, es decir está Indisponible, trae consigo la consecuencia de que ese

tiempo, es improductivo, acarreando grandes pérdidas de acuerdo a las dimensiones

de la Subestación.

La Disponibilidad puede ser cuantificada como un estado binario, ya que los

equipos cumplen o no su función, es decir funcionan o simplemente no funcionan, no

existen estados intermedios, estos dos estados son llamados en la literatura

anglosajona, Up Time o tiempo de funcionamiento, y Down Time o tiempo de no

funcionamiento, obviamente como ya se mencionó los Down Time son de tipo

improductivo para la subestación, es por esto que se trata de minimizarlos al máximo,

estos pueden ser ocasionados por fallas en los equipos de la subestación, por salidas

de servicio por mantenimiento programado u otras.

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2.6.- Expresiones Matemáticas Generales de la Disponibilidad.

La expresión que representa la disponibilidad del sistema es la siguiente:

tetA )()( μ

μμμ +∂−⋅

+∂∂

⋅+∂

= (14)

Donde:

∂(t): Tasa de Falla.

μ(t): Tasa de Restauración.

La Indisponibilidad del sistema viene representada entonces por la siguiente

ecuación:

tetU )()( μ

μμμ +∂−⋅

+∂∂

−+∂

= (15)

Cuando t tiende a infinito las ecuaciones para A(t) y U(t) quedan reducidas a las

siguientes expresiones:

μμ+∂

=)(tA ; μ+∂

∂=)(tU (16)

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La expresión de disponibilidad limita en términos del tiempo medio para la

falla (MTTF) y el tiempo medio de restauración (MTTR) es la siguiente:

MTTRMTTFMTTFtA+

=)( (17)

La función disponibilidad en función del tiempo viene dada por:

)]([)]1)([)( txEtxPtA === (18)

x(t)=1: El sistema está operando en el tiempo t.

x(t)=0: El sistema no está operando en el tiempo t.

Hay que considerar lo siguiente:

a) Si no hay reparaciones en el sistema, entonces la función disponibilidad A(t) se

reduce a la confiabilidad del mismo R(t), es decir la probabilidad de que el sistema

opere sin falla más allá del período [0,t].

b) La disponibilidad promedio en el periodo [0,t] es también la porción de tiempo que

podemos esperar que el sistema opere en este periodo.

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La indisponibilidad U(t), es la cantidad total de tiempo fuera de operación en el

período [0, t].

∫=t

dttxtU0

)()( (19)

∫=t

dttAtU0

)()( (20)

2.7.- Relación entre Confiabilidad, Mantenibilidad y Disponibilidad

La relación entre estos tres conceptos es muy estrecha, así una subestación

con una altísima confiabilidad (obviamente ideal es decir que no falle nunca lo cual

es casi imposible en la práctica) y con una bajísima Mantenibilidad, es decir la

capacidad para responder, en este caso, ante una falla pudiera tener una

Disponibilidad muy baja, o lo que es lo mismo una Indisponibilidad muy alta, así un

buen balance entre estos tres factores asegura la factibilidad del proyecto. En la figura

siguiente se observa con mayor detalle la relación entre estos conceptos:

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Donde:

1 = Condición operacional del equipo.

0 = Condición no operacional del equipo.

Fi = Falla i-ésima.

T.T.F.= Time to fail, tiempo hasta fallar (usado en equipos no reparables, que sólo

fallan una vez).

T.B.F= Time between failures o tiempo entre fallas.

U.T. = Up time o tiempo operativo entre fallas.

D.T: = Down time o tiempo no operativo entre fallas.

T.T.R. =Time to repair o tiempo necesario para reparar.

De aquí derivamos los siguientes parámetros para un número de fallas = m.

· M.T.B.F. = Mean Time between failures, tiempo medio entre fallas =Σ

T.B.F./m.

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· M.U.T. = Mean up time, tiempo medio de funcionamiento entre fallas

Σ=U.T./m.

· M.D.T. = Mean down time, tiempo medio de indisponibilidad entre fallas

Σ=T D.T./m.

· M.T.T.R. = Mean Time to repair, tiempo medio para reparar = ΣT.T.R./m.

Fácilmente en el gráfico se puede observar que si se mejora cualquiera de los

aspectos citados anteriormente la Disponibilidad de la subestación aumentará.

2.8.- Confiabilidad y Costos

Los costos del ciclo de vida pueden ser bastante considerables en comparación

a los costos de inversión inicial de la Subestación, esto es por que en los costos de

instalación, no se toma en cuenta los costos de operación, mantenimiento,

reemplazos, etc. los cuales a lo largo de los años son mayores a los costos de

adquisición, de igual forma, los costos de energía no servida, pueden ser

considerablemente altos, y obviamente las fallas deben minimizarse, así tenemos que

para obtener una mayor confiabilidad de la subestación, debemos tener mas

ingeniería en las áreas de diseño y equipos, lo que demanda mayores gastos, y de no

tenerla, los costos de energía no servida pudieran generar pérdidas económicas

cuantiosas.

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De esta manera se busca compensar lo que es el costo inicial y su

confiabilidad con el costo del ciclo de vida, tratando así de encontrar el punto óptimo

entre ambos, así la mejor confiabilidad no es la mayor sino la que a la larga implica

menores costos del ciclo de vida. Obviamente si se pueden obtener equipos con

confiabilidades altas y que además garanticen altos niveles de mantenibilidad, por un

valor proporcionalmente parecido, como es el caso de las subestaciones compactas, la

disponibilidad será aun mayor. Estas relación se puede observar en una forma sencilla

en la gráfica siguiente:

Relación entre los Costos de una Subestación

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2.9.- Métodos de Análisis de la Confiabilidad

Los métodos de análisis de la confiabilidad de un sistema pretenden predecir

el comportamiento que tendrá el sistema (en este caso la subestación) en un intervalo

de tiempo específico, por esta razón se podrían considerar una propiedad cualitativa

más que cuantitativa, pero para efectos de ingeniería es mucho más atractivo disponer

de un índice cuantitativo. El objetivo de la evaluación de la confiabilidad en una

subestación es determinar valores que reflejen la calidad de servicio en el consumidor

final. La predicción de eventos futuros a través de la confiabilidad tiene la ventaja de

dar información sobre el comportamiento entre diferentes soluciones al momento de

compararlas y dar cuenta de cual solución es mejor.

2.9.1.- Método de Monte Carlo

El método de Monte Carlo consiste en la simulación de un número

considerable de situaciones, generadas en forma aleatoria, donde los valores de los

índices de confiabilidad corresponden a los valores de los momentos de las

distribuciones de probabilidad. De este método existen dos versiones, las cuales son

el secuencial y el no secuencial.

- Método de Monte Carlo secuencial: Simula cronológicamente cada hora del año y

el estado actual depende de los estados anteriores (sistemas con memoria).

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- Método de Monte Carlo no secuencial: Simula aleatoriamente todas las horas del

año y el estado actual no depende del anterior. (Sistemas sin memoria).

La ventaja que ofrece este método es la facilidad de tomar en cuenta cualquier

variable aleatoria y cualquier contingencia, sin embargo por ser un método

estocástico hay preferencias por los métodos de analíticos dado que es más fácil su

manejo.

2.9.2.- Método de Markov

La mayoría de los métodos analíticos están basados en los procesos continuos

de Markov. Una subestación siguiendo el planteamiento de este método se

consideraría, como un sistema reparable, ya que al fallar un elemento este es

reemplazado o reparado, teniendo así un sistema continuo en el tiempo con estados

discretos finitos (fallas o reparaciones). Sin embargo el método de Markov a pesar de

entregarnos con una excelente precisión la probabilidad de falla de la subestación o

de que el sistema resida en cualquiera de sus estados posibles, no nos ofrece la

probabilidad de falla en un punto específico de la subestación o del sistema, lo que

podría ser una desventaja dependiendo del criterio de análisis.

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Este método posee el inconveniente de ser sumamente complicado para el

manejo de varios elementos ya que si consideramos un sistema de solo 20 elementos,

tendría 1.048.576 de estados, de modo que la dificultad es obvia, y más si se

considera que existen elementos que podrían estar en más de dos estados y no solo en

falla y operación.

2.9.3.- Técnica de Frecuencia y Operación

La información Cuantitativa es el principal objetivo de la evaluación de la

Confiabilidad, la técnica de Markov es adecuada para determinar la probabilidad de

estado y disponibilidad, sin embargo otros parámetros deben ser tomados en cuenta

tales como la frecuencia de encontrarse en un estado determinado y la duración

promedio de residencia en dicho estado entregan mucho mas información útil que una

simple probabilidad. En el caso específico de una subestación esta información es

determinante para la toma de decisión entre varias soluciones o proyectos propuestos,

en este método destacan el concepto de Mantenibilidad y Life Cycle Cost.

2.9.4.- Método de Cortes Mínimos

Cuando se evalúa un sistema en particular, el principal problema que se nos

plantea es el de determinar los eventos de fallas o cortes mínimos, que aislan los

puntos de carga de la subestación, es decir, si utilizamos como criterio de éxito la

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continuidad del servicio para los puntos de interés, la salida de los elementos que

pertenecen al conjunto de corte mínimo produce la separación del sistema en dos

subsistemas conectados uno que contiene las entradas (fuentes) y otro que contiene

las salidas (carga), el método de los conjuntos de corte, en esencia, hace una

representación serie-paralelo del sistema en estudio, el cual puede tener cualquier

configuración, un conjunto de corte es mínimo cuando no presenta ni contiene un

subconjunto que pueda producir el mismo efecto sobre el sistema. Este método de

aproximación es generalmente válido, atendiendo a la alta disponibilidad

normalmente asociada a los componentes de un sistema eléctrico de potencia. Si

fallan los elementos de un corte el sistema fallará sin importar el estado del resto de

los elementos del sistema, es de destacar, que un componente o elemento, puede

pertenecer a uno o varios cortes, en el grupo de corte los elementos deben conectarse

en paralelo, ya que la falla se produce cuando estos elementos salen de servicio, y

estos a su vez se conectan en serie con otros elementos o cortes mínimos, así la

ocurrencia de cualquiera de ellos asegura la desconexión del sistema.

2.9.5.- Modos de Falla y Análisis de Efectos

Esta técnica de análisis presenta un mayor realismo que los otros métodos, ya

que en ella se trata de determinar los modos más comunes de falla y sus efectos en el

sistema, para implementarla, su uso va acompañado de la técnica de cortes mínimos,

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esta técnica es sumamente adecuada para modelar fallas que involucren la acción de

los dispositivos de protección.

2.9.6.- Análisis de Árbol de Falla

El árbol de falla es un diagrama lógico que muestra las interrelaciones entre el

evento no deseado en un sistema (efecto) y las razones para el evento (causas). , estas

pueden ser del tipo humano, ambiental, longevidad del equipo, fallas esperadas en el

equipo o fallas de un componente específico. La importancia de la confiabilidad de

un elemento en un sistema depende básicamente de dos factores, que son:

- La localización del componente en el sistema.

- La confiabilidad del componente.

En la actualidad, el análisis de árboles de falla es una de las técnicas de uso

común para elaborar estudios rigurosos de riesgo, y de confiabilidad.

2.9.7.- Diagrama de Bloques de Confiabilidad

Un diagrama de bloques de confiabilidad, es un diagrama de red que

representa los caminos o vías posibles a través de los elementos para lograr un fin o

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misión en especifico, las interconexiones indican los dispositivos que se requieren

para lograr éxito en la operación de un sistema.

También son de gran utilidad en el análisis de los estudios logísticos y de

impacto. Los lazos representados del dispositivo forman la base de las medidas de la

confiabilidad y de la disponibilidad del sistema.

La incorporación de redundancias y de modos alternados de operación que

alteran la misión invariablemente decrementan la confiabilidad básica, lo cual trae

como consecuencia un incremento en la demanda de mantenimiento y soporte.

2.10.- Costo del Ciclo de Vida o Life Cycle Cost (LCC)

La liberación del mercado eléctrico ha entrado hoy en día en una fase mucho

más activa que en el pasado, las razones son variadas y las compañías eléctricas

hacen frente a esta realidad siendo cada vez más eficientes, por esto ahora no solo se

busca costos más bajos en el costo inicial de la subestación sino también costos más

bajos en operación y mantenimiento; durante la vida útil de la subestación hasta su

desmantelamiento, optimizando los sistemas de control, protección y monitoreo e

invirtiendo en equipos primarios más confiables que reduzcan las pérdidas por

energía no servida que obviamente no son productivas.

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A través del crecimiento de la industria eléctrica, el tema del Costo del Ciclo

de vida o LCC por sus siglas en Inglés se vuelve cada vez más común en el medio,

esta es una metodología que permite la evaluación del costo total de la subestación

como sistema, a través de toda su vida útil. Generalmente la metodología LCC está

basada en los siguientes procesos:

- Los puntos de mayor costo en el sistema (en este caso la Subestación) son

definidos a través de toda su vida útil.

- Todos estos puntos evaluados a través de la vida de la subestación, son

añadidos conjuntamente para obtener el gran total del Costo del sistema a

través de su vida útil.

La metodología LCC es cada vez mas usada como basamento en la

comparación de diferentes opciones y configuraciones en un sistema dado. También

es usada para crear un análisis sensitivo de un sistema específico dado, en función de

varios parámetros como Costo inicial de lo equipos de Alta tensión, Mantenibilidad,

etc.

Entre los costos más comunes normalmente asociados al Costo del Ciclo de

Vida encontramos:

Costos de Inversión Inicial:

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Son aquellos que entre ciertos parámetros se realizan solo al principio de la

vida de la subestación entre los que podemos resaltar los siguientes:

- Análisis de red, pre-ingeniería.

- Ingeniería de Detalle.

- Adquisición del terreno ( que en el caso de una repotenciación de la

subestación no aplicaría obviamente).

- Adquisición de equipos primarios de Alta Tensión, tanto como secundarios.

- Trabajos Civiles.

- Costos de pruebas, tiempo de levantamiento de la obra y etc.

- Supervisión de la construcción.

- Protección y Control.

- Equipos auxiliares, cableado, etc.

Gastos de Capital:

Estos gastos son los que produce la subestación durante su funcionamiento

entre estos podemos citar:

- Costos de Operación

- Costos por energía no servida (penalizaciones por estas y todas aquellas

relacionadas por una falla de los equipos, repuestos, etc.).

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- Costos de Mantenimiento (tanto preventivo, predictivo y correctivo,

repuestos, salarios del personal Mantenimiento, equipos, etc.)

2.10.1.- Expresión Matemática del Costo del Ciclo de Vida

Existen varias formulas utilizadas para la evaluación del LCC (costo del ciclo

de vida) la mas destacada es:

⎥⎦

⎤⎢⎣

+−+

++=n

n

iii

CVCFCILCC)1(*

1)1(*][

Donde:

LCC = Costo del Ciclo de Vida.

CI = Costo Inicial. Aquí se evalúan costos de adquisición de terreno, costos equipos

de Alta Tensión, costos equipos de protección y control, cableado, infraestructura

civil de la subestación, estructuras metálicas, etc.

CF = Costo de reparación anuales, en este ítem se evalúan mantenimiento, sueldos de

personal de subestación, repuestos, mano de obra del personal de mantenimiento.

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CV = Costos Variables anuales, son aquellos costos que no están previstos, es decir

causados por fallas y su reflejo en energía no servida.

n = años de expectativa del tiempo de vida de la subestación.

i = tasa de descuento

Esta es una fórmula de valor presente, cuyo concepto se detallará más

adelante.

2.10.2.- Influencia de la Disponibilidad en el LCC

La misión de una Subestación es la de suministrar servicio eléctrico con

calidad y continuidad durante un tiempo preferiblemente largo y con los menores

costos operativos y de mantenimiento posibles, cuando esto no ocurre, obviamente la

Subestación no reporta beneficios del tipo económico para la compañía de

electricidad, es por esto que, cuando se recurre a un diseño por encima de otro, la

solución no debe ser de tipo inmediato, sino considerando responsablemente los

factores que influyen en ella a largo y mediano plazo, ya que, los costos de

Mantenimiento tanto predictivo como correctivo, accesibilidad, y los costos por

interrupciones pueden ser mucho mayores a los costos de ejecución del proyecto, que

solamente representan un mínimo del costo total a lo largo de la vida de la

Subestación. Así un estudio de Disponibilidad adecuado, proporciona la seguridad en

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el proyecto necesaria, para tener la certeza de que la Subestación en cuestión es

económicamente viable como proyecto.

Si consideramos que la mayoría de las Subestaciones son casi siempre obras

de considerables magnitudes y costos, la expectativa de vida que reporte beneficios

de la obra, es siempre proporcional a la escala del proyecto, por lo que aumenta la

importancia de un estudio consecuente de factores que anteriormente eran poco

considerados como la Disponibilidad.

2.10.3- Costos de las Fases del Ciclo de Vida de la

Subestación

El Costo del Ciclo de Vida consta de varias partes o mejor dicho fases, en las

cuales tanto la intervención directa del usuario, en este caso las compañías de

electricidad así como las del fabricante, contratistas y consultoras se alternan

continuamente, cada una en su fase correspondiente, calculando los diferentes costos

de cada una de ellas, se obtendrá el costo de ciclo de vida completo. Obviamente la

manera de evaluar cada fase difiere entre sí pero lo importante es el resultado final, y

que se encuentre en un mismo formato para que el resultado final del costo del ciclo

de vida sea compatible con la realidad. Estas fases y sus distintos elementos, forman

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una estructura la cual es posible descomponer para tener un estimado del

comportamiento de los costos a través de los años o Cost Breakdown Structure.

Las principales fases, las cuales influyen individualmente a lo largo de la vida

del proyecto se enumeran a continuación:

1. Costos de Planificación:

- Planificación inicial.

- Investigación del producto.

- Análisis de requisitos.

- Diseño de ingeniería.

- Datos y documentación de diseño.

- «Software».

- Pruebas y evaluación de los modelos de ingeniería.

- Funciones de gestión asociadas.

2. Costo de producción y construcción:

- Ingeniería y análisis de operaciones

- Producción (fabricación de los equipos de la Subestación, montaje y

pruebas)

- Construcción de las instalaciones.

- Logística (por ejemplo, apoyo inicial al usuario, entrenamientos al

personal, producción de equipo de pruebas y apoyo, etc.).

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3. Costo de operación:

- Gastos asociados a la operación de la Subestación, Salarios personal,

repuestos equipos, herramientas, etc.

- Mantenimiento y apoyo logístico durante el ciclo de vida de la

Subestación (por ejemplo, producción de repuestos, servicio al cliente,

actividades de mantenimiento, apoyo de abastecimiento, equipos de

prueba y apoyo, transporte y manejo, datos técnicos, instalaciones,

modificaciones del sistema, etc.).

- Eliminación y reemplazo de elementos no reparables a lo largo del ciclo

de vida de la Subestación.

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Capitulo III Subestaciones

3.1.- Criterios de Elección

Fijar normas bien definidas o reglas para determinar como ha de ser el número

de juegos de barras y de toda los instrumentos de equipos de alta tensión, protección,

control y etc. de la Subestación, no es posible claramente con un solo juicio, existen

casos muy particulares, los cuales responden a estudios específicos de las

necesidades planteadas como la flexibilidad de la Subestación como obra física (es

decir ampliaciones, accesibilidad y otros) o la continuidad del servicio tratando de

optimizar costos (Disponibilidad, Mantenimiento, Costos de inversión, etc.)

minimizando pérdidas (ya sea por interrupciones previstas como mantenimientos

predictivos o mantenimientos correctivos, así como fallas que causen interrupciones

y afecten el suministro). Sin embargo existen factores generales que no cambian a

pesar de las exigencias particulares de cada caso, los cuales son:

- Importancia de la instalación: De acuerdo a la tensión y la potencia de suministro

existen Subestaciones más sensibles que otras de acuerdo a su importancia en el

suministro eléctrico, y a quien o a quienes suministran potencia y la cantidad de

afectados en caso de una falla o interrupción del servicio.

- Costos de inversión: Esta es un área sumamente sensible, que se debe evaluar

meticulosamente, en el no solo se deben evaluar los costos iniciales, como los de la

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inversión inicial, sino también la inversión y los beneficios que esta retribuya a la

larga.

- Características y ubicación del terreno: La evaluación de este así como su costo

plantea un problema tanto de tipo físico como económico, muchas veces en

instalaciones urbanas no se puede ampliar las instalaciones existentes, así como el

valor del terreno no siempre es muy accesible, su accesibilidad en áreas remotas de

generación, también plantean un problema de tipo grave, obviamente esto se vuelve

un problema logístico en el diseño de la Subestación.

- Importancia y continuidad del servicio: Cada día se hace más evidente la

repercusiones que traen consigo las fallas y mal suministro de la energía eléctrica, las

nuevas leyes del sector eléctrico Venezolano contemplan estos casos, promoviendo

multas por calidad deficiente de servicio, así como también, que los costos de energía

eléctrica no servida son cuantiosos en la mayoría de los casos.

- Facilidades de mantenimiento de los aparatos: El tema de mantenimiento es de

profundo interés en el diseño de las Subestaciones, la accesibilidad a los equipos por

mantenimiento de tipo predictivo o de corrección, para minimizar las interrupciones,

juegan un papel preponderante en el diseño de la Subestación.

- Posibilidades de ampliación de las instalaciones: Es muy normal, que ya sea por

aumento de la población o de la carga, que la Subestación llegue al límite de la

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potencia suministrada, para la cual fue diseñada, por esto, debe estudiarse con

detenimiento las posibilidades de ampliación de la Subestación, ya sea a largo como a

mediano plazo.

- Tipo de Operación: El tipo de operación o manejo de la Subestación, así como los

equipos para el control o el monitoreo de las instalaciones, son de primordial

importancia en el desempeño de la misma, optimizando así su funcionamiento e

inclusive dando un diagnóstico continuo para evitar las fallas de un equipo

determinado en un estado inicial.

De acuerdo a esto, existen distintos tipos de arreglos o disposiciones entre los

distintos elementos que conforman una Subestación, destacando entre ellos los

denominados, de un simple juego, doble juego y hasta un triple juego de barras; de un

esquema consistente en un interruptor o doble interruptor por salida, así de acuerdo a

la necesidades que se quiera satisfacer se escoge cual es el tipo idóneo de

Subestación.

3.2.- Esquemas de uso frecuente de Subestaciones de Alta

3.2.1.- Barra Simple

Esta es la disposición más sencilla y económica de todos los arreglos de

Subestaciones, obviamente por su simplicidad, su instalación es sumamente sencilla,

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al igual que su operación, el diseño de protecciones también es muy simple, y como

podría suponerse su inversión inicial es bastante baja en comparación con otros

esquemas, pero por otro lado, tenemos que no es tan confiable como otros esquemas,

cuando ocurre una falla en barras interrumpe totalmente el servicio y cuando se

realiza mantenimiento en un interruptor por ejemplo, también suspende el servicio, al

igual que para un posterior trabajo de ampliación de igual modo no puede satisfacer

de manera separada una o varias líneas, este esquema se ilustra en la figura siguiente:

Esquema unifilar de un juego de Barra Simple

3.2.2.- Barras Seccionadas

Este esquema, es una mejora del esquema anterior de Barra simple que

consiste en dividir las barras en secciones mediante interruptores, así tenemos varios

esquemas menores de Barra Simple con las desventajas propias de ellas, pero con la

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ventaja que, cuando por ejemplo hay una falla en la barra, si se abre el denominado

interruptor de acoplamiento, cuya tarea en este caso es la de aislar la zona de

influencia de la falla, e independizando las demás zonas manteniendo el servicio en

las partes donde esta no afecte.

Desde el punto de vista de operación y para trabajos de mantenimiento esta

disposición es mucho más práctica por el hecho de ofrecer la ventaja de aislar zonas,

sin cortar totalmente el suministro, sino por zonas. También por su disposición

permite operar con dos fuentes distintas de alimentación, este esquema no ofrece la

facilidad de intercambiar una salida a otra sección y el esquema de protecciones se

complica en relación al esquema de Barra Simple. Este esquema puede observarse en

la siguiente figura:

Esquema de un juego de barras seccionables.

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3.2.3.- Esquema de Seccionadores en Derivación (By-Pass)

Este arreglo surge de la necesidad de dar mantenimiento a las Subestaciones

sin sacar de servicio las líneas, así se instalan Seccionadores de derivación de manera

de no sacar la línea de servicio y aislar el interruptor al que se le va a practicar

mantenimiento, tal y como se indica en la figura siguiente:

Esquema de 1 juego de barras con seccionador “By-pass”.

Pero el inconveniente que, si durante el mantenimiento se presenta una falla en la

línea, los otros interruptores se dispararan de manera simultanea.

3.2.4.- Sistemas con Doble juego de barras

Este esquema presenta la ventaja que se alimenta la línea desde cualquier juego de

barras, y que si la operación lo amerita, es posible separar las salidas en dos grupos.

Como se observa en la figura es posible aislar totalmente un juego de barra del otro a

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través de el interruptor de acoplamiento, y como es lógico con esto se pudieran

realizar tareas de mantenimiento con los equipos asociados con el juego de barras que

quedo aislado, este esquema se puede observar en la siguiente figura:

Esquema convencional de doble juego de barras.

El interruptor de acoplamiento de barras puede utilizarse también como

reserva para casos de mantenimiento de los interruptores de línea. Estos esquemas

sufren de el inconveniente de su complejidad, pero es un precio que se paga, cuando

el principal requerimiento es la continuidad de servicio.

Para transferir las líneas de uno a otro juego de barras sin necesidad de suspender

el servicio, se requiere agregar un interruptor de acoplamiento.

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Los esquemas de doble juego de barras se complican a medida que se le

incorporan otros elementos para asegurar una mayor flexibilidad en la operación y

cuando se exige reducir al mínimo los riesgos originados por fallas.

3.2.5.- Esquema de doble juego de barras con duplicación

de interruptores

Este esquema es el más fiable y confiable de todos pero por su complejidad,

resulta sumamente costoso. Cuando el criterio fundamental es la continuidad de

servicio, como el caso de las Subestaciones de las grandes centrales eléctricas o de

Subestaciones muy estratégicas, es el arreglo más conveniente, su funcionamiento

radica en que al producirse una falla en un interruptor de línea o en uno de los juegos

de barras, el sistema de protección provoca la conmutación sobre el otro juego de

barras, con esta disposición se elimina el interruptor de acoplamiento, pero este

esquema trae el inconveniente de que elementos como, interruptores, transformadores

de medición, etc. se duplican con respecto al esquema convencional de allí su alto

costo. El esquema básico puede observarse en la figura siguiente:

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Esquema de doble juego de barras con doble interruptor.

3.2.6.- Esquema de Doble Juego de Barras con Interruptor

y Medio por Salida

Esta disposición es sumamente utilizada cuando la continuidad de servicio es el

requisito principal, es tan confiable como el de doble interruptor, pero presentan las

desventaja que el sistema de protección es mucho mas complejo, esto es debido a que

este esquema es algo más complicado en funcionamiento con el fin de cumplir con la

misma función que el de doble interruptor, se puede también disminuir el número de

transformadores de corrientes instalándolos en las salidas de las líneas, pero haciendo

esto último se puede dejar la línea fuera de servicio por fallas o por trabajos de

mantenimiento en el transformador. Este esquema se puede observa claramente en la

siguiente figura:

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Esquema de doble juego de barras con interruptor y medio por salida.

3.2.7.- Esquema de Barras Principal y de Transferencia

De la necesidad de no interrumpir el servicio, y de configuraciones abundantes en

interruptores, surge este esquema, el cual en su modo más simple es de una barra

principal y una de transferencia, tal y como su nombre lo indica, consta de una barra

la cual es, en caso de falla, es relevada por otra barra sin interrumpir el servicio, la

ventaja de este esquema es que es muy práctico al momento de dar mantenimiento a

los interruptores, pero no así con los seccionadores, que si dejan fuera de servicio la

barra, en la figura de abajo se observa la configuración más simple de este esquema:

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Esquema de Barras Principal y de Trasferencia.

La operación de transferencia es sumamente insegura en este caso, ya que se deja

la barra dependiendo únicamente de los seccionadores. Una variante dentro de este

esquema es el de un doble juego de barras en la que una es de transferencia, como se

indica en la figura a continuación.

Otros Esquemas de Barras Principal y de Transferencia

Así cualquier juego de barras puede ser usado como juego principal y una de ellas

actúa como barra de transferencia. Otra ventaja que presenta este esquema es que

pueden efectuarse los trabajos de inspección y de mantenimiento con cierta facilidad,

ya que presenta la ventaja que no deben salir de funcionamiento las líneas.

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3.2.8.- Sistema de tres juegos de barras

En altas tensiones es muy común en algunos países encontrarse con este esquema,

el sistema se basa en dos juegos de barras colectoras principales y otro de barras

auxiliares, entre sus desventajas esta que se necesita una gran cantidad de terreno para

su instalación ( en su variante a la izquierda en la figura de abajo), por eso se da

preferencia al de la derecha.

Sistema de tres juegos de Barras

la configuración de la derecha permite una gran flexibilidad para mantenimiento,

reparaciones y pruebas, en comparación con el otro.

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3.2.9.- Esquema del Tipo de Anillo o Poligonal

Este tipo de conexión como se muestra en la figura siguiente, presenta el

inconveniente de que al abrir dos interruptores al mismo tiempo, se puede dejar fuera

de servicio la subestación, los esquemas de medición y protección son más

complicados, es sumamente difícil ampliar las instalaciones que usan este esquema,

pero presenta la ventaja que la apertura de un solo interruptor no interrumpe el

Esquema de principio del tipo poligonal o en anillo.

servicio y se eliminan las protecciones de barras, ahorrando así considerablemente en

comparación con otros esquemas.

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3.3.- Elementos de una Subestación

3.3.1.- Interruptor (Disyuntor)

Un interruptor o disyuntor es un elemento capaz de interrumpir o restablecer el

paso de la corriente en un circuito, en condiciones normales, o de sobrecarga y tolerar

durante un tiempo determinado corrientes de corto-circuito. Esta interrupción también

es posible bajo carga, como por ejemplo para despejar una falla o para conectar o

desconectar un equipo eléctrico o una línea determinada. A manera de referencia se

presentaran las distintas tecnologías que existen en esta área de tan marcado

crecimiento debido a los aumentos en las tensiones de transmisión

(experimentalmente para la fecha de este trabajo por encima de 1100 kV). El tipo de

tecnología varía de acuerdo al elemento que se utiliza para extinguir y enfriar el arco

así podemos observar principalmente:

- Gran Volumen de Aceite: Estos interruptores son los primeros que se

utilizaron para operar con elevados niveles de corrientes y tensiones también

elevadas. Consisten en una gran cilindro lleno de aceite donde se encuentran

dos contactos en serie, el aceite sirve como medio aislante y de extinción del

arco.

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- Pequeño Volumen de Aceite: Ayudados por aceites con mayor capacidad

dieléctrica y el uso de materiales aislantes tales como porcelanas, resinas

sintéticas y esteatita, el tamaño y el volumen de estos se disminuyó

considerablemente, dando paso a una nueva generación de interruptores con

mayor capacidad de interrupción.

- Aire Comprimido: Este apareció a principios de 1929 con el surgimiento de la

denominada válvula de Ruppel. El principio básico de este interruptor es

utilizar el elevado potencial dieléctrico del aire comprimido para extinguir el

arco eléctrico provocado por las altas intensidades de corrientes.

Interruptor de aire comprimido de la Subestación Santa Teresa propiedad de C.V.G. EDELCA

- SF6 (Hexafloruro de azufre): El hexafloruro de azufre es un gas 5 veces más

pesado que el aire, no reacciona con el agua ni con ácido clorhídrico, tampoco

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con el amoníaco. Normalmente no ataca ningún material excepto cuando se ve

en presencia de grandes descargas eléctricas es por esto que se utilizan el

aluminio y el acero inoxidable para retenerlo cuando se encuentra en estado

de descomposición, este gas es utilizado en las cámaras de interrupción

debido a sus altas propiedades dieléctricas (alrededor del doble que el aire en

6 atmósferas de presión) también es capaz de extinguir arcos de 100 veces

mayor intensidad, a aquellos que se pudieran extinguir con aire en igualdad de

condiciones.

Interruptor de SF6 de la Subestación Santa Teresa propiedad de C.V.G. EDELCA

La data de Confiabilidad típica para un interruptor de Hexafloruro de Azufre

(SF6) de 400kV es: Tasa de Falla 01,0=λ ; MTTR= 16h ; MF= 0,06667; MD=20

según 2nd CIGRE inquirí on CB, major failures all periods, (Ver Anexo Valores de

Confiabilidad de los equipos de Alta Tensión).

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3.3.2.- Pararrayos (Supresor de Alta Tensión)

Los pararrayos son el dispositivo más usado en la actualidad para combatir

sobretensiones, ya sean atmosféricas o de maniobras, para niveles de tensión mayores

a 400kV las sobretensiones son más de tipo de maniobra, mientras que para niveles

inferiores, 230kV y menores, son más de tipo de atmosféricos. Estos envían a tierra

las sobretensiones del sistema para evitar daños a los equipos, hoy en día estos

funcionan basándose en óxido de zinc y su función es parecida a la de un diodo

zenner, donde para unos valores de tensiones normales no es conductivo y para

valores de sobretensiones se vuelve un corto a tierra, evitando así que la onda pase a

los equipos que se desean proteger.

Pararrayos Marca ASEA de la Subestación Santa Teresa 400 kV Propiedad de C.V.G. EDELCA

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Debido a que manejan tensiones relativamente muy altas, es normal que se

lleve un recuento estadístico de su operación, ya que como es obvio están sometidos a

esfuerzos muy grandes lo que acortan su vida útil, lo que también sirve para conocer

el comportamiento de la línea de transmisión, por esto lleva un contador de

sobretensiones, que da información sobre el número de estas.

La data de Confiabilidad típica para un pararrayo de 400kV es: Tasa de Falla

0036,0=λ ; MTTR= 8h según CEA 1994-1998, Transformer and All Tank

arrangement. (Ver Anexo Valores de Confiabilidad de los equipos de Alta Tensión).

3.3.3.- Seccionador

Elemento mecánico de desconexión capaz de aislar eléctricamente un

elemento de los circuitos de potencia y de control con el objeto de realizar

reparaciones o mantenimiento.

La data de Confiabilidad típica para seccionador de 400kV es: Tasa de Falla

0025,0=λ ; MTTR= 10h ; MF= 0,2; DM=8.

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Seccionador de la de la Subestación Santa Teresa propiedad de C.V.G. EDELCA

3.3.3.1.- Seccionador con Puesta a Tierra (Seccionador de

Línea)

Elemento de desconexión con la capacidad de aislar eléctrica y físicamente los

demás elementos de la subestación para ejercer labores de mantenimiento en los

equipos, este presenta la particularidad de poseer una denominada “cuchilla de puesta

a tierra” que lleva a tierra el circuito para evitar que posibles tensiones debidas a las

inductancias y capacitancias de la línea puedan poner en peligro a los operadores de

mantenimiento.

La data de Confiabilidad típica para un seccionador con puesta a tierra de

400kV es: Tasa de Falla 0003,0=λ ; MTTR= 8h ; según CEA 1993-1997, Trafo and

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All Tank Arrangement. (Ver Anexo Valores de Confiabilidad de los equipos de Alta

Tensión).

Seccionador con Puesta a tierra de la de la Subestación Santa Teresa propiedad de C.V.G. EDELCA

3.3.4.- Transformadores de Medición

Los transformadores de medición son utilizados para alimentar los circuitos

de protección para que actúen en caso de una falla o sobretensión o cualquier otra

situación irregular relacionada con operaciones, la función básica de estos

transformadores es la de proporcionar aislamiento contra la alta tensión del circuito

de potencia y alimentar como se mencionó anteriormente a los circuitos de protección

pero con magnitudes proporcionales al circuito de potencia, así es posible la

utilización de protecciones relativamente más pequeños y menos costosas. Entre los

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transformadores de medición existente podemos citar dependiendo de su tecnología

dos grupos, los convencionales como los llamaremos en este trabajo y los ópticos que

funcionan en base al principio de la bobina de Rogowski cómo se detallará mas

adelante.

3.3.4.1.- Transformador de Corriente

El transformador de corriente tal y como su nombre lo indica es un elemento

de monitoreo de la intensidad de corriente y de alimentación de los

Transformadores de Corriente o TC de la Subestación Santa Teresa propiedad de C.V.G. EDELCA

relés de protección, este está diseñado para conducir una cantidad pequeña en

magnitud de corriente y aproximadamente con la misma fase pero con un pequeño

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error, para solventar esto, los transformadores de corriente son diseñados sin

excepción con materiales especiales tales como aleaciones de hierro y níquel así

como de silicio y hierro cuyas saturaciones son menores, para así evitar estos errores.

La data de Confiabilidad típica de un transformador de corriente de 400kV es

de: Tasa de Falla 0014,0=λ ; MTTR= 8h ; según CEA 1994-1998, CB all

interruption media. (Ver Anexo Valores de Confiabilidad de los equipos de Alta

Tensión).

3.3.4.2.- Transformadores de Potencial

Un transformador de potencial, es prácticamente un transformador normal con

arrollamientos primarios y secundarios.

Transformador de Potencial de la Subestación Santa Teresa propiedad de C.V.G. EDELCA

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El arrollamiento primario se conecta directamente al circuito de potencia,

entre dos fases o entre fase y tierra, estos pueden ser de dos tipos, Inductivos o

Capacitivos.

3.3.4.2.1.- Transformador de Potencial Inductivo

Los transformadores de potencial inductivos tienen una baja tensión del lado

del secundario y el voltaje del secundario está prácticamente en fase con el voltaje del

primario. Estos transformadores son usados para transformar el voltaje del sistema ha

ser medido a un voltaje secundario para ser usado por los sistemas secundarios, en

estos transformadores el arrollado primario y secundario están separados

galvánicamente.

3.3.4.2.2.- Transformador de Potencial Capacitivo

En los sistemas de tensión de 230kV o más es común ver el uso de los

transformadores de potencial capacitivo, el cual consiste en un divisor de tensión

capacitivo conectado entre fase y tierra de un circuito de potencia.

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Esquema Transformador de Potencial Capacitivo

La data de Confiabilidad según CEA 1993-1997, CB All Interruption

Media de un tranformador de Potencial es de Tasa de Falla 0007,0=λ ; MTTR= 8h ;

según CEA 1993-1997 CB all interruption media. (Ver Anexo Valores de

Confiabilidad de los equipos de Alta Tensión).

3.3.4.2.3.- Transformadores Ópticos

La implementación de estas nuevas tecnologías presentan ventajas obvias en

términos de economía, confiabilidad, funcionamiento y mantenimiento.

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El uso de estos instrumentos de medición tiene un mayor impacto en el diseño

de los equipos de control y protección que en la configuración de los equipos

secundarios.

Transformador Óptico diseño de ABB

Los transformadores ópticos se distinguen inmediatamente de los

transformadores convencionales por su menor tamaño, su menor peso, y que no son

saturables, sus mediciones son transmitidas a través de cables de fibra óptica lo que

hacen la transmisión de datos prácticamente inmune a los campos electromagnéticos

presentes en la subestación. La tensión de salida de estos instrumentos de medición

son bajas en comparación a las tecnologías convencionales debido a que alimentan

microprocesadores para las funciones de medición y control. Estos Instrumentos de

medición deben su principio a la bobina de Rocowski lo que permite que no se

saturen y que no presenten el fenómeno de ferroresonancia. Del mismo modo estos

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instrumentos de medición poseen un convertidor analógico digital, para procesar

luego la información con los nuevos sistemas de Control Numérico.

Principio del Transformador Óptico

Según el fabricante ABB los índices de confiabilidad de los transformadores

ópticos son de MTTR = 8h. (Ver Anexo Valores de Confiabilidad de los equipos de

Alta Tensión).

Señal saturada en negro y no saturada en azul del secundario de un transformador

Convencional saturado y uno Óptico haciendo la misma medición.

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3.4.5.- Protecciones:

La tarea del sistema de protección claro está, en conjunto con los circuitos de

interruptores, es desconectar las partes que presenten fallas al sistema de potencia

para:

- Proteger los equipos primarios contra daños innecesarios.

- Proteger a los habitantes de zona aledañas de daños causados por las fallas.

- Mantener el servicio en las partes no afectadas por las fallas de la red.

Cuando una falla ocurre en un sistema de potencia, los equipos de este, por

culpa de la distribución de la corriente de falla por las zonas no falladas, son

sometidos a esfuerzos tanto mecánicos como térmicos, lo cual como es obvio dañaría

también a los equipos que no entran en la falla, así el sistema de protección debe

actuar para aislar las partes afectadas solamente.

3.4.5.1.- Protección de Líneas

Las líneas de transmisión son la parte más extensa de los sistemas de

transmisión y estas en parte por su altura, la parte menos protegida del sistema ante

la influencia de la naturaleza (descargas atmosféricas). El número de fallas en una

línea de transmisión es notablemente más alto que el número total de fallas de todo el

sistema. Por tanto la protección de líneas de un sistema es la parte más importante de

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todo el sistema de transmisión. Otro punto en consideración es que las líneas de

transmisión son la parte del sistema que atraviesan con más frecuencia sitios

habitados por la gente y por esto pudieran ser las que causarán más daño a las

propiedades y a los habitantes en caso de una falla.

3.4.5.2.- Protección de Barras

La protección de barras está diseñada para proteger estos elementos de fallas

del tipo de corto circuito y fallas a tierra, en los principios de la industria eléctrica, las

protecciones no separadas fueron usadas para proteger las barras, utilizándose

siempre de manera cercana a las protecciones de línea de forma de ser redundantes.

Con el aumento de las tensiones de transmisión en las redes, las protecciones

de barras separadas han debido ser instaladas para limitar el daño causado por fallas y

cortos circuitos en el sistema.

Por lo general estas son del denominado tipo diferencial que no son otra cosa

que un relevador que tomando como referencia tensiones o corrientes que debieran

ser iguales procede a actúar cuando una de estas cambian de proporción.

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3.4.5.3.- Protección de Interruptores

En el mismo orden de las protecciones de líneas y barras los interruptores en

alta tensión y en extra alta tensión poseen relevadores para despejar las fallas, estos se

accionan cuando la corriente que circula por el interruptor no desaparece en el tiempo

establecido como normal, y accionarán los interruptores adyacentes para despejar la

zona fallada.

3.5.- Sistema de Control

El sistema de control de una subestación es la parte vital para supervisar, y

controlar las operaciones de la subestación. Los incrementos en la complejidad y del

tamaño de los sistemas de potencia han obligado a los sistemas de Control

incrementar sus tareas de supervisión y control. Así dependiendo de la localización de

las subestaciones en la red, su consumo, la organización de mantenimiento y

operación del cliente y las regulaciones del gobierno local, muchas opciones surgen

para adquirir la solución que represente el menor costo posible en el Costo del Ciclo

de Vida.

La meta principal de toda subestación es la de máxima confiabilidad posible

sin descuidar aspectos tales como la flexibilidad de operación así como de

mantenimiento. La importancia del Sistema de control y protección de la subestación

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se expande si se toma en consideración el costo del ciclo de vida. Este forma parte

importante de la operación de la subestación así como del mantenimiento de la misma

y el costo de este último. Un aspecto significativo es el del costo de los repuestos, los

cuales deben ser lo más bajo posible.

Sistema de Control y Protección Convencional con sus distintos niveles.

3.5.1.- Sistema de Control Numérico

La meta de este tipo de sistemas es reemplazar las inspecciones regulares

según los intervalos de inspección suministrados por el fabricante por un sistema de

vigilancia para el nivel de subestación, que comprende el diagnóstico permanente de

los aparatos primarios, que permite pasar de las inspecciones regulares a realizar un

mantenimiento en función de las necesidades, lo que acorta considerablemente el

tiempo que transcurre entre la aparición de un fallo (que pudiera ser visto en la

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inspección siguiente) y la eliminación del mismo. La supresión de los intervalos

regulares de mantenimiento descarga también el sistema de mando de red, ya que

para estas funciones de inspecciones preventivas no es necesario poner fuera de

servicio los transformadores, las salidas y los juegos de barras de alta tensión.

Los sistemas de control y protección numéricos están basados en equipos con

microprocesadores, los cuales, entre otras cosas necesitan menor potencia de

alimentación para su funcionamiento, las señales del equipo son digitales y son

transmitidas a través de fibra óptica lo que reduce considerablemente el cableado y

las interferencias electromagnéticas en la transmisión de data, otra ventaja de usar

equipos basados en microprocesadores y no en técnicas electromecánicas es el uso de

algoritmos de control más complejos con las ventajas del caso e incluso llevar un

registro más completo de las acciones de la Subestación. Así es posible reducir

considerablemente y simplificar la arquitectura de Control y Protección de la

subestación, lo que optimiza considerablemente el diseño de la misma. En la figura

siguiente es posible ver como se simplifica en el ámbito arquitectónico el campo de

protección y control de la subestación. Debido a que los sistemas de Control

Numérico se basan en sistemas electrónicos y no electromecánicos, poseen funciones

nuevas de control, como son la supervisión continua de todos los elementos de la

subestación, automonitoreo, etc.

Una de las desventajas más significativa de los sistemas de Control

Convencional con respecto a los sistemas de Control Numérico es que por cada

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nueva función que se instala en el sistema secundario, se debía instalar un nuevo

elemento, lo que traía como consecuencia un mayor cableado, mayor costo y mayor

volumen de instalación, en los sistemas de control numérico, la clara separación de

aparatos y funciones solventan este inconveniente.

Sistema de Control Numérico con sus tres niveles de acción.

3.6.- Tipos de Tecnologías para Subestaciones de Alta Tensión

De acuerdo al tipo de aislamiento o de la tecnología de control y monitoreo

para los equipos de Alta Tensión, existen distintas alternativas, que van desde las

aisladas en gas o denominada GIS (Gas Insulated Substation) por sus siglas en Inglés

o las denominadas I-AIS (Inteligent Air Insulated Substation) mas adelante se

detallan estos tipos de tecnologías.

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3.6.1.- Tecnología Convencional

Denominaremos en este trabajo como Tecnología Convencional, los equipos

de Alta Tensión, cuyo aislamiento entre equipos se basa en la permeabilidad natural

del aire y cuyos elementos de alta tensión (Transformadores de Potencial,

Transformadores de corriente, Seccionadores e Interruptores) están ubicados

individualmente a lo largo de la bahía de la subestación. Estos obviamente fueron la

primera tecnología en usarse, y por ende la más común, de allí la denominación de

Convencional en este trabajo.

3.6.2- Subestaciones Compactas

Las Subestaciones compactas son la tendencia tecnológica actual en el

mercado de alta tensión, su menor tamaño, facilidad de instalación, y amplia

accesibilidad para el mantenimiento, la han llevado a marcar la pauta en el mercado

tecnológico mundial en los últimos años. El aumento en la confiabilidad de los

interruptores los cuales tienen una tasa de falla comparable con los seccionadores ha

hecho que la necesidad de instalar los mismos para poder aislarlos del sistema

disminuya. Tal y como se muestra a continuación:

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Aumento de la confiabilidad de las tecnologías de los interruptores con respecto a la de los seccionadores a través de los años.

Estas son fabricadas en una amplia gama que van desde las tensiones de

115kV hasta 800kV, por su menor tamaño son ideales en proyectos tanto de

ampliación de subestaciones ya existentes, que no disponen del espacio suficiente

Módulo Compacto HPL Compact

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para esto, como también para reacondicionamiento debido a su altísima confiabilidad

en comparación con los equipos convencionales.

En cuanto a la marcada tendencia en el mundo de leyes de protección

ambiental, estas afectan mucho menos el denominado impacto ambiental que los

equipos de tipo convencional, su disposición preensamblada les permite también un

ahorro considerable de tiempo y simplificación en la realización de la estructura civil

para su instalación.

3.6.2.1.- Descripción de las Subestaciones Compactas

Las Subestaciones compactas, estas consisten en que sin alterar la

funcionalidad de los componentes fundamentales, tales como transformador de

corriente, interruptores, seccionadores y sistemas de control, han sido reorganizadas

para disposiciones mucho mas compactas y que permitan entre otras cosas una

plataforma de fundaciones más pequeña, al igual que un sistema de extracción de las

partes móviles más sencilla, simplificando así tareas de reemplazo y mantenimiento

como también capacidad de transporte. Así las subestaciones compactas ofrecen

ventajas considerables sobre las subestaciones convencionales, como son:

- Simplificación de Esquemas: El diseño utilizando módulos compactos permite

diseñar Subestaciones con esquemas mas simples y que sin embargo poseen igual o

mayor confiabilidad que diseños más complejos.

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- Calidad y Confiabilidad: El uso de módulos preensamblados, y preprobados

en la fábrica, aseguran una alta Confiabilidad con respecto a los elementos de tipo

convencional. Al igual que la menor cantidad de componentes.

- Disminución del número de elementos: La confiabilidad de la Subestación al

tener menor número de componentes susceptibles a fallas, aumenta

considerablemente.

- Menor terreno requerido para la instalación: Las subestaciones compactas

ofrecen un reducción del área entorno al 50% y en algunos casos, hasta el 65% menos

en comparación con las Subestaciones convencionales. En las figuras de la pag. 69 se

puede apreciar a escala las diferencias de largo entre una subestación convencional, y

una con la misma función de tipo compacto, ambas son de interruptor y medio y

420kV.

- Obra Civil: Las subestaciones de tipo compacto ofrecen la facilidad de que es

necesario menor área para su desarrollo, menos fundaciones que en una subestación

de tipo convencional, el tiempo de ejecución de la obra es menor, se reduce el número

de conductores requeridos lo que abarata considerablemente el proyecto.

- Impacto Ambiental: El impacto ambiental es reducido considerablemente en

las subestaciones de tipo compacto, no sólo por sus dimensiones menores las cuáles

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afectan considerablemente menos el medio ambiente y el impacto visual, sino que

también por la facilidad de desmantelamiento que estas ofrecen.

- Mantenibilidad: Las Subestaciones compactas ofrecen la cualidad de mejorar

notablemente la facilidad de mantenimiento tanto predictivo como correctivo

aumentando así la disponibilidad con respecto a las de tipo convencional, de acuerdo

esto tenemos:

- Mantenimiento Predictivo: Al haber menos componentes, se facilita la labor,

el uso de nuevos materiales más resistentes a la intemperie, y la implementación de

sistemas de control continuo para monitorear la subestación, también facilita la labor.

- Mantenimiento Correctivo: Los módulos compactos ofrece la facilidad de

recambiar elementos y piezas con más facilidad que en un equipo convencional.

Según el fabricante ABB los índices de confiabilidad de los módulos

Compactos son de Tasa de Falla 01675,0=λ ; MTTR = 6 h ; MF = 0,2 ; MD = 12 h.

(Ver Anexo Valores de Confiabilidad de los equipos de Alta Tensión).

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Comparación de área entre dos subestaciones de 145kV de tres bahías.

(a) Subestación Convencional (b) Subestación Compacta

3.6.2.2.- Módulo de Entrada de Línea (LEM)

Al igual que la tecnología de módulos compactos utilizada por ABB en sus

celdas de Alta Tensión, existe una configuración similar que reúne los requisitos para

las funciones de entrada de línea, integradas en un solo módulo llamado LEM por sus

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siglas en Inglés (Line Entrance Module) o Módulo de Entrada de Línea, en donde en

un solo módulo se combinan los elementos de:

- Transformador de Tensión.

- Cuchilla de puesta a tierra.

- Pararrayos.

Existen variantes de dichos módulos en donde se combinan con

transformadores de medición ópticos e inclusive se puede añadir la función de

medición de corriente sustituyendo el transformador de Tensión.

Modulo LEM, con sus distintas partes.

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3.6.3.- Subestaciones Encapsuladas (GIS Gas Isulated

Substation)

Las subestaciones eléctricas aisladas en gas usan este fluido para el

aislamiento eléctrico de sus distintos componentes (maniobra, medición, barras, etc.)

de alta tensión, por sus propiedades optimas el gas utilizado es el hexafloruro de

azufre (SF6). Entre las mayores ventajas tenemos, dimensiones menores de las GIS

con respecto a las AIS, con un ahorro de espacio de alrededor de 90%, lo que la hace

ideal para instalaciones urbanas.

Entre 1960 y 1970 aparecen las primeras subestaciones GIS, y muy pronto

con las innovaciones en el área de corte de arcos eléctricos y el intenso desarrollo

informático alcanzado para los cálculos y la utilización de modelos de diseño y por la

técnica de corte basada en la expansión térmica y ayuda en la apertura se consiguen

así comandos reducidos que utilizan la energía de los resortes de forma parecida a los

interruptores de media tensión.

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Subestación GIS de 420kV en la fabrica de ABB

En efecto el conocimiento de los fenómenos involucrados en el corte que

ocurren en las cámaras de los interruptores de hexafloruro de azufre (SF6) han

llevado a conseguir dimensiones dieléctricas más pequeñas, a la par de alcanzar un

aumento de la confiabilidad de estos equipos.

Vista una Subestación GIS en interruptor y medio de 420kV

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Así las GIS llegan a ser de muy reducidas dimensiones, de alta confiabilidad,

con materiales de alto rendimiento y durabilidad con un mantenimiento muy

reducido. Los costos cada vez más reducidos hacen pronosticar que el uso de las GIS

se intensificará en los próximos años. Como ya se mencionó las subestaciones GIS

tienen sus partes aisladas en gas SF6 incluyendo las barras colectoras, en lugar de

aislamiento en aire como las AIS, cada equipo de alta tensión en una GIS está

encapsulado independientemente en un compartimiento metálico provisto de un

ambiente de gas SF6 a presión mayor que la atmosférica. Se forman así módulos

individuales por equipo, que luego se interconectan mecánica y eléctricamente, entre

sí para formar las distintas configuraciones. Los distintos módulos se atornillan entre

sí con bridas selladas y a gran presión para evitar que el gas escape, tal y como se

muestra en la figura siguiente en distintos colores:

Subestación GIS y sus distintos Módulos

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Las subestaciones GIS representan el inconveniente de un alto costo inicial,

pero un bajo mantenimiento en relación con sus pares AIS, lo que las lleva a ser más

económica a la larga de los años (20 años o más), entre otras ventajas posee módulos

probados en fábrica lo que facilita el trabajo de montaje.

Las data de Confiabilidad de la Subestación GIS o encapsulada es la

siguiente:

Interruptor: Tasa de Falla 0056,0=λ ; MTTR= 15,5h ; FM = 0,06667 ; DM =27,5 h

Seccionador: Tasa de Falla 0014,0=λ ; MTTR= 24 ; FM = 0,07 ; DM = 27,5

Seccionador con Puesta a Tierra: Tasa de Falla 0001,0=λ ; MTTR = 24

Transformador de Corriente: Tasa de Falla 0004,0=λ ; MTTR= 20

Transformador de Potencial: Tasa de Falla 0007,0=λ ; MTTR= 6

Pararrayos: Tasa de Falla 0003,0=λ ;

La fuente de estos datos es Cigre Brochure of the second Internacional Survey

om High Voltaje Cas Insulated Substations Service Experience (GIS) Octubre 1999.

(Ver Anexo Valores de Confiabilidad de los equipos de Alta Tensión).

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3.6.4.- Tecnología Híbrida PASS

PASS (Plug and Switch System) es una combinación de interruptor

automático, seccionador, interruptor de puesta a tierra y sensor o sensores de

corriente y/o de tensión, en el interior de una cámara llena de gas SF6 blindada con

metal, y barras colectoras aisladas en aire. Los interruptores automáticos,

seccionadores e interruptores de puesta a tierra empleados en el sistema PASS se

basan en la acreditada tecnología GIS.

Vista general módulo PASS con doble barra de distribución

El tubo contenedor de los elementos es de fibra de vidrio impregnada con

resina epoxídica que proporciona la necesaria estabilidad mecánica y la envoltura de

silicona permite satisfacer los requerimientos dieléctricos (vías de fuga), funcionando

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además como protección de las influencias ambientales. El tan necesario reparto del

campo eléctrico se realiza por medio de un electrodo, prolongado de puesta a tierra.

Una diferencia importante entre la tecnología PASS y la Convencional es la

ausencia de seccionador e interruptor de puesta a tierra en el lado de línea. En muchos

tipos Convencionales de instalaciones de distribución, el seccionador de lado línea

tiene sólo una función de separación para proceder al mantenimiento de los aparatos

de alta tensión.

Debido a su alta fiabilidad y disponibilidad a largo plazo, muchas de las

configuraciones del sistema PASS permiten prescindir de los seccionadores e

interruptores de puesta a tierra del lado de línea. La puesta a tierra de la línea se

realiza cerrando el interruptor automático después de abrir los seccionadores de

barras y cerrar el interruptor de puesta a tierra.

En esta función, el interruptor automático actúa como una puesta a tierra

rápida al ponerlo en circuito. Este procedimiento se practica desde hace años en la

técnica de media tensión. Entre las ventajas de la tecnología PASS frente a la

convencional tenemos:

- Menor distancia entre fases, gracias al uso de barras colectoras tubulares y a

que la construcción es más plana que con las barras colectoras de cables y con la

construcción usual en altura; por tanto se necesitan menos estructuras metálicas.

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- Las uniones de cables entre módulos PASS son más cortas.

- Menores fuerzas estáticas y electromagnéticas, ya que las uniones son más

cortas.

- Menor longitud y ancho de las secciones, gracias a la integración de funciones

y a que las uniones con cables son más cortas.

- Menor cantidad de aisladores y por lo tanto menos riesgo de descargas

provocadas por contaminación.

- Menos aisladores de cadena o ninguno.

- Menos estructuras metálicas y materiales para la puesta a tierra.

- Menos cimientos y canales de cableado.

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Modulo PASS Monopolar donde se pueden distinguir: 1.- Sensor combinado de intensidad y Tensión, 2.-Interruptor automático

3.- Seccionador de puesta a tierra, 4.- Aparato de control de campo, 5.- Protección principal, 6.- Protección de reserva, 7.- Bus

Óptico.

La data de Confiabilidad de los módulos PASS a 400 kV es de: Tasa de Falla

00811,0=λ ; MTTR = 12 ; FM = 0,06667 ; DM = 12. según la data suministrada en

Cigre Brochure of the Second Internacional Survey on High Voltaje Gas Insulated

Substations Service Experience (GIS) Octubre 1999. (Ver Anexo Valores de

Confiabilidad de los equipos de Alta Tensión).

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Capitulo IV Factores Económicos

4.1.- Costo de Falla.

“Se entiende por costo de falla el costo económico que ocasiona el

racionamiento de la energía eléctrica, el cual se manifiesta tanto en las deficiencias en

la calidad del servicio como en las interrupciones del mismo”

Debido a la creciente importancia que ha tomado realizar estudios serios sobre

la planificación del sistema eléctrico, los estudios de confiabilidad, han ganado

terreno en este sentido, para lo cual los valores de costo de falla juegan un papel

importante.

Conocer el costo de falla, en cierta medida, permite tomar la decisión entre

invertir en el sistema ó asumir el costo económico de la interrupción. Así se puede

escoger entre aceptar el riesgo de una falla y las pérdidas que pudiera acarrear por su

poca confiabilidad, o por otro lado obtener niveles de confiabilidad muy altos que

incurran en costos muy elevados, y obtener un sistema sobredimensionado. Así el

análisis del Costo del Ciclo de Vida nos da un indicador para no incurrir en ninguno

de estos extremos.

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4.2.- Tipos de Costo de falla.

Los costo de falla se pueden clasificar en directos e indirectos. Los costos

directos se estiman a través del uso de encuestas realizadas directamente a los

consumidores de cada sector y nos dan un valor directo de las pérdidas de energía de

un punto en específico del sistema. Los métodos indirectos, en cambio, estiman el

costo de interrupción basándose en las relaciones entre la economía del área afectada

por la falla y el consumo de energía eléctrica, es decir el impacto que tendrá dicha

interrupción en los procesos asociados.

4.2.1.- Costos de Fallas Directos

Estos costos son determinados por el valor de una falla en un punto en

especifico del sistema cuya cuantificación es directa y no incluyen factores

secundarios que puedan incrementar el valor que se estima. En el caso de este estudio

se tomará el costo de la energía vendida de EDELCA hacia CADAFE, cuyo precio es

de 0,005 $/kwh como costo de falla directo.

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4.2.2.- Costos de Fallas Indirectos

Se basa en la correlación entre las variables producto interno bruto (PIB) que

representa los bienes y servicios producidos en el país en un determinado período de

tiempo y consumo de energía eléctrica en el mismo período de tiempo. El método

indirecto determina el costo de falla desde el punto de vista económico nacional es

decir, trata de tomar en cuenta todos los procesos asociados en la red que se ven

afectados por la interrupción, y se establece por una relación directa y simple entre las

dos variables antes mencionadas, esta relación se basa en el supuesto de que la

actividad económica se reduce en proporción directa a los KWh interrumpidos

durante una falla eléctrica.

Dado que en Venezuela existe una buena correlación entre las variables producto

interno bruto y consumo de energía eléctrica, el método indirecto puede ser aplicado

para el cálculo de costo de falla en el sistema eléctrico venezolano. Los valores de

acuerdo a cada región se muestra en la Tabla de Costos de Fallas Indirectos de

acuerdo a la región del país, en la página 84.

4.3.- Valor Presente Neto

Con la ingeniería económica es posible analizar casos tales como:

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- Reemplazo de equipos obsoletos.

- Adquisición de nueva maquinaria o rentarla sólo por un tiempo.

- Plan de reemplazos parciales o totales en una instalación.

- Elegir entre dos o más procesos alternativos.

- Toma de decisiones económicas bajo riesgo.

Este tipo de decisiones tienen siempre una base monetaria, y es por eso que

tiene un papel preponderante el valor presente neto en la toma de decisiones cuando

se evalúan distintas alternativas.

Con el pasar del tiempo, la ingeniería se volvió más compleja y las técnicas de

ingeniería económica o análisis económico de la ingeniería, se volvió un conjunto de

técnicas para tomar decisiones de índole económica en el ámbito industrial,

considerando siempre el valor del dinero a través del tiempo.

Así las estimaciones a futuro se volvieron comunes en ingeniería como la

necesidad de tener una predicción de estas en el tiempo, así el Valor Presente Neto se

volvió la herramienta de uso común para estimar el costo de un proyecto en un

número de años dados, en valor actual. En otras palabras, el Valor Presente Neto no

es otra cosa que traer del futuro al presente cantidades monetarias a su valor

equivalente en el presente.

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Para calcularlo se utiliza la denominada tabla de gradientes la cual se puede

resumir brevemente en la siguiente formula:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+−+

= n

n

iiiAA

)1(*1)1(*`

Donde, =n número de años, =i Tasa de descuento.

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Tabla de Costos de Fallas Indirectos de acuerdo a la región del país.

Region Estados Costo $/kWh

Guayana Amazonas 2,75

Bolivar

Oriente Sucre 1,49

Monagas

Anzoategui

Nueva Esparta

Delta Amacuro

Capital Miranda 2,22

Distrito Capital

Central Aragua 1,54

Carabobo

Cojedes

Falcón

Guárico

Yaracuy

Nor Occidental Lara 2,04

Zulia

Sur Occidental Apure 1,14

Barinas

Portuguesa

Trujillo

Táchira

Mérida

Total Nacional 1,97

Fuente: Cálculo del Costo de falla para el sistema eléctrico Venezolano, C.V.G. EDELCA, autor Ing.

Manuel Acosta y Econ. Milagros Rodríguez

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Capitulo V Metodología

El propósito de la siguiente metodología es escoger la mejor tecnología

disponible para la subestación, que sea una solución óptima entre confiabilidad y

costos, prediciendo el costo total del proyecto, el cual incluye el costo inicial, los

costos de operación y mantenimiento y los costos por indisponibilidad (Energía no

servida y actividades asociadas a esta) de la subestación.

Para esto se evalúan las distintas alternativas tecnológicas (Convencional,

Compacta, Híbrida y Encapsulada) usando el costo del ciclo de vida como parámetro

de comparación.

Los principales ítems de comparación serán evaluados de la siguiente manera:

Costos Iniciales:

- Costos de Equipo de Alta Tensión y accesorios.

- Costo de Obras Civiles.

- Pruebas, Montaje.

- Materiales Varios.

- Transporte Terrestre.

- Flete Marítimo.

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- Aranceles.

Costos de Operación y Mantenimiento:

- Costos por Mantenimiento.

- Equipos para Mantenimiento.

- Repuestos.

Costos Variables:

- Costos por Energía no servida.

- Costos por Reparaciones.

- Repuestos.

Todos estos ítems dentro de su respectivos puntos van evaluados en la fórmula:

⎥⎦

⎤⎢⎣

+−+

++=n

n

iii

CVCFCILCC)1(*

1)1(*][

El tiempo de Indisponibilidad de la subestación tanto por fallas como por

mantenimientos serán calculados con el programa SubRel™ propiedad de ABB

desarrollado en el Instituto de tecnología de Sistemas eléctricos ubicado en la ciudad

de Raleigh en Carolina del Norte, Estados Unidos.

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5.1.- Descripción del programa SubRel

SubRel™ es un programa capaz de calcular la confiabilidad de distintas

topologías o arreglos de subestaciones al igual que de distintos equipos. SubRel™ es

capaz de modelar cada posible contingencia determinando el impacto de dicha

contingencia en la confiabilidad de cada componente afectado. Este es capaz de

simular cada falla del sistema cuando está operando en condiciones normales.

Consola de SubRel™ propiedad de ABB

También cuando una parte de la subestación falla, la aísla de acuerdo a las

posibilidades y considera el tiempo de reparación que pudiera tomar dicha falla,

además puede simular la falla o mantenimiento de un componente el que debe ser

aislado del resto del sistema, reconfigurando este, para posteriormente evaluar el

tiempo que estuvo la subestación indisponible si este fuera el caso. SubRel™ ha sido

ampliamente probado internacionalmente por la compañía ABB en varios países del

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mundo tales como Estados Unidos, Italia, Brasil y Francia entre otros. Otra

característica del programa es que calcula de manera separada la indisponibilidad de

la subestación ya sea por Mantenimiento o por Fallas, la primera la calcula utilizando

métodos Determinísticos, y la segunda utilizando métodos Estocásticos tal como

Monte Carlo. Otra ventaja que presenta el programa sobre otros de su tipo es que esta

diseñado directamente para calcular la Confiabilidad de Subestaciones, utilizando

para ello una interfaz gráfica que permite distinguir claramente los elementos en

cálculo, lo que resulta una ventaja al momento de verificar los elementos en cálculo

que intervienen.

La primera operación que realiza SubRel™ es determinar la cantidad de

tiempo en que la subestación está en operación normal (NS), lo cual es equivalente a

la suma del tiempo que la subestación opera normalmente en un año, menos el tiempo

que se requiere para labores de mantenimiento (MS) tal y como se muestra a

continuación:

87608760 MSNS −

=

Luego el programa simula por cada componente cada posible falla (cuando el

sistema está operando en estado normal). Por cada componente fallado SubRel™

sigue las siguientes secuencias de eventos:

- El componente experimenta una avería o falla.

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- La protección más cercana y que corresponda con el componente fallado actúa

(SubRel™ asume que el sistema secundario o de protección es perfecto y no

falla).

- Después de una falla (determinado por el MTTS del elemento), la falla es

aislada y el sistema reconfigurado de manera de restaurar la energía a cuantas

cargas sea posible.

- Por último, después de falla el elemento, entra en acción el MTTR, la falla es

reparada y el sistema vuelve a operar de manera normal.

Algunas veces una falla pudiera impactar en la confiabilidad de uno o varios

componentes de la subestación en diferentes formas. SubRel™ trata de cuantificar la

contribución de cada falla en la frecuencia de salida de cada elemento y la duración

de fuera de servicio de estos. Estos valores son entonces evaluados en la tasa de falla

de los componentes fallados y en la probabilidad de que la subestación siga operando

de manera normal.

Después de simular fallas, en su estado de operación normal, SubRel™

simula todos los estados posibles de Mantenimiento y las posibles fallas cuando se

realiza estas labores. Cuando un componente recibe labores de mantenimiento,

SubRel™ inmediatamente lo aísla del sistema y lo reconfigura de manera de tratar

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de suplir el máximo número de cargas como sea posible, y como es lógico cuando un

elemento recibe mantenimiento es considerado como fuera de servicio, al igual que

los elementos cercanos que se vean involucrados. Después de que SubRel™

determina los estados de mantenimiento y tiene operando el sistema reconfigurado

para suplir las cargas, vuelve a simular fallas y evalúa el comportamiento del sistema.

Estas últimas simulaciones utilizan los mismos métodos y algoritmos que las

primeras pero, con la particularidad de que esta vez el sistema arranca desde cero con

una nueva configuración.

5.2.- Asunciones

Asunciones económicas:

Personal:

- Técnico Electricista 67 $/día

- Técnico de Reparación 67 $/día

- Líniero 67 $/día

- Técnico Electro Mecánico 67 $/día

- Ingeniero Electricista Especializado 140 $/día

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Equipos:

- Materiales (Brocha, cepillo de alambre, solvente, Pintura Galvanizante, Pintura

Anticorrosivo, Grasa Grafitada, etc.) 50 $

- Equipos Especiales (Camioneta, Camión Cesta) 280 $/día

- Equipos de Prueba (Multímetro, Medidor de aislamiento AC (doble), registrador

de tiempo, medidor de resistencia de contactos) 175 $/día

Energía no servida:

- Costo directo por interrupción 0,05 $/kWh

- Costo Indirecto por interrupción

(región NorOriental) 1,49 $/kWh

Otras asunciones

- El equipo de Mantenimiento está compuesto por seis (6) personas, un (1)

Técnico electricista, tres (3) Técnicos Electro-mecánicos, un (1) Líniero y un

(1) Ingeniero Electricista especializado.

- El equipo de Reparación está compuesto por siete (7) personas, dos (2)

Técnico

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- Electricista, tres (3) Técnicos Electro-mecánicos, un (1) Líniero y un (1)

Ingeniero Electricista especializado.

Fuente: C.V.G. EDELCA

- El número de años “n” de vida de la subestación será fijado en 30 años.

- La Tasa de descuento que se utilizará será de 5% en US dólar.

5.3.- Subestaciones en Estudio

Los desarrollos hidroeléctricos construidos por C.V.G EDELCA satisfacen los

requerimientos de energía de los grandes y medianos consumidores radicados en la

zona (Guayana), así como parte de los requerimientos del resto del país, los cuales

son suministrados mediante un sistema de transmisión que opera a 765, 400 y 230

kV. Esta red de transmisión se interconecta a su vez con los sistemas eléctricos

propiedad de otras empresas como CADAFE, Electricidad de Caracas, Enelbar,

Enelven y Enelco, las cuales finalmente llevan el servicio eléctrico a sus clientes a lo

largo de la geografía nacional. A nivel de 400 mil voltios la red parte desde Guri y se

prolonga hasta la zona central del país en la subestación San Gerónimo pasando por

la subestación El Tigre 400/230 kV.

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93

Sistema de Transmisión Troncal de C.V.G. EDELCA.

Entre ambas subestaciones se encuentra un anillo a 400 kV que representa el

sistema de transmisión más importante para el suministro de las cargas

correspondientes al sector petrolero, en el complejo de José, conformado por las

subestaciones El Tigre, Barbacoa, José y San Gerónimo. Por otra parte, otro sistema

importante, es el de la Electricidad de Caracas, que se interconecta a través de dos

nexos, uno de estos nexos lo conforma dos circuitos que parten desde la subestación

Santa Teresa 400/230 kV que se estudia en este trabajo y el otro es a través de la

subestación OMZ a 765/230 kV. En el presente estudio se tomarán como ejemplo las

subestaciones Santa Teresa y El Tigre 400 kV.

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5.4.- Descripción Subestación Santa Teresa 400kV

5.4.1.- Ubicación Subestación Santa Teresa

La subestación Santa Teresa 400kV está ubicada en la carretera Santa Teresa

del Tuy – Santa Lucía, Estado Miranda, y es propiedad de la compañía eléctrica

estatal C.V.G. EDELCA, CADAFE, ELECAR 400/230/34.5 kV

5.4.2.- Características Técnicas de la Subestación

La subestación Santa Teresa pertenece a la red de transmisión troncal de

C.V.G EDELCA, este sistema está constituido por una subestación generadora, (S/E

Guri A), dos subestaciones intermedias (S/E’s El Tigre y San Gerónimo) y una

subestación terminal (S/E Santa Teresa). Esta inicio operaciones en los primeros años

de la década del 70 con lo que se acerca al final de su vida útil.

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Vista General del Patio de la Subestación Santa Teresa.

La subestación Santa Teresa opera bajo el esquema de interruptor y medio con

tecnología de tipo Convencional y aislada en aire, comprende cinco (5) bahías y trece

(13) celdas en 400kV adicionalmente dos reactores en derivación de 100 MVAR cada

uno, conectados a las llegadas de la línea y un (1) reactor de 50 MVAR conectado en

el arrollado terciario del Autotransformador de 400/230 kV., con las siguientes

entradas y salidas:

- Dos (2) líneas de llegadas provenientes de la subestación San Gerónimo (San

Gerónimo 1 y San Gerónimo 2)

- Tres (3) salidas que van a (2) Autotransformadores de 450 MVA que van a la

Subestación Santa Teresa 230kV propiedad de CADAFE, y otra salida que va

directamente a un (1) Autotransformador en la subestación Ciudad Losada.

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5.4.3.- Operación Subestación Santa Teresa 400kV

Simulando fallas a través del programa DigSilent, programa de simulación

utilizado en OPSIS, se simularon los casos de plena carga (Sistema completo), salida

de servicio Línea San Gerónimo 1, salida de servicio Línea San Gerónimo 2, salida

de servicio AT 1 hacia CADAFE, salida de servicio Línea que va al AT en Diego de

Lozada. La capacidad de operación de la subestación en pleno es de 450 MVA por

cada una de sus (3) salidas pero como se detalla más adelante en su operación esta

nunca se alcanza dando a la subestación un amplio margen de operación.

5.4.4.- Operación Subestación Santa Teresa

Operación Plena Carga MVA % Carga

Salidas

Sta. Teresa D.Lozada 226,73 18,74%

AT 1 hacia CADAFE 234,53 53,80%

AT 2 hacia CADAFE 234,53 53,80%

Entradas

San Geronimo 1 339,77 28,03%

San Geronimo 2 348,53 29,37%

Operación Subestación Santa Teresa a plena carga

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Operación F/S AT1 MVA % Carga

Salidas

Sta. Teresa D.Lozada 311,51 25,67%

AT 1 hacia CADAFE FALLA!! 0,00%

AT 2 hacia CADAFE 353,64 80,88%

Entradas

San Geronimo 1 326,11 26,81%

San Geronimo 2 334,43 28,08%

Operación de la subestación Santa Teresa cuando se ve afectada la salida de línea del AT1

Operación F/S San Ger.2 MVA % Carga

Salidas

Sta. Teresa D.Lozada 155,09 13,16%

AT 1 hacia CADAFE 150,52 35,51%

AT 2 hacia CADAFE 150,52 35,51%

Entradas San Geronimo 1 FALLA!! 0,00%

San Geronimo 2 446,96 37,93%

Operación de la subestación Santa Teresa cuando se ve afectada la salida de línea hacia San Gerónimo 2

Operación F/S San Ger.1 MVA % Carga

Salidas

Sta. Teresa D.Lozada 155,09 13,16%

AT 1 hacia CADAFE 150,52 35,51%

AT 2 hacia CADAFE 150,52 35,51%

Entradas

San Geronimo 1 446,96 37,93%

San Geronimo 2 FALLA!! 0,00%

Operación de la subestación Santa Teresa cuando se ve afectada la salida de línea hacia San Gerónimo 1

Operación F/S D. Lozada MVA % Carga

Salidas

Sta. Teresa D.Lozada FALLA!! 0,00%

AT 1 hacia CADAFE 329,77 75,64%

AT 2 hacia CADAFE 329,77 75,64%

Entradas

San Geronimo 1 325,65 26,86%

San Geronimo 2 339,89 28,13%

Operación de la subestación Santa Teresa cuando se ve afectada la salida de línea hacia Diego de Lozada

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5.4.5.- Lista de Equipos Subestación Santa Teresa 400kV

La subestación Santa Teresa consta de los siguientes equipos

principales:

- Catorce (14) seccionadores con Puesta a Tierra.

- Diez (10) seccionadores de Barra.

- Nueve (9) interruptores de aire comprimido.

- Cuatro (4) interruptores de SF6.

- Treinta y nueve (39) transformadores de corriente.

- Catorce (14) Transformadores de Tensión.

- Once (11) Transformadores de Potencia de 150 MVA cada uno.

- Tres (3) Reactancias.

- Veinticuatro (24) Pararrayos.

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Lista de equipos detallada Subestación Santa Teresa

Equipo Marca Tipo o Modelo Unid.

Seccionador con Puesta a tierra S & E RD 500 12

Seccionador con Puesta a tierra Merlin Gerin A 100 353- DR 2

Seccionador de Barra S & E RD 500 7

Seccionador de Barra Merlin Gerin A 100 353- DR 2

Seccionador S & E RS 3078 1

Interruptor Delle Alsthom PK 4A 4

Interruptor Delle Alsthom PK 4B 2

Interruptor GEC Alsthom FX 22 2

Interruptor English Electric ST 6 GHD 2

Interruptor Merlin Gerin FA 2 A 2

Interruptor GEC Alsthom FXT 9 1

Transformador de Corriente Alsthom Savoisienne IH 420-12 13

Transformador de Corriente English Electric FMJ 11

Transformador de Corriente Arteche CTK-420 E 6

Transformador de Corriente Asea IMBD 245 A 4 3

Transformador de Corriente Asea IMBE 245 A 3 3

Transformador de Corriente Arteche CT 1-245E 3

Transformador de Tensión Alsthom Atlantic UHC 420 4

Transformador de Tensión Alsthom Savoisienne UHC 420/4.5 1

Transformador de Tensión Alsthom Savoisienne UH 420/4.5 1

Transformador de Tensión Arteche DDC-300 E 3

Transformador de Tensión Arteche DFC-420 E 1

Transformador de Tensión Alsthom Balteau CCV-420-25-340-C3-G2 1

Transformador de Tensión Magrini Galileo CPT 420/5 2

Autotransformador ACEC - 4

Autotransformador Savigliano - 3

Autotransformador Savigliano - 4

Reactancia Acec Charleroy O.A 1

Reactancia Acec Charleroy O.A 2

Pararrayo Asea XAL 396S 12

Pararrayo General Electric HS 336 3

Pararrayo Asea XAL 228 6

Pararrayo General Electric 11 XVA 228 3

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5.5.- Descripción Subestación El Tigre 400kV

5.5.1.- Ubicación Subestación El Tigre

La subestación El Tigre 400kV esta ubicada en la carretera Ciudad Bolívar-El

Tigre en el kilómetro 7 del estado Anzoátegui.

5.5.2.- Características Técnicas de la Subestación El Tigre

Esta subestación al igual que la subestación Santa Teresa pertenece a la red de

transmisión troncal de C.V.G. EDELCA, entre las catalogadas estaciones intermedias

junto a San Gerónimo a 400kV, está subestación inicia operaciones al igual que sus

pares a principio de los años 70. Esta opera en el esquema de interruptor y medio, con

tecnología de tipo convencional y aislada en aire, está compuesta por cinco (5) bahías

y trece (13) celdas, con las siguientes entradas y salidas:

- Tres (3) entradas de líneas provenientes de las subestaciones La Canoa, Guri

“A” 1 y Guri “A” 2.

- Cinco (5) Salidas de línea, dos (2) a la subestación San Gerónimo, una (1) a la

subestación Barbacoa II y dos (2) salidas a la subestación El Tigre a 230kV de

CADAFE a través de dos Autotransformadores de 450 MVA cada uno.

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5.5.3.- Operación de la Subestación El Tigre 400 kV

Simulando fallas a través del programa DigSilent, programa de simulación

utilizado en OPSIS, se simularon los casos de plena carga (Sistema completo), salida

de servicio del AT 1 de CADAFE, salida de servicio Línea Barbacoa, salida de

servicio línea El Tigre-San Gerónimo 1, salida de servicio línea El Tigre-San

Gerónimo 2, salida de servicio línea La Canoa-El Tigre, salida de servicio línea Guri

“A”1-El Tigre, salida de servicio línea Guri “A”2 - El Tigre.

5.5.4.- Operación Subestación El Tigre

Operación Plena Carga MVA % Carga

Salidas

San Gerónimo 1 262,42 21,95%

San Gerónimo 2 264,65 39,14%

Barbacoa 449,99 38,19%

AT 1 hacia CADAFE 329,72 75.08%

AT 2 hacia CADAFE 329,72 75,07%

Entradas

La Canoa 453,47 37,93%

Guri "A" 1 502,90 42,07%

Guri "A" 2 505,53 41,40%

Operación a plena carga Subestación El Tigre

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102

Operación FS Barbacoa MVA % Carga

Salidas

San Gerónimo 1 318,46 21,95%

San Gerónimo 2 320,95 39,14%

Barbacoa FALLA 0,00%

AT 1 hacia CADAFE 440,45 101,63%

AT 2 hacia CADAFE 440,45 101,63%

Entradas

La Canoa 421,64 35,74%

Guri "A" 1 472,30 40,04%

Guri "A" 2 474,80 39,40%

Operación Subestación El Tigre cuando se ve afectada la salida de línea hacia Barbacoa

Operación FS San Ger 2 MVA % Carga

Salidas

San Gerónimo 1 286,88 48,87%

San Gerónimo 2 FALLA 0,00%

Barbacoa 479,12 41,38%

AT 1 hacia CADAFE 337,31 78,28%

AT 2 hacia CADAFE 337,31 78,28%

Entradas

La Canoa 425,89 36,28%

Guri "A" 1 476,77 40,62%

Guri "A" 2 476,77 39,98%

Operación Subestación El Tigre cuando se ve afectada la línea hacia San Gerónimo 2

Operación FS Guri "A" 1 MVA % Carga

Salidas

San Gerónimo 1 228,38 19,52%

San Gerónimo 2 230,41 34,82%

Barbacoa 417,33 35,69%

AT 1 hacia CADAFE 290,03 67,49%

AT 2 hacia CADAFE 290,03 67,49%

Entradas

La Canoa 587,31 50,21%

Guri "A" 1 0,00 0,00%

Guri "A" 2 639,77 53,54%

Operación Subestación El Tigre cuando se ve afectada la línea hacia Guri “A” 1

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Operación FS AT1 MVA % Carga

Salidas

San Gerónimo 1 267,66 21,95%

San Gerónimo 2 269,91 39,14%

Barbacoa 479,15 38,19%

AT 1 hacia CADAFE FALLA 0,00%

AT 2 hacia CADAFE 596,23 135,58%

Entradas

La Canoa 445,73 37,24%

Guri "A" 1 495,17 41,37%

Guri "A" 2 497,76 40,71%

Operación Subestación El Tigre cuando se ve afectada la línea del AT1

Operación San Ger 1 MVA % Carga

Salidas

San Gerónimo 1 FALLA 0,00%

San Gerónimo 2 286,14 39,14%

Barbacoa 487,90 41,39%

AT 1 hacia CADAFE 337,20 78,23%

AT 2 hacia CADAFE 337,20 78,23%

Entradas

La Canoa 425,71 36,28%

Guri "A" 1 476,62 40,62%

Guri "A" 2 479,15 39,98%

Operación Subestación El Tigre cuando se ve afectada la línea hacia San Geronimo1

Operación FS La Canoa MVA % Carga

Salidas

San Gerónimo 1 171,26 19,56%

San Gerónimo 2 171,23 34,88%

Barbacoa 417,58 35,91%

AT 1 hacia CADAFE 295,36 68,36%

AT 2 hacia CADAFE 295,36 68,36%

Entradas

La Canoa 0,00 0,00%

Guri "A" 1 624,28 53,08%

Guri "A" 2 627,62 52,24%

Operación Subestación El Tigre cuando se ve afectada la línea hacia la Canoa

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Operación FS Guri "A" 2 MVA % Carga

Salidas

San Gerónimo 1 228,01 19,49%

San Gerónimo 2 230,03 34,76%

Barbacoa 417,18 35,67%

AT 1 hacia CADAFE 290,00 67,46%

AT 2 hacia CADAFE 290,00 67,46%

Entradas

La Canoa 588,46 50,29%

Guri "A" 1 0,00 0,00%

Guri "A" 2 639,77 53,54%

Operación Subestación El Tigre cuando se ve afectada la línea proveniente desde Guri “A” 2

5.5.5.- Lista de equipos Subestación El Tigre 400kV

- Quince (15) Seccionadores de Puesta a Tierra.

- Quince (15) Seccionadores de Barra.

- Un (1) seccionador con fusible.

- Catorce (14) Interruptores de Aire Comprimido.

- Treinta y nueve (39) Transformadores de corriente.

- Diecisiete (17) Transformadores de Tensión.

- Ocho (8) Auto transformadores de Potencia de 150 MVA cada uno.

- Doce (12) Pararrayos.

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Lista detallada de los equipos Subestación El Tigre

Equipo Marca Tipo o Modelo Unid.

Seccionador con Puesta a tierra S & E RD 501 7

Seccionador con Puesta a tierra Merlin Gerin DRB 100 353 8

Seccionador S & E RD 501 8

Seccionador Merlin Gerin DRB 100 353 7

Seccionador con Fusible S & E NEBB 1

Interruptor English Electric ST 6 GHD 4

Interruptor Delle Alsthom PK 4B 2

Interruptor Merlin Gerin FA 2 A 8

Transformador de Corriente English Electric FMJ 6

Transformador de Corriente Alsthom Savoisienne IH 420-12 9

Transformador de Corriente Arteche CTK-420 E 24

Transformador de Tensión Alsthom Savoisienne UHC 420/4.5 3

Transformador de Tensión Asea CUEA 400SS 2

Transformador de Tensión Arteche DFC-420 E 12

Autotransformador Marelli OME/FAO-100 4

Autotransformador HITACHI FAO 4

Pararrayo Asea XAL 3963 3

Pararrayo General Electric 9L11XVH-601 3

Pararrayo Asea XAL228 3

Pararrayo General Electric 11XVA,228 3

5.6.- Determinación de la Energía No Servida

Para obtener la Energía No Servida de la Subestaciones en estudio, se analiza

las contingencias que podría ocasionar la salida de servicio de una de las líneas de

salida de las subestaciones, utilizando las simulaciones de operación suministradas

por OPSIS, así tenemos que para un caso en que la subestación no pueda asumir o

satisfacer totalmente la carga, por falta de capacidad, esta se vea en la necesidad de

racionar energía, entregando así menos energía a la carga, para este caso en especial,

se utilizará un costo de falla directo de 0,05 $/kWh, y se utilizará un tiempo máximo

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106

de racionamiento de 2 horas, luego de las cuales, entrará en uso el costo de falla

indirecto de 1,49 $/kWh para la subestación El Tigre y de 2,22 $/kWh para la

subestación Santa Teresa por su área de influencia geográfica.

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107

Capitulo VI Resultados

6.1.- Presentación de los Resultados

Los resultados por cada Subestación se muestran por separado de acuerdo a la

salida de línea que contiene el AT 1, en el caso de la subestación El Tigre es idéntico

el caso de salida de servicio de la línea del AT 1 que la del AT 2 y en el caso de la

subestación Santa Teresa, ninguno de las tres líneas que salieran de servicio afectaría

el suministro como se indicó, en el capitulo anterior cuando se analizó la operación de

ambas subestaciones, así se analizará el LCC de la subestaciones en cuestión. Para

visualizar mejor los resultados, se ofrecen porcentualmente, en base a el costo inicial

de la tecnología Convencional, para ofrecer un parámetro de comparación de acuerdo

a la inversión inicial. Adicionalmente se muestra en gráficas de barras, el número de

horas de Indisponibilidad por cada solución tecnológica.

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108

Gráfica 1 Subestación El Tigre 400kV Salida de Servicio AT 1

$0,00

$5.000.000,00

$10.000.000,00

$15.000.000,00

$20.000.000,00

$25.000.000,00

$30.000.000,00

$35.000.000,00

LCC2 AT2

LCC2 AT tot $25.810.487,98 $15.083.921,22 $17.631.688,80 $31.132.600,69

CI $7.795.133,45 $8.772.511,15 $12.388.367,55 $27.850.461,60

FC $7.876.323,29 $3.369.609,85 $2.670.533,16 $1.307.752,42

CV $10.139.031,24 $2.941.800,22 $2.572.788,09 $1.974.386,67

CONV COMPACT PASS GIS

Comparación cuando se ve afectada la salida de línea de AT 1, utilizando el Costo de Falla Directo de 0,05 $/kWh. y un interés de 5%

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109

Gráfica 2

Subestación El Tigre 400kV Salida de Servicio AT 1

0,00%

50,00%

100,00%

150,00%

200,00%

250,00%

300,00%

350,00%

400,00%

LCC2 TOTAL%

LCC2 AT tot 331,11% 193,50% 226,19% 399,39%

CI 100,00% 112,54% 158,92% 357,28%

FC 101,04% 43,23% 34,26% 16,78%

CV 130,07% 37,74% 33,01% 25,33%

CONV COMPACT PASS GIS

Comparación porcentual del LCC cuando se ve afectada la salida de línea de AT 1, utilizando el Costo de Falla Indirecto de 0,05 $/kWh. y un interés de 5%

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110

Gráfica 3 Subestación El Tigre 400kV Salida de Servicio AT 1

$0,00

$20.000.000,00

$40.000.000,00

$60.000.000,00

$80.000.000,00

$100.000.000,00

$120.000.000,00

$140.000.000,00

$160.000.000,00

LCC2 AT2

LCC2 AT tot $153.438.519,39 $47.985.168,48 $48.502.790,23 $55.866.148,81

CI $7.795.133,45 $8.772.511,15 $12.388.367,55 $27.850.461,60

FC $7.876.323,29 $3.369.609,85 $2.670.533,16 $1.307.752,42

CV $137.767.062,65 $35.843.047,48 $33.443.889,52 $26.707.934,79

CONV COMPACT PASS GIS

Comparación cuando se ve afectada la salida de línea de AT 1, utilizando el Costo de Falla Indirecto de 1,49 $/kWh y un interés de 5%

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111

Gráfica 4 Subestación El Tigre 400kV Salida de Servicio AT1

0,00%

200,00%

400,00%

600,00%

800,00%

1000,00%

1200,00%

1400,00%

1600,00%

1800,00%

2000,00%

LCC2 TOTAL%

LCC2 AT tot 1968,39% 615,58% 622,22% 716,68%

CI 100,00% 112,54% 158,92% 357,28%

FC 101,04% 43,23% 34,26% 16,78%

CV 1767,35% 459,81% 429,04% 342,62%

CONV COMPACT PASS GIS

Comparación Porcentual cuando se ve afectada la salida de línea de AT 1, utilizando el Costo de Falla Indirecto de 1,49 $/kWh y un interés de 5%

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112

Gráfica 5

Subestación Santa Teresa Salida de Servicio AT 1

$0,00

$5.000.000,00

$10.000.000,00

$15.000.000,00

$20.000.000,00

$25.000.000,00

LCC1 AT

LCC1 AT tot $7.621.017,05 $8.127.856,44 $10.518.502,82 $21.830.255,98

CI $5.996.256,50 $6.748.085,50 $9.529.513,50 $21.423.432,00

FC $796.396,57 $777.741,51 $574.705,12 $295.401,62

CV $828.363,99 $602.029,43 $414.284,20 $111.422,36

CONV COMPACT PASS GIS

Comparación del LCC cuando sale de servicio el AT 1 de la subestación Santa Teresa utilizando el Costo de Falla de 0,05$/Kwh. una tasa de interés de 5%.

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113

Gráfica 6

Subestación Santa Teresa Salida de Servicio AT1

0,00%

50,00%

100,00%

150,00%

200,00%

250,00%

300,00%

350,00%

400,00%

LCC1 TOTAL%

LCC1 AT tot 127,10% 135,55% 175,42% 364,06%

CI 100,00% 112,54% 158,92% 357,28%

FC 13,28% 12,97% 9,58% 4,93%

CV 13,81% 10,04% 6,91% 1,86%

CONV COMPACT PASS GIS

Comparación Porcentual del LCC cuando sale de servicio el AT 1 de la subestación Santa Teresa utilizando el Costo de Falla de 0,05$/Kwh. una tasa de interés de 5%.

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114

Gráfica 7

Comparación de horas de Indisponibilidad por Solución Tecnológica Subestación Santa Teresa

0,0000

2,0000

4,0000

6,0000

8,0000

10,0000

12,0000

14,0000

16,0000

18,0000

Total horas Fuera de Servicio AT 1 Sta. Teresa

Total 16,7285 4,5760 3,4069 3,5039

Maintenance 12,0000 3,0760 2,6569 3,2891

Stochastic 4,7285 1,5000 0,7500 0,2148

CONV COMPACT PASS GIS

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115

Gráfica 8

Comparación de horas de Indisponibilidad por Solución Tecnológica Subestación Santa Teresa

0,0000

2,0000

4,0000

6,0000

8,0000

10,0000

12,0000

14,0000

16,0000

18,0000

20,0000

Total Horas Fuera de Servicio AT 2 Sta. Teresa

Total 19,9308 5,4932 4,4607 3,5336

Maintenance 15,2000 3,8932 3,6603 3,3162

Stochastic 4,7308 1,6000 0,8004 0,2174

CONV COMPACT PASS GIS

Page 132: Factibilidad de la modernización y repotenciación de las ...repositorios.unimet.edu.ve/docs/19/ATTK145V55R58.pdf · Quien suscribe, en condición de autor del trabajo titulado “Factibilidad

116

Gráfica 9

Comparación de horas de Indisponibilidad por Solución Tecnológica Subestación Santa Teresa

0,0000

2,0000

4,0000

6,0000

8,0000

10,0000

12,0000

14,0000

16,0000

18,0000

Total Horas Fuera de Servicio AT 3 Sta. Teresa

Total 16,7364 5,8616 4,5259 3,5033

Maintenance 12,0000 3,9940 3,7149 3,2885

Stochastic 4,7364 1,8676 0,8110 0,2148

CONV COMPACT PASS GIS

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117

Gráfica 10

Comparación de horas de Indisponibilidad por Solución Tecnológica Subestación El Tigre

0,0000

2,0000

4,0000

6,0000

8,0000

10,0000

12,0000

14,0000

16,0000

18,0000

20,0000

Total horas Fuera de Servicio AT 1 El Tigre

Total 19,9098 5,1322 5,3715 3,6673

Maintenance 16,2000 3,6322 4,1895 3,4425

Stochastic 3,7098 1,5000 1,1820 0,2248

CONV COMPACT PASS GIS

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118

Gráfica 11

Comparación de horas de Indisponibilidad por Solución Tecnológica Subestación El Tigre

0,0000

2,0000

4,0000

6,0000

8,0000

10,0000

12,0000

14,0000

16,0000

18,0000

20,0000

Total Horas Fuera de Servicio AT 2 El Tigre

Total 19,9098 5,1329 5,3769 3,7019

Maintenance 16,2000 3,6329 4,1923 3,4750

Stochastic 3,7098 1,5000 1,1846 0,2269

CONV COMPACT PASS GIS

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119

6.2.- Análisis de Resultados

Analizando las gráficas en función de las variables estudiadas se observa:

Para la Subestación El Tigre:

- El Costo del ciclo de vida para un costo de falla directo y para un interés de

5% obtenemos un total de $ 25.810.487 para la solución Convencional, $

15.083.921 para la solución Compacta, $ 17.631.688 para la solución Híbrida

o PASS y de $ 31.132.600 para la solución Encapsulada.

- El Costo del ciclo de vida para un costo de falla indirecto y para un interés de

5% obtenemos un total de $ 153.438.520 para la solución Convencional, $

47.985.169 para la solución Compacta, $ 48.502.790 para la solución Híbrida

o PASS y de $ 55.866.149 para la solución Encapsulada.

- La Indisponibilidad total de la subestación El Tigre es para su salida de línea

correspondiente al AT 1 de 19,91 horas al año, para la solución Convencional,

de 5,13 horas al año para la solución Compacta, de 5,37 horas al año para la

solución Híbrida o PASS y de 3,68 horas al año para la solución Encapsulada.

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120

- La Indisponibilidad total de la subestación El Tigre es para su salida de línea

correspondiente al AT 2 de 19,91 horas al año, para la solución Convencional,

de 5,13 horas al año para la solución Compacta, de 5,38 horas al año para la

solución Híbrida o PASS y de 3,70 horas al año para la solución Encapsulada.

- La gran diferencia existente entre los valores del costo del ciclo de vida

cuando se utiliza el costo de falla indirecto es debido a que se asume que se

puede entregar energía de manera racionada durante dos horas y con un costo

de falla directo, debido a que las soluciones convencionales distan mucho de

dos horas, entre 17 y 19 horas, los valores son considerablemente mayores.

Para la Subestación Santa Teresa:

- El Costo del ciclo de vida para un interés de 5% obtenemos un total de $

7.621.018 para la solución Convencional, $ 8.127.857 para la solución

Compacta, $ 10.518.503 para la solución Híbrida o PASS y de $ 21.830.256

para la solución Encapsulada.

- Debido a que la subestación Santa Teresa está en capacidad de entregar

siempre energía, y que su funcionamiento excede con creces sus

requerimientos, esta nunca presenta, para los efectos del presente estudio,

Indisponibilidad, por lo que no se evalúa sus costos indirectos por fallas al

igual que los directos por ser prácticamente nulos.

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121

- La Indisponibilidad total de la subestación Santa Teresa es para su salida de

línea correspondiente al AT 1 de 16,73 horas al año, para la solución

Convencional, de 4,58 horas al año para la solución Compacta, de 3,41 horas

al año para la solución Híbrida o PASS y de 3,51 horas al año para la solución

encapsulada.

- La Indisponibilidad total de la subestación Santa Teresa es para su salida de

línea correspondiente al AT 2 de 19,93 horas al año, para la solución

Convencional, de 5,49 horas al año para la solución Compacta, de 4,47 horas

al año para la solución Híbrida o PASS y de 3,54 horas al año para la solución

encapsulada.

- La Indisponibilidad total de la subestación Santa Teresa es para su salida de

línea correspondiente al AT 1 de 16,73 horas al año, para la solución

Convencional, de 4,58 horas al año para la solución Compacta, de 3,41 horas

al año para la solución Híbrida o PASS y de 3,51 horas al año para la solución

encapsulada.

- La Indisponibilidad total de la subestación Santa Teresa es para su salida de

línea correspondiente al AT 1 de 16,74 horas al año, para la solución

Convencional, de 5,86 horas al año para la solución Compacta, de 4,53 horas

Page 138: Factibilidad de la modernización y repotenciación de las ...repositorios.unimet.edu.ve/docs/19/ATTK145V55R58.pdf · Quien suscribe, en condición de autor del trabajo titulado “Factibilidad

122

al año para la solución Híbrida o PASS y de 3,50 horas al año para la solución

encapsulada.

Page 139: Factibilidad de la modernización y repotenciación de las ...repositorios.unimet.edu.ve/docs/19/ATTK145V55R58.pdf · Quien suscribe, en condición de autor del trabajo titulado “Factibilidad

123

Capitulo VII

7.1.- Conclusiones

Se puede concluir que las soluciones de tecnología compacta son una opción

idónea para repotenciar subestaciones de alta tensión, su alta confiabilidad la lleva a

competir con tecnologías más sofisticadas, como es el caso de las híbridas y su bajo

costo en comparación con estas tecnologías encapsuladas le dan preferencias sobre

las primeras, aunque si se mantiene la tendencia a la baja del costo de los equipos

primarios Híbridos, probablemente se incline la balanza a favor de estas. No sólo el

tamaño de las tecnologías Compactas la colocan por encima de la tecnologías

Convencionales, sino también su bajo mantenimiento y los menores costos que estos

acarrean a lo largo de su vida útil.

Queda demostrado en este estudio que la mejor alternativa para repotenciar

una subestación que este llegando al final de su vida útil, siempre y cuando lo

amerite, es decir su costo de falla directo sea significativo, al igual que la importancia

de su carga, es la solución compacta, invirtiendo tan sólo un 13% más de lo que se

invertiría utilizando tecnología Convencional, se podrían obtener valores de

indisponibilidad mucho menores, en el caso de las subestaciones estudiadas en este

trabajo, se obtendrían reducciones de indisponibilidad de hasta un 75%.

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124

Se pueden modelar otros escenarios, utilizando el mismo programa y

sensibilizando con los costos de mantenimiento y reparación que EDELCA considere

conveniente.

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125

7.2.- Recomendaciones

En el caso de la Subestación Santa Teresa, la rehabilitación no conlleva para

un aumento de Confiabilidad, la capacidad de la subestación se encuentra en estos

momentos ociosa, siendo así improductivo invertir en tecnologías más costosas, para

tener una mayor Disponibilidad que no se justifica. La subestación excede

ampliamente en su capacidad los requerimientos de operación que le son exigidos,

siendo este el caso, una inversión en tecnología de mayor costo inicial, no se

justificaría a la larga de la vida de la subestación, una alternativa si de igual modo se

desea cambiar la tecnología a Compacta sería simplificando el esquema de la

subestación, para así reducir el costo de inversión inicial.

En el caso de la subestación El Tigre, si se justifica evaluar en detalle un

cambio de tecnología de Convencional a Compacta, la operación de la subestación El

Tigre se ve más comprometida que la de su par Santa Teresa, y por la importancia de

su carga, el costo social implicado en una falla de la subestación, justificaría con

creces la inversión. De igual modo comparando el costo del ciclo de vida utilizando

sólo el costo de falla directo y obviando el costo indirecto, sigue siendo por mucho, la

mejor solución técnico-económica.

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CEPSI Increasing Availability of GIS Installation by Using Digital Control,

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CEPSI Integrated SE Control and equipment Monitoring an Diagnostics

CEPSI Integrated Substation Control and Equipment Monitoring and Diagnostics-An

Overview

CEPSI Substation retrofit strategy

CEPSI GIS Instrument Transformer EMC Conformity Test for a Reliable Operation

in an Upgraded Substation