Cómo mejorar la confiabilidad de la red

Para una distribuidora de energía, la prioridad y principal fuente de ingresos es el suministro de electricidad a los usuarios finales. Cualquier interrupción del flujo energético causa pérdidas económicas a la distribuidora. No sólo es el impacto por la interrupción en la facturación, sino además el impacto asociado a penalidades, o inaccesibilidad a incentivos para la mejora del nivel de confiabilidad impuestos por el regulador. En la mayor parte del mundo, el único método económicamente viable para electrificar vastas extensiones rurales es la distribución aérea, el cual es un método inevitablemente propenso a problemas de confiabilidad. Por ello, surge la inquietud: “¿Cómo mejorar la confiabilidad del sistema de distribución eléctrica?”.

Afortunadamente, esta inquietud ha sido ampliamente abordada, con resultados satisfactorios. La clave para el ingeniero de la distribuidora, es comprender cuál es la inversión óptima para alcanzar los objetivos de confiabilidad. Como frecuentemente sucede, no solo se trata de invertir en tecnología de punta (Smart Grid, IEC 61850 o Ciberseguridad, SCADA) para obtener el mejor desempeño de la red, sino la aplicación prudente de tecnologías confiables encaminadas a brindar mejoras comparativas que se traduzcan en el aumento de los ingresos de la distribuidora, permitiendo la reinversión inteligente del retorno en avances que a su vez también aumenten aún más la confiabilidad.

Antes de abarcar las tecnologías, hagamos una breve revisión de los objetivos de la confiabilidad. Mientras que algunas son conocidas por diversos nombres, las métricas más comunes son el MAIFI (Índice de la Frecuencia Promedio de Interrupciones Momentáneas), el SAIFI (Índice de la Frecuencia Promedio de las Interrupciones del Sistema) y el SAIDI (Índice de la Duración Promedio de las Interrupciones del Sistema). A nivel mundial, los Índices de Desempeño, o KPIs por sus siglas en inglés, para las empresas distribuidoras de energía se basan en estos parámetros, con los cuales la distribuidora es evaluada y luego recompensada o castigada proporcionalmente de acuerdo a su rendimiento.

Como principio de guía general, la mayor parte de los Esquemas de Incentivo en Torno al Objetivo de Rendimiento del Servicio (STPIS, por su sigla en inglés) permiten interrupciones momentáneas, sin embargo, mientras más larga es la interrupción, mayor es la sanción. Con frecuencia, existen exclusiones para un número razonable de interrupciones momentáneas, lo permitiría potencialmente operar con tecnologías claves y fiables.

Asumamos el peor escenario como punto de partida:

• Alimentadores radiales
• Conductores/cables aéreos desnudos
• Falta de un equipo de maniobra montado en poste
• Una interrupción en la subestación del alimentador (o múltiples alimentadores)

En primer lugar, el 80% de las fallas en los alimentadores de distribución son transitorias, es decir, que pueden causar fallas momentáneas, que luego desaparecen. Fallas, tales como: árboles o animales en contacto con las líneas o colisión de cables cuando se dan ráfagas de viento. Estos acontecimientos son momentáneos. Sin embargo, si el disyuntor en la subestación es el único dispositivo fiable en servicio, éste va a detectar la falla y desconectar la energía a la totalidad de los usuarios. A pesar de ello, el 80% de las veces, puede cerrarse nuevamente y restaurar la energía. Usando el principio del “recierre” se pueden lograr grandes mejoras en la confiabilidad hasta un 80% en la reducción de fallas sin interrupciones permanentes de la red.

Tal como lo define la norma ANSI/IEEE, el reconectador es un dispositivo autocontrolado para automáticamente interrumpir y realizar reenganche (recierre) de un circuito de corriente alterna, con una secuencia predeterminada de apertura y cierre seguida de un reinicio para finalmente mantener cerrado el circuito, o abrirlo manteniéndose bloqueado en posición abierta. Esta operación es lo que comúnmente se conoce como ciclo de "recierre" y solo los reconectadores, a diferencia los de dispositivos de seccionamiento o los disyuntores independientes, están en capacidad de realizar esta acción en condiciones de falla y de manera inteligente. En esencia un reconectador es un disyuntor diseñado y fabricado para realizar recierres autocontrolados ofreciendo protección y aumentando la confiabilidad y calidad del servicio al usuario final.

Este comportamiento de recierre puede ser realizado por el disyuntor o interruptor de la subestación, cuando se le asocia un dispositivo externo de control. El 80% de las veces, ésta acción despeja la falla, restaurando el suministro eléctrico de forma exitosa, mejorando así la confiabilidad. Este es un primer gran paso, no obstante, en este caso en particular todos los circuitos derivados de la subestación experimentarían una interrupción momentánea. ¿Por qué no incluir disyuntores autocontrolados (reconectadores), que operen en una zona reducida, aplicando el mismo principio de recierre?

Esta es la configuración básica de reconexión de una red de distribución aérea.

Con esta configuración (Figura 3), sólo los usuarios de la zona afectada experimentan la suspensión del suministro. La mayoría de los usuarios aguas abajo de la subestación, no experimentarían cortes en caso de falla. Incluso el 50% de los usuarios del alimentador afectado por la falla no la percibirían. El beneficio en términos de confiabilidad de este esquema en comparación con el esquema original es enorme.

Por supuesto, la ingeniería de protección requerida para desarrollar el esquema de recierre es además bastante simple. Típicamente, al disponer con un tiempo de disparo 1 segundo en la subestación y una aproximación conservadora de selectividad de la protección de Sobre-Corriente entre reconectadores de 250ms, permitiría la instalación de 3 a 4 reconectadores a lo largo de cada alimentador, disminuyendo considerablemente el número de clientes afectados en caso de falla. Siguiendo el principio de Pareto, el 80% de la confiabilidad y la detección puede lograrse empleando funciones simples como Sobre-Corriente y falla a tierra, dejando otras opciones más complejas para casos específicos, una vez se haya logrado el 80% de la mejora en la confiabilidad.

Incluso para obtener ganancias adicionales de confiabilidad cuando la selectividad se convierte en una limitante, pueden ser incluidos más “seccionalizadores” (Dispositivos automáticos de maniobra sin protección que abren o cierran un circuito inactivo) entre, o aguas abajo de, los reconectadores, permitiendo segmentación granular adicional de los alimentadores.

Una vez que estos sistemas han sido implementados, los beneficios generados en torno a la confiabilidad mitigan el 80% de las fallas y asimismo, limitan el impacto a una localización reducida en proximidad de la falla.

Para intentar alcanzar el 20% final de confiabilidad, pueden ser utilizadas tecnologías adicionales como la automatización de la red. La Figura 1. muestra un excelente ejemplo de los beneficios que se logran por medio del uso de diferentes tecnologías. Aunque los disyuntores modernos con capacidad de recierre, son capaces de proporcionar por medio de dispositivos externos funcionalidades de protección y automatización, con la simple adición a los alimentadores de reconectadores (como el OSM de NOJA Power) y la correcta configuración de protecciones de sobrecorriente, falla tierra y su selectividad coordinada con los dispositivos de maniobra de la subestación, se puede alcanzar mejoras significativas en la confiabilidad del sistema. En algunos países, los usuarios de productos NOJA Power han experimentado una reducción promedio de sus interrupciones de 6 horas a 15 minutos, simplemente por la inclusión a la red de reconectadores con configuraciones básicas.

“El logro de la confiabilidad de la red de distribución eléctrica es un camino continuo”, detalla el Director Ejecutivo del grupo NOJA Power, Neil O ‘Sullivan. “Paso a paso, la inclusión de reconectadores, a lo largo de la red, permitirá generar beneficios para alcanzar la confiabilidad deseada”.

Sea que se esté comenzando el camino para lograr la confiabilidad o se esté intentando obtener el mayor provecho del 20% restante para lograr una confiabilidad completa, NOJA Power tiene experiencia en las aplicaciones y está preparada para contribuirle. Resolvamos juntos los problemas en torno a la confiabilidad de red.