Análisis de fiabilidad aplicado a interruptores de potencia en subestaciones eléctricas

Reliability Analysis Applied To circuit breakers in electric substations

El análisis de fallos la seguridad industrial que se presentan los procesos industriales la planta se rigen a través de los sistemas probabilísticos tales como el modelado Weibull. Este Tipo de aplicaciones usando probabilidad y estadística son propias de Ingeniería de Fiabilidad. Esta disciplina contempla múltiples técnicas predictivas que son fundamentales para el mantenimiento de los equipos. El análisis predictivo de Weibull implica una serie de modelos estocásticos exponenciales y normales que con llevan una solución analítica basada en técnicas de probabilidad y estadística. Es por lo anterior que en planta se utiliza método más rápido y sencillo conocido como modelo gráfico de Weibull. En esta investigación,se hace uso de este modelo para establecer la confiabilidad, la vida media y desviación típica de fallos de un grupo interruptores de potencia utilizados en la compañía de suministro eléctrico en Apizaco, Tlaxcala,México.

3. Introducción

La energía eléctrica es indispensable para muchos aspectos de la vida cotidiana, ninguna persona es ajena al consumo de la energía eléctrica, ya sea en la casa, en la industria, en los hospitales, etc., todos hacemos uso de esta. Para evitar pérdidas de tensión (voltaje) debidas a la transmisión a grandes distancias, las tensiones que se manejan son del orden de 72, 145, 240 y 420 kV [1]. Estos voltajes no  son posibles de emplearlos en instalaciones de industrias, comercios y residencias, de aquí que se tenga la necesidad de reducir dichas tensiones a otras de menor valor. Es por esta razón que se emplean subestaciones eléctricas que tienen la finalidad de transformar las tensiones de transmisión a valores de sub-transmisión, para posteriormente limitarla a valores nominales de 127 V doméstico y 220 ó 440 V industrial [1, 2].

En México, la compañía suministradora de energía eléctrica se divide en tres estructuras principales: generación, transmisión y distribución. La actividad de distribución de la energía está organizada en 16 Gerencias Divisionales de Distribución (divididas a su vez en un número variable de superintendencias de Zona) en donde se ubican subestaciones eléctricas que se encargan de las actividades antes mencionadas [3]. Sin embargo, cada división e incluso zonas, tienen diferentes protocolos de mantenimiento de los equipos eléctricos que integran a cada subestación eléctrica, por lo que en cada una de ellas se tienen problemas propios. En específico de la zona de Tlaxcala (ubicada en la división centro oriente), se considera en este trabajo el caso de los interruptores de potencia en vacío que son utilizados ampliamente en tensiones de media tensión (15 kV a 38 kV) [4], para lo cual, a partir de datos proporcionados por esta compañía de una muestra representativa de los mismos, se realiza un estudio sobre fiabilidad. Los resultados obtenidos permiten proponer estrategias de mantenimiento para los interruptores de potencia considerando un modelo probabilístico adecuado para el tipo de equipo analizado, la finalidad es coadyuvar en la definición de directivas en pro de un mantenimiento basado en fiabilidad.

2. El servicio eléctrico

El contexto en que se desarrolla el presente trabajo considera el servicio eléctrico como aquella entrega de energía eléctrica hacia un usuario. Se asume que los componentes de la compañía suministradora que permiten lograr la entrega de este servicio son denominados sistemas, los cuales incluyen uno o varios equipos o procesos. El equipo de interés en este trabajo es el interruptor de potencia