07 marzo 2011

Avances en la integración de UPS como sistema secundario de red



La demanda de fuentes de energía sin interrupción ha aumentado significativamente en los últimos años ya que los clientes industriales operan cargas sensibles, tales como los centros de datos y las telecomunicaciones. La solución estándar para estos clientes es la instalación interna de un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI), sistema que en combinación con un generador diesel supera durante más tiempo las interrupciones del suministro. Esta solución presenta varios inconvenientes, incluyendo la necesidad de sistemas de control complejos, costes de reparación y mantenimiento, espacio adicional requerido para los equipos y cumplimiento de los requisitos de emisión. 

En las zonas con una alta carga y alta densidad de clientes tales como centros de negocios, es más conveniente una red de servicios públicos diseñados para ofrecer una fuente alternativa de energía. A pesar de que la fiabilidad de la oferta en estas áreas es probable que sea excepcional, la demanda de los clientes por conexiones redundantes va en aumento. Frente a este problema, una solución atractiva es una red de secundarios independientes que puede expandirse a una red inteligente. Describimos en ester artículo la sistemática de implantación de una solución de este tipo en el distrito comercial de Zürich. La solución ha sido desarrollada por Elektrizitätswerk der Stadt Zürich (ewz).
Seguridad en el suministro
La red de distribución Zürich está conectada a la red nacional por cuatro subestaciones de 220/150-kV. Un sistema de subtransmisión de 150 kV suministra a 15 subestaciones de 150/22-kV. La mayoría de las subestaciones de 150/22-kV se benefician de estar conectadas al menos a tres circuitos, cada uno con capacidad suficiente para abastecer la demanda máxima de la subestación. Este nivel de redundancia garantiza que la red de 150 kV no contribuye a interrupciones en el sistema. Por ello, los cortes en el sistema ocurren en gran parte debido a fallos en los equipos de baja tensión de la subestación.
El sistema de 22 kV está diseñado para operar con circuitos cerrados radiales que tienen una longitud de conexión promedio de 5 kilómetros (3.11 millas), cada uno de los cuales suministra de ocho a 10 subestaciones de transformadores de bajo voltaje de 22 kV. Estos, a su vez, suministran a los alimentadores de bajo voltaje que abastecen energía a un área con un radio de 250 m (820 ft).
Para determinar los índices de fiabilidad para los clientes en un 22 kV y 0,4 kV, ewz desarrolló una herramienta basada en una técnica de diagrama de bloque adaptado a una topología de red simple. Con la herramienta, pueden evaluarse las diferentes soluciones topología de red. La herramienta calcula las tasas de cortes de energía, transmitida en tiempos, basada en los mismos parámetros utilizadas para los componentes predefinidos, tales como transformadores, embarrados, cables y baterías de UPS.
La frecuencia media de interrupción para los clientes ewz suministrados por 22 kV es de 0.08 por año, o alrededor de una interrupción cada 12.5 años, con una duración de 45 minutos. Para los clientes suministrados en 0,4 kV, puede esperarse una interrupción cada seis años, con una duración media de 90 minutos, o 0,168 por año.

Fuente alternativas o secundaria de suministro
Para aumentar la fiabilidad del sistema, una segunda fuente de alimentación alternativas a la red de servicios públicos es una solución que puede ser relativamente rentable en áreas con una alta densidad de clientes. Este otro suministro se logra a través de la conexión a una subestación alimentad por un bucle alternativo de media tensión. Sin embargo, la mejor solución es cuando los dos bucles son alimentados por diferentes subestaciones de medio-voltaje/bajo-voltaje.
Para un suministro de media tensión, aunque la tasa de corte se mantiene sin cambios (0,08 por año), el tiempo de los cortes se reduce al tiempo requerido para conmutar la carga al segundo circuito. Dependiendo de las circunstancias, este período varía desde unos pocos segundos a minutos. En estas situaciones, un sistema de almacenamiento masivo rotatorio en vez de baterías es una buena batería para interrupciones de corta duración y altas cargas.
Suministro de redes adicionales
La disponibilidad de una segunda fuente de alimentación o alternativa pueden incrustarse en la red de distribución principal. Esta disposición implica nuevas demandas operacionales y costes de administración debido a la necesidad de planificar las operaciones de conmutación y predisponer de reservas de energía. Estos costes se reducen cuando la fuente de alimentación redundante está conectado a una red separada de media tensión.

Bibliografía: Reliability advances. Transmission & Distribution. February 2011
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