La demanda
de sistemas de suministro de energía sin cortes se ha incrementado
significativamente en los últimos años ya que cada vez más clientes
industriales operan cargas sensibles tales como centros de datos, bancos y
telecomunicaciones. La solución estándar para estos clientes es la instalación
de sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) en combinación con generadores
diesel para superar interrupciones de suministro prolongadas. Esta solución
introduce varias desventajas, incluyendo la necesidad de sistemas de control
complejos, el coste de reparación y mantenimiento, el espacio adicional
requerido para el equipo y el cumplimiento con los requerimientos de emisión.
En áreas con
una carga alta y alta densidad de clientes tales como los centros comerciales,
una red de de distribución de energía eléctrica a menudo puede ser diseñada
para ofrecer una fuente alternativa de energía. Incluso aunque la fiabilidad de
suministro en estas áreas es posible sea excepcional, la demanda del cliente
para conexiones redundantes está aumentando. Una solución interesante se ha
desarrollado por elektrizitätswerk der Stadt Zürich (ewz). Se trata de crear
una red secundaria independiente que puede expandirse en una red inteligente.
Seguridad standard de suministro
La red de
distribución de Zürich está conectada a la red nacional por quince
subestaciones de 150/220 kV. La mayoría de las subestaciones de 150/22 kV se
benefician de conectarse al menos tres circuitos, cada uno de los cuales con
suficiente capacidad para suministrar a la máxima demanda de la subestación.
Este nivel de redundancia asegura que la red de 150 kV no contribuye a cortes
en el sistema. Los fallos del sistema ocurren en gran medida debido a fallos
del equipo de la subestación en los sistemas de voltaje más bajo.
El sistema
de 22 kV está diseñado para operar con bucles radiales cerrados que tienen una
longitud del alimentador promedio de 5 km, cada uno de los cuales suministra de
8 a 10 subestaciones. Estas suministran a los alimentadores de bajo voltaje en
bucle cerrado que suministran energía a un área con un radio de 250 m.
Para
determinar los índices de fiabilidad para los clientes abastecidos por 22 kV y
0,4 kV, ewz desarrolló una herramienta basada en una técnica de diagrama de
bloques adaptada a una topología de red simple.
Usando la
herramienta, pueden evaluarse diferentes soluciones de suministro de energía.
La herramienta calcula las tasas de corte totales, basándose en los mismos
parámetros usados para los componentes predefinidos tales como transformadores,
barras de bus, cables y baterías UPS.
La
frecuencia de interrupción para los clientes suministrados por 22 kV es 0,08
por año, o alrededor de una interrupción cada 12,5 años con una duración de 45
minutos. Para los clientes suministrados por 0,4 kV, puede esperarse una
interrupción cada seis años con una duración media de 90 minutos, o 0,168 por
año.
Fuente de alimentación secundaria o
alternativa
Para
incrementar la fiabilidad del sistema, una alimentación de energía alternativa
desde una red de distribución puede ser una buena solución relativamente
efectiva en costes en áreas con una alta densidad de clientes. Esta otra
alimentación a menudo se alcanza mediante la conexión a la subestación de
transformador en la que se dispone de un bucle de medio voltaje alternativo.
Sin embargo, la mejor solución se consigue cuando los dos bucles se abastecen
por subestaciones de medio-voltaje/bajo-voltaje diferentes.
Para un
suministro de medio voltaje, aunque la tasa de cortes queda sin cambios (0,08
por año), el tiempo de corte se reduce para el periodo requerido para conmutar
la carga al circuito secundario. Dependiendo de las circunstancias, este
periodo varía desde unos pocos segundos a minutos. En estas situaciones, la
rotación de una energía con masa en vez de baterías es una buena alternativa
para interrupciones de corta duración, carga alta.
Provisión de redes adicionales
La
disponibilidad de una alimentación de energía alternativa o secundaria puede
ser embebida en la red de distribución principal. Esta disposición implica
demanda operacional adicional y costes de administración debido a la necesidad
de planificar operaciones de conmutación y organizar reservas de energía.
En 2007, ewz
comenzó un proyecto piloto para planificar una red de medio voltaje secundaria
independiente en el centro de la ciudad de Zürich, donde se espera una demanda
creciente de suministro de energía redundante. El plan de red consistía en dos
circuitos, cada uno conectado a subestaciones adyacentes. La subestación del
transformador en la ruta de cada circuito está conectada en anillo al circuito.
La red está
abastecida por un transformador de reserva en la subestación de 150/22 kV y
puede automáticamente conmutar a un transformador de 150-22 kV en una
subestación adyacente, lo cual significa que los componentes del circuito
redundante son mejor utilizados. El uso de una red de medio voltaje de 22 kV
está limitado por el área transversal de
cable de 150 mm2 a 9 MVA para cada circuito. Ambos circuitos están
suministrados por el transformador de reserva en la subestación 1, con la
posibilidad de cambiar la alimentación mediante conmutación automática a la
subestación 2. Esto puede ser necesario por motivos de mantenimiento o en el
caso de una barra de bus primaria o fallo de transformador en la subestación 1.
Es posible
distribuir cargas hasta el doble de la capacidad de transporte de corriente, es
decir 18 MVA a un circuito. Si la mitad de la carga del cliente, o 9 MVA, se
suministra a través de la subestación estándar 1 y la otra mitad por la
subestación 2, en el caso de un corte de energía afecta a todos los clientes
suministrados por la subestación, el transformador de reserva en la subestación
en buen estado suministraría a los otros 9 MVA. La probabilidad de un fallo
simultáneo ocurriendo en ambos circuitos es improbable que pueda despreciarse.
Bibliografía:
- Reliability advances. Transmission & Distribution February 2011
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