O SEP vs Missão Crítica

Transcrição

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2 O SEP vs Missão Crítica Uma simples pergunta: A instalação têm a energia elétrica como um insumo fundamental para seu funcionamento? Se a resposta for sim: Não importa se a instalação é de alta, média ou baixa tensão. Não Importa se a demanda de EE é alta ou baixa.

3 O SEP vs Missão Crítica Se essa condição de insumo vital para o processo produtivo for uma premissa, o SEP merece um estudo mais aprofundado no que diz respeito à previsão de falhas. Falhas aleatórias devem ser previstas e contrabalançadas de modo que os possíveis prejuízos, não só aos equipamentos, mas também a produção seja minimizada

4 O SEP vs Missão Crítica O que se espera de um SEP para Missões Críticas? Operação Contínua Operação Satisfatória

5 Ou seja: baixo risco e alta eficiência Risco Eficiência

6 O Risco Na fase de projeto podem-se definir configurações operacionais mais adequadas para implantação Na fase operacional podem-se definir estratégias de mudanças mais adequadas ao tipo de instalação existente. Como quantificar o Risco? Como comparar alternativas, configurações, equipamentos, etc?

7 A Norma IEEE 493 IEEE 493 IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems Define uma metodologia a ser aplicada nesta análise: O cálculo propriamente dito E a base de dados de falhas de equipamentos

8 Bibliografia [1] IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems [2] IEEE Industry Applications Magazine Vol 14 nº 5 Understanding the basic concepts of five 9s Robert G. Arno, Peter Gross and Robert Schuerger [3] IEEE Industry Applications Magazine Vol 14 nº 5 Minimizing the impact of black hours Charles J. Mozina [4] IEEE Industry Applications Magazine Vol 15 nº 5 Causal analysis of distribution system reliability performance Ali Asraf Chowdbury and Don O. Koval [5] IEEE Industry Applications Magazine Vol 15 nº 5 Operational and maintenance data collection for determining site reliability or availability Peyton S. Hale Jr and Robert G. Arno [6] IEEE Industry Applications Magazine Vol 17 nº 1 NEC Article 708 Risk analysis for critical operations power systems Robert G. Arno, Evangelos Stoyas and Robert Schuerger [7] IEEE Transactions on Industry Applications, Vol 40, Nº 3, Reliability Block Diagram Simulation Techniques Applied to the IEEE Std. 493 Standard Network - Wendai Wang, James M. Loman, Member, IEEE, Robert G. Arno, Pantelis Vassiliou, Edward R. Furlong, and Doug Ogden [8] Reliability Evaluation of Power Systems Roy Billiton and Ronald N. Allan

9 Conceitos Básicos Confiabilidade Pode ser descrita como a probabilidade de um sistema ou equipamento cumprir, sem falhas, uma missão com uma duração determinada definindo: Métodos, Critérios e Estratégias Nas fases de: Concepção, Projeto, Implantação, Operação, Manutenção e Distribuição de EE de modo a se garantir o máximo de: Eficiência, Segurança, Economia e Continuidade de Fornecimento.

10 Eficiência, Segurança, Economia e Continuidade de Fornecimento Confiabilidade Concepção, Projeto, Implantação, Operação, Manutenção e Distribuição Métodos Critérios Estratégias

11 Confiabilidade Conceitos Básicos Estabelece as leis estatísticas da ocorrência de falhas nos dispositivos e nos sistemas; Estabelece estratégias que permitam alterar os dispositivos e sistemas visando à melhoria dos índices quantitativos e qualitativos relativos às falhas.

12 Conceitos Básicos Conceitos normalmente associados à Confiabilidade: MTBF Mean Time Between Failures MTTR - Mean Time To Repair Mantenabilidade Configuração (ou topologia) do sistema; Comportamento do sistema Confiabilidade Disponibilidade

13 Conceitos Básicos MTBF Mean Time Between Failures (tempo médio entre falhas) - Tempo médio de funcionamento de certo equipamento (reparável) entre duas falhas seguidas. MTTR Mean Time To Repair (tempo médio para reparo) - Tempo médio de reparo de um determinado equipamento. Para um equipamento novo, devem ser fornecidos pelo fabricante e para equipamentos usados, utilizamos como base os índices sugeridos no IEEE Reliability Book.

14 Conceitos Básicos Disponibilidade calculada com base na taxa de falhas por ano e no tempo de serviço esperado D = 1 MTBF MTTR t

15 Conceitos Básicos Confiabilidade calculada com base na taxa de falhas por ano e no tempo de serviço esperado Onde: C = e λt C é a confiabilidade; λ é a taxa de falhas por ano; t é o número de anos considerado.

16 Metodologia da IEEE 493 Metodologia Lambda-Tau Representação simplificada: RBD (Reliability Block Diagram) Define valores para um sistema reparável a partir das taxas de falha λ (Lambda) e dos tempos de reparo τ (Tau). A ferramenta RBD utilizada, de modo que o SEP seja encarado como uma árvore de falhas : Power Factory Digsilent - Alemanha, Correlaciona um determinado efeito com suas possíveis causas, obedecendo a simplificações de correlação de taxas de falhas e tempos de reparo conforme dependência e independência.

17 Metodologia da IEEE 493 Os índices calculados e usados como critério de comparação são: Confiabilidade - % Disponibilidade - %

18 Metodologia da IEEE 493 Consideramos ainda: Todos os valores de taxa de falha e tempo de reparo dos equipamentos do sistema necessários para os cálculos foram retirados da norma IEEE 493; As UPS s consideradas como novas; A concessionária foi considerada como fonte de alimentação com falha média de 15 vezes ao ano com duração de 1 hora por falha; O sistema considerado inicia-se no ponto de entrega de energia da concessionária e vai até a carga considerada de missão crítica dentro do CPD.

19 Dados da IEEE 493 Equipamento DADOS IEEE 493 MTBF (Mean Time Between Failure) Falhas por unidadeano MTTR (Mean Time To Repair) Horas Seccionadora MT 0,0061 1,6 h Disjuntor MT 0, ,6 h Barramento 0, /metro 17,3 h Gerador 0, ,7 h Disjuntor BT 0,0042 4,7 h Cabo BT 0, /metro 15 h Transformador < 10MVA 0, ,4 h

20 Topologia do SEP Alternativa 1

21 Três configurações para cálculo: Concessionária Concessionária + Geração Concessionária + Geração + UPS

22 Resultados - Alt 1 Local Falha / Ano 1 ano 5 anos 10 anos Concessionária 15 0,00% 0,00% 0,00% Concessionária + Geração CONFIABILIDADE 15,1393 0,00% 0,00% 0,00% UPS 0, ,78% 89,37% 79,87%

23 Resultados - Alt 1 DISPONIBILIDADE Local Falha/Ano MTTR (horas) Disponibilidade Disponibilidade em Horas Tempo de Desligamento Concessionária 15, , ,8291% 8.745,03 h 898,46 min Concessionária + Geração 15, , ,9954% 8.759,59 h 24,37 min UPS 0, , ,9995% 8.759,95 h 2,74 min

24 Resultados - Alt 1 100,0000% Disponibilidade 99,9954% 99,9995% 99,9500% 99,9000% 99,8500% 99,8291% 99,8000% Concessionária Concessionária + Geração Concessionária + Geração + UPS

25 Resultados - Alt ,0 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 898,46 Tempo de Desligamento - minutos 24,37 2,74 Concessionária Concessionária + Geração Concessionária + Geração + UPS

26 Resultados - Alt 1

27 Topologia do SEP Alternativa 2

28 Resultados - Alt 2 CONFIABILIDADE Local Falha / Ano 1 ano 5 anos 10 anos Concessionária 15 0,00% 0,00% 0,00% Concessionária + Geração 15,1393 0,00% 0,00% 0,00% 2 UPS + Carga Dual 0, ,65% 93,41% 87,26%

29 Resultados - Alt 2 DISPONIBILIDADE Local Falha/Ano MTTR (horas) Disponibilidade Disponibilidade em Horas Tempo de Desligamento Concessionária 15, , ,8291% 8.745,03 898,46 Concessionária + Geração 2 UPS + Barra Dual 15, , ,9954% 8.759,59 24,37 0, , ,9997% 8.759,97 1,66

30 Resultados - Alt 2

31 Resultados - Alt 2

32 Resultados - Alt 2 Confiabilidade

33 Alt 1 vs Alt 2 Disponibilidade

34 Alt 1 vs Alt 2

35 Alt 1 vs Alt 2 Confiabilidade

36 Perdas Perdas kw Qt hs R$/KWh kwh por ano R$ por ano Alt , ,76 Alt , ,00 Δ% 27,5%

37 Custo em 10 anos 10 anos Investimento Perdas Interrupção TOTAL Alt Alt

38 Conclusões O uso da norma IEEE 493 para a análise de SEP em instalações de Missão Crítica, nos dá uma base única de cálculo que permite a comparação entre diferentes configurações e condições operativas. Em empresas com múltiplas instalações, a norma IEEE 493 pode ser usada como ferramenta de gestão para a tomada de decisões de investimentos como mostrado no exemplo acima, onde o ganho em tempo adicional de operação pode ser comparado ao investimento necessário. O simples aumento da complexidade da instalação, novos geradores, alimentação cruzada, UPSs em paralelo, etc, devem ser cuidadosamente estudados, pois nem sempre se refletem em ganhos para a carga crítica. Em estudos mais elaborados, podemos levar em conta a integração do sistema elétrico com o sistema de ar condicionado.

39 SEP & Ar Condicionado

40 TR-ELEV1 B TR-ELEV2 B ALIM. Q.D.NB TR-ELEV3 B TR-ELEV4 B AT-3 ALIM. 1ºSS.. TR-REST. B ALIM. Q.D.NB TR-AR COND. TR-ELEV1 A TR-ELEV2 A TR-3 TR-ELEV3 A REDE QTA-2 ALIM. TR3 AT-2 ALIM. 2ºSS TR-AR COND. 1A ALIM. Q.G.EM.-2ºS.. AT-1 TR-RET Q.D.-REDE 1 BLOCO B 1ºSS PDTRAFO ALIM. UPS (36kVA.. ALIM. PDNB-3 ALIM. QDNB3 36KVA ALIM. PNB - 1x36kV.. ALIM. REDE 1B ALIM.REDE Q.D.-REDE 2 BLOCO B 1ºSS CTA - BB INCÊNDIO ALIM. REDE 2B ALIM. UPS 1 (UPS 40kVA) ALIM. PNB - UPS.. TR-5 Q.D.-REDE 1 BLOCO A 2ºSS TR-1 ALIM. TR1 REDE CTA-2 TR-4 ALIM. TR4 ALIM. PDNB-2 ALIM.PDTRAFO ALIM. REDE 2ºSS ALIM. REDE 1A ALIM. PNB - UPS.. ALIM. UPS 2 (UPS 40kVA) Q.D.-REDE 2 BLOCO A 2ºSS G2 CTA-2 ALIM. REDE 2A TR-2 ALIM. TR2 ALIM. QGBT2 - REDE (BUSWAY) Q.D.C.AG. - COBERTURA ALIM. UPS 1 (60kVA.. ALIM. PPNB-UPS1 ALIM. CAG (BUSWAY) ALIM. PPNB-UPS2 ALIM. UPS 2 (60kVA.. ALIM. PDNB - 4x60kVA ALIM. UPS 3 (60kVA.. ALIM. PPNB-UPS3 ALIM. UPS 4 (60kVA.. ALIM. PPNB-UPS4 DIgS ELETROPAULO REDE BOMBA INCÊNDIO CTA BOMBA INCÊNDIO PMT COLUNA 2 COLUNA 3 COLUNA 4 PRIM. TR3 PRIM. TR1 PRIM. TR2 GMG 2 GMG 1 G ~ G ~ SEC. TR1 GMG2 SEC. TR2 QGBT 3 GMG3 QTA-2 QGBT1 - REDE-2ºSS Q.G.B.T.1-REDE-2ºSS TIE QGBT 1 - REDE-2ºSS QGBT2 - REDE-2ºSS REDE 1B REDE 2B REDE1A REDE 2A CAG Q.G.EM.-2ºSS QGEM - 2ºSS PRIM. TR4 ELEV. 1 B SEC.TR-4 ALIM. AT-.. ALIM. AT-2 PDNB-4x60kVA PRIM. AT3 PRIM. AT2 PDTRAFO PDNB - 4x60kVA PDNB-3-1x36kVA PDNB-2-2x40kVA SEC. AT-3 SEC. AT-2 PDNB-3-1x36kVA PDNB 2 60kVA 60kVA 60kVA 60kVA PRUMADA BLOCO B 1ºSS ALIM. P.G.NB. 2ºS.. QD ESTABILIZADOR 1 B QD ESTABILIZADOR 2 A 36kVA 40kVA 40kVA PPNB-4x60kVA PPNB - 4x60kVA QDNB 1-1 SS QDNB 2-1 SS ALIM. P.G.NB. 2ºSS UPS PNB - 1x36kVA PNB - 2x40kVA P.G.NB. 2ºSS PNB - 1x36kVA PNB - 2x36kVA PGNB 2ºSS ALIM. Q.G.NB.1-2 SS Bloco.. ALIM. Q.G.NB.2-2 SS Bloco.. QDNB3 36KVA QGNB 1-2 SS Bloco A QGNB 2-2 SS Bloco B

41 TR#1 Cabo Alim. NB-3 Cabo CAG Cabo Alim. NB-5 TR#2 Cabo CPP TR#3 Cabo L/G COB. VM. TR#4 Cabo CTA-1 - C Saída CTA-1 Medição TR-CAG DJ-G1 Cabo CAG. Cabo CTA-2 - C TR-CPP. Cabo CPP. DJ-G2 Cabo L/G Apoio/CPP TR-L/G P. APOIO Cabo L/G P. APOIO TR#5 DJ-G3 TR-L/G COB. VM Cabo L/G COB. VM TR-L/G S.S. VM DJ-G4 Cabo L/G S.S. VM TR-1 TR#6 TR-2 TR-3 TR-4 Cabo Alim. NB-4 TR#7 TR#8 TR#9 PowerFactory TR#10 Cabo L/G S.S. VM. Circ. # 4427 (Reserva)Circ. # (Principal) G1 G ~ G2 G ~ G3 G ~ G4 G ~ Cabo CTA-1 - G Cabo CTA-2 - G CTA-1 CTA-2 Saída CTA-2 Anel - PL256/Apoio Anel Apoio/VM22 SE - PL 256 SE - Apoio SE - VM22 TIE - TR#2/3 TIE TR#5/TR#6 TIE TR#8/TR#9 TIE TR#9/TR#10 QGBT - TR#1 QGBT - TR#2 QGBT - TR#3 QGBT - TR#4 QGBT - TR#5 QGBT - TR#6 QGBT - TR#7 QGBT - TR#8 QGBT - TR#10 QGBT - TR#9 Cabo Alim. NB-2 Cabo Alim. NB-1 L/G APOIO/CPP Geração NB-1 Geração NB-3 Geração NB-5 Geração NB-4 Geração NB-2 L/G S.S. VM NB-1 NB-3 NB-5 NB-4 NB-2 CAG CPP L/G COB. VM G ~ G ~ G ~ G ~ Cotepe Engenharia Elétrica Ltda. Project: P G1. G2. G3. G4. 4 x Geradores 1250kVA Estudo de Confiabilidade e Disponibilidade Projac - Rede Globo Alternativa 3 Graphic: Date: 2 Annex:

42 Obrigado