Diagnóstico y Evaluación de Confiabilidad del Alimentador ...
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99 Resumen-- El presente trabajo es un estudio para el análisis y evaluación de confiabilidad del Alimentador # 122 para la Empresa Eléctrica Azogues, aplicando Montecarlo. En primer lugar, se hace el cálculo estadístico de los índices que modelan el comportamiento del sistema de distribución 22/12,7kV para posteriormente, conocer las zonas críticas del alimentador así como los puntos de mayor impacto conforme la indisponibilidad de los componentes. Palabras clave-- Sistema de Distribución, Análisis y Evaluación, Simulación de Montecarlo, confiabilidad. 1. INTRODUCCIÓN La confiabilidad de energía eléctrica orientada directamente a la continuidad del suministro de electricidad, hoy en día se ha vuelto cada vez más importante debido a la gran cantidad de usuarios existentes en un mismo sistema de distribución. Esto ha ocasionado un aumento considerable de la demanda del consumo eléctrico. Cada vez estos usuarios son más exigentes puesto que disponen de equipos eléctricos y/o electrónicos que son más sensibles a las variaciones de voltaje y a los cortes de suministro por más pequeños que éstos sean. Este trabajo, está orientado a evaluar la continuidad de suministro, que forma parte del concepto más general denominado “CONFIABILIDAD DE SERVICIO”. La confiablidad del servicio de energía eléctrica, medida a través de índices de desempeño, tiene dos orientaciones diferentes: el registro de eventos pasados y la predicción de confiablidad. Las empresas de distribución normalmente llevan un registro estadístico de los eventos pasados, con los cuales pueden evaluar el desempeño de sus sistemas (alimentadores primarios) y algunos indicadores económicos, especialmente de energía no suministrada. La predicción de índices de confiabilidad pretende determinar el comportamiento que tendrá la red, basado en el desempeño pasado, y ayudar en la toma de decisiones sobre modificaciones de elementos componentes de la red y/o topología. Se presenta una metodología de evaluación de índices de confiabilidad basados en el método de simulación de Montecarlo para redes eléctricas de distribución radiales en media tensión (M.T). Esta evaluación se refleja en índices globales de frecuencia y duración de fallas por KVA instalado. Se modela el comportamiento de la red incluyendo seccionadores (fusibles), transformadores y líneas. Se desarrolla una técnica, elaborada como un problema de optimización lineal, para localizar elementos en los cuales invertir recursos financieros, para alcanzar niveles mayores de disponibilidad de servicio en algún punto cualquiera de la red eléctrica. Regulación 004/01 del CONELEC: En el Ecuador, con el fin de garantizar a los consumidores un suministro eléctrico continuo y confiable, el ente encargado de dictar las Regulaciones relacionadas con los estándares mínimos de calidad a los que deben someterse las Empresas Distribuidoras del Servicio Eléctrico en cuanto a la frecuencia y duración de las fallas es el Consejo Nacional de Electricidad. En la Regulación No. CONELEC – 004/01 “CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO DE DISTRIBUCIÓN”, en el apartado “Calidad del Servicio Técnico” ubica los valores a cumplir. 2. INFORMACIÓN DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN El sistema eléctrico de distribución del Alimentador # 122, está compuesto principalmente por la subestación de distribución de A.T/M.T, de tipo encapsulada, ubicada en el sector de Zhizhiquín, llamada S/E Azogues 1. Cuenta también con torres de transmisión en M.T ubicadas en los sectores de Zhapacal y Tabacay que, junto con la subestación Azogues, forman la línea principal del alimentador. Los niveles de voltaje de M.T son de 22/12.7 KV para la red trifásica y monofásica respectivamente. Consta, además, de líneas de distribución de media y baja tensión, seccionador para la protección Diagnóstico y Evaluación de Confiabilidad del Alimentador # 122 para la Empresa Eléctrica Azogues C.A. usando el Método de Simulación de Montecarlo M. Escudero J. Rojas F.Quizhpi Universidad Politécnica Salesiana Cuenca
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Resumen-- El presente trabajo es un estudio para el anaacutelisis y evaluacioacuten de confiabilidad del Alimentador 122 para la Empresa Eleacutectrica Azogues aplicando Montecarlo En primer lugar se hace el caacutelculo estadiacutestico de los iacutendices que modelan el comportamiento del sistema de distribucioacuten 22127kV para posteriormente conocer las zonas criacuteticas del alimentador asiacute como los puntos de mayor impacto conforme la indisponibilidad de los componentes
Palabras clave-- Sistema de Distribucioacuten Anaacutelisis y Evaluacioacuten Simulacioacuten de Montecarlo confiabilidad
1 INTRODUCCIOacuteN
La confiabilidad de energiacutea eleacutectrica orientada directamente a la continuidad del suministro de electricidad hoy en diacutea se ha vuelto cada vez maacutes importante debido a la gran cantidad de usuarios existentes en un mismo sistema de distribucioacuten Esto ha ocasionado un aumento considerable de la demanda del consumo eleacutectrico Cada vez estos usuarios son maacutes exigentes puesto que disponen de equipos eleacutectricos yo electroacutenicos que son maacutes sensibles a las variaciones de voltaje y a los cortes de suministro por maacutes pequentildeos que eacutestos sean
Este trabajo estaacute orientado a evaluar la continuidad de suministro que forma parte del concepto maacutes general denominado ldquoCONFIABILIDAD DE SERVICIOrdquo
La confiablidad del servicio de energiacutea eleacutectrica medida a traveacutes de iacutendices de desempentildeo tiene dos orientaciones diferentes el registro de eventos pasados y la prediccioacuten de confiablidad Las empresas de distribucioacuten normalmente llevan un registro estadiacutestico de los eventos pasados con los cuales pueden evaluar el desempentildeo de sus sistemas (alimentadores primarios) y algunos indicadores econoacutemicos especialmente de energiacutea no suministrada La prediccioacuten de iacutendices de confiabilidad pretende determinar el comportamiento que tendraacute la red basado en el desempentildeo pasado y ayudar en la toma de decisiones
sobre modificaciones de elementos componentes de la red yo topologiacutea
Se presenta una metodologiacutea de evaluacioacuten de iacutendices de confiabilidad basados en el meacutetodo de simulacioacuten de Montecarlo para redes eleacutectricas de distribucioacuten radiales en media tensioacuten (MT) Esta evaluacioacuten se refleja en iacutendices globales de frecuencia y duracioacuten de fallas por KVA instalado Se modela el comportamiento de la red incluyendo seccionadores (fusibles) transformadores y liacuteneas
Se desarrolla una teacutecnica elaborada como un problema de optimizacioacuten lineal para localizar elementos en los cuales invertir recursos financieros para alcanzar niveles mayores de disponibilidad de servicio en alguacuten punto cualquiera de la red eleacutectrica
Regulacioacuten 00401 del CONELEC
En el Ecuador con el fin de garantizar a los consumidores un suministro eleacutectrico continuo y confiable el ente encargado de dictar las Regulaciones relacionadas con los estaacutendares miacutenimos de calidad a los que deben someterse las Empresas Distribuidoras del Servicio Eleacutectrico en cuanto a la frecuencia y duracioacuten de las fallas es el Consejo Nacional de Electricidad En la Regulacioacuten No CONELEC ndash 00401 ldquoCALIDAD DEL SERVICIO ELEacuteCTRICO DE DISTRIBUCIOacuteNrdquo en el apartado ldquoCalidad del Servicio Teacutecnicordquo ubica los valores a cumplir
2 INFORMACIOacuteN DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN
El sistema eleacutectrico de distribucioacuten del Alimentador 122 estaacute compuesto principalmente por la subestacioacuten de distribucioacuten de ATMT de tipo encapsulada ubicada en el sector de Zhizhiquiacuten llamada SE Azogues 1 Cuenta tambieacuten con torres de transmisioacuten en MT ubicadas en los sectores de Zhapacal y Tabacay que junto con la subestacioacuten Azogues forman la liacutenea principal del alimentador Los niveles de voltaje de MT son de 22127 KV para la red trifaacutesica y monofaacutesica respectivamente
Consta ademaacutes de liacuteneas de distribucioacuten de media y baja tensioacuten seccionador para la proteccioacuten
Diagnoacutestico y Evaluacioacuten de Confiabilidad del Alimentador 122 para la Empresa Eleacutectrica Azogues CA usando el Meacutetodo de Simulacioacuten de
Montecarlo
M Escudero J Rojas FQuizhpi
Universidad Politeacutecnica Salesiana Cuenca
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de la red eleacutectrica transformadores de distribucioacuten convencionales y autoprotegidos
21 Caracteriacutesticas del Alimentador 122 hasta el antildeo 2010
bull Tipo Urbanobull Longitud total (km) 172251bull Sec Principales 47 Transformadoresbull Monofaacutesicos 449 (6865 KVA)bull Trifaacutesicos 66 (3740 KVA)bull Potencia instalada 10605 KVA
3 ANAacuteLISIS Y EVALUACIOacuteN DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DEL ALIMENTADOR 122
31 Clasificacioacuten de las interrupciones
Para el caacutelculo de los iacutendices fue necesario clasificar las interrupciones por la causa que lo originaron A partir de esto obtuvimos iacutendices FMIK y TTIK para las interrupciones Programadas y Forzadas y sumadas estas las totales para el alimentador
Todas estas interrupciones tienen tiempos de duracioacuten mayor a los tres minutos y corresponden a interrupciones Internas al Sistema de Distribucioacuten
Dentro de las interrupciones Programadas se tuvieron
bull IPA Interrupciones programadas debidas a ampliaciones
bull IPM Interrupciones programadas debidas a mantenimiento
Mientras que para las interrupciones Forzadas o No programadas
bull IC Interrupciones forzadas debidas a factores climaacuteticos
bull INO Interrupciones forzadas en la red de bajo voltaje
bull INT Interrupciones forzadas debidas a terceros
32 Caacutelculo de los iacutendices globales y Energiacutea No Suministrada
El resultado de los iacutendices globales y ENS que presentoacute el Alimentador en el antildeo 2010 fue
NO PROGRAMADAS PROGRAMADASFMIK 5314 1905
TTIK 6940 4414
0
2
4
6
8
FMIK y TTIK
Figura 1 Iacutendices FMIK y TTIK para las interrupciones Programadas y No Programadas
7220
11355
TOTALES A NIVEL DE ALIMENTADOR
INDICES TOTALES
FMIK TTIK
Figura 2 Iacutendices totales del Alimentador 122
133
908
168
149
263
433 562
149
726
483
02000400060008000
ENS [kWh]
ENERGIacuteA NO SUMINISTRADA 2010
Figura 3 Energiacutea No Suministrada por el Alimentador 122
Como se puede apreciar en la Fig 2 los iacutendices FMIK y TTIK que reflejan la frecuencia y el tiempo total que queda sin servicio la red de distribucioacuten estaacuten por encima de los valores maacuteximos establecidos por el CONELEC incumpliendo la Regulacioacuten 00401 en el apartado ldquoCalidad del Servicio Teacutecnicordquo
33 Modelacioacuten de los componentes que conforman el Alimentador 122
La confiabilidad del sistema de distribucioacuten del Alimentador 122 se evaluoacute en funcioacuten de la disponibilidad e indisponibilidad que presentan cada uno de sus componentes llaacutemense estos liacuteneas transformadores y seccionadores
101
El meacutetodo implementado consiste en un ldquoModelo para Anaacutelisis de Disponibilidadrdquo que considera las salidas planeadas y no planeadas Se consideran tiempos para salida (falla) y tiempos de restauracioacuten (reparacioacuten)
331 Clasificacioacuten de los elementos
En funcioacuten de las causas de las interrupciones clasificamos las mismas en los siguientes grupos
bull Causas que relacionen a Transformadores y Seccionadores (T-S)
bull Causas propias de Transformadores (T)bull Causas propias de Seccionadores (S)bull Causas que relacionen a Liacuteneas de Media
Tensioacuten (LM)bull Causas que relacionen a Liacuteneas de Baja
Tensioacuten (LB)
332 Contabilizacioacuten de las fallas de los elementos
La cantidad de fallas (m) se contabilizaron para los siguientes elementos o componentes
bull LIacuteNEAS LATERALES Y PRINCIPALESbull LIacuteNEAS MT SNbull TRANSFORMADORES ybull SECCIONADORES
333 Iacutendices utilizados para la modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122
bull Tasa de Falla (λ)
Representa la cantidad de fallas de un componente del sistema en el periodo de observacioacuten (p ej antildeos) en el que estuvo operando o disponible
λ i =mToi
FALLAS
ANtildeODonde
m Nuacutemero total de fallas del componente i
Toi Tiempo en el que el componente i estaacute en estado operativo o disponible
i=1=
mToi
Tiempo acumulado de operacioacuten del componente i
Tiempo Medio Para Llegar a Fallar (MTTF)
Nos indica cuanto tiempo tiene que pasar para que el componente illegue a fallar Se obtuvo como el inverso de la tasa de falla
MTTF =1λ
8760HORASFALLA
Tasa de Reparacioacuten (μ)
Representa la cantidad de reparaciones de un componente del sistema en el periodo en el que estuvo siendo reparado
micro =1
MTTR1
HORAS
Tiempo Medio de Reparacioacuten (MTTR)
Conocido tambieacuten como tiempo promedio de indisponibilidad nos indica el tiempo medio que se necesita para reparar el componente cuando eacuteste entre en estado de indisponibilidad (falla)
MTTR =Tsum r
m FALLAHORAS
Donde
Tiempo acumulado de indisponibilidad del componente
La suma de los tiempos medios MTTF y MTTF nos proporcionoacute el Tiempo Medio Entre Fallas (MTBF)
MTBF = MTTR + MTTF [HORAS]
MTTR
Falla
Operacioacuten
MTBFt
MTTF
Figura 4 Diagrama temporal de disponibilidad utilizado para la modelacioacuten
334 Resultados obtenidos
A continuacioacuten se presentan los valores promedios obtenidos para los iacutendices que modelan el comportamiento de los componentes del sistema del Alimentador 122
(1)
(3)
(4)
(5)
(2)
102
Tabla 1 Iacutendices de los componentes del sistema
ELEMENTOλ
[FALLASANtildeO]
MTTR[HORAS
ANtildeO]
MTTF
[HORASFALLA]
[DIacuteASFALLA]
Liacuteneas MT SN 068 140 1391422 580Liacuteneas
Principales y Laterales
199 129 732213 305
Transformadores 191 178 852144 355Seccionadores 335 289 619087 258
De esto se deduce que la tasa de falla el tiempo medio de reparacioacuten y el tiempo medio para llegar a fallar son los valores correspondientes para cada uno de los n elementos que forman el universo del sistema de distribucioacuten de acuerdo al grupo que pertenezcan
Tabla 2 Nuacutemero de elementos indisponibles en el periacuteodo de observacioacuten
ELEMENTOSNo DE
ELEMENTOS TOTALES
ELEMENTOS INDISPONIBLES
EN EL PERIacuteODO DE
OBSERVACIOacuteN
Liacuteneas MT SN - 56
Liacuteneas Principales y Laterales 48 33
Transformadores 515 310Seccionadores 47 29SISTEMA 610 428
Las tasas de falla totales promedio de los componentes del sistema son
Tabla 3 Fallas totales promedio de los componentes del sistema
ELEMENTO ELEMENTOS INDISPONIBLES
FALLAS INDIVIDUALES
ANtildeO
FALLAS TOTALES
ANtildeO
Liacuteneas MT SN 56 068 38290
Liacuteneas Principales y Laterales
33 199 65742
Transformadores 310 191 590844
Seccionadores 29 335 97228
TOTALES A NIVEL DEL SISTEMA 792104
En la Tabla 4 se despliegan los valores maacuteximos y miacutenimos de los diferentes indicadores durante el periacuteodo de observacioacuten
Tabla 4 Liacutemites de los iacutendices de los componentes del sistema
ELEMENTO LIM m l MTTR MTTF
Liacuteneas MT snMiacuten 1 0571 0200 510942
Maacutex 3 0684 1403 1391422
Liacuteneas principales y laterales
Miacuten 1 0571 0556 170181
Maacutex 9 5147 3400 1532940
TransformadoresMiacuten 1 0571 0083 72901
Maacutex 21 12016 9083 1532992
Seccionadores
Miacuten 1 0571 0633 89711
Maacutex 17 9765 7217 1532825
Sec 188 57 33099 4287 26466
La Empresa Eleacutectrica Azogues al no tener referenciado los componentes del sistema de distribucioacuten generaliza para cualquier seccionador del sistema fuera de los ramales principales con el nuacutemero 188 para su identificacioacuten cuando los KVA que desconecta son apreciables
Otros paraacutemetros importantes a tener en consideracioacuten para los componentes del alimentador son la probabilidad de falla y su confiabilidad En las tablas 5 y 6 se presentan los resultados para el tiempo de observacioacuten
Tabla 5 Probabilidad de falla de los componentes
PROBABILIDAD DE FALLA EN PORCENTAJE
UNA LINEA PRINCIPAL O LATERAL P(L) 79
UN TRANSFORMADOR P(T) 844
UN SECCIONADOR P(S) 77
Tabla 6 Confiabilidad e inconfiabilidad de los componentes
ELEM
ENTO
S
DIS
PON
IBLE
S
IND
ISPO
NIB
LES
CO
NFI
AB
ILID
AD
INC
ON
FIA
BIL
IDA
D
Lineas principales y laterales 15 33 31 69
Transformadores 205 310 40 60
Seccionadores 18 29 38 62
103
34 Modelacioacuten del comportamiento del sistema
341 Tasa de falla indisponibilidad y MTTR del Alimentador 122
Estos iacutendices fueron calculados bajo el criterio que el sistema de distribucioacuten del alimentador sigue una topologiacutea radial de la red o dicho de otra forma es un sistema serie Esto se debe a que el alimentador tiene una uacutenica trayectoria para el flujo de potencia entre la subestacioacuten de distribucioacuten y los consumidores
Tabla 7 Iacutendices para el Alimentador 122
INDICES FOacuteRMULAS UTILIZADAS RESULTADOS
Tasa de falla del sistema = sumλT λi
79210FALLASANtildeO
Indisponibilidad anual total del sistema
= sumμT λi r i 170018 HORASANtildeO
Duracioacuten de la falla promedio del sistema
=rT λi
μT 215HORASFALLA
Kva promedio desconectado = fallastotales
sfVAksfVAk sum i
105 KVA
Como se puede apreciar en la tabla 7 se registraraacuten aproximadamente 792 interrupciones en el antildeo para el Alimentador 122 lo que conlleva a tener una indisponibilidad media de 1700 horas La duracioacuten promedio para la restauracioacuten del sistema ante una falla es de 215 horas
El tiempo medio para que se presente una falla en cualquier zona del alimentador es de
Aproximadamente cada 11 horas se tendraacute una interrupcioacuten o falla en el sistema ya sean por salidas planeadas o no planeadas
La disponibilidad de energiacutea eleacutectrica del alimentador es de
DISP=768 La confiabilidad y no confiabilidad del sistema
son
CONFIABILIDAD=39INCONFIABILIDAD=61
35 Anaacutelisis del Alimentador 122
Para el anaacutelisis del sistema de distribucioacuten partimos identificando las zonas que contiene el alimentador El nuacutemero de zonas del alimentador quedan definidas por los seccionadores en serie que posee la red de distribucioacuten De esta manera se tuvieron 5 zonas principales que se pueden identificar claramente en la figura 14
ZONA 1
ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4 ZONA 5
61 60 23
21
24 26 28 55
Figura 5 Zonas del Alimentador 122
La Zona 1 a su vez posee tres partidores serie principales dando lugar a las sub-zonas del alimentador Como consecuencia se tuvieron ocho zonas que fueron sujetas a anaacutelisis
Zona 1-B
61 60 23
21
Zona 1-AZona 1-C
Figura 6 Sub-zonas del Alimentador 122
351 Frecuencia de fallas promedio del alimentador
Tabla 8 Paraacutemetros de las zonas del Alimentador 122
ZONASFRECUENCIA DE FALLAS PROMEDIO
DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR (+-)
ZONA 1 1845 1212
ZONA 2 1601 895
ZONA 3 114 -
ZONA 4 986 512
ZONA 5 887 284
El valor elevado de la desviacioacuten estaacutendar se debe a la fuerte variacioacuten de los valores respecto a su valor promedio Como se puede ver es en la zona 1 donde los datos tienen a dispersarse considerablemente de su media aritmeacutetica
104
HISTOGRAMA DE LAS FRECUENCIAS DE FALLAS
0
20
40
60
80
100
120
02468
101214
678 1356 2034 2711 3389 4067 4745
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia acumulado
Figura 7 Frecuencia de fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la frecuencia de las fallas usando el meacutetodo de los momentos se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Exponencial con paraacutemetro
lambda (λ) = 03429
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de la frecuencia de fallas son
bull Valor Esperado = 20 FALLASANtildeOSECbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 20
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LA FRECUENCIA DE FALLAS DEL ALIMENTADOR 122
f x = 03429 e - 03429 x
02468
101214
678 1356 2034 2711 3389 4067 4745
Frec
uenc
ia
Frecuencia Aprox Expo
Figura 8 Funcioacuten exponencial de densidad de la frecuencia de fallas
352 Tiempos medios de reparacioacuten del alimentador
Se calculoacute el promedio de la duracioacuten de las fallas a nivel de sistema y su desviacioacuten estaacutendar cuyos valores son
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 178
MEDIANA = 158
MODA = NA
DESVIACION = 083
CV = 469
MTTR CRITICO = 262
Entonces el MTTR promedio del sistema estaacute por encima de la hora y media para una reparacioacuten o reposicioacuten del sistema Se considera como criacutetico el tiempo de reparacioacuten cuando esteacute supere las 262 horas aproximadamente Existe una variacioacuten cercana al 47 de los MTTR por seccionador respecto al MTTR promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de plusmn 083 horas El valor medio es de 158 horas
Las zonas maacutes afectadas por interrupciones prolongadas o por tiempos de reparacioacuten superiores al valor medio se muestran en la tabla 9
Tabla 9 Sectores afectados por tiempos de reparacioacuten elevados
SECCIONADOR SECTOR
4 El Paraiacuteso (Borrero)
7 Guarangos Chico
11 Quisquis
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
188 Varios Sectores
105
HISTOGRAMA DE LOS TIEMPOS MEDIOS DE REPARACIOacuteN
020406080100120
0
5
10
15
20
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia acumulado
057
119
181
243
305
367
y may
or
Figura 9 Duracioacuten de las fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la duracioacuten de las fallas aplicando el meacutetodo de los miacutenimos cuadrados se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Weibull con paraacutemetros
beta (β) = 19034
alfa (α) = 15175
delta (δ) = 04316
FUNCIOacuteN DE DENSIDAD DE WEIBULL DE LOS TIEMPOS DE REPARACIOacuteN DEL ALIMENTADOR 122
0 2 4 6 8
0
057
119
181
243
305
367
y may
or
51015202530
0
5
10
15
20
Frec
uenc
ia
Frecuencia Aprox Weibull
f (t) e= =08605x 04316t 19034=1 19034- t - 0431615175( ) )(
Figura 10 Funcioacuten de densidad de Weibull de los tiempos de reparacioacuten
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de los tiempos medios de reparacioacuten son
bull Valor Esperador = 1347 HORASREPbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 0736
353 Tiempos medios para producirse un fallo del alimentador
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 894449
MEDIANA = 930515
MODA = NA
DESVIACION = 263473
CV = 295
MTTF CRITICO = 630976
Entonces el MTTF promedio del sistema estaacute por encima de las 8760 horas que tiene un antildeo El es de 6310 horas para la falla aproximadamente esto significa que en promedio tiene que pasar menos de un antildeo para que la zona delimitada por un seccionador cualquiera pueda considerarse como criacutetica
Existe una variacioacuten cercana al 30 de los MTTF por seccionador respecto al MTTF promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de 2635 horasfalla El valor medio es de 9305 horasfalla
Las zonas maacutes afectadas por tiempos para la falla menores al MTTF criacutetico son
Tabla 10 Sectores afectados por fallas frecuentes en la Zona 1-A
SECCIONADOR SECTOR
23 Panamericana Sur
11 Quisquis
113 Toctesol (Borrero)
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
En la Zona 1-C existe uacutenicamente un sector criacutetico perteneciente al sector de El Carmen seccionador 94
106
En la Zona 2 existe un punto criacutetico en el seccionador 115 correspondiente al sector Ciudadela del Chofer El MTTF es de 446989 horasfalla
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LOS TIEMPOS PARA LA FALLA
f(t) = 03702 e -03702t
Figura 11 Funcioacuten exponencial de densidad de los tiempos medios para fallar
10043
0
50
100
150
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia Aproximacioacuten Exponencial
4 PROCEDIMIENTO PARA LA SIMULACIOacuteN DE MONTECARLO
El programa implementado tuvo como objetivo realizar el anaacutelisis de confiabilidad presentando al final de la simulacioacuten los iacutendices globales del sistema y la Energiacutea No Suministrada
A continuacioacuten se muestra la estructura principal del algoritmo implementado para la simulacioacuten de Montecarlo
Opciones del Usuario
- Tiempo de Estudio- Nuacutemero de Iteraciones- Potencia Instalada
ldquoExellinkrdquo ldquoResultadosrdquoldquoPuntos CargardquoldquoBase Datosrdquo
(Montecarloxlsx) (Montecarloxlsx)
Programa deSimulacioacuten
BASE DEDATOS RESULTADOS
(EXCEL MATLAB)
Figura 12 Estructura del Programa de Simulacioacuten
ldquoExcellink es un software que integra Microsoft Excel y MATLAB en una ventana microsoft basada en ambiente de caacutelculordquo
Los dos comandos maacutes utilizados en esta simulacioacuten fueron
Tabla 11 Comandos de Excellink utilizados para la simulacioacuten
COMANDO PROCEDIMIENTO QUE EJECUTA
putmatrixEnviacutea una matriz desde Excel a MatlabEj mlputmatrix(ldquoBDrdquorsquoBase DatosrsquoA5Q433)
getmatrixTransfiere una matriz desde Matlab a ExcelEj mlgetmatrix(ldquomdexcelrdquordquog14rdquo)
41 Pasos para la simulacioacuten
No existe un algoritmo uacutenico para implementar la simulacioacuten de Montecarlo A continuacioacuten se presenta un algoritmo para el Estudio de Confiabilidad del Sistema de Distribucioacuten
Definiendo
T Tiempo de estudio en antildeos P ej 1000 antildeos
N El nuacutemero de iteraciones deseadas o nuacutemero de veces que se desea repetir el proceso de observar el comportamiento del sistema durante T antildeos
i El nuacutemero de iteraciones ejecutadas Inicialmente i=0
ti El tiempo acumulado de operacioacuten del circuito primario durante la iteracioacuten i
tdki El tiempo de indisponibilidad acumulado en el punto de carga k en durante la iteracioacuten i
nki El nuacutemero de fallas acumulado en el punto de carga kdurante la iteracioacuten i
El procedimiento de la simulacioacuten es
Paso 1 Hacer y y iguales a cero
Paso 2 Generar un nuacutemero aleatorio uniforme para cada componente del circuito primario y convertirlo en un tiempo para falla utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad de cada componente
107
Paso 3 El elemento con menor tiempo para falla se considera que estaacute en el estado indisponible
Paso 4 Generar otro nuacutemero aleatorio uniforme y convertirlo en un tiempo para restauracioacuten utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad del componente
Paso 5 El tiempo acumulado de operacioacuten del sistema durante la iteracioacuten es
tsistema = tsistema + tfalla + treparacioacuten
ti = ti + tto + ttr
Paso 6 Determinar los puntos de carga afectados por la salida del elemento Para cada punto de carga afectado se registra
nki = nki+ 1tdki = tdki + ttr
Paso 7 Si ti lt T se retorna hacia el Paso 2
Paso 8 Calcular para cada punto de carga k los iacutendices de confiabilidad en la iteracioacuten i
Tasa de fallas [Fallasantildeo]
λki = nki ti
Tiempo medio de reparacioacuten [Horasfalla]
rki = tdki 8760nki
Indisponibilidad [Horasantildeo]
Uki = tdki 8760ti
Paso 9 Si i lt N retornar al Paso 1
Paso 10 Finalizacioacuten
42 Estructura general de la simulacioacuten
INICIO
BASE DE DATOS
Enviacuteo de Datos
Ingreso de Paraacutemetros(T N KVA_instalado y ETF)
i = i + 1
Limpieza de Variables
Generacioacuten de Variables Aleatorias
Buacutesqueda del Elemento Afectado(Transformador Seccionador
Liacutenea Principal Lateral o Liacutenea MT SN)
Probabilidad delTipo de Fallamonofaacutesica
bifaacutesica otrifaacutesica
Acumulacioacuten de(1) Potencia Desconectada (KVA_fuera_servicio)
(2) Tiempo de Operacioacuten del Sistema (ti = ti+tto+ttr)(3) nki y tdki para cada Punto de Carga afectado
Convergenciati gt T
Para cada Punto de Carga secaacutelcula los iacutendiceslambdaki rki y Uki
Ingreso del Nuacutemero de Iteracioacuten (m)de la que se requiere extraer los resultados
FIN
Nordm FALLASFMIKTTIK
KVA_DESCONECTADOENS
NO
NOi lt N
SI
SI
(tto y ttr)
EXCEL MATLAB
(Montecarloxlsx)
Recibir los resultadosMATLAB EXCEL
Figura 13 Diagrama de Flujo de la Simulacioacuten de Montecarlo
108
43 Resultados obtenidos de la simulacioacuten
Una vez enviados todas las matrices de la base de datos hacia MATLAB se ejecuta la simulacioacuten ingresando los paraacutemetros mencionados con anterioridad Dentro del algoritmo se crean nuevas variables la cuales iraacuten recibiendo guardando y acumulando los valores de cada iacutendice deseado a calcular
Finalizada la simulacioacuten se enviacutean los resultados obtenidos al archivo rdquo a la pestantildea en la cual se muestra una siacutentesis de los valores de mayor importancia de la simulacioacuten
Cabe recalcar que al inicio de la simulacioacuten se pide el ingreso del nuacutemero de iteraciones () que se desea se ejecute y culminada la misma se pide en cambio el nuacutemero de la iteracioacuten de la cual se quiere observar o extraer los resultados
5 ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
Para hallar los puntos de mayor impacto del alimentador esto es transformadores seccionadores o liacuteneas de distribucioacuten con nuacutemero de desconexiones considerables utilizamos los resultados obtenidos de la evaluacioacuten del sistema donde se presentaron los sectores criacuteticos
A partir de estos sectores se filtroacute los componentes con tasa de fallas mayores a 4 FALLASANtildeO ya que se consideroacute un valor sensato como margen de desconexioacuten de un componente del alimentador dado la gran cantidad de componentes que posee
51 Sectores criacuteticos del Alimentador 122
Los sectores criacuteticos dentro de la zona 1 corresponden a las parroquias de Borrero Javier Loyola El Carmen San Miguel de Porotos y sus comunidades
En la zona 2 los sectores criacuteticos son la parroquia de Luis Cordero y sus comunidades Zhapacal y los barrios El Calvario y Zhirincay
En la zona 4 los sectores criacuteticos son la parroquia Bayas en las comunidades de OpparPaccha Leonaacuten y Guazhuacuten
Finalmente en la zona 5 el sector criacutetico es Uchupucuacuten
52 Puntos de inversioacuten para el sistema
En funcioacuten del anaacutelisis y evaluacioacuten efectuada para el alimentador en estudio y conociendo las causas maacutes comunes de las interrupciones del servicio de energiacutea eleacutectrica se presenta a continuacioacuten un listado de los puntos maacutes criacuteticos sujetos a inversioacuten
bull En material de la red de baja tensioacuten (BT)-Dentro de estos se involucran aisladores tipo rollo clase ANSI 53-2 bastidores (varias viacuteas) abrazaderas pequentildeas 5rdquo-6rdquo y grandes 6rdquo-7rdquo dobles y simples retenciones preformadas (para varios calibres) conectores tipo perno hendido Cu-Al 20 AWG y terminal recto CuAl 250 MCM NEMA 1 conductor desnudo cableado Al ACSR o 5005 (varios calibres)
bull En material para la instalacioacuten de un transformador-Entre estos estaacuten bases para fusibles bajantes para la conexioacuten de las fases (conductor AISLADO cable de potencia 600V Cu THHN 10 AWG) pararrayo vaacutelvula clase distribucioacuten 10kA-18kV conductor para puesta a tierra (Cu tipo DESNUDO calibre 2 AWG) conector de liacutenea energizada 10 conectores perno hendido otros
bull Otro punto ajeno a la inversioacuten de materiales pero no menos importante es el aspecto teacutecnico y humano que deben tener los trabajadores que efectuacutean las tares de mantenimiento y correccioacuten de las fallas para restablecer el servicio de energiacutea eleacutectrica
Esto involucra tener dentro del personal de mantenimiento de la Empresa Eleacutectrica a gente capaz responsable honesta y entusiasta en realizar el trabajo que estaacute bajo su cargo
6 CONCLUSIONES
bull El caacutelculo de los iacutendices globales de energiacutea o iacutendices del sistema conforme lo establecido en la Regulacioacuten Nordm 00401 del CONELEC no estaacuten dentro de los liacutemites establecidos en esta regulacioacuten para alimentadores de tipo urbano Cuyos valores superan las 5 fallas por KVA para la Frecuencia Media de Interrupcioacuten (FMIK) y de las 10 horas por KVA para el Tiempo Total de Interrupcioacuten (TTIK) Por lo tanto la Empresa Eleacutectrica Azogues NO CUMPLE con la calidad de servicio teacutecnico
bull Debido al incumpliendo en los valores
109
de los iacutendices globales el sistema refleja un incremento positivo de la Energiacutea No Suministrada a partir del sexto mes (aprox) del antildeo que esteacute vigente A partir del primer valor positivo de la ENS esta aumenta conforme pasan los meses del antildeo hasta llegar a diciembre donde termina el periacuteodo para efectuar el control del servicio teacutecnico Esto a maacutes de contribuir con la inconfiablidad del sistema representa un costo econoacutemico que la Empresa Eleacutectrica dejaraacute de percibir por energiacutea no facturada
bull La modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122 (liacuteneas transformadores y seccionadores) se la realizoacute en funcioacuten a su disponibilidad como pudieacutendose encontrar en uno de dos estados posibles completamente disponible o completamente indisponible (en falla) Las probabilidades que hicieron posible encontrar a cada elemento en uno de estos dos estados fueron definidas por las tasas de falla y reparacioacuten o como por los tiempos medios para llegar a fallar (MTTF) y los tiempos medios de reparacioacuten (MTTR)
bull La mayor cantidad de interrupciones debidas a fallas en las liacuteneas de distribucioacuten de media y baja tensioacuten se deben a la salida de una de sus fases Estas representan alrededor del 47 de las fallas totales registradas
bull La frecuencia de falla en los puntos de carga depende de la zona en la cual eacutestos se ubican entendiendo como zona lo que estaacute delimitado entre dos seccionamientos principales A su vez la frecuencia de fallas es variable en los puntos de carga y proporcional a la longitud de la zona
bull La simulacioacuten de Montecarlo es un proceso iterativo en el cual se observa para un periodo de tiempo de intereacutes los estados operativos que aparecen en el circuito primario debido a los eventos aleatorios de salida y restauracioacuten de los componentes En cada estado operativo se determinan los puntos de carga afectados por la salida de un componente dado
bull El algoritmo implementado de la simulacioacuten de Montecarlo es aplicable para cualquier alimentador primario de la Empresa Eleacutectrica Azogues El uacutenico cambio que
se debe efectuar es en la base de datos que contiene a todos los elementos fallados con sus respectivos iacutendices de disponibilidad (MTTF y MTTR)
bull La teacutecnica desarrollada es tambieacuten aplicable a cualquier sistema de distribucioacuten volviendo a insistir que es necesario partir de una base de datos actualizada
bull Se pueden obtener diferentes escenarios de la disponibilidad de los componentes del sistema y de los iacutendices que controlan la Calidad del Servicio Teacutecnico al ejecutar el programa de simulacioacuten con (nuacutemero de iteraciones) mayor a 1
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111
Jorge Luis Rojas Espinoza Nacioacute en Azogues- Ecuador en 1987 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Manuel Alejandro Escudero Astudillo- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1988 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Flavio Alfredo Quizhpi Palomeque- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1969 Recibioacute el Tiacutetulo de Ingeniero Electroacutenico en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 2003 Licenciado en Ciencias de la Educacioacuten en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 1999
Especialista en Educacioacuten Superior en la Universidad del Azuay en el 2002 Actualmente cursando el programa Doctoral en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad Simoacuten Boliacutevar de Venezuela Dedicado al aacuterea de investigacioacuten de los Sistemas Eleacutectricos de Potencia Confiabilidad FACTs e Inversores Multinivel
100
de la red eleacutectrica transformadores de distribucioacuten convencionales y autoprotegidos
21 Caracteriacutesticas del Alimentador 122 hasta el antildeo 2010
bull Tipo Urbanobull Longitud total (km) 172251bull Sec Principales 47 Transformadoresbull Monofaacutesicos 449 (6865 KVA)bull Trifaacutesicos 66 (3740 KVA)bull Potencia instalada 10605 KVA
3 ANAacuteLISIS Y EVALUACIOacuteN DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIOacuteN DEL ALIMENTADOR 122
31 Clasificacioacuten de las interrupciones
Para el caacutelculo de los iacutendices fue necesario clasificar las interrupciones por la causa que lo originaron A partir de esto obtuvimos iacutendices FMIK y TTIK para las interrupciones Programadas y Forzadas y sumadas estas las totales para el alimentador
Todas estas interrupciones tienen tiempos de duracioacuten mayor a los tres minutos y corresponden a interrupciones Internas al Sistema de Distribucioacuten
Dentro de las interrupciones Programadas se tuvieron
bull IPA Interrupciones programadas debidas a ampliaciones
bull IPM Interrupciones programadas debidas a mantenimiento
Mientras que para las interrupciones Forzadas o No programadas
bull IC Interrupciones forzadas debidas a factores climaacuteticos
bull INO Interrupciones forzadas en la red de bajo voltaje
bull INT Interrupciones forzadas debidas a terceros
32 Caacutelculo de los iacutendices globales y Energiacutea No Suministrada
El resultado de los iacutendices globales y ENS que presentoacute el Alimentador en el antildeo 2010 fue
NO PROGRAMADAS PROGRAMADASFMIK 5314 1905
TTIK 6940 4414
0
2
4
6
8
FMIK y TTIK
Figura 1 Iacutendices FMIK y TTIK para las interrupciones Programadas y No Programadas
7220
11355
TOTALES A NIVEL DE ALIMENTADOR
INDICES TOTALES
FMIK TTIK
Figura 2 Iacutendices totales del Alimentador 122
133
908
168
149
263
433 562
149
726
483
02000400060008000
ENS [kWh]
ENERGIacuteA NO SUMINISTRADA 2010
Figura 3 Energiacutea No Suministrada por el Alimentador 122
Como se puede apreciar en la Fig 2 los iacutendices FMIK y TTIK que reflejan la frecuencia y el tiempo total que queda sin servicio la red de distribucioacuten estaacuten por encima de los valores maacuteximos establecidos por el CONELEC incumpliendo la Regulacioacuten 00401 en el apartado ldquoCalidad del Servicio Teacutecnicordquo
33 Modelacioacuten de los componentes que conforman el Alimentador 122
La confiabilidad del sistema de distribucioacuten del Alimentador 122 se evaluoacute en funcioacuten de la disponibilidad e indisponibilidad que presentan cada uno de sus componentes llaacutemense estos liacuteneas transformadores y seccionadores
101
El meacutetodo implementado consiste en un ldquoModelo para Anaacutelisis de Disponibilidadrdquo que considera las salidas planeadas y no planeadas Se consideran tiempos para salida (falla) y tiempos de restauracioacuten (reparacioacuten)
331 Clasificacioacuten de los elementos
En funcioacuten de las causas de las interrupciones clasificamos las mismas en los siguientes grupos
bull Causas que relacionen a Transformadores y Seccionadores (T-S)
bull Causas propias de Transformadores (T)bull Causas propias de Seccionadores (S)bull Causas que relacionen a Liacuteneas de Media
Tensioacuten (LM)bull Causas que relacionen a Liacuteneas de Baja
Tensioacuten (LB)
332 Contabilizacioacuten de las fallas de los elementos
La cantidad de fallas (m) se contabilizaron para los siguientes elementos o componentes
bull LIacuteNEAS LATERALES Y PRINCIPALESbull LIacuteNEAS MT SNbull TRANSFORMADORES ybull SECCIONADORES
333 Iacutendices utilizados para la modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122
bull Tasa de Falla (λ)
Representa la cantidad de fallas de un componente del sistema en el periodo de observacioacuten (p ej antildeos) en el que estuvo operando o disponible
λ i =mToi
FALLAS
ANtildeODonde
m Nuacutemero total de fallas del componente i
Toi Tiempo en el que el componente i estaacute en estado operativo o disponible
i=1=
mToi
Tiempo acumulado de operacioacuten del componente i
Tiempo Medio Para Llegar a Fallar (MTTF)
Nos indica cuanto tiempo tiene que pasar para que el componente illegue a fallar Se obtuvo como el inverso de la tasa de falla
MTTF =1λ
8760HORASFALLA
Tasa de Reparacioacuten (μ)
Representa la cantidad de reparaciones de un componente del sistema en el periodo en el que estuvo siendo reparado
micro =1
MTTR1
HORAS
Tiempo Medio de Reparacioacuten (MTTR)
Conocido tambieacuten como tiempo promedio de indisponibilidad nos indica el tiempo medio que se necesita para reparar el componente cuando eacuteste entre en estado de indisponibilidad (falla)
MTTR =Tsum r
m FALLAHORAS
Donde
Tiempo acumulado de indisponibilidad del componente
La suma de los tiempos medios MTTF y MTTF nos proporcionoacute el Tiempo Medio Entre Fallas (MTBF)
MTBF = MTTR + MTTF [HORAS]
MTTR
Falla
Operacioacuten
MTBFt
MTTF
Figura 4 Diagrama temporal de disponibilidad utilizado para la modelacioacuten
334 Resultados obtenidos
A continuacioacuten se presentan los valores promedios obtenidos para los iacutendices que modelan el comportamiento de los componentes del sistema del Alimentador 122
(1)
(3)
(4)
(5)
(2)
102
Tabla 1 Iacutendices de los componentes del sistema
ELEMENTOλ
[FALLASANtildeO]
MTTR[HORAS
ANtildeO]
MTTF
[HORASFALLA]
[DIacuteASFALLA]
Liacuteneas MT SN 068 140 1391422 580Liacuteneas
Principales y Laterales
199 129 732213 305
Transformadores 191 178 852144 355Seccionadores 335 289 619087 258
De esto se deduce que la tasa de falla el tiempo medio de reparacioacuten y el tiempo medio para llegar a fallar son los valores correspondientes para cada uno de los n elementos que forman el universo del sistema de distribucioacuten de acuerdo al grupo que pertenezcan
Tabla 2 Nuacutemero de elementos indisponibles en el periacuteodo de observacioacuten
ELEMENTOSNo DE
ELEMENTOS TOTALES
ELEMENTOS INDISPONIBLES
EN EL PERIacuteODO DE
OBSERVACIOacuteN
Liacuteneas MT SN - 56
Liacuteneas Principales y Laterales 48 33
Transformadores 515 310Seccionadores 47 29SISTEMA 610 428
Las tasas de falla totales promedio de los componentes del sistema son
Tabla 3 Fallas totales promedio de los componentes del sistema
ELEMENTO ELEMENTOS INDISPONIBLES
FALLAS INDIVIDUALES
ANtildeO
FALLAS TOTALES
ANtildeO
Liacuteneas MT SN 56 068 38290
Liacuteneas Principales y Laterales
33 199 65742
Transformadores 310 191 590844
Seccionadores 29 335 97228
TOTALES A NIVEL DEL SISTEMA 792104
En la Tabla 4 se despliegan los valores maacuteximos y miacutenimos de los diferentes indicadores durante el periacuteodo de observacioacuten
Tabla 4 Liacutemites de los iacutendices de los componentes del sistema
ELEMENTO LIM m l MTTR MTTF
Liacuteneas MT snMiacuten 1 0571 0200 510942
Maacutex 3 0684 1403 1391422
Liacuteneas principales y laterales
Miacuten 1 0571 0556 170181
Maacutex 9 5147 3400 1532940
TransformadoresMiacuten 1 0571 0083 72901
Maacutex 21 12016 9083 1532992
Seccionadores
Miacuten 1 0571 0633 89711
Maacutex 17 9765 7217 1532825
Sec 188 57 33099 4287 26466
La Empresa Eleacutectrica Azogues al no tener referenciado los componentes del sistema de distribucioacuten generaliza para cualquier seccionador del sistema fuera de los ramales principales con el nuacutemero 188 para su identificacioacuten cuando los KVA que desconecta son apreciables
Otros paraacutemetros importantes a tener en consideracioacuten para los componentes del alimentador son la probabilidad de falla y su confiabilidad En las tablas 5 y 6 se presentan los resultados para el tiempo de observacioacuten
Tabla 5 Probabilidad de falla de los componentes
PROBABILIDAD DE FALLA EN PORCENTAJE
UNA LINEA PRINCIPAL O LATERAL P(L) 79
UN TRANSFORMADOR P(T) 844
UN SECCIONADOR P(S) 77
Tabla 6 Confiabilidad e inconfiabilidad de los componentes
ELEM
ENTO
S
DIS
PON
IBLE
S
IND
ISPO
NIB
LES
CO
NFI
AB
ILID
AD
INC
ON
FIA
BIL
IDA
D
Lineas principales y laterales 15 33 31 69
Transformadores 205 310 40 60
Seccionadores 18 29 38 62
103
34 Modelacioacuten del comportamiento del sistema
341 Tasa de falla indisponibilidad y MTTR del Alimentador 122
Estos iacutendices fueron calculados bajo el criterio que el sistema de distribucioacuten del alimentador sigue una topologiacutea radial de la red o dicho de otra forma es un sistema serie Esto se debe a que el alimentador tiene una uacutenica trayectoria para el flujo de potencia entre la subestacioacuten de distribucioacuten y los consumidores
Tabla 7 Iacutendices para el Alimentador 122
INDICES FOacuteRMULAS UTILIZADAS RESULTADOS
Tasa de falla del sistema = sumλT λi
79210FALLASANtildeO
Indisponibilidad anual total del sistema
= sumμT λi r i 170018 HORASANtildeO
Duracioacuten de la falla promedio del sistema
=rT λi
μT 215HORASFALLA
Kva promedio desconectado = fallastotales
sfVAksfVAk sum i
105 KVA
Como se puede apreciar en la tabla 7 se registraraacuten aproximadamente 792 interrupciones en el antildeo para el Alimentador 122 lo que conlleva a tener una indisponibilidad media de 1700 horas La duracioacuten promedio para la restauracioacuten del sistema ante una falla es de 215 horas
El tiempo medio para que se presente una falla en cualquier zona del alimentador es de
Aproximadamente cada 11 horas se tendraacute una interrupcioacuten o falla en el sistema ya sean por salidas planeadas o no planeadas
La disponibilidad de energiacutea eleacutectrica del alimentador es de
DISP=768 La confiabilidad y no confiabilidad del sistema
son
CONFIABILIDAD=39INCONFIABILIDAD=61
35 Anaacutelisis del Alimentador 122
Para el anaacutelisis del sistema de distribucioacuten partimos identificando las zonas que contiene el alimentador El nuacutemero de zonas del alimentador quedan definidas por los seccionadores en serie que posee la red de distribucioacuten De esta manera se tuvieron 5 zonas principales que se pueden identificar claramente en la figura 14
ZONA 1
ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4 ZONA 5
61 60 23
21
24 26 28 55
Figura 5 Zonas del Alimentador 122
La Zona 1 a su vez posee tres partidores serie principales dando lugar a las sub-zonas del alimentador Como consecuencia se tuvieron ocho zonas que fueron sujetas a anaacutelisis
Zona 1-B
61 60 23
21
Zona 1-AZona 1-C
Figura 6 Sub-zonas del Alimentador 122
351 Frecuencia de fallas promedio del alimentador
Tabla 8 Paraacutemetros de las zonas del Alimentador 122
ZONASFRECUENCIA DE FALLAS PROMEDIO
DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR (+-)
ZONA 1 1845 1212
ZONA 2 1601 895
ZONA 3 114 -
ZONA 4 986 512
ZONA 5 887 284
El valor elevado de la desviacioacuten estaacutendar se debe a la fuerte variacioacuten de los valores respecto a su valor promedio Como se puede ver es en la zona 1 donde los datos tienen a dispersarse considerablemente de su media aritmeacutetica
104
HISTOGRAMA DE LAS FRECUENCIAS DE FALLAS
0
20
40
60
80
100
120
02468
101214
678 1356 2034 2711 3389 4067 4745
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia acumulado
Figura 7 Frecuencia de fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la frecuencia de las fallas usando el meacutetodo de los momentos se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Exponencial con paraacutemetro
lambda (λ) = 03429
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de la frecuencia de fallas son
bull Valor Esperado = 20 FALLASANtildeOSECbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 20
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LA FRECUENCIA DE FALLAS DEL ALIMENTADOR 122
f x = 03429 e - 03429 x
02468
101214
678 1356 2034 2711 3389 4067 4745
Frec
uenc
ia
Frecuencia Aprox Expo
Figura 8 Funcioacuten exponencial de densidad de la frecuencia de fallas
352 Tiempos medios de reparacioacuten del alimentador
Se calculoacute el promedio de la duracioacuten de las fallas a nivel de sistema y su desviacioacuten estaacutendar cuyos valores son
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 178
MEDIANA = 158
MODA = NA
DESVIACION = 083
CV = 469
MTTR CRITICO = 262
Entonces el MTTR promedio del sistema estaacute por encima de la hora y media para una reparacioacuten o reposicioacuten del sistema Se considera como criacutetico el tiempo de reparacioacuten cuando esteacute supere las 262 horas aproximadamente Existe una variacioacuten cercana al 47 de los MTTR por seccionador respecto al MTTR promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de plusmn 083 horas El valor medio es de 158 horas
Las zonas maacutes afectadas por interrupciones prolongadas o por tiempos de reparacioacuten superiores al valor medio se muestran en la tabla 9
Tabla 9 Sectores afectados por tiempos de reparacioacuten elevados
SECCIONADOR SECTOR
4 El Paraiacuteso (Borrero)
7 Guarangos Chico
11 Quisquis
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
188 Varios Sectores
105
HISTOGRAMA DE LOS TIEMPOS MEDIOS DE REPARACIOacuteN
020406080100120
0
5
10
15
20
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia acumulado
057
119
181
243
305
367
y may
or
Figura 9 Duracioacuten de las fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la duracioacuten de las fallas aplicando el meacutetodo de los miacutenimos cuadrados se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Weibull con paraacutemetros
beta (β) = 19034
alfa (α) = 15175
delta (δ) = 04316
FUNCIOacuteN DE DENSIDAD DE WEIBULL DE LOS TIEMPOS DE REPARACIOacuteN DEL ALIMENTADOR 122
0 2 4 6 8
0
057
119
181
243
305
367
y may
or
51015202530
0
5
10
15
20
Frec
uenc
ia
Frecuencia Aprox Weibull
f (t) e= =08605x 04316t 19034=1 19034- t - 0431615175( ) )(
Figura 10 Funcioacuten de densidad de Weibull de los tiempos de reparacioacuten
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de los tiempos medios de reparacioacuten son
bull Valor Esperador = 1347 HORASREPbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 0736
353 Tiempos medios para producirse un fallo del alimentador
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 894449
MEDIANA = 930515
MODA = NA
DESVIACION = 263473
CV = 295
MTTF CRITICO = 630976
Entonces el MTTF promedio del sistema estaacute por encima de las 8760 horas que tiene un antildeo El es de 6310 horas para la falla aproximadamente esto significa que en promedio tiene que pasar menos de un antildeo para que la zona delimitada por un seccionador cualquiera pueda considerarse como criacutetica
Existe una variacioacuten cercana al 30 de los MTTF por seccionador respecto al MTTF promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de 2635 horasfalla El valor medio es de 9305 horasfalla
Las zonas maacutes afectadas por tiempos para la falla menores al MTTF criacutetico son
Tabla 10 Sectores afectados por fallas frecuentes en la Zona 1-A
SECCIONADOR SECTOR
23 Panamericana Sur
11 Quisquis
113 Toctesol (Borrero)
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
En la Zona 1-C existe uacutenicamente un sector criacutetico perteneciente al sector de El Carmen seccionador 94
106
En la Zona 2 existe un punto criacutetico en el seccionador 115 correspondiente al sector Ciudadela del Chofer El MTTF es de 446989 horasfalla
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LOS TIEMPOS PARA LA FALLA
f(t) = 03702 e -03702t
Figura 11 Funcioacuten exponencial de densidad de los tiempos medios para fallar
10043
0
50
100
150
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia Aproximacioacuten Exponencial
4 PROCEDIMIENTO PARA LA SIMULACIOacuteN DE MONTECARLO
El programa implementado tuvo como objetivo realizar el anaacutelisis de confiabilidad presentando al final de la simulacioacuten los iacutendices globales del sistema y la Energiacutea No Suministrada
A continuacioacuten se muestra la estructura principal del algoritmo implementado para la simulacioacuten de Montecarlo
Opciones del Usuario
- Tiempo de Estudio- Nuacutemero de Iteraciones- Potencia Instalada
ldquoExellinkrdquo ldquoResultadosrdquoldquoPuntos CargardquoldquoBase Datosrdquo
(Montecarloxlsx) (Montecarloxlsx)
Programa deSimulacioacuten
BASE DEDATOS RESULTADOS
(EXCEL MATLAB)
Figura 12 Estructura del Programa de Simulacioacuten
ldquoExcellink es un software que integra Microsoft Excel y MATLAB en una ventana microsoft basada en ambiente de caacutelculordquo
Los dos comandos maacutes utilizados en esta simulacioacuten fueron
Tabla 11 Comandos de Excellink utilizados para la simulacioacuten
COMANDO PROCEDIMIENTO QUE EJECUTA
putmatrixEnviacutea una matriz desde Excel a MatlabEj mlputmatrix(ldquoBDrdquorsquoBase DatosrsquoA5Q433)
getmatrixTransfiere una matriz desde Matlab a ExcelEj mlgetmatrix(ldquomdexcelrdquordquog14rdquo)
41 Pasos para la simulacioacuten
No existe un algoritmo uacutenico para implementar la simulacioacuten de Montecarlo A continuacioacuten se presenta un algoritmo para el Estudio de Confiabilidad del Sistema de Distribucioacuten
Definiendo
T Tiempo de estudio en antildeos P ej 1000 antildeos
N El nuacutemero de iteraciones deseadas o nuacutemero de veces que se desea repetir el proceso de observar el comportamiento del sistema durante T antildeos
i El nuacutemero de iteraciones ejecutadas Inicialmente i=0
ti El tiempo acumulado de operacioacuten del circuito primario durante la iteracioacuten i
tdki El tiempo de indisponibilidad acumulado en el punto de carga k en durante la iteracioacuten i
nki El nuacutemero de fallas acumulado en el punto de carga kdurante la iteracioacuten i
El procedimiento de la simulacioacuten es
Paso 1 Hacer y y iguales a cero
Paso 2 Generar un nuacutemero aleatorio uniforme para cada componente del circuito primario y convertirlo en un tiempo para falla utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad de cada componente
107
Paso 3 El elemento con menor tiempo para falla se considera que estaacute en el estado indisponible
Paso 4 Generar otro nuacutemero aleatorio uniforme y convertirlo en un tiempo para restauracioacuten utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad del componente
Paso 5 El tiempo acumulado de operacioacuten del sistema durante la iteracioacuten es
tsistema = tsistema + tfalla + treparacioacuten
ti = ti + tto + ttr
Paso 6 Determinar los puntos de carga afectados por la salida del elemento Para cada punto de carga afectado se registra
nki = nki+ 1tdki = tdki + ttr
Paso 7 Si ti lt T se retorna hacia el Paso 2
Paso 8 Calcular para cada punto de carga k los iacutendices de confiabilidad en la iteracioacuten i
Tasa de fallas [Fallasantildeo]
λki = nki ti
Tiempo medio de reparacioacuten [Horasfalla]
rki = tdki 8760nki
Indisponibilidad [Horasantildeo]
Uki = tdki 8760ti
Paso 9 Si i lt N retornar al Paso 1
Paso 10 Finalizacioacuten
42 Estructura general de la simulacioacuten
INICIO
BASE DE DATOS
Enviacuteo de Datos
Ingreso de Paraacutemetros(T N KVA_instalado y ETF)
i = i + 1
Limpieza de Variables
Generacioacuten de Variables Aleatorias
Buacutesqueda del Elemento Afectado(Transformador Seccionador
Liacutenea Principal Lateral o Liacutenea MT SN)
Probabilidad delTipo de Fallamonofaacutesica
bifaacutesica otrifaacutesica
Acumulacioacuten de(1) Potencia Desconectada (KVA_fuera_servicio)
(2) Tiempo de Operacioacuten del Sistema (ti = ti+tto+ttr)(3) nki y tdki para cada Punto de Carga afectado
Convergenciati gt T
Para cada Punto de Carga secaacutelcula los iacutendiceslambdaki rki y Uki
Ingreso del Nuacutemero de Iteracioacuten (m)de la que se requiere extraer los resultados
FIN
Nordm FALLASFMIKTTIK
KVA_DESCONECTADOENS
NO
NOi lt N
SI
SI
(tto y ttr)
EXCEL MATLAB
(Montecarloxlsx)
Recibir los resultadosMATLAB EXCEL
Figura 13 Diagrama de Flujo de la Simulacioacuten de Montecarlo
108
43 Resultados obtenidos de la simulacioacuten
Una vez enviados todas las matrices de la base de datos hacia MATLAB se ejecuta la simulacioacuten ingresando los paraacutemetros mencionados con anterioridad Dentro del algoritmo se crean nuevas variables la cuales iraacuten recibiendo guardando y acumulando los valores de cada iacutendice deseado a calcular
Finalizada la simulacioacuten se enviacutean los resultados obtenidos al archivo rdquo a la pestantildea en la cual se muestra una siacutentesis de los valores de mayor importancia de la simulacioacuten
Cabe recalcar que al inicio de la simulacioacuten se pide el ingreso del nuacutemero de iteraciones () que se desea se ejecute y culminada la misma se pide en cambio el nuacutemero de la iteracioacuten de la cual se quiere observar o extraer los resultados
5 ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
Para hallar los puntos de mayor impacto del alimentador esto es transformadores seccionadores o liacuteneas de distribucioacuten con nuacutemero de desconexiones considerables utilizamos los resultados obtenidos de la evaluacioacuten del sistema donde se presentaron los sectores criacuteticos
A partir de estos sectores se filtroacute los componentes con tasa de fallas mayores a 4 FALLASANtildeO ya que se consideroacute un valor sensato como margen de desconexioacuten de un componente del alimentador dado la gran cantidad de componentes que posee
51 Sectores criacuteticos del Alimentador 122
Los sectores criacuteticos dentro de la zona 1 corresponden a las parroquias de Borrero Javier Loyola El Carmen San Miguel de Porotos y sus comunidades
En la zona 2 los sectores criacuteticos son la parroquia de Luis Cordero y sus comunidades Zhapacal y los barrios El Calvario y Zhirincay
En la zona 4 los sectores criacuteticos son la parroquia Bayas en las comunidades de OpparPaccha Leonaacuten y Guazhuacuten
Finalmente en la zona 5 el sector criacutetico es Uchupucuacuten
52 Puntos de inversioacuten para el sistema
En funcioacuten del anaacutelisis y evaluacioacuten efectuada para el alimentador en estudio y conociendo las causas maacutes comunes de las interrupciones del servicio de energiacutea eleacutectrica se presenta a continuacioacuten un listado de los puntos maacutes criacuteticos sujetos a inversioacuten
bull En material de la red de baja tensioacuten (BT)-Dentro de estos se involucran aisladores tipo rollo clase ANSI 53-2 bastidores (varias viacuteas) abrazaderas pequentildeas 5rdquo-6rdquo y grandes 6rdquo-7rdquo dobles y simples retenciones preformadas (para varios calibres) conectores tipo perno hendido Cu-Al 20 AWG y terminal recto CuAl 250 MCM NEMA 1 conductor desnudo cableado Al ACSR o 5005 (varios calibres)
bull En material para la instalacioacuten de un transformador-Entre estos estaacuten bases para fusibles bajantes para la conexioacuten de las fases (conductor AISLADO cable de potencia 600V Cu THHN 10 AWG) pararrayo vaacutelvula clase distribucioacuten 10kA-18kV conductor para puesta a tierra (Cu tipo DESNUDO calibre 2 AWG) conector de liacutenea energizada 10 conectores perno hendido otros
bull Otro punto ajeno a la inversioacuten de materiales pero no menos importante es el aspecto teacutecnico y humano que deben tener los trabajadores que efectuacutean las tares de mantenimiento y correccioacuten de las fallas para restablecer el servicio de energiacutea eleacutectrica
Esto involucra tener dentro del personal de mantenimiento de la Empresa Eleacutectrica a gente capaz responsable honesta y entusiasta en realizar el trabajo que estaacute bajo su cargo
6 CONCLUSIONES
bull El caacutelculo de los iacutendices globales de energiacutea o iacutendices del sistema conforme lo establecido en la Regulacioacuten Nordm 00401 del CONELEC no estaacuten dentro de los liacutemites establecidos en esta regulacioacuten para alimentadores de tipo urbano Cuyos valores superan las 5 fallas por KVA para la Frecuencia Media de Interrupcioacuten (FMIK) y de las 10 horas por KVA para el Tiempo Total de Interrupcioacuten (TTIK) Por lo tanto la Empresa Eleacutectrica Azogues NO CUMPLE con la calidad de servicio teacutecnico
bull Debido al incumpliendo en los valores
109
de los iacutendices globales el sistema refleja un incremento positivo de la Energiacutea No Suministrada a partir del sexto mes (aprox) del antildeo que esteacute vigente A partir del primer valor positivo de la ENS esta aumenta conforme pasan los meses del antildeo hasta llegar a diciembre donde termina el periacuteodo para efectuar el control del servicio teacutecnico Esto a maacutes de contribuir con la inconfiablidad del sistema representa un costo econoacutemico que la Empresa Eleacutectrica dejaraacute de percibir por energiacutea no facturada
bull La modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122 (liacuteneas transformadores y seccionadores) se la realizoacute en funcioacuten a su disponibilidad como pudieacutendose encontrar en uno de dos estados posibles completamente disponible o completamente indisponible (en falla) Las probabilidades que hicieron posible encontrar a cada elemento en uno de estos dos estados fueron definidas por las tasas de falla y reparacioacuten o como por los tiempos medios para llegar a fallar (MTTF) y los tiempos medios de reparacioacuten (MTTR)
bull La mayor cantidad de interrupciones debidas a fallas en las liacuteneas de distribucioacuten de media y baja tensioacuten se deben a la salida de una de sus fases Estas representan alrededor del 47 de las fallas totales registradas
bull La frecuencia de falla en los puntos de carga depende de la zona en la cual eacutestos se ubican entendiendo como zona lo que estaacute delimitado entre dos seccionamientos principales A su vez la frecuencia de fallas es variable en los puntos de carga y proporcional a la longitud de la zona
bull La simulacioacuten de Montecarlo es un proceso iterativo en el cual se observa para un periodo de tiempo de intereacutes los estados operativos que aparecen en el circuito primario debido a los eventos aleatorios de salida y restauracioacuten de los componentes En cada estado operativo se determinan los puntos de carga afectados por la salida de un componente dado
bull El algoritmo implementado de la simulacioacuten de Montecarlo es aplicable para cualquier alimentador primario de la Empresa Eleacutectrica Azogues El uacutenico cambio que
se debe efectuar es en la base de datos que contiene a todos los elementos fallados con sus respectivos iacutendices de disponibilidad (MTTF y MTTR)
bull La teacutecnica desarrollada es tambieacuten aplicable a cualquier sistema de distribucioacuten volviendo a insistir que es necesario partir de una base de datos actualizada
bull Se pueden obtener diferentes escenarios de la disponibilidad de los componentes del sistema y de los iacutendices que controlan la Calidad del Servicio Teacutecnico al ejecutar el programa de simulacioacuten con (nuacutemero de iteraciones) mayor a 1
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111
Jorge Luis Rojas Espinoza Nacioacute en Azogues- Ecuador en 1987 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Manuel Alejandro Escudero Astudillo- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1988 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Flavio Alfredo Quizhpi Palomeque- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1969 Recibioacute el Tiacutetulo de Ingeniero Electroacutenico en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 2003 Licenciado en Ciencias de la Educacioacuten en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 1999
Especialista en Educacioacuten Superior en la Universidad del Azuay en el 2002 Actualmente cursando el programa Doctoral en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad Simoacuten Boliacutevar de Venezuela Dedicado al aacuterea de investigacioacuten de los Sistemas Eleacutectricos de Potencia Confiabilidad FACTs e Inversores Multinivel
101
El meacutetodo implementado consiste en un ldquoModelo para Anaacutelisis de Disponibilidadrdquo que considera las salidas planeadas y no planeadas Se consideran tiempos para salida (falla) y tiempos de restauracioacuten (reparacioacuten)
331 Clasificacioacuten de los elementos
En funcioacuten de las causas de las interrupciones clasificamos las mismas en los siguientes grupos
bull Causas que relacionen a Transformadores y Seccionadores (T-S)
bull Causas propias de Transformadores (T)bull Causas propias de Seccionadores (S)bull Causas que relacionen a Liacuteneas de Media
Tensioacuten (LM)bull Causas que relacionen a Liacuteneas de Baja
Tensioacuten (LB)
332 Contabilizacioacuten de las fallas de los elementos
La cantidad de fallas (m) se contabilizaron para los siguientes elementos o componentes
bull LIacuteNEAS LATERALES Y PRINCIPALESbull LIacuteNEAS MT SNbull TRANSFORMADORES ybull SECCIONADORES
333 Iacutendices utilizados para la modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122
bull Tasa de Falla (λ)
Representa la cantidad de fallas de un componente del sistema en el periodo de observacioacuten (p ej antildeos) en el que estuvo operando o disponible
λ i =mToi
FALLAS
ANtildeODonde
m Nuacutemero total de fallas del componente i
Toi Tiempo en el que el componente i estaacute en estado operativo o disponible
i=1=
mToi
Tiempo acumulado de operacioacuten del componente i
Tiempo Medio Para Llegar a Fallar (MTTF)
Nos indica cuanto tiempo tiene que pasar para que el componente illegue a fallar Se obtuvo como el inverso de la tasa de falla
MTTF =1λ
8760HORASFALLA
Tasa de Reparacioacuten (μ)
Representa la cantidad de reparaciones de un componente del sistema en el periodo en el que estuvo siendo reparado
micro =1
MTTR1
HORAS
Tiempo Medio de Reparacioacuten (MTTR)
Conocido tambieacuten como tiempo promedio de indisponibilidad nos indica el tiempo medio que se necesita para reparar el componente cuando eacuteste entre en estado de indisponibilidad (falla)
MTTR =Tsum r
m FALLAHORAS
Donde
Tiempo acumulado de indisponibilidad del componente
La suma de los tiempos medios MTTF y MTTF nos proporcionoacute el Tiempo Medio Entre Fallas (MTBF)
MTBF = MTTR + MTTF [HORAS]
MTTR
Falla
Operacioacuten
MTBFt
MTTF
Figura 4 Diagrama temporal de disponibilidad utilizado para la modelacioacuten
334 Resultados obtenidos
A continuacioacuten se presentan los valores promedios obtenidos para los iacutendices que modelan el comportamiento de los componentes del sistema del Alimentador 122
(1)
(3)
(4)
(5)
(2)
102
Tabla 1 Iacutendices de los componentes del sistema
ELEMENTOλ
[FALLASANtildeO]
MTTR[HORAS
ANtildeO]
MTTF
[HORASFALLA]
[DIacuteASFALLA]
Liacuteneas MT SN 068 140 1391422 580Liacuteneas
Principales y Laterales
199 129 732213 305
Transformadores 191 178 852144 355Seccionadores 335 289 619087 258
De esto se deduce que la tasa de falla el tiempo medio de reparacioacuten y el tiempo medio para llegar a fallar son los valores correspondientes para cada uno de los n elementos que forman el universo del sistema de distribucioacuten de acuerdo al grupo que pertenezcan
Tabla 2 Nuacutemero de elementos indisponibles en el periacuteodo de observacioacuten
ELEMENTOSNo DE
ELEMENTOS TOTALES
ELEMENTOS INDISPONIBLES
EN EL PERIacuteODO DE
OBSERVACIOacuteN
Liacuteneas MT SN - 56
Liacuteneas Principales y Laterales 48 33
Transformadores 515 310Seccionadores 47 29SISTEMA 610 428
Las tasas de falla totales promedio de los componentes del sistema son
Tabla 3 Fallas totales promedio de los componentes del sistema
ELEMENTO ELEMENTOS INDISPONIBLES
FALLAS INDIVIDUALES
ANtildeO
FALLAS TOTALES
ANtildeO
Liacuteneas MT SN 56 068 38290
Liacuteneas Principales y Laterales
33 199 65742
Transformadores 310 191 590844
Seccionadores 29 335 97228
TOTALES A NIVEL DEL SISTEMA 792104
En la Tabla 4 se despliegan los valores maacuteximos y miacutenimos de los diferentes indicadores durante el periacuteodo de observacioacuten
Tabla 4 Liacutemites de los iacutendices de los componentes del sistema
ELEMENTO LIM m l MTTR MTTF
Liacuteneas MT snMiacuten 1 0571 0200 510942
Maacutex 3 0684 1403 1391422
Liacuteneas principales y laterales
Miacuten 1 0571 0556 170181
Maacutex 9 5147 3400 1532940
TransformadoresMiacuten 1 0571 0083 72901
Maacutex 21 12016 9083 1532992
Seccionadores
Miacuten 1 0571 0633 89711
Maacutex 17 9765 7217 1532825
Sec 188 57 33099 4287 26466
La Empresa Eleacutectrica Azogues al no tener referenciado los componentes del sistema de distribucioacuten generaliza para cualquier seccionador del sistema fuera de los ramales principales con el nuacutemero 188 para su identificacioacuten cuando los KVA que desconecta son apreciables
Otros paraacutemetros importantes a tener en consideracioacuten para los componentes del alimentador son la probabilidad de falla y su confiabilidad En las tablas 5 y 6 se presentan los resultados para el tiempo de observacioacuten
Tabla 5 Probabilidad de falla de los componentes
PROBABILIDAD DE FALLA EN PORCENTAJE
UNA LINEA PRINCIPAL O LATERAL P(L) 79
UN TRANSFORMADOR P(T) 844
UN SECCIONADOR P(S) 77
Tabla 6 Confiabilidad e inconfiabilidad de los componentes
ELEM
ENTO
S
DIS
PON
IBLE
S
IND
ISPO
NIB
LES
CO
NFI
AB
ILID
AD
INC
ON
FIA
BIL
IDA
D
Lineas principales y laterales 15 33 31 69
Transformadores 205 310 40 60
Seccionadores 18 29 38 62
103
34 Modelacioacuten del comportamiento del sistema
341 Tasa de falla indisponibilidad y MTTR del Alimentador 122
Estos iacutendices fueron calculados bajo el criterio que el sistema de distribucioacuten del alimentador sigue una topologiacutea radial de la red o dicho de otra forma es un sistema serie Esto se debe a que el alimentador tiene una uacutenica trayectoria para el flujo de potencia entre la subestacioacuten de distribucioacuten y los consumidores
Tabla 7 Iacutendices para el Alimentador 122
INDICES FOacuteRMULAS UTILIZADAS RESULTADOS
Tasa de falla del sistema = sumλT λi
79210FALLASANtildeO
Indisponibilidad anual total del sistema
= sumμT λi r i 170018 HORASANtildeO
Duracioacuten de la falla promedio del sistema
=rT λi
μT 215HORASFALLA
Kva promedio desconectado = fallastotales
sfVAksfVAk sum i
105 KVA
Como se puede apreciar en la tabla 7 se registraraacuten aproximadamente 792 interrupciones en el antildeo para el Alimentador 122 lo que conlleva a tener una indisponibilidad media de 1700 horas La duracioacuten promedio para la restauracioacuten del sistema ante una falla es de 215 horas
El tiempo medio para que se presente una falla en cualquier zona del alimentador es de
Aproximadamente cada 11 horas se tendraacute una interrupcioacuten o falla en el sistema ya sean por salidas planeadas o no planeadas
La disponibilidad de energiacutea eleacutectrica del alimentador es de
DISP=768 La confiabilidad y no confiabilidad del sistema
son
CONFIABILIDAD=39INCONFIABILIDAD=61
35 Anaacutelisis del Alimentador 122
Para el anaacutelisis del sistema de distribucioacuten partimos identificando las zonas que contiene el alimentador El nuacutemero de zonas del alimentador quedan definidas por los seccionadores en serie que posee la red de distribucioacuten De esta manera se tuvieron 5 zonas principales que se pueden identificar claramente en la figura 14
ZONA 1
ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4 ZONA 5
61 60 23
21
24 26 28 55
Figura 5 Zonas del Alimentador 122
La Zona 1 a su vez posee tres partidores serie principales dando lugar a las sub-zonas del alimentador Como consecuencia se tuvieron ocho zonas que fueron sujetas a anaacutelisis
Zona 1-B
61 60 23
21
Zona 1-AZona 1-C
Figura 6 Sub-zonas del Alimentador 122
351 Frecuencia de fallas promedio del alimentador
Tabla 8 Paraacutemetros de las zonas del Alimentador 122
ZONASFRECUENCIA DE FALLAS PROMEDIO
DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR (+-)
ZONA 1 1845 1212
ZONA 2 1601 895
ZONA 3 114 -
ZONA 4 986 512
ZONA 5 887 284
El valor elevado de la desviacioacuten estaacutendar se debe a la fuerte variacioacuten de los valores respecto a su valor promedio Como se puede ver es en la zona 1 donde los datos tienen a dispersarse considerablemente de su media aritmeacutetica
104
HISTOGRAMA DE LAS FRECUENCIAS DE FALLAS
0
20
40
60
80
100
120
02468
101214
678 1356 2034 2711 3389 4067 4745
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia acumulado
Figura 7 Frecuencia de fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la frecuencia de las fallas usando el meacutetodo de los momentos se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Exponencial con paraacutemetro
lambda (λ) = 03429
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de la frecuencia de fallas son
bull Valor Esperado = 20 FALLASANtildeOSECbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 20
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LA FRECUENCIA DE FALLAS DEL ALIMENTADOR 122
f x = 03429 e - 03429 x
02468
101214
678 1356 2034 2711 3389 4067 4745
Frec
uenc
ia
Frecuencia Aprox Expo
Figura 8 Funcioacuten exponencial de densidad de la frecuencia de fallas
352 Tiempos medios de reparacioacuten del alimentador
Se calculoacute el promedio de la duracioacuten de las fallas a nivel de sistema y su desviacioacuten estaacutendar cuyos valores son
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 178
MEDIANA = 158
MODA = NA
DESVIACION = 083
CV = 469
MTTR CRITICO = 262
Entonces el MTTR promedio del sistema estaacute por encima de la hora y media para una reparacioacuten o reposicioacuten del sistema Se considera como criacutetico el tiempo de reparacioacuten cuando esteacute supere las 262 horas aproximadamente Existe una variacioacuten cercana al 47 de los MTTR por seccionador respecto al MTTR promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de plusmn 083 horas El valor medio es de 158 horas
Las zonas maacutes afectadas por interrupciones prolongadas o por tiempos de reparacioacuten superiores al valor medio se muestran en la tabla 9
Tabla 9 Sectores afectados por tiempos de reparacioacuten elevados
SECCIONADOR SECTOR
4 El Paraiacuteso (Borrero)
7 Guarangos Chico
11 Quisquis
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
188 Varios Sectores
105
HISTOGRAMA DE LOS TIEMPOS MEDIOS DE REPARACIOacuteN
020406080100120
0
5
10
15
20
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia acumulado
057
119
181
243
305
367
y may
or
Figura 9 Duracioacuten de las fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la duracioacuten de las fallas aplicando el meacutetodo de los miacutenimos cuadrados se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Weibull con paraacutemetros
beta (β) = 19034
alfa (α) = 15175
delta (δ) = 04316
FUNCIOacuteN DE DENSIDAD DE WEIBULL DE LOS TIEMPOS DE REPARACIOacuteN DEL ALIMENTADOR 122
0 2 4 6 8
0
057
119
181
243
305
367
y may
or
51015202530
0
5
10
15
20
Frec
uenc
ia
Frecuencia Aprox Weibull
f (t) e= =08605x 04316t 19034=1 19034- t - 0431615175( ) )(
Figura 10 Funcioacuten de densidad de Weibull de los tiempos de reparacioacuten
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de los tiempos medios de reparacioacuten son
bull Valor Esperador = 1347 HORASREPbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 0736
353 Tiempos medios para producirse un fallo del alimentador
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 894449
MEDIANA = 930515
MODA = NA
DESVIACION = 263473
CV = 295
MTTF CRITICO = 630976
Entonces el MTTF promedio del sistema estaacute por encima de las 8760 horas que tiene un antildeo El es de 6310 horas para la falla aproximadamente esto significa que en promedio tiene que pasar menos de un antildeo para que la zona delimitada por un seccionador cualquiera pueda considerarse como criacutetica
Existe una variacioacuten cercana al 30 de los MTTF por seccionador respecto al MTTF promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de 2635 horasfalla El valor medio es de 9305 horasfalla
Las zonas maacutes afectadas por tiempos para la falla menores al MTTF criacutetico son
Tabla 10 Sectores afectados por fallas frecuentes en la Zona 1-A
SECCIONADOR SECTOR
23 Panamericana Sur
11 Quisquis
113 Toctesol (Borrero)
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
En la Zona 1-C existe uacutenicamente un sector criacutetico perteneciente al sector de El Carmen seccionador 94
106
En la Zona 2 existe un punto criacutetico en el seccionador 115 correspondiente al sector Ciudadela del Chofer El MTTF es de 446989 horasfalla
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LOS TIEMPOS PARA LA FALLA
f(t) = 03702 e -03702t
Figura 11 Funcioacuten exponencial de densidad de los tiempos medios para fallar
10043
0
50
100
150
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia Aproximacioacuten Exponencial
4 PROCEDIMIENTO PARA LA SIMULACIOacuteN DE MONTECARLO
El programa implementado tuvo como objetivo realizar el anaacutelisis de confiabilidad presentando al final de la simulacioacuten los iacutendices globales del sistema y la Energiacutea No Suministrada
A continuacioacuten se muestra la estructura principal del algoritmo implementado para la simulacioacuten de Montecarlo
Opciones del Usuario
- Tiempo de Estudio- Nuacutemero de Iteraciones- Potencia Instalada
ldquoExellinkrdquo ldquoResultadosrdquoldquoPuntos CargardquoldquoBase Datosrdquo
(Montecarloxlsx) (Montecarloxlsx)
Programa deSimulacioacuten
BASE DEDATOS RESULTADOS
(EXCEL MATLAB)
Figura 12 Estructura del Programa de Simulacioacuten
ldquoExcellink es un software que integra Microsoft Excel y MATLAB en una ventana microsoft basada en ambiente de caacutelculordquo
Los dos comandos maacutes utilizados en esta simulacioacuten fueron
Tabla 11 Comandos de Excellink utilizados para la simulacioacuten
COMANDO PROCEDIMIENTO QUE EJECUTA
putmatrixEnviacutea una matriz desde Excel a MatlabEj mlputmatrix(ldquoBDrdquorsquoBase DatosrsquoA5Q433)
getmatrixTransfiere una matriz desde Matlab a ExcelEj mlgetmatrix(ldquomdexcelrdquordquog14rdquo)
41 Pasos para la simulacioacuten
No existe un algoritmo uacutenico para implementar la simulacioacuten de Montecarlo A continuacioacuten se presenta un algoritmo para el Estudio de Confiabilidad del Sistema de Distribucioacuten
Definiendo
T Tiempo de estudio en antildeos P ej 1000 antildeos
N El nuacutemero de iteraciones deseadas o nuacutemero de veces que se desea repetir el proceso de observar el comportamiento del sistema durante T antildeos
i El nuacutemero de iteraciones ejecutadas Inicialmente i=0
ti El tiempo acumulado de operacioacuten del circuito primario durante la iteracioacuten i
tdki El tiempo de indisponibilidad acumulado en el punto de carga k en durante la iteracioacuten i
nki El nuacutemero de fallas acumulado en el punto de carga kdurante la iteracioacuten i
El procedimiento de la simulacioacuten es
Paso 1 Hacer y y iguales a cero
Paso 2 Generar un nuacutemero aleatorio uniforme para cada componente del circuito primario y convertirlo en un tiempo para falla utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad de cada componente
107
Paso 3 El elemento con menor tiempo para falla se considera que estaacute en el estado indisponible
Paso 4 Generar otro nuacutemero aleatorio uniforme y convertirlo en un tiempo para restauracioacuten utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad del componente
Paso 5 El tiempo acumulado de operacioacuten del sistema durante la iteracioacuten es
tsistema = tsistema + tfalla + treparacioacuten
ti = ti + tto + ttr
Paso 6 Determinar los puntos de carga afectados por la salida del elemento Para cada punto de carga afectado se registra
nki = nki+ 1tdki = tdki + ttr
Paso 7 Si ti lt T se retorna hacia el Paso 2
Paso 8 Calcular para cada punto de carga k los iacutendices de confiabilidad en la iteracioacuten i
Tasa de fallas [Fallasantildeo]
λki = nki ti
Tiempo medio de reparacioacuten [Horasfalla]
rki = tdki 8760nki
Indisponibilidad [Horasantildeo]
Uki = tdki 8760ti
Paso 9 Si i lt N retornar al Paso 1
Paso 10 Finalizacioacuten
42 Estructura general de la simulacioacuten
INICIO
BASE DE DATOS
Enviacuteo de Datos
Ingreso de Paraacutemetros(T N KVA_instalado y ETF)
i = i + 1
Limpieza de Variables
Generacioacuten de Variables Aleatorias
Buacutesqueda del Elemento Afectado(Transformador Seccionador
Liacutenea Principal Lateral o Liacutenea MT SN)
Probabilidad delTipo de Fallamonofaacutesica
bifaacutesica otrifaacutesica
Acumulacioacuten de(1) Potencia Desconectada (KVA_fuera_servicio)
(2) Tiempo de Operacioacuten del Sistema (ti = ti+tto+ttr)(3) nki y tdki para cada Punto de Carga afectado
Convergenciati gt T
Para cada Punto de Carga secaacutelcula los iacutendiceslambdaki rki y Uki
Ingreso del Nuacutemero de Iteracioacuten (m)de la que se requiere extraer los resultados
FIN
Nordm FALLASFMIKTTIK
KVA_DESCONECTADOENS
NO
NOi lt N
SI
SI
(tto y ttr)
EXCEL MATLAB
(Montecarloxlsx)
Recibir los resultadosMATLAB EXCEL
Figura 13 Diagrama de Flujo de la Simulacioacuten de Montecarlo
108
43 Resultados obtenidos de la simulacioacuten
Una vez enviados todas las matrices de la base de datos hacia MATLAB se ejecuta la simulacioacuten ingresando los paraacutemetros mencionados con anterioridad Dentro del algoritmo se crean nuevas variables la cuales iraacuten recibiendo guardando y acumulando los valores de cada iacutendice deseado a calcular
Finalizada la simulacioacuten se enviacutean los resultados obtenidos al archivo rdquo a la pestantildea en la cual se muestra una siacutentesis de los valores de mayor importancia de la simulacioacuten
Cabe recalcar que al inicio de la simulacioacuten se pide el ingreso del nuacutemero de iteraciones () que se desea se ejecute y culminada la misma se pide en cambio el nuacutemero de la iteracioacuten de la cual se quiere observar o extraer los resultados
5 ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
Para hallar los puntos de mayor impacto del alimentador esto es transformadores seccionadores o liacuteneas de distribucioacuten con nuacutemero de desconexiones considerables utilizamos los resultados obtenidos de la evaluacioacuten del sistema donde se presentaron los sectores criacuteticos
A partir de estos sectores se filtroacute los componentes con tasa de fallas mayores a 4 FALLASANtildeO ya que se consideroacute un valor sensato como margen de desconexioacuten de un componente del alimentador dado la gran cantidad de componentes que posee
51 Sectores criacuteticos del Alimentador 122
Los sectores criacuteticos dentro de la zona 1 corresponden a las parroquias de Borrero Javier Loyola El Carmen San Miguel de Porotos y sus comunidades
En la zona 2 los sectores criacuteticos son la parroquia de Luis Cordero y sus comunidades Zhapacal y los barrios El Calvario y Zhirincay
En la zona 4 los sectores criacuteticos son la parroquia Bayas en las comunidades de OpparPaccha Leonaacuten y Guazhuacuten
Finalmente en la zona 5 el sector criacutetico es Uchupucuacuten
52 Puntos de inversioacuten para el sistema
En funcioacuten del anaacutelisis y evaluacioacuten efectuada para el alimentador en estudio y conociendo las causas maacutes comunes de las interrupciones del servicio de energiacutea eleacutectrica se presenta a continuacioacuten un listado de los puntos maacutes criacuteticos sujetos a inversioacuten
bull En material de la red de baja tensioacuten (BT)-Dentro de estos se involucran aisladores tipo rollo clase ANSI 53-2 bastidores (varias viacuteas) abrazaderas pequentildeas 5rdquo-6rdquo y grandes 6rdquo-7rdquo dobles y simples retenciones preformadas (para varios calibres) conectores tipo perno hendido Cu-Al 20 AWG y terminal recto CuAl 250 MCM NEMA 1 conductor desnudo cableado Al ACSR o 5005 (varios calibres)
bull En material para la instalacioacuten de un transformador-Entre estos estaacuten bases para fusibles bajantes para la conexioacuten de las fases (conductor AISLADO cable de potencia 600V Cu THHN 10 AWG) pararrayo vaacutelvula clase distribucioacuten 10kA-18kV conductor para puesta a tierra (Cu tipo DESNUDO calibre 2 AWG) conector de liacutenea energizada 10 conectores perno hendido otros
bull Otro punto ajeno a la inversioacuten de materiales pero no menos importante es el aspecto teacutecnico y humano que deben tener los trabajadores que efectuacutean las tares de mantenimiento y correccioacuten de las fallas para restablecer el servicio de energiacutea eleacutectrica
Esto involucra tener dentro del personal de mantenimiento de la Empresa Eleacutectrica a gente capaz responsable honesta y entusiasta en realizar el trabajo que estaacute bajo su cargo
6 CONCLUSIONES
bull El caacutelculo de los iacutendices globales de energiacutea o iacutendices del sistema conforme lo establecido en la Regulacioacuten Nordm 00401 del CONELEC no estaacuten dentro de los liacutemites establecidos en esta regulacioacuten para alimentadores de tipo urbano Cuyos valores superan las 5 fallas por KVA para la Frecuencia Media de Interrupcioacuten (FMIK) y de las 10 horas por KVA para el Tiempo Total de Interrupcioacuten (TTIK) Por lo tanto la Empresa Eleacutectrica Azogues NO CUMPLE con la calidad de servicio teacutecnico
bull Debido al incumpliendo en los valores
109
de los iacutendices globales el sistema refleja un incremento positivo de la Energiacutea No Suministrada a partir del sexto mes (aprox) del antildeo que esteacute vigente A partir del primer valor positivo de la ENS esta aumenta conforme pasan los meses del antildeo hasta llegar a diciembre donde termina el periacuteodo para efectuar el control del servicio teacutecnico Esto a maacutes de contribuir con la inconfiablidad del sistema representa un costo econoacutemico que la Empresa Eleacutectrica dejaraacute de percibir por energiacutea no facturada
bull La modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122 (liacuteneas transformadores y seccionadores) se la realizoacute en funcioacuten a su disponibilidad como pudieacutendose encontrar en uno de dos estados posibles completamente disponible o completamente indisponible (en falla) Las probabilidades que hicieron posible encontrar a cada elemento en uno de estos dos estados fueron definidas por las tasas de falla y reparacioacuten o como por los tiempos medios para llegar a fallar (MTTF) y los tiempos medios de reparacioacuten (MTTR)
bull La mayor cantidad de interrupciones debidas a fallas en las liacuteneas de distribucioacuten de media y baja tensioacuten se deben a la salida de una de sus fases Estas representan alrededor del 47 de las fallas totales registradas
bull La frecuencia de falla en los puntos de carga depende de la zona en la cual eacutestos se ubican entendiendo como zona lo que estaacute delimitado entre dos seccionamientos principales A su vez la frecuencia de fallas es variable en los puntos de carga y proporcional a la longitud de la zona
bull La simulacioacuten de Montecarlo es un proceso iterativo en el cual se observa para un periodo de tiempo de intereacutes los estados operativos que aparecen en el circuito primario debido a los eventos aleatorios de salida y restauracioacuten de los componentes En cada estado operativo se determinan los puntos de carga afectados por la salida de un componente dado
bull El algoritmo implementado de la simulacioacuten de Montecarlo es aplicable para cualquier alimentador primario de la Empresa Eleacutectrica Azogues El uacutenico cambio que
se debe efectuar es en la base de datos que contiene a todos los elementos fallados con sus respectivos iacutendices de disponibilidad (MTTF y MTTR)
bull La teacutecnica desarrollada es tambieacuten aplicable a cualquier sistema de distribucioacuten volviendo a insistir que es necesario partir de una base de datos actualizada
bull Se pueden obtener diferentes escenarios de la disponibilidad de los componentes del sistema y de los iacutendices que controlan la Calidad del Servicio Teacutecnico al ejecutar el programa de simulacioacuten con (nuacutemero de iteraciones) mayor a 1
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111
Jorge Luis Rojas Espinoza Nacioacute en Azogues- Ecuador en 1987 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Manuel Alejandro Escudero Astudillo- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1988 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Flavio Alfredo Quizhpi Palomeque- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1969 Recibioacute el Tiacutetulo de Ingeniero Electroacutenico en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 2003 Licenciado en Ciencias de la Educacioacuten en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 1999
Especialista en Educacioacuten Superior en la Universidad del Azuay en el 2002 Actualmente cursando el programa Doctoral en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad Simoacuten Boliacutevar de Venezuela Dedicado al aacuterea de investigacioacuten de los Sistemas Eleacutectricos de Potencia Confiabilidad FACTs e Inversores Multinivel
102
Tabla 1 Iacutendices de los componentes del sistema
ELEMENTOλ
[FALLASANtildeO]
MTTR[HORAS
ANtildeO]
MTTF
[HORASFALLA]
[DIacuteASFALLA]
Liacuteneas MT SN 068 140 1391422 580Liacuteneas
Principales y Laterales
199 129 732213 305
Transformadores 191 178 852144 355Seccionadores 335 289 619087 258
De esto se deduce que la tasa de falla el tiempo medio de reparacioacuten y el tiempo medio para llegar a fallar son los valores correspondientes para cada uno de los n elementos que forman el universo del sistema de distribucioacuten de acuerdo al grupo que pertenezcan
Tabla 2 Nuacutemero de elementos indisponibles en el periacuteodo de observacioacuten
ELEMENTOSNo DE
ELEMENTOS TOTALES
ELEMENTOS INDISPONIBLES
EN EL PERIacuteODO DE
OBSERVACIOacuteN
Liacuteneas MT SN - 56
Liacuteneas Principales y Laterales 48 33
Transformadores 515 310Seccionadores 47 29SISTEMA 610 428
Las tasas de falla totales promedio de los componentes del sistema son
Tabla 3 Fallas totales promedio de los componentes del sistema
ELEMENTO ELEMENTOS INDISPONIBLES
FALLAS INDIVIDUALES
ANtildeO
FALLAS TOTALES
ANtildeO
Liacuteneas MT SN 56 068 38290
Liacuteneas Principales y Laterales
33 199 65742
Transformadores 310 191 590844
Seccionadores 29 335 97228
TOTALES A NIVEL DEL SISTEMA 792104
En la Tabla 4 se despliegan los valores maacuteximos y miacutenimos de los diferentes indicadores durante el periacuteodo de observacioacuten
Tabla 4 Liacutemites de los iacutendices de los componentes del sistema
ELEMENTO LIM m l MTTR MTTF
Liacuteneas MT snMiacuten 1 0571 0200 510942
Maacutex 3 0684 1403 1391422
Liacuteneas principales y laterales
Miacuten 1 0571 0556 170181
Maacutex 9 5147 3400 1532940
TransformadoresMiacuten 1 0571 0083 72901
Maacutex 21 12016 9083 1532992
Seccionadores
Miacuten 1 0571 0633 89711
Maacutex 17 9765 7217 1532825
Sec 188 57 33099 4287 26466
La Empresa Eleacutectrica Azogues al no tener referenciado los componentes del sistema de distribucioacuten generaliza para cualquier seccionador del sistema fuera de los ramales principales con el nuacutemero 188 para su identificacioacuten cuando los KVA que desconecta son apreciables
Otros paraacutemetros importantes a tener en consideracioacuten para los componentes del alimentador son la probabilidad de falla y su confiabilidad En las tablas 5 y 6 se presentan los resultados para el tiempo de observacioacuten
Tabla 5 Probabilidad de falla de los componentes
PROBABILIDAD DE FALLA EN PORCENTAJE
UNA LINEA PRINCIPAL O LATERAL P(L) 79
UN TRANSFORMADOR P(T) 844
UN SECCIONADOR P(S) 77
Tabla 6 Confiabilidad e inconfiabilidad de los componentes
ELEM
ENTO
S
DIS
PON
IBLE
S
IND
ISPO
NIB
LES
CO
NFI
AB
ILID
AD
INC
ON
FIA
BIL
IDA
D
Lineas principales y laterales 15 33 31 69
Transformadores 205 310 40 60
Seccionadores 18 29 38 62
103
34 Modelacioacuten del comportamiento del sistema
341 Tasa de falla indisponibilidad y MTTR del Alimentador 122
Estos iacutendices fueron calculados bajo el criterio que el sistema de distribucioacuten del alimentador sigue una topologiacutea radial de la red o dicho de otra forma es un sistema serie Esto se debe a que el alimentador tiene una uacutenica trayectoria para el flujo de potencia entre la subestacioacuten de distribucioacuten y los consumidores
Tabla 7 Iacutendices para el Alimentador 122
INDICES FOacuteRMULAS UTILIZADAS RESULTADOS
Tasa de falla del sistema = sumλT λi
79210FALLASANtildeO
Indisponibilidad anual total del sistema
= sumμT λi r i 170018 HORASANtildeO
Duracioacuten de la falla promedio del sistema
=rT λi
μT 215HORASFALLA
Kva promedio desconectado = fallastotales
sfVAksfVAk sum i
105 KVA
Como se puede apreciar en la tabla 7 se registraraacuten aproximadamente 792 interrupciones en el antildeo para el Alimentador 122 lo que conlleva a tener una indisponibilidad media de 1700 horas La duracioacuten promedio para la restauracioacuten del sistema ante una falla es de 215 horas
El tiempo medio para que se presente una falla en cualquier zona del alimentador es de
Aproximadamente cada 11 horas se tendraacute una interrupcioacuten o falla en el sistema ya sean por salidas planeadas o no planeadas
La disponibilidad de energiacutea eleacutectrica del alimentador es de
DISP=768 La confiabilidad y no confiabilidad del sistema
son
CONFIABILIDAD=39INCONFIABILIDAD=61
35 Anaacutelisis del Alimentador 122
Para el anaacutelisis del sistema de distribucioacuten partimos identificando las zonas que contiene el alimentador El nuacutemero de zonas del alimentador quedan definidas por los seccionadores en serie que posee la red de distribucioacuten De esta manera se tuvieron 5 zonas principales que se pueden identificar claramente en la figura 14
ZONA 1
ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4 ZONA 5
61 60 23
21
24 26 28 55
Figura 5 Zonas del Alimentador 122
La Zona 1 a su vez posee tres partidores serie principales dando lugar a las sub-zonas del alimentador Como consecuencia se tuvieron ocho zonas que fueron sujetas a anaacutelisis
Zona 1-B
61 60 23
21
Zona 1-AZona 1-C
Figura 6 Sub-zonas del Alimentador 122
351 Frecuencia de fallas promedio del alimentador
Tabla 8 Paraacutemetros de las zonas del Alimentador 122
ZONASFRECUENCIA DE FALLAS PROMEDIO
DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR (+-)
ZONA 1 1845 1212
ZONA 2 1601 895
ZONA 3 114 -
ZONA 4 986 512
ZONA 5 887 284
El valor elevado de la desviacioacuten estaacutendar se debe a la fuerte variacioacuten de los valores respecto a su valor promedio Como se puede ver es en la zona 1 donde los datos tienen a dispersarse considerablemente de su media aritmeacutetica
104
HISTOGRAMA DE LAS FRECUENCIAS DE FALLAS
0
20
40
60
80
100
120
02468
101214
678 1356 2034 2711 3389 4067 4745
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia acumulado
Figura 7 Frecuencia de fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la frecuencia de las fallas usando el meacutetodo de los momentos se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Exponencial con paraacutemetro
lambda (λ) = 03429
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de la frecuencia de fallas son
bull Valor Esperado = 20 FALLASANtildeOSECbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 20
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LA FRECUENCIA DE FALLAS DEL ALIMENTADOR 122
f x = 03429 e - 03429 x
02468
101214
678 1356 2034 2711 3389 4067 4745
Frec
uenc
ia
Frecuencia Aprox Expo
Figura 8 Funcioacuten exponencial de densidad de la frecuencia de fallas
352 Tiempos medios de reparacioacuten del alimentador
Se calculoacute el promedio de la duracioacuten de las fallas a nivel de sistema y su desviacioacuten estaacutendar cuyos valores son
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 178
MEDIANA = 158
MODA = NA
DESVIACION = 083
CV = 469
MTTR CRITICO = 262
Entonces el MTTR promedio del sistema estaacute por encima de la hora y media para una reparacioacuten o reposicioacuten del sistema Se considera como criacutetico el tiempo de reparacioacuten cuando esteacute supere las 262 horas aproximadamente Existe una variacioacuten cercana al 47 de los MTTR por seccionador respecto al MTTR promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de plusmn 083 horas El valor medio es de 158 horas
Las zonas maacutes afectadas por interrupciones prolongadas o por tiempos de reparacioacuten superiores al valor medio se muestran en la tabla 9
Tabla 9 Sectores afectados por tiempos de reparacioacuten elevados
SECCIONADOR SECTOR
4 El Paraiacuteso (Borrero)
7 Guarangos Chico
11 Quisquis
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
188 Varios Sectores
105
HISTOGRAMA DE LOS TIEMPOS MEDIOS DE REPARACIOacuteN
020406080100120
0
5
10
15
20
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia acumulado
057
119
181
243
305
367
y may
or
Figura 9 Duracioacuten de las fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la duracioacuten de las fallas aplicando el meacutetodo de los miacutenimos cuadrados se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Weibull con paraacutemetros
beta (β) = 19034
alfa (α) = 15175
delta (δ) = 04316
FUNCIOacuteN DE DENSIDAD DE WEIBULL DE LOS TIEMPOS DE REPARACIOacuteN DEL ALIMENTADOR 122
0 2 4 6 8
0
057
119
181
243
305
367
y may
or
51015202530
0
5
10
15
20
Frec
uenc
ia
Frecuencia Aprox Weibull
f (t) e= =08605x 04316t 19034=1 19034- t - 0431615175( ) )(
Figura 10 Funcioacuten de densidad de Weibull de los tiempos de reparacioacuten
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de los tiempos medios de reparacioacuten son
bull Valor Esperador = 1347 HORASREPbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 0736
353 Tiempos medios para producirse un fallo del alimentador
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 894449
MEDIANA = 930515
MODA = NA
DESVIACION = 263473
CV = 295
MTTF CRITICO = 630976
Entonces el MTTF promedio del sistema estaacute por encima de las 8760 horas que tiene un antildeo El es de 6310 horas para la falla aproximadamente esto significa que en promedio tiene que pasar menos de un antildeo para que la zona delimitada por un seccionador cualquiera pueda considerarse como criacutetica
Existe una variacioacuten cercana al 30 de los MTTF por seccionador respecto al MTTF promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de 2635 horasfalla El valor medio es de 9305 horasfalla
Las zonas maacutes afectadas por tiempos para la falla menores al MTTF criacutetico son
Tabla 10 Sectores afectados por fallas frecuentes en la Zona 1-A
SECCIONADOR SECTOR
23 Panamericana Sur
11 Quisquis
113 Toctesol (Borrero)
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
En la Zona 1-C existe uacutenicamente un sector criacutetico perteneciente al sector de El Carmen seccionador 94
106
En la Zona 2 existe un punto criacutetico en el seccionador 115 correspondiente al sector Ciudadela del Chofer El MTTF es de 446989 horasfalla
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LOS TIEMPOS PARA LA FALLA
f(t) = 03702 e -03702t
Figura 11 Funcioacuten exponencial de densidad de los tiempos medios para fallar
10043
0
50
100
150
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia Aproximacioacuten Exponencial
4 PROCEDIMIENTO PARA LA SIMULACIOacuteN DE MONTECARLO
El programa implementado tuvo como objetivo realizar el anaacutelisis de confiabilidad presentando al final de la simulacioacuten los iacutendices globales del sistema y la Energiacutea No Suministrada
A continuacioacuten se muestra la estructura principal del algoritmo implementado para la simulacioacuten de Montecarlo
Opciones del Usuario
- Tiempo de Estudio- Nuacutemero de Iteraciones- Potencia Instalada
ldquoExellinkrdquo ldquoResultadosrdquoldquoPuntos CargardquoldquoBase Datosrdquo
(Montecarloxlsx) (Montecarloxlsx)
Programa deSimulacioacuten
BASE DEDATOS RESULTADOS
(EXCEL MATLAB)
Figura 12 Estructura del Programa de Simulacioacuten
ldquoExcellink es un software que integra Microsoft Excel y MATLAB en una ventana microsoft basada en ambiente de caacutelculordquo
Los dos comandos maacutes utilizados en esta simulacioacuten fueron
Tabla 11 Comandos de Excellink utilizados para la simulacioacuten
COMANDO PROCEDIMIENTO QUE EJECUTA
putmatrixEnviacutea una matriz desde Excel a MatlabEj mlputmatrix(ldquoBDrdquorsquoBase DatosrsquoA5Q433)
getmatrixTransfiere una matriz desde Matlab a ExcelEj mlgetmatrix(ldquomdexcelrdquordquog14rdquo)
41 Pasos para la simulacioacuten
No existe un algoritmo uacutenico para implementar la simulacioacuten de Montecarlo A continuacioacuten se presenta un algoritmo para el Estudio de Confiabilidad del Sistema de Distribucioacuten
Definiendo
T Tiempo de estudio en antildeos P ej 1000 antildeos
N El nuacutemero de iteraciones deseadas o nuacutemero de veces que se desea repetir el proceso de observar el comportamiento del sistema durante T antildeos
i El nuacutemero de iteraciones ejecutadas Inicialmente i=0
ti El tiempo acumulado de operacioacuten del circuito primario durante la iteracioacuten i
tdki El tiempo de indisponibilidad acumulado en el punto de carga k en durante la iteracioacuten i
nki El nuacutemero de fallas acumulado en el punto de carga kdurante la iteracioacuten i
El procedimiento de la simulacioacuten es
Paso 1 Hacer y y iguales a cero
Paso 2 Generar un nuacutemero aleatorio uniforme para cada componente del circuito primario y convertirlo en un tiempo para falla utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad de cada componente
107
Paso 3 El elemento con menor tiempo para falla se considera que estaacute en el estado indisponible
Paso 4 Generar otro nuacutemero aleatorio uniforme y convertirlo en un tiempo para restauracioacuten utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad del componente
Paso 5 El tiempo acumulado de operacioacuten del sistema durante la iteracioacuten es
tsistema = tsistema + tfalla + treparacioacuten
ti = ti + tto + ttr
Paso 6 Determinar los puntos de carga afectados por la salida del elemento Para cada punto de carga afectado se registra
nki = nki+ 1tdki = tdki + ttr
Paso 7 Si ti lt T se retorna hacia el Paso 2
Paso 8 Calcular para cada punto de carga k los iacutendices de confiabilidad en la iteracioacuten i
Tasa de fallas [Fallasantildeo]
λki = nki ti
Tiempo medio de reparacioacuten [Horasfalla]
rki = tdki 8760nki
Indisponibilidad [Horasantildeo]
Uki = tdki 8760ti
Paso 9 Si i lt N retornar al Paso 1
Paso 10 Finalizacioacuten
42 Estructura general de la simulacioacuten
INICIO
BASE DE DATOS
Enviacuteo de Datos
Ingreso de Paraacutemetros(T N KVA_instalado y ETF)
i = i + 1
Limpieza de Variables
Generacioacuten de Variables Aleatorias
Buacutesqueda del Elemento Afectado(Transformador Seccionador
Liacutenea Principal Lateral o Liacutenea MT SN)
Probabilidad delTipo de Fallamonofaacutesica
bifaacutesica otrifaacutesica
Acumulacioacuten de(1) Potencia Desconectada (KVA_fuera_servicio)
(2) Tiempo de Operacioacuten del Sistema (ti = ti+tto+ttr)(3) nki y tdki para cada Punto de Carga afectado
Convergenciati gt T
Para cada Punto de Carga secaacutelcula los iacutendiceslambdaki rki y Uki
Ingreso del Nuacutemero de Iteracioacuten (m)de la que se requiere extraer los resultados
FIN
Nordm FALLASFMIKTTIK
KVA_DESCONECTADOENS
NO
NOi lt N
SI
SI
(tto y ttr)
EXCEL MATLAB
(Montecarloxlsx)
Recibir los resultadosMATLAB EXCEL
Figura 13 Diagrama de Flujo de la Simulacioacuten de Montecarlo
108
43 Resultados obtenidos de la simulacioacuten
Una vez enviados todas las matrices de la base de datos hacia MATLAB se ejecuta la simulacioacuten ingresando los paraacutemetros mencionados con anterioridad Dentro del algoritmo se crean nuevas variables la cuales iraacuten recibiendo guardando y acumulando los valores de cada iacutendice deseado a calcular
Finalizada la simulacioacuten se enviacutean los resultados obtenidos al archivo rdquo a la pestantildea en la cual se muestra una siacutentesis de los valores de mayor importancia de la simulacioacuten
Cabe recalcar que al inicio de la simulacioacuten se pide el ingreso del nuacutemero de iteraciones () que se desea se ejecute y culminada la misma se pide en cambio el nuacutemero de la iteracioacuten de la cual se quiere observar o extraer los resultados
5 ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
Para hallar los puntos de mayor impacto del alimentador esto es transformadores seccionadores o liacuteneas de distribucioacuten con nuacutemero de desconexiones considerables utilizamos los resultados obtenidos de la evaluacioacuten del sistema donde se presentaron los sectores criacuteticos
A partir de estos sectores se filtroacute los componentes con tasa de fallas mayores a 4 FALLASANtildeO ya que se consideroacute un valor sensato como margen de desconexioacuten de un componente del alimentador dado la gran cantidad de componentes que posee
51 Sectores criacuteticos del Alimentador 122
Los sectores criacuteticos dentro de la zona 1 corresponden a las parroquias de Borrero Javier Loyola El Carmen San Miguel de Porotos y sus comunidades
En la zona 2 los sectores criacuteticos son la parroquia de Luis Cordero y sus comunidades Zhapacal y los barrios El Calvario y Zhirincay
En la zona 4 los sectores criacuteticos son la parroquia Bayas en las comunidades de OpparPaccha Leonaacuten y Guazhuacuten
Finalmente en la zona 5 el sector criacutetico es Uchupucuacuten
52 Puntos de inversioacuten para el sistema
En funcioacuten del anaacutelisis y evaluacioacuten efectuada para el alimentador en estudio y conociendo las causas maacutes comunes de las interrupciones del servicio de energiacutea eleacutectrica se presenta a continuacioacuten un listado de los puntos maacutes criacuteticos sujetos a inversioacuten
bull En material de la red de baja tensioacuten (BT)-Dentro de estos se involucran aisladores tipo rollo clase ANSI 53-2 bastidores (varias viacuteas) abrazaderas pequentildeas 5rdquo-6rdquo y grandes 6rdquo-7rdquo dobles y simples retenciones preformadas (para varios calibres) conectores tipo perno hendido Cu-Al 20 AWG y terminal recto CuAl 250 MCM NEMA 1 conductor desnudo cableado Al ACSR o 5005 (varios calibres)
bull En material para la instalacioacuten de un transformador-Entre estos estaacuten bases para fusibles bajantes para la conexioacuten de las fases (conductor AISLADO cable de potencia 600V Cu THHN 10 AWG) pararrayo vaacutelvula clase distribucioacuten 10kA-18kV conductor para puesta a tierra (Cu tipo DESNUDO calibre 2 AWG) conector de liacutenea energizada 10 conectores perno hendido otros
bull Otro punto ajeno a la inversioacuten de materiales pero no menos importante es el aspecto teacutecnico y humano que deben tener los trabajadores que efectuacutean las tares de mantenimiento y correccioacuten de las fallas para restablecer el servicio de energiacutea eleacutectrica
Esto involucra tener dentro del personal de mantenimiento de la Empresa Eleacutectrica a gente capaz responsable honesta y entusiasta en realizar el trabajo que estaacute bajo su cargo
6 CONCLUSIONES
bull El caacutelculo de los iacutendices globales de energiacutea o iacutendices del sistema conforme lo establecido en la Regulacioacuten Nordm 00401 del CONELEC no estaacuten dentro de los liacutemites establecidos en esta regulacioacuten para alimentadores de tipo urbano Cuyos valores superan las 5 fallas por KVA para la Frecuencia Media de Interrupcioacuten (FMIK) y de las 10 horas por KVA para el Tiempo Total de Interrupcioacuten (TTIK) Por lo tanto la Empresa Eleacutectrica Azogues NO CUMPLE con la calidad de servicio teacutecnico
bull Debido al incumpliendo en los valores
109
de los iacutendices globales el sistema refleja un incremento positivo de la Energiacutea No Suministrada a partir del sexto mes (aprox) del antildeo que esteacute vigente A partir del primer valor positivo de la ENS esta aumenta conforme pasan los meses del antildeo hasta llegar a diciembre donde termina el periacuteodo para efectuar el control del servicio teacutecnico Esto a maacutes de contribuir con la inconfiablidad del sistema representa un costo econoacutemico que la Empresa Eleacutectrica dejaraacute de percibir por energiacutea no facturada
bull La modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122 (liacuteneas transformadores y seccionadores) se la realizoacute en funcioacuten a su disponibilidad como pudieacutendose encontrar en uno de dos estados posibles completamente disponible o completamente indisponible (en falla) Las probabilidades que hicieron posible encontrar a cada elemento en uno de estos dos estados fueron definidas por las tasas de falla y reparacioacuten o como por los tiempos medios para llegar a fallar (MTTF) y los tiempos medios de reparacioacuten (MTTR)
bull La mayor cantidad de interrupciones debidas a fallas en las liacuteneas de distribucioacuten de media y baja tensioacuten se deben a la salida de una de sus fases Estas representan alrededor del 47 de las fallas totales registradas
bull La frecuencia de falla en los puntos de carga depende de la zona en la cual eacutestos se ubican entendiendo como zona lo que estaacute delimitado entre dos seccionamientos principales A su vez la frecuencia de fallas es variable en los puntos de carga y proporcional a la longitud de la zona
bull La simulacioacuten de Montecarlo es un proceso iterativo en el cual se observa para un periodo de tiempo de intereacutes los estados operativos que aparecen en el circuito primario debido a los eventos aleatorios de salida y restauracioacuten de los componentes En cada estado operativo se determinan los puntos de carga afectados por la salida de un componente dado
bull El algoritmo implementado de la simulacioacuten de Montecarlo es aplicable para cualquier alimentador primario de la Empresa Eleacutectrica Azogues El uacutenico cambio que
se debe efectuar es en la base de datos que contiene a todos los elementos fallados con sus respectivos iacutendices de disponibilidad (MTTF y MTTR)
bull La teacutecnica desarrollada es tambieacuten aplicable a cualquier sistema de distribucioacuten volviendo a insistir que es necesario partir de una base de datos actualizada
bull Se pueden obtener diferentes escenarios de la disponibilidad de los componentes del sistema y de los iacutendices que controlan la Calidad del Servicio Teacutecnico al ejecutar el programa de simulacioacuten con (nuacutemero de iteraciones) mayor a 1
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111
Jorge Luis Rojas Espinoza Nacioacute en Azogues- Ecuador en 1987 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Manuel Alejandro Escudero Astudillo- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1988 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Flavio Alfredo Quizhpi Palomeque- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1969 Recibioacute el Tiacutetulo de Ingeniero Electroacutenico en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 2003 Licenciado en Ciencias de la Educacioacuten en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 1999
Especialista en Educacioacuten Superior en la Universidad del Azuay en el 2002 Actualmente cursando el programa Doctoral en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad Simoacuten Boliacutevar de Venezuela Dedicado al aacuterea de investigacioacuten de los Sistemas Eleacutectricos de Potencia Confiabilidad FACTs e Inversores Multinivel
103
34 Modelacioacuten del comportamiento del sistema
341 Tasa de falla indisponibilidad y MTTR del Alimentador 122
Estos iacutendices fueron calculados bajo el criterio que el sistema de distribucioacuten del alimentador sigue una topologiacutea radial de la red o dicho de otra forma es un sistema serie Esto se debe a que el alimentador tiene una uacutenica trayectoria para el flujo de potencia entre la subestacioacuten de distribucioacuten y los consumidores
Tabla 7 Iacutendices para el Alimentador 122
INDICES FOacuteRMULAS UTILIZADAS RESULTADOS
Tasa de falla del sistema = sumλT λi
79210FALLASANtildeO
Indisponibilidad anual total del sistema
= sumμT λi r i 170018 HORASANtildeO
Duracioacuten de la falla promedio del sistema
=rT λi
μT 215HORASFALLA
Kva promedio desconectado = fallastotales
sfVAksfVAk sum i
105 KVA
Como se puede apreciar en la tabla 7 se registraraacuten aproximadamente 792 interrupciones en el antildeo para el Alimentador 122 lo que conlleva a tener una indisponibilidad media de 1700 horas La duracioacuten promedio para la restauracioacuten del sistema ante una falla es de 215 horas
El tiempo medio para que se presente una falla en cualquier zona del alimentador es de
Aproximadamente cada 11 horas se tendraacute una interrupcioacuten o falla en el sistema ya sean por salidas planeadas o no planeadas
La disponibilidad de energiacutea eleacutectrica del alimentador es de
DISP=768 La confiabilidad y no confiabilidad del sistema
son
CONFIABILIDAD=39INCONFIABILIDAD=61
35 Anaacutelisis del Alimentador 122
Para el anaacutelisis del sistema de distribucioacuten partimos identificando las zonas que contiene el alimentador El nuacutemero de zonas del alimentador quedan definidas por los seccionadores en serie que posee la red de distribucioacuten De esta manera se tuvieron 5 zonas principales que se pueden identificar claramente en la figura 14
ZONA 1
ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4 ZONA 5
61 60 23
21
24 26 28 55
Figura 5 Zonas del Alimentador 122
La Zona 1 a su vez posee tres partidores serie principales dando lugar a las sub-zonas del alimentador Como consecuencia se tuvieron ocho zonas que fueron sujetas a anaacutelisis
Zona 1-B
61 60 23
21
Zona 1-AZona 1-C
Figura 6 Sub-zonas del Alimentador 122
351 Frecuencia de fallas promedio del alimentador
Tabla 8 Paraacutemetros de las zonas del Alimentador 122
ZONASFRECUENCIA DE FALLAS PROMEDIO
DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR (+-)
ZONA 1 1845 1212
ZONA 2 1601 895
ZONA 3 114 -
ZONA 4 986 512
ZONA 5 887 284
El valor elevado de la desviacioacuten estaacutendar se debe a la fuerte variacioacuten de los valores respecto a su valor promedio Como se puede ver es en la zona 1 donde los datos tienen a dispersarse considerablemente de su media aritmeacutetica
104
HISTOGRAMA DE LAS FRECUENCIAS DE FALLAS
0
20
40
60
80
100
120
02468
101214
678 1356 2034 2711 3389 4067 4745
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia acumulado
Figura 7 Frecuencia de fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la frecuencia de las fallas usando el meacutetodo de los momentos se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Exponencial con paraacutemetro
lambda (λ) = 03429
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de la frecuencia de fallas son
bull Valor Esperado = 20 FALLASANtildeOSECbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 20
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LA FRECUENCIA DE FALLAS DEL ALIMENTADOR 122
f x = 03429 e - 03429 x
02468
101214
678 1356 2034 2711 3389 4067 4745
Frec
uenc
ia
Frecuencia Aprox Expo
Figura 8 Funcioacuten exponencial de densidad de la frecuencia de fallas
352 Tiempos medios de reparacioacuten del alimentador
Se calculoacute el promedio de la duracioacuten de las fallas a nivel de sistema y su desviacioacuten estaacutendar cuyos valores son
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 178
MEDIANA = 158
MODA = NA
DESVIACION = 083
CV = 469
MTTR CRITICO = 262
Entonces el MTTR promedio del sistema estaacute por encima de la hora y media para una reparacioacuten o reposicioacuten del sistema Se considera como criacutetico el tiempo de reparacioacuten cuando esteacute supere las 262 horas aproximadamente Existe una variacioacuten cercana al 47 de los MTTR por seccionador respecto al MTTR promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de plusmn 083 horas El valor medio es de 158 horas
Las zonas maacutes afectadas por interrupciones prolongadas o por tiempos de reparacioacuten superiores al valor medio se muestran en la tabla 9
Tabla 9 Sectores afectados por tiempos de reparacioacuten elevados
SECCIONADOR SECTOR
4 El Paraiacuteso (Borrero)
7 Guarangos Chico
11 Quisquis
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
188 Varios Sectores
105
HISTOGRAMA DE LOS TIEMPOS MEDIOS DE REPARACIOacuteN
020406080100120
0
5
10
15
20
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia acumulado
057
119
181
243
305
367
y may
or
Figura 9 Duracioacuten de las fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la duracioacuten de las fallas aplicando el meacutetodo de los miacutenimos cuadrados se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Weibull con paraacutemetros
beta (β) = 19034
alfa (α) = 15175
delta (δ) = 04316
FUNCIOacuteN DE DENSIDAD DE WEIBULL DE LOS TIEMPOS DE REPARACIOacuteN DEL ALIMENTADOR 122
0 2 4 6 8
0
057
119
181
243
305
367
y may
or
51015202530
0
5
10
15
20
Frec
uenc
ia
Frecuencia Aprox Weibull
f (t) e= =08605x 04316t 19034=1 19034- t - 0431615175( ) )(
Figura 10 Funcioacuten de densidad de Weibull de los tiempos de reparacioacuten
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de los tiempos medios de reparacioacuten son
bull Valor Esperador = 1347 HORASREPbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 0736
353 Tiempos medios para producirse un fallo del alimentador
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 894449
MEDIANA = 930515
MODA = NA
DESVIACION = 263473
CV = 295
MTTF CRITICO = 630976
Entonces el MTTF promedio del sistema estaacute por encima de las 8760 horas que tiene un antildeo El es de 6310 horas para la falla aproximadamente esto significa que en promedio tiene que pasar menos de un antildeo para que la zona delimitada por un seccionador cualquiera pueda considerarse como criacutetica
Existe una variacioacuten cercana al 30 de los MTTF por seccionador respecto al MTTF promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de 2635 horasfalla El valor medio es de 9305 horasfalla
Las zonas maacutes afectadas por tiempos para la falla menores al MTTF criacutetico son
Tabla 10 Sectores afectados por fallas frecuentes en la Zona 1-A
SECCIONADOR SECTOR
23 Panamericana Sur
11 Quisquis
113 Toctesol (Borrero)
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
En la Zona 1-C existe uacutenicamente un sector criacutetico perteneciente al sector de El Carmen seccionador 94
106
En la Zona 2 existe un punto criacutetico en el seccionador 115 correspondiente al sector Ciudadela del Chofer El MTTF es de 446989 horasfalla
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LOS TIEMPOS PARA LA FALLA
f(t) = 03702 e -03702t
Figura 11 Funcioacuten exponencial de densidad de los tiempos medios para fallar
10043
0
50
100
150
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia Aproximacioacuten Exponencial
4 PROCEDIMIENTO PARA LA SIMULACIOacuteN DE MONTECARLO
El programa implementado tuvo como objetivo realizar el anaacutelisis de confiabilidad presentando al final de la simulacioacuten los iacutendices globales del sistema y la Energiacutea No Suministrada
A continuacioacuten se muestra la estructura principal del algoritmo implementado para la simulacioacuten de Montecarlo
Opciones del Usuario
- Tiempo de Estudio- Nuacutemero de Iteraciones- Potencia Instalada
ldquoExellinkrdquo ldquoResultadosrdquoldquoPuntos CargardquoldquoBase Datosrdquo
(Montecarloxlsx) (Montecarloxlsx)
Programa deSimulacioacuten
BASE DEDATOS RESULTADOS
(EXCEL MATLAB)
Figura 12 Estructura del Programa de Simulacioacuten
ldquoExcellink es un software que integra Microsoft Excel y MATLAB en una ventana microsoft basada en ambiente de caacutelculordquo
Los dos comandos maacutes utilizados en esta simulacioacuten fueron
Tabla 11 Comandos de Excellink utilizados para la simulacioacuten
COMANDO PROCEDIMIENTO QUE EJECUTA
putmatrixEnviacutea una matriz desde Excel a MatlabEj mlputmatrix(ldquoBDrdquorsquoBase DatosrsquoA5Q433)
getmatrixTransfiere una matriz desde Matlab a ExcelEj mlgetmatrix(ldquomdexcelrdquordquog14rdquo)
41 Pasos para la simulacioacuten
No existe un algoritmo uacutenico para implementar la simulacioacuten de Montecarlo A continuacioacuten se presenta un algoritmo para el Estudio de Confiabilidad del Sistema de Distribucioacuten
Definiendo
T Tiempo de estudio en antildeos P ej 1000 antildeos
N El nuacutemero de iteraciones deseadas o nuacutemero de veces que se desea repetir el proceso de observar el comportamiento del sistema durante T antildeos
i El nuacutemero de iteraciones ejecutadas Inicialmente i=0
ti El tiempo acumulado de operacioacuten del circuito primario durante la iteracioacuten i
tdki El tiempo de indisponibilidad acumulado en el punto de carga k en durante la iteracioacuten i
nki El nuacutemero de fallas acumulado en el punto de carga kdurante la iteracioacuten i
El procedimiento de la simulacioacuten es
Paso 1 Hacer y y iguales a cero
Paso 2 Generar un nuacutemero aleatorio uniforme para cada componente del circuito primario y convertirlo en un tiempo para falla utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad de cada componente
107
Paso 3 El elemento con menor tiempo para falla se considera que estaacute en el estado indisponible
Paso 4 Generar otro nuacutemero aleatorio uniforme y convertirlo en un tiempo para restauracioacuten utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad del componente
Paso 5 El tiempo acumulado de operacioacuten del sistema durante la iteracioacuten es
tsistema = tsistema + tfalla + treparacioacuten
ti = ti + tto + ttr
Paso 6 Determinar los puntos de carga afectados por la salida del elemento Para cada punto de carga afectado se registra
nki = nki+ 1tdki = tdki + ttr
Paso 7 Si ti lt T se retorna hacia el Paso 2
Paso 8 Calcular para cada punto de carga k los iacutendices de confiabilidad en la iteracioacuten i
Tasa de fallas [Fallasantildeo]
λki = nki ti
Tiempo medio de reparacioacuten [Horasfalla]
rki = tdki 8760nki
Indisponibilidad [Horasantildeo]
Uki = tdki 8760ti
Paso 9 Si i lt N retornar al Paso 1
Paso 10 Finalizacioacuten
42 Estructura general de la simulacioacuten
INICIO
BASE DE DATOS
Enviacuteo de Datos
Ingreso de Paraacutemetros(T N KVA_instalado y ETF)
i = i + 1
Limpieza de Variables
Generacioacuten de Variables Aleatorias
Buacutesqueda del Elemento Afectado(Transformador Seccionador
Liacutenea Principal Lateral o Liacutenea MT SN)
Probabilidad delTipo de Fallamonofaacutesica
bifaacutesica otrifaacutesica
Acumulacioacuten de(1) Potencia Desconectada (KVA_fuera_servicio)
(2) Tiempo de Operacioacuten del Sistema (ti = ti+tto+ttr)(3) nki y tdki para cada Punto de Carga afectado
Convergenciati gt T
Para cada Punto de Carga secaacutelcula los iacutendiceslambdaki rki y Uki
Ingreso del Nuacutemero de Iteracioacuten (m)de la que se requiere extraer los resultados
FIN
Nordm FALLASFMIKTTIK
KVA_DESCONECTADOENS
NO
NOi lt N
SI
SI
(tto y ttr)
EXCEL MATLAB
(Montecarloxlsx)
Recibir los resultadosMATLAB EXCEL
Figura 13 Diagrama de Flujo de la Simulacioacuten de Montecarlo
108
43 Resultados obtenidos de la simulacioacuten
Una vez enviados todas las matrices de la base de datos hacia MATLAB se ejecuta la simulacioacuten ingresando los paraacutemetros mencionados con anterioridad Dentro del algoritmo se crean nuevas variables la cuales iraacuten recibiendo guardando y acumulando los valores de cada iacutendice deseado a calcular
Finalizada la simulacioacuten se enviacutean los resultados obtenidos al archivo rdquo a la pestantildea en la cual se muestra una siacutentesis de los valores de mayor importancia de la simulacioacuten
Cabe recalcar que al inicio de la simulacioacuten se pide el ingreso del nuacutemero de iteraciones () que se desea se ejecute y culminada la misma se pide en cambio el nuacutemero de la iteracioacuten de la cual se quiere observar o extraer los resultados
5 ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
Para hallar los puntos de mayor impacto del alimentador esto es transformadores seccionadores o liacuteneas de distribucioacuten con nuacutemero de desconexiones considerables utilizamos los resultados obtenidos de la evaluacioacuten del sistema donde se presentaron los sectores criacuteticos
A partir de estos sectores se filtroacute los componentes con tasa de fallas mayores a 4 FALLASANtildeO ya que se consideroacute un valor sensato como margen de desconexioacuten de un componente del alimentador dado la gran cantidad de componentes que posee
51 Sectores criacuteticos del Alimentador 122
Los sectores criacuteticos dentro de la zona 1 corresponden a las parroquias de Borrero Javier Loyola El Carmen San Miguel de Porotos y sus comunidades
En la zona 2 los sectores criacuteticos son la parroquia de Luis Cordero y sus comunidades Zhapacal y los barrios El Calvario y Zhirincay
En la zona 4 los sectores criacuteticos son la parroquia Bayas en las comunidades de OpparPaccha Leonaacuten y Guazhuacuten
Finalmente en la zona 5 el sector criacutetico es Uchupucuacuten
52 Puntos de inversioacuten para el sistema
En funcioacuten del anaacutelisis y evaluacioacuten efectuada para el alimentador en estudio y conociendo las causas maacutes comunes de las interrupciones del servicio de energiacutea eleacutectrica se presenta a continuacioacuten un listado de los puntos maacutes criacuteticos sujetos a inversioacuten
bull En material de la red de baja tensioacuten (BT)-Dentro de estos se involucran aisladores tipo rollo clase ANSI 53-2 bastidores (varias viacuteas) abrazaderas pequentildeas 5rdquo-6rdquo y grandes 6rdquo-7rdquo dobles y simples retenciones preformadas (para varios calibres) conectores tipo perno hendido Cu-Al 20 AWG y terminal recto CuAl 250 MCM NEMA 1 conductor desnudo cableado Al ACSR o 5005 (varios calibres)
bull En material para la instalacioacuten de un transformador-Entre estos estaacuten bases para fusibles bajantes para la conexioacuten de las fases (conductor AISLADO cable de potencia 600V Cu THHN 10 AWG) pararrayo vaacutelvula clase distribucioacuten 10kA-18kV conductor para puesta a tierra (Cu tipo DESNUDO calibre 2 AWG) conector de liacutenea energizada 10 conectores perno hendido otros
bull Otro punto ajeno a la inversioacuten de materiales pero no menos importante es el aspecto teacutecnico y humano que deben tener los trabajadores que efectuacutean las tares de mantenimiento y correccioacuten de las fallas para restablecer el servicio de energiacutea eleacutectrica
Esto involucra tener dentro del personal de mantenimiento de la Empresa Eleacutectrica a gente capaz responsable honesta y entusiasta en realizar el trabajo que estaacute bajo su cargo
6 CONCLUSIONES
bull El caacutelculo de los iacutendices globales de energiacutea o iacutendices del sistema conforme lo establecido en la Regulacioacuten Nordm 00401 del CONELEC no estaacuten dentro de los liacutemites establecidos en esta regulacioacuten para alimentadores de tipo urbano Cuyos valores superan las 5 fallas por KVA para la Frecuencia Media de Interrupcioacuten (FMIK) y de las 10 horas por KVA para el Tiempo Total de Interrupcioacuten (TTIK) Por lo tanto la Empresa Eleacutectrica Azogues NO CUMPLE con la calidad de servicio teacutecnico
bull Debido al incumpliendo en los valores
109
de los iacutendices globales el sistema refleja un incremento positivo de la Energiacutea No Suministrada a partir del sexto mes (aprox) del antildeo que esteacute vigente A partir del primer valor positivo de la ENS esta aumenta conforme pasan los meses del antildeo hasta llegar a diciembre donde termina el periacuteodo para efectuar el control del servicio teacutecnico Esto a maacutes de contribuir con la inconfiablidad del sistema representa un costo econoacutemico que la Empresa Eleacutectrica dejaraacute de percibir por energiacutea no facturada
bull La modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122 (liacuteneas transformadores y seccionadores) se la realizoacute en funcioacuten a su disponibilidad como pudieacutendose encontrar en uno de dos estados posibles completamente disponible o completamente indisponible (en falla) Las probabilidades que hicieron posible encontrar a cada elemento en uno de estos dos estados fueron definidas por las tasas de falla y reparacioacuten o como por los tiempos medios para llegar a fallar (MTTF) y los tiempos medios de reparacioacuten (MTTR)
bull La mayor cantidad de interrupciones debidas a fallas en las liacuteneas de distribucioacuten de media y baja tensioacuten se deben a la salida de una de sus fases Estas representan alrededor del 47 de las fallas totales registradas
bull La frecuencia de falla en los puntos de carga depende de la zona en la cual eacutestos se ubican entendiendo como zona lo que estaacute delimitado entre dos seccionamientos principales A su vez la frecuencia de fallas es variable en los puntos de carga y proporcional a la longitud de la zona
bull La simulacioacuten de Montecarlo es un proceso iterativo en el cual se observa para un periodo de tiempo de intereacutes los estados operativos que aparecen en el circuito primario debido a los eventos aleatorios de salida y restauracioacuten de los componentes En cada estado operativo se determinan los puntos de carga afectados por la salida de un componente dado
bull El algoritmo implementado de la simulacioacuten de Montecarlo es aplicable para cualquier alimentador primario de la Empresa Eleacutectrica Azogues El uacutenico cambio que
se debe efectuar es en la base de datos que contiene a todos los elementos fallados con sus respectivos iacutendices de disponibilidad (MTTF y MTTR)
bull La teacutecnica desarrollada es tambieacuten aplicable a cualquier sistema de distribucioacuten volviendo a insistir que es necesario partir de una base de datos actualizada
bull Se pueden obtener diferentes escenarios de la disponibilidad de los componentes del sistema y de los iacutendices que controlan la Calidad del Servicio Teacutecnico al ejecutar el programa de simulacioacuten con (nuacutemero de iteraciones) mayor a 1
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HISTOGRAMA DE LAS FRECUENCIAS DE FALLAS
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20
40
60
80
100
120
02468
101214
678 1356 2034 2711 3389 4067 4745
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia acumulado
Figura 7 Frecuencia de fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la frecuencia de las fallas usando el meacutetodo de los momentos se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Exponencial con paraacutemetro
lambda (λ) = 03429
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de la frecuencia de fallas son
bull Valor Esperado = 20 FALLASANtildeOSECbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 20
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LA FRECUENCIA DE FALLAS DEL ALIMENTADOR 122
f x = 03429 e - 03429 x
02468
101214
678 1356 2034 2711 3389 4067 4745
Frec
uenc
ia
Frecuencia Aprox Expo
Figura 8 Funcioacuten exponencial de densidad de la frecuencia de fallas
352 Tiempos medios de reparacioacuten del alimentador
Se calculoacute el promedio de la duracioacuten de las fallas a nivel de sistema y su desviacioacuten estaacutendar cuyos valores son
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 178
MEDIANA = 158
MODA = NA
DESVIACION = 083
CV = 469
MTTR CRITICO = 262
Entonces el MTTR promedio del sistema estaacute por encima de la hora y media para una reparacioacuten o reposicioacuten del sistema Se considera como criacutetico el tiempo de reparacioacuten cuando esteacute supere las 262 horas aproximadamente Existe una variacioacuten cercana al 47 de los MTTR por seccionador respecto al MTTR promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de plusmn 083 horas El valor medio es de 158 horas
Las zonas maacutes afectadas por interrupciones prolongadas o por tiempos de reparacioacuten superiores al valor medio se muestran en la tabla 9
Tabla 9 Sectores afectados por tiempos de reparacioacuten elevados
SECCIONADOR SECTOR
4 El Paraiacuteso (Borrero)
7 Guarangos Chico
11 Quisquis
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
188 Varios Sectores
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HISTOGRAMA DE LOS TIEMPOS MEDIOS DE REPARACIOacuteN
020406080100120
0
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Frec
uenc
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Clase
Frecuencia acumulado
057
119
181
243
305
367
y may
or
Figura 9 Duracioacuten de las fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la duracioacuten de las fallas aplicando el meacutetodo de los miacutenimos cuadrados se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Weibull con paraacutemetros
beta (β) = 19034
alfa (α) = 15175
delta (δ) = 04316
FUNCIOacuteN DE DENSIDAD DE WEIBULL DE LOS TIEMPOS DE REPARACIOacuteN DEL ALIMENTADOR 122
0 2 4 6 8
0
057
119
181
243
305
367
y may
or
51015202530
0
5
10
15
20
Frec
uenc
ia
Frecuencia Aprox Weibull
f (t) e= =08605x 04316t 19034=1 19034- t - 0431615175( ) )(
Figura 10 Funcioacuten de densidad de Weibull de los tiempos de reparacioacuten
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de los tiempos medios de reparacioacuten son
bull Valor Esperador = 1347 HORASREPbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 0736
353 Tiempos medios para producirse un fallo del alimentador
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 894449
MEDIANA = 930515
MODA = NA
DESVIACION = 263473
CV = 295
MTTF CRITICO = 630976
Entonces el MTTF promedio del sistema estaacute por encima de las 8760 horas que tiene un antildeo El es de 6310 horas para la falla aproximadamente esto significa que en promedio tiene que pasar menos de un antildeo para que la zona delimitada por un seccionador cualquiera pueda considerarse como criacutetica
Existe una variacioacuten cercana al 30 de los MTTF por seccionador respecto al MTTF promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de 2635 horasfalla El valor medio es de 9305 horasfalla
Las zonas maacutes afectadas por tiempos para la falla menores al MTTF criacutetico son
Tabla 10 Sectores afectados por fallas frecuentes en la Zona 1-A
SECCIONADOR SECTOR
23 Panamericana Sur
11 Quisquis
113 Toctesol (Borrero)
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
En la Zona 1-C existe uacutenicamente un sector criacutetico perteneciente al sector de El Carmen seccionador 94
106
En la Zona 2 existe un punto criacutetico en el seccionador 115 correspondiente al sector Ciudadela del Chofer El MTTF es de 446989 horasfalla
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LOS TIEMPOS PARA LA FALLA
f(t) = 03702 e -03702t
Figura 11 Funcioacuten exponencial de densidad de los tiempos medios para fallar
10043
0
50
100
150
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia Aproximacioacuten Exponencial
4 PROCEDIMIENTO PARA LA SIMULACIOacuteN DE MONTECARLO
El programa implementado tuvo como objetivo realizar el anaacutelisis de confiabilidad presentando al final de la simulacioacuten los iacutendices globales del sistema y la Energiacutea No Suministrada
A continuacioacuten se muestra la estructura principal del algoritmo implementado para la simulacioacuten de Montecarlo
Opciones del Usuario
- Tiempo de Estudio- Nuacutemero de Iteraciones- Potencia Instalada
ldquoExellinkrdquo ldquoResultadosrdquoldquoPuntos CargardquoldquoBase Datosrdquo
(Montecarloxlsx) (Montecarloxlsx)
Programa deSimulacioacuten
BASE DEDATOS RESULTADOS
(EXCEL MATLAB)
Figura 12 Estructura del Programa de Simulacioacuten
ldquoExcellink es un software que integra Microsoft Excel y MATLAB en una ventana microsoft basada en ambiente de caacutelculordquo
Los dos comandos maacutes utilizados en esta simulacioacuten fueron
Tabla 11 Comandos de Excellink utilizados para la simulacioacuten
COMANDO PROCEDIMIENTO QUE EJECUTA
putmatrixEnviacutea una matriz desde Excel a MatlabEj mlputmatrix(ldquoBDrdquorsquoBase DatosrsquoA5Q433)
getmatrixTransfiere una matriz desde Matlab a ExcelEj mlgetmatrix(ldquomdexcelrdquordquog14rdquo)
41 Pasos para la simulacioacuten
No existe un algoritmo uacutenico para implementar la simulacioacuten de Montecarlo A continuacioacuten se presenta un algoritmo para el Estudio de Confiabilidad del Sistema de Distribucioacuten
Definiendo
T Tiempo de estudio en antildeos P ej 1000 antildeos
N El nuacutemero de iteraciones deseadas o nuacutemero de veces que se desea repetir el proceso de observar el comportamiento del sistema durante T antildeos
i El nuacutemero de iteraciones ejecutadas Inicialmente i=0
ti El tiempo acumulado de operacioacuten del circuito primario durante la iteracioacuten i
tdki El tiempo de indisponibilidad acumulado en el punto de carga k en durante la iteracioacuten i
nki El nuacutemero de fallas acumulado en el punto de carga kdurante la iteracioacuten i
El procedimiento de la simulacioacuten es
Paso 1 Hacer y y iguales a cero
Paso 2 Generar un nuacutemero aleatorio uniforme para cada componente del circuito primario y convertirlo en un tiempo para falla utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad de cada componente
107
Paso 3 El elemento con menor tiempo para falla se considera que estaacute en el estado indisponible
Paso 4 Generar otro nuacutemero aleatorio uniforme y convertirlo en un tiempo para restauracioacuten utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad del componente
Paso 5 El tiempo acumulado de operacioacuten del sistema durante la iteracioacuten es
tsistema = tsistema + tfalla + treparacioacuten
ti = ti + tto + ttr
Paso 6 Determinar los puntos de carga afectados por la salida del elemento Para cada punto de carga afectado se registra
nki = nki+ 1tdki = tdki + ttr
Paso 7 Si ti lt T se retorna hacia el Paso 2
Paso 8 Calcular para cada punto de carga k los iacutendices de confiabilidad en la iteracioacuten i
Tasa de fallas [Fallasantildeo]
λki = nki ti
Tiempo medio de reparacioacuten [Horasfalla]
rki = tdki 8760nki
Indisponibilidad [Horasantildeo]
Uki = tdki 8760ti
Paso 9 Si i lt N retornar al Paso 1
Paso 10 Finalizacioacuten
42 Estructura general de la simulacioacuten
INICIO
BASE DE DATOS
Enviacuteo de Datos
Ingreso de Paraacutemetros(T N KVA_instalado y ETF)
i = i + 1
Limpieza de Variables
Generacioacuten de Variables Aleatorias
Buacutesqueda del Elemento Afectado(Transformador Seccionador
Liacutenea Principal Lateral o Liacutenea MT SN)
Probabilidad delTipo de Fallamonofaacutesica
bifaacutesica otrifaacutesica
Acumulacioacuten de(1) Potencia Desconectada (KVA_fuera_servicio)
(2) Tiempo de Operacioacuten del Sistema (ti = ti+tto+ttr)(3) nki y tdki para cada Punto de Carga afectado
Convergenciati gt T
Para cada Punto de Carga secaacutelcula los iacutendiceslambdaki rki y Uki
Ingreso del Nuacutemero de Iteracioacuten (m)de la que se requiere extraer los resultados
FIN
Nordm FALLASFMIKTTIK
KVA_DESCONECTADOENS
NO
NOi lt N
SI
SI
(tto y ttr)
EXCEL MATLAB
(Montecarloxlsx)
Recibir los resultadosMATLAB EXCEL
Figura 13 Diagrama de Flujo de la Simulacioacuten de Montecarlo
108
43 Resultados obtenidos de la simulacioacuten
Una vez enviados todas las matrices de la base de datos hacia MATLAB se ejecuta la simulacioacuten ingresando los paraacutemetros mencionados con anterioridad Dentro del algoritmo se crean nuevas variables la cuales iraacuten recibiendo guardando y acumulando los valores de cada iacutendice deseado a calcular
Finalizada la simulacioacuten se enviacutean los resultados obtenidos al archivo rdquo a la pestantildea en la cual se muestra una siacutentesis de los valores de mayor importancia de la simulacioacuten
Cabe recalcar que al inicio de la simulacioacuten se pide el ingreso del nuacutemero de iteraciones () que se desea se ejecute y culminada la misma se pide en cambio el nuacutemero de la iteracioacuten de la cual se quiere observar o extraer los resultados
5 ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
Para hallar los puntos de mayor impacto del alimentador esto es transformadores seccionadores o liacuteneas de distribucioacuten con nuacutemero de desconexiones considerables utilizamos los resultados obtenidos de la evaluacioacuten del sistema donde se presentaron los sectores criacuteticos
A partir de estos sectores se filtroacute los componentes con tasa de fallas mayores a 4 FALLASANtildeO ya que se consideroacute un valor sensato como margen de desconexioacuten de un componente del alimentador dado la gran cantidad de componentes que posee
51 Sectores criacuteticos del Alimentador 122
Los sectores criacuteticos dentro de la zona 1 corresponden a las parroquias de Borrero Javier Loyola El Carmen San Miguel de Porotos y sus comunidades
En la zona 2 los sectores criacuteticos son la parroquia de Luis Cordero y sus comunidades Zhapacal y los barrios El Calvario y Zhirincay
En la zona 4 los sectores criacuteticos son la parroquia Bayas en las comunidades de OpparPaccha Leonaacuten y Guazhuacuten
Finalmente en la zona 5 el sector criacutetico es Uchupucuacuten
52 Puntos de inversioacuten para el sistema
En funcioacuten del anaacutelisis y evaluacioacuten efectuada para el alimentador en estudio y conociendo las causas maacutes comunes de las interrupciones del servicio de energiacutea eleacutectrica se presenta a continuacioacuten un listado de los puntos maacutes criacuteticos sujetos a inversioacuten
bull En material de la red de baja tensioacuten (BT)-Dentro de estos se involucran aisladores tipo rollo clase ANSI 53-2 bastidores (varias viacuteas) abrazaderas pequentildeas 5rdquo-6rdquo y grandes 6rdquo-7rdquo dobles y simples retenciones preformadas (para varios calibres) conectores tipo perno hendido Cu-Al 20 AWG y terminal recto CuAl 250 MCM NEMA 1 conductor desnudo cableado Al ACSR o 5005 (varios calibres)
bull En material para la instalacioacuten de un transformador-Entre estos estaacuten bases para fusibles bajantes para la conexioacuten de las fases (conductor AISLADO cable de potencia 600V Cu THHN 10 AWG) pararrayo vaacutelvula clase distribucioacuten 10kA-18kV conductor para puesta a tierra (Cu tipo DESNUDO calibre 2 AWG) conector de liacutenea energizada 10 conectores perno hendido otros
bull Otro punto ajeno a la inversioacuten de materiales pero no menos importante es el aspecto teacutecnico y humano que deben tener los trabajadores que efectuacutean las tares de mantenimiento y correccioacuten de las fallas para restablecer el servicio de energiacutea eleacutectrica
Esto involucra tener dentro del personal de mantenimiento de la Empresa Eleacutectrica a gente capaz responsable honesta y entusiasta en realizar el trabajo que estaacute bajo su cargo
6 CONCLUSIONES
bull El caacutelculo de los iacutendices globales de energiacutea o iacutendices del sistema conforme lo establecido en la Regulacioacuten Nordm 00401 del CONELEC no estaacuten dentro de los liacutemites establecidos en esta regulacioacuten para alimentadores de tipo urbano Cuyos valores superan las 5 fallas por KVA para la Frecuencia Media de Interrupcioacuten (FMIK) y de las 10 horas por KVA para el Tiempo Total de Interrupcioacuten (TTIK) Por lo tanto la Empresa Eleacutectrica Azogues NO CUMPLE con la calidad de servicio teacutecnico
bull Debido al incumpliendo en los valores
109
de los iacutendices globales el sistema refleja un incremento positivo de la Energiacutea No Suministrada a partir del sexto mes (aprox) del antildeo que esteacute vigente A partir del primer valor positivo de la ENS esta aumenta conforme pasan los meses del antildeo hasta llegar a diciembre donde termina el periacuteodo para efectuar el control del servicio teacutecnico Esto a maacutes de contribuir con la inconfiablidad del sistema representa un costo econoacutemico que la Empresa Eleacutectrica dejaraacute de percibir por energiacutea no facturada
bull La modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122 (liacuteneas transformadores y seccionadores) se la realizoacute en funcioacuten a su disponibilidad como pudieacutendose encontrar en uno de dos estados posibles completamente disponible o completamente indisponible (en falla) Las probabilidades que hicieron posible encontrar a cada elemento en uno de estos dos estados fueron definidas por las tasas de falla y reparacioacuten o como por los tiempos medios para llegar a fallar (MTTF) y los tiempos medios de reparacioacuten (MTTR)
bull La mayor cantidad de interrupciones debidas a fallas en las liacuteneas de distribucioacuten de media y baja tensioacuten se deben a la salida de una de sus fases Estas representan alrededor del 47 de las fallas totales registradas
bull La frecuencia de falla en los puntos de carga depende de la zona en la cual eacutestos se ubican entendiendo como zona lo que estaacute delimitado entre dos seccionamientos principales A su vez la frecuencia de fallas es variable en los puntos de carga y proporcional a la longitud de la zona
bull La simulacioacuten de Montecarlo es un proceso iterativo en el cual se observa para un periodo de tiempo de intereacutes los estados operativos que aparecen en el circuito primario debido a los eventos aleatorios de salida y restauracioacuten de los componentes En cada estado operativo se determinan los puntos de carga afectados por la salida de un componente dado
bull El algoritmo implementado de la simulacioacuten de Montecarlo es aplicable para cualquier alimentador primario de la Empresa Eleacutectrica Azogues El uacutenico cambio que
se debe efectuar es en la base de datos que contiene a todos los elementos fallados con sus respectivos iacutendices de disponibilidad (MTTF y MTTR)
bull La teacutecnica desarrollada es tambieacuten aplicable a cualquier sistema de distribucioacuten volviendo a insistir que es necesario partir de una base de datos actualizada
bull Se pueden obtener diferentes escenarios de la disponibilidad de los componentes del sistema y de los iacutendices que controlan la Calidad del Servicio Teacutecnico al ejecutar el programa de simulacioacuten con (nuacutemero de iteraciones) mayor a 1
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
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111
Jorge Luis Rojas Espinoza Nacioacute en Azogues- Ecuador en 1987 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Manuel Alejandro Escudero Astudillo- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1988 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Flavio Alfredo Quizhpi Palomeque- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1969 Recibioacute el Tiacutetulo de Ingeniero Electroacutenico en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 2003 Licenciado en Ciencias de la Educacioacuten en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 1999
Especialista en Educacioacuten Superior en la Universidad del Azuay en el 2002 Actualmente cursando el programa Doctoral en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad Simoacuten Boliacutevar de Venezuela Dedicado al aacuterea de investigacioacuten de los Sistemas Eleacutectricos de Potencia Confiabilidad FACTs e Inversores Multinivel
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HISTOGRAMA DE LOS TIEMPOS MEDIOS DE REPARACIOacuteN
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Frecuencia acumulado
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Figura 9 Duracioacuten de las fallas promedio del Alimentador 122
Al realizar el ajuste a los datos de la duracioacuten de las fallas aplicando el meacutetodo de los miacutenimos cuadrados se encontroacute que la distribucioacuten que mejor se ajusta es la Weibull con paraacutemetros
beta (β) = 19034
alfa (α) = 15175
delta (δ) = 04316
FUNCIOacuteN DE DENSIDAD DE WEIBULL DE LOS TIEMPOS DE REPARACIOacuteN DEL ALIMENTADOR 122
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Frecuencia Aprox Weibull
f (t) e= =08605x 04316t 19034=1 19034- t - 0431615175( ) )(
Figura 10 Funcioacuten de densidad de Weibull de los tiempos de reparacioacuten
El valor esperado y la desviacioacuten estaacutendar de los tiempos medios de reparacioacuten son
bull Valor Esperador = 1347 HORASREPbull Desviacioacuten Estaacutendar = plusmn 0736
353 Tiempos medios para producirse un fallo del alimentador
MEDIDAS VALORES
PROMEDIO = 894449
MEDIANA = 930515
MODA = NA
DESVIACION = 263473
CV = 295
MTTF CRITICO = 630976
Entonces el MTTF promedio del sistema estaacute por encima de las 8760 horas que tiene un antildeo El es de 6310 horas para la falla aproximadamente esto significa que en promedio tiene que pasar menos de un antildeo para que la zona delimitada por un seccionador cualquiera pueda considerarse como criacutetica
Existe una variacioacuten cercana al 30 de los MTTF por seccionador respecto al MTTF promedio lo que se ve reflejada con una desviacioacuten estaacutendar de 2635 horasfalla El valor medio es de 9305 horasfalla
Las zonas maacutes afectadas por tiempos para la falla menores al MTTF criacutetico son
Tabla 10 Sectores afectados por fallas frecuentes en la Zona 1-A
SECCIONADOR SECTOR
23 Panamericana Sur
11 Quisquis
113 Toctesol (Borrero)
63 Purcay Capizhuacuten SM de Porotos
12 Jarata
13 Olleros
14 San Miguel de Porotos
15 Jatumpamba Guachuacuten San Vicente
En la Zona 1-C existe uacutenicamente un sector criacutetico perteneciente al sector de El Carmen seccionador 94
106
En la Zona 2 existe un punto criacutetico en el seccionador 115 correspondiente al sector Ciudadela del Chofer El MTTF es de 446989 horasfalla
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LOS TIEMPOS PARA LA FALLA
f(t) = 03702 e -03702t
Figura 11 Funcioacuten exponencial de densidad de los tiempos medios para fallar
10043
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1 2 3 4 5 6 7 8 9
Frec
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Clase
Frecuencia Aproximacioacuten Exponencial
4 PROCEDIMIENTO PARA LA SIMULACIOacuteN DE MONTECARLO
El programa implementado tuvo como objetivo realizar el anaacutelisis de confiabilidad presentando al final de la simulacioacuten los iacutendices globales del sistema y la Energiacutea No Suministrada
A continuacioacuten se muestra la estructura principal del algoritmo implementado para la simulacioacuten de Montecarlo
Opciones del Usuario
- Tiempo de Estudio- Nuacutemero de Iteraciones- Potencia Instalada
ldquoExellinkrdquo ldquoResultadosrdquoldquoPuntos CargardquoldquoBase Datosrdquo
(Montecarloxlsx) (Montecarloxlsx)
Programa deSimulacioacuten
BASE DEDATOS RESULTADOS
(EXCEL MATLAB)
Figura 12 Estructura del Programa de Simulacioacuten
ldquoExcellink es un software que integra Microsoft Excel y MATLAB en una ventana microsoft basada en ambiente de caacutelculordquo
Los dos comandos maacutes utilizados en esta simulacioacuten fueron
Tabla 11 Comandos de Excellink utilizados para la simulacioacuten
COMANDO PROCEDIMIENTO QUE EJECUTA
putmatrixEnviacutea una matriz desde Excel a MatlabEj mlputmatrix(ldquoBDrdquorsquoBase DatosrsquoA5Q433)
getmatrixTransfiere una matriz desde Matlab a ExcelEj mlgetmatrix(ldquomdexcelrdquordquog14rdquo)
41 Pasos para la simulacioacuten
No existe un algoritmo uacutenico para implementar la simulacioacuten de Montecarlo A continuacioacuten se presenta un algoritmo para el Estudio de Confiabilidad del Sistema de Distribucioacuten
Definiendo
T Tiempo de estudio en antildeos P ej 1000 antildeos
N El nuacutemero de iteraciones deseadas o nuacutemero de veces que se desea repetir el proceso de observar el comportamiento del sistema durante T antildeos
i El nuacutemero de iteraciones ejecutadas Inicialmente i=0
ti El tiempo acumulado de operacioacuten del circuito primario durante la iteracioacuten i
tdki El tiempo de indisponibilidad acumulado en el punto de carga k en durante la iteracioacuten i
nki El nuacutemero de fallas acumulado en el punto de carga kdurante la iteracioacuten i
El procedimiento de la simulacioacuten es
Paso 1 Hacer y y iguales a cero
Paso 2 Generar un nuacutemero aleatorio uniforme para cada componente del circuito primario y convertirlo en un tiempo para falla utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad de cada componente
107
Paso 3 El elemento con menor tiempo para falla se considera que estaacute en el estado indisponible
Paso 4 Generar otro nuacutemero aleatorio uniforme y convertirlo en un tiempo para restauracioacuten utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad del componente
Paso 5 El tiempo acumulado de operacioacuten del sistema durante la iteracioacuten es
tsistema = tsistema + tfalla + treparacioacuten
ti = ti + tto + ttr
Paso 6 Determinar los puntos de carga afectados por la salida del elemento Para cada punto de carga afectado se registra
nki = nki+ 1tdki = tdki + ttr
Paso 7 Si ti lt T se retorna hacia el Paso 2
Paso 8 Calcular para cada punto de carga k los iacutendices de confiabilidad en la iteracioacuten i
Tasa de fallas [Fallasantildeo]
λki = nki ti
Tiempo medio de reparacioacuten [Horasfalla]
rki = tdki 8760nki
Indisponibilidad [Horasantildeo]
Uki = tdki 8760ti
Paso 9 Si i lt N retornar al Paso 1
Paso 10 Finalizacioacuten
42 Estructura general de la simulacioacuten
INICIO
BASE DE DATOS
Enviacuteo de Datos
Ingreso de Paraacutemetros(T N KVA_instalado y ETF)
i = i + 1
Limpieza de Variables
Generacioacuten de Variables Aleatorias
Buacutesqueda del Elemento Afectado(Transformador Seccionador
Liacutenea Principal Lateral o Liacutenea MT SN)
Probabilidad delTipo de Fallamonofaacutesica
bifaacutesica otrifaacutesica
Acumulacioacuten de(1) Potencia Desconectada (KVA_fuera_servicio)
(2) Tiempo de Operacioacuten del Sistema (ti = ti+tto+ttr)(3) nki y tdki para cada Punto de Carga afectado
Convergenciati gt T
Para cada Punto de Carga secaacutelcula los iacutendiceslambdaki rki y Uki
Ingreso del Nuacutemero de Iteracioacuten (m)de la que se requiere extraer los resultados
FIN
Nordm FALLASFMIKTTIK
KVA_DESCONECTADOENS
NO
NOi lt N
SI
SI
(tto y ttr)
EXCEL MATLAB
(Montecarloxlsx)
Recibir los resultadosMATLAB EXCEL
Figura 13 Diagrama de Flujo de la Simulacioacuten de Montecarlo
108
43 Resultados obtenidos de la simulacioacuten
Una vez enviados todas las matrices de la base de datos hacia MATLAB se ejecuta la simulacioacuten ingresando los paraacutemetros mencionados con anterioridad Dentro del algoritmo se crean nuevas variables la cuales iraacuten recibiendo guardando y acumulando los valores de cada iacutendice deseado a calcular
Finalizada la simulacioacuten se enviacutean los resultados obtenidos al archivo rdquo a la pestantildea en la cual se muestra una siacutentesis de los valores de mayor importancia de la simulacioacuten
Cabe recalcar que al inicio de la simulacioacuten se pide el ingreso del nuacutemero de iteraciones () que se desea se ejecute y culminada la misma se pide en cambio el nuacutemero de la iteracioacuten de la cual se quiere observar o extraer los resultados
5 ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
Para hallar los puntos de mayor impacto del alimentador esto es transformadores seccionadores o liacuteneas de distribucioacuten con nuacutemero de desconexiones considerables utilizamos los resultados obtenidos de la evaluacioacuten del sistema donde se presentaron los sectores criacuteticos
A partir de estos sectores se filtroacute los componentes con tasa de fallas mayores a 4 FALLASANtildeO ya que se consideroacute un valor sensato como margen de desconexioacuten de un componente del alimentador dado la gran cantidad de componentes que posee
51 Sectores criacuteticos del Alimentador 122
Los sectores criacuteticos dentro de la zona 1 corresponden a las parroquias de Borrero Javier Loyola El Carmen San Miguel de Porotos y sus comunidades
En la zona 2 los sectores criacuteticos son la parroquia de Luis Cordero y sus comunidades Zhapacal y los barrios El Calvario y Zhirincay
En la zona 4 los sectores criacuteticos son la parroquia Bayas en las comunidades de OpparPaccha Leonaacuten y Guazhuacuten
Finalmente en la zona 5 el sector criacutetico es Uchupucuacuten
52 Puntos de inversioacuten para el sistema
En funcioacuten del anaacutelisis y evaluacioacuten efectuada para el alimentador en estudio y conociendo las causas maacutes comunes de las interrupciones del servicio de energiacutea eleacutectrica se presenta a continuacioacuten un listado de los puntos maacutes criacuteticos sujetos a inversioacuten
bull En material de la red de baja tensioacuten (BT)-Dentro de estos se involucran aisladores tipo rollo clase ANSI 53-2 bastidores (varias viacuteas) abrazaderas pequentildeas 5rdquo-6rdquo y grandes 6rdquo-7rdquo dobles y simples retenciones preformadas (para varios calibres) conectores tipo perno hendido Cu-Al 20 AWG y terminal recto CuAl 250 MCM NEMA 1 conductor desnudo cableado Al ACSR o 5005 (varios calibres)
bull En material para la instalacioacuten de un transformador-Entre estos estaacuten bases para fusibles bajantes para la conexioacuten de las fases (conductor AISLADO cable de potencia 600V Cu THHN 10 AWG) pararrayo vaacutelvula clase distribucioacuten 10kA-18kV conductor para puesta a tierra (Cu tipo DESNUDO calibre 2 AWG) conector de liacutenea energizada 10 conectores perno hendido otros
bull Otro punto ajeno a la inversioacuten de materiales pero no menos importante es el aspecto teacutecnico y humano que deben tener los trabajadores que efectuacutean las tares de mantenimiento y correccioacuten de las fallas para restablecer el servicio de energiacutea eleacutectrica
Esto involucra tener dentro del personal de mantenimiento de la Empresa Eleacutectrica a gente capaz responsable honesta y entusiasta en realizar el trabajo que estaacute bajo su cargo
6 CONCLUSIONES
bull El caacutelculo de los iacutendices globales de energiacutea o iacutendices del sistema conforme lo establecido en la Regulacioacuten Nordm 00401 del CONELEC no estaacuten dentro de los liacutemites establecidos en esta regulacioacuten para alimentadores de tipo urbano Cuyos valores superan las 5 fallas por KVA para la Frecuencia Media de Interrupcioacuten (FMIK) y de las 10 horas por KVA para el Tiempo Total de Interrupcioacuten (TTIK) Por lo tanto la Empresa Eleacutectrica Azogues NO CUMPLE con la calidad de servicio teacutecnico
bull Debido al incumpliendo en los valores
109
de los iacutendices globales el sistema refleja un incremento positivo de la Energiacutea No Suministrada a partir del sexto mes (aprox) del antildeo que esteacute vigente A partir del primer valor positivo de la ENS esta aumenta conforme pasan los meses del antildeo hasta llegar a diciembre donde termina el periacuteodo para efectuar el control del servicio teacutecnico Esto a maacutes de contribuir con la inconfiablidad del sistema representa un costo econoacutemico que la Empresa Eleacutectrica dejaraacute de percibir por energiacutea no facturada
bull La modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122 (liacuteneas transformadores y seccionadores) se la realizoacute en funcioacuten a su disponibilidad como pudieacutendose encontrar en uno de dos estados posibles completamente disponible o completamente indisponible (en falla) Las probabilidades que hicieron posible encontrar a cada elemento en uno de estos dos estados fueron definidas por las tasas de falla y reparacioacuten o como por los tiempos medios para llegar a fallar (MTTF) y los tiempos medios de reparacioacuten (MTTR)
bull La mayor cantidad de interrupciones debidas a fallas en las liacuteneas de distribucioacuten de media y baja tensioacuten se deben a la salida de una de sus fases Estas representan alrededor del 47 de las fallas totales registradas
bull La frecuencia de falla en los puntos de carga depende de la zona en la cual eacutestos se ubican entendiendo como zona lo que estaacute delimitado entre dos seccionamientos principales A su vez la frecuencia de fallas es variable en los puntos de carga y proporcional a la longitud de la zona
bull La simulacioacuten de Montecarlo es un proceso iterativo en el cual se observa para un periodo de tiempo de intereacutes los estados operativos que aparecen en el circuito primario debido a los eventos aleatorios de salida y restauracioacuten de los componentes En cada estado operativo se determinan los puntos de carga afectados por la salida de un componente dado
bull El algoritmo implementado de la simulacioacuten de Montecarlo es aplicable para cualquier alimentador primario de la Empresa Eleacutectrica Azogues El uacutenico cambio que
se debe efectuar es en la base de datos que contiene a todos los elementos fallados con sus respectivos iacutendices de disponibilidad (MTTF y MTTR)
bull La teacutecnica desarrollada es tambieacuten aplicable a cualquier sistema de distribucioacuten volviendo a insistir que es necesario partir de una base de datos actualizada
bull Se pueden obtener diferentes escenarios de la disponibilidad de los componentes del sistema y de los iacutendices que controlan la Calidad del Servicio Teacutecnico al ejecutar el programa de simulacioacuten con (nuacutemero de iteraciones) mayor a 1
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
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lthttpwwwpriencldocumentosproyectos_procobreConfiabilidad_en_sistemas_electricospdfgt (16-oct-10)
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[4] ppt Conceptos de Confiabilidad (16-oct-10)
[5] BADII MH Y CASTILLO J ldquoDistribuciones probabiliacutesticas de uso comuacutenrdquo lthttpwwwspentamexicoorgrevistavolumen4numero113204(1)20149-178pdfgt (16-oct-10)
[6] WIKIPEDIA ldquoFuncioacuten de densidad de probabilidadrdquo
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110
[9] ldquoDistribucioacuten exponencialrdquo lthttpwwwuvesceacesbasemodelos20
de20probabilidadexponencialhtmgt (16-oct-10)
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[11] PROF BERMUacuteDEZ JUAN ldquoConceptos Baacutesicos de Confiabilidadrdquo
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[14] CONGRESO LATINOAMERICANO DE DISTRIBUCIOacuteN ELEacuteCTRICA ldquoCaacutelculo de los Iacutendices de Confiabilidad de Circuitos Eleacutectricos de Distribucioacuten de 138 y 24 kV en Venezuelardquo (17-oct-10)
[15] CIER ldquoComisioacuten de Integracioacuten Energeacutetica Regionalrdquo
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[16] COMISION NACIONAL DE ENERGIA Elaboracioacuten de Normas Teacutecnicas Complementarias al Reglamento de la Ley General de Servicios Eleacutectricos Parte I ldquoIacutendices de Continuidad de Suministrordquo Artiacuteculo 246deg del D S 32797 (17-oct-10)
[17] [Word] Calidad del servicio teacutecnico ldquoTasa de interrupcioacuten y tiempo medio de interrupcioacutenrdquo (17-oct-10)
[18] LEY ORGANICA DE DEFENSA DEL CONSUMIDOR Registro Oficial No 116 Lunes 10 de julio de 2000 p 28-31 lthttpwwwconelecgovecgt (31-oct-10)
[19] PROF BERMUacuteDEZ JUAN ldquoProcesos Markovianosrdquo
[20] PENtildeA SAacuteNCHEZ DE RIVERA DANIEL ldquoMeacutetodo de Montecarlordquo Madrid 2001 lthttpeswikipediaorgwikiMC3A9todo_de_Montecarlogt (26-oct-10)
[21] ZAPATA CARLOS J PINtildeEROS LUIS C CASTANtildeO DIEGO A ldquoEl meacutetodo de Simulacioacuten de Montecarlo en Estudios de Confiabilidad de Sistemas de Distribucioacuten de Energiacutea Eleacutectrica
lthttp wwwutpeducophprevistasScientiaEtTechnicadocsFTP15111555-60pdfgt (26-oct-10)
[22] PROF BERMUacuteDEZ JUAN ldquoSimulaciones de Montecarlordquo
[23] SCIENTIA ET TECHNICA ldquoEl meacutetodo de simulacioacuten de Montecarlo en estudios de confiabilidad de sistemas de distribucioacuten de energiacutea eleacutectricardquo Mayo 2004
[24] ARRAIGADA M ALDO G ldquoEvaluacioacuten de Confiabilidad de Sistemas Eleacutectricos de Distribucioacutenrdquo Pontificia Universidad Catoacutelica de Chile Santiago 1994
[25] SALINAS C ARTURO ldquoManual MATLAB y enlace a Excelrdquo lthttpwwwslidesharenetarturosalinasexcel-linkgt (02-nov-10)
[26] ADRIANMB Importar datos de Excel a MatLab lthttpblogmake-a-tronikcomimportar-datos-de-excel-a-matlabgt
[27] ADRIANMB Exportar datos de Matlab a Excel lthttpblogmake-a-tronikcomexportar-datos-de-matlab-a-excelgt
[28] PINtildeEROS V LUIS C Y CASTANtildeO A DIEGO A Universidad Tecnoloacutegica de Pereira ldquoEstudio de Confiabilidad del Sistema de Distribucioacuten de Pereirardquo Pereira 2003 lthttpwwwutpeduco~planeamientoprod_acatesisConfiabilidad20distribucionpdfgt
[29] Proyecto de Tesis ldquoDIAGNOacuteSTICO Y EVALUACIOacuteN DE CONFIABILIDAD DEL ALIMENTADOR 122 PARA LA EMPRESA ELEacuteCTRICA AZOGUES CA USANDO EL MEacuteTODO DE SIMULACIOacuteN DE MONTECARLOrdquo MANUEL ESCUDERO JORGE ROJAS RESOLUCION No 0765-44-2010-12-08 Universidad Politeacutecnica Salesiana Sede Cuenca Diciembre 2010
111
Jorge Luis Rojas Espinoza Nacioacute en Azogues- Ecuador en 1987 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Manuel Alejandro Escudero Astudillo- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1988 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Flavio Alfredo Quizhpi Palomeque- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1969 Recibioacute el Tiacutetulo de Ingeniero Electroacutenico en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 2003 Licenciado en Ciencias de la Educacioacuten en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 1999
Especialista en Educacioacuten Superior en la Universidad del Azuay en el 2002 Actualmente cursando el programa Doctoral en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad Simoacuten Boliacutevar de Venezuela Dedicado al aacuterea de investigacioacuten de los Sistemas Eleacutectricos de Potencia Confiabilidad FACTs e Inversores Multinivel
106
En la Zona 2 existe un punto criacutetico en el seccionador 115 correspondiente al sector Ciudadela del Chofer El MTTF es de 446989 horasfalla
FUNCIOacuteN EXPONENCIAL DE DENSIDAD DE LOS TIEMPOS PARA LA FALLA
f(t) = 03702 e -03702t
Figura 11 Funcioacuten exponencial de densidad de los tiempos medios para fallar
10043
0
50
100
150
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Frec
uenc
ia
Clase
Frecuencia Aproximacioacuten Exponencial
4 PROCEDIMIENTO PARA LA SIMULACIOacuteN DE MONTECARLO
El programa implementado tuvo como objetivo realizar el anaacutelisis de confiabilidad presentando al final de la simulacioacuten los iacutendices globales del sistema y la Energiacutea No Suministrada
A continuacioacuten se muestra la estructura principal del algoritmo implementado para la simulacioacuten de Montecarlo
Opciones del Usuario
- Tiempo de Estudio- Nuacutemero de Iteraciones- Potencia Instalada
ldquoExellinkrdquo ldquoResultadosrdquoldquoPuntos CargardquoldquoBase Datosrdquo
(Montecarloxlsx) (Montecarloxlsx)
Programa deSimulacioacuten
BASE DEDATOS RESULTADOS
(EXCEL MATLAB)
Figura 12 Estructura del Programa de Simulacioacuten
ldquoExcellink es un software que integra Microsoft Excel y MATLAB en una ventana microsoft basada en ambiente de caacutelculordquo
Los dos comandos maacutes utilizados en esta simulacioacuten fueron
Tabla 11 Comandos de Excellink utilizados para la simulacioacuten
COMANDO PROCEDIMIENTO QUE EJECUTA
putmatrixEnviacutea una matriz desde Excel a MatlabEj mlputmatrix(ldquoBDrdquorsquoBase DatosrsquoA5Q433)
getmatrixTransfiere una matriz desde Matlab a ExcelEj mlgetmatrix(ldquomdexcelrdquordquog14rdquo)
41 Pasos para la simulacioacuten
No existe un algoritmo uacutenico para implementar la simulacioacuten de Montecarlo A continuacioacuten se presenta un algoritmo para el Estudio de Confiabilidad del Sistema de Distribucioacuten
Definiendo
T Tiempo de estudio en antildeos P ej 1000 antildeos
N El nuacutemero de iteraciones deseadas o nuacutemero de veces que se desea repetir el proceso de observar el comportamiento del sistema durante T antildeos
i El nuacutemero de iteraciones ejecutadas Inicialmente i=0
ti El tiempo acumulado de operacioacuten del circuito primario durante la iteracioacuten i
tdki El tiempo de indisponibilidad acumulado en el punto de carga k en durante la iteracioacuten i
nki El nuacutemero de fallas acumulado en el punto de carga kdurante la iteracioacuten i
El procedimiento de la simulacioacuten es
Paso 1 Hacer y y iguales a cero
Paso 2 Generar un nuacutemero aleatorio uniforme para cada componente del circuito primario y convertirlo en un tiempo para falla utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad de cada componente
107
Paso 3 El elemento con menor tiempo para falla se considera que estaacute en el estado indisponible
Paso 4 Generar otro nuacutemero aleatorio uniforme y convertirlo en un tiempo para restauracioacuten utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad del componente
Paso 5 El tiempo acumulado de operacioacuten del sistema durante la iteracioacuten es
tsistema = tsistema + tfalla + treparacioacuten
ti = ti + tto + ttr
Paso 6 Determinar los puntos de carga afectados por la salida del elemento Para cada punto de carga afectado se registra
nki = nki+ 1tdki = tdki + ttr
Paso 7 Si ti lt T se retorna hacia el Paso 2
Paso 8 Calcular para cada punto de carga k los iacutendices de confiabilidad en la iteracioacuten i
Tasa de fallas [Fallasantildeo]
λki = nki ti
Tiempo medio de reparacioacuten [Horasfalla]
rki = tdki 8760nki
Indisponibilidad [Horasantildeo]
Uki = tdki 8760ti
Paso 9 Si i lt N retornar al Paso 1
Paso 10 Finalizacioacuten
42 Estructura general de la simulacioacuten
INICIO
BASE DE DATOS
Enviacuteo de Datos
Ingreso de Paraacutemetros(T N KVA_instalado y ETF)
i = i + 1
Limpieza de Variables
Generacioacuten de Variables Aleatorias
Buacutesqueda del Elemento Afectado(Transformador Seccionador
Liacutenea Principal Lateral o Liacutenea MT SN)
Probabilidad delTipo de Fallamonofaacutesica
bifaacutesica otrifaacutesica
Acumulacioacuten de(1) Potencia Desconectada (KVA_fuera_servicio)
(2) Tiempo de Operacioacuten del Sistema (ti = ti+tto+ttr)(3) nki y tdki para cada Punto de Carga afectado
Convergenciati gt T
Para cada Punto de Carga secaacutelcula los iacutendiceslambdaki rki y Uki
Ingreso del Nuacutemero de Iteracioacuten (m)de la que se requiere extraer los resultados
FIN
Nordm FALLASFMIKTTIK
KVA_DESCONECTADOENS
NO
NOi lt N
SI
SI
(tto y ttr)
EXCEL MATLAB
(Montecarloxlsx)
Recibir los resultadosMATLAB EXCEL
Figura 13 Diagrama de Flujo de la Simulacioacuten de Montecarlo
108
43 Resultados obtenidos de la simulacioacuten
Una vez enviados todas las matrices de la base de datos hacia MATLAB se ejecuta la simulacioacuten ingresando los paraacutemetros mencionados con anterioridad Dentro del algoritmo se crean nuevas variables la cuales iraacuten recibiendo guardando y acumulando los valores de cada iacutendice deseado a calcular
Finalizada la simulacioacuten se enviacutean los resultados obtenidos al archivo rdquo a la pestantildea en la cual se muestra una siacutentesis de los valores de mayor importancia de la simulacioacuten
Cabe recalcar que al inicio de la simulacioacuten se pide el ingreso del nuacutemero de iteraciones () que se desea se ejecute y culminada la misma se pide en cambio el nuacutemero de la iteracioacuten de la cual se quiere observar o extraer los resultados
5 ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
Para hallar los puntos de mayor impacto del alimentador esto es transformadores seccionadores o liacuteneas de distribucioacuten con nuacutemero de desconexiones considerables utilizamos los resultados obtenidos de la evaluacioacuten del sistema donde se presentaron los sectores criacuteticos
A partir de estos sectores se filtroacute los componentes con tasa de fallas mayores a 4 FALLASANtildeO ya que se consideroacute un valor sensato como margen de desconexioacuten de un componente del alimentador dado la gran cantidad de componentes que posee
51 Sectores criacuteticos del Alimentador 122
Los sectores criacuteticos dentro de la zona 1 corresponden a las parroquias de Borrero Javier Loyola El Carmen San Miguel de Porotos y sus comunidades
En la zona 2 los sectores criacuteticos son la parroquia de Luis Cordero y sus comunidades Zhapacal y los barrios El Calvario y Zhirincay
En la zona 4 los sectores criacuteticos son la parroquia Bayas en las comunidades de OpparPaccha Leonaacuten y Guazhuacuten
Finalmente en la zona 5 el sector criacutetico es Uchupucuacuten
52 Puntos de inversioacuten para el sistema
En funcioacuten del anaacutelisis y evaluacioacuten efectuada para el alimentador en estudio y conociendo las causas maacutes comunes de las interrupciones del servicio de energiacutea eleacutectrica se presenta a continuacioacuten un listado de los puntos maacutes criacuteticos sujetos a inversioacuten
bull En material de la red de baja tensioacuten (BT)-Dentro de estos se involucran aisladores tipo rollo clase ANSI 53-2 bastidores (varias viacuteas) abrazaderas pequentildeas 5rdquo-6rdquo y grandes 6rdquo-7rdquo dobles y simples retenciones preformadas (para varios calibres) conectores tipo perno hendido Cu-Al 20 AWG y terminal recto CuAl 250 MCM NEMA 1 conductor desnudo cableado Al ACSR o 5005 (varios calibres)
bull En material para la instalacioacuten de un transformador-Entre estos estaacuten bases para fusibles bajantes para la conexioacuten de las fases (conductor AISLADO cable de potencia 600V Cu THHN 10 AWG) pararrayo vaacutelvula clase distribucioacuten 10kA-18kV conductor para puesta a tierra (Cu tipo DESNUDO calibre 2 AWG) conector de liacutenea energizada 10 conectores perno hendido otros
bull Otro punto ajeno a la inversioacuten de materiales pero no menos importante es el aspecto teacutecnico y humano que deben tener los trabajadores que efectuacutean las tares de mantenimiento y correccioacuten de las fallas para restablecer el servicio de energiacutea eleacutectrica
Esto involucra tener dentro del personal de mantenimiento de la Empresa Eleacutectrica a gente capaz responsable honesta y entusiasta en realizar el trabajo que estaacute bajo su cargo
6 CONCLUSIONES
bull El caacutelculo de los iacutendices globales de energiacutea o iacutendices del sistema conforme lo establecido en la Regulacioacuten Nordm 00401 del CONELEC no estaacuten dentro de los liacutemites establecidos en esta regulacioacuten para alimentadores de tipo urbano Cuyos valores superan las 5 fallas por KVA para la Frecuencia Media de Interrupcioacuten (FMIK) y de las 10 horas por KVA para el Tiempo Total de Interrupcioacuten (TTIK) Por lo tanto la Empresa Eleacutectrica Azogues NO CUMPLE con la calidad de servicio teacutecnico
bull Debido al incumpliendo en los valores
109
de los iacutendices globales el sistema refleja un incremento positivo de la Energiacutea No Suministrada a partir del sexto mes (aprox) del antildeo que esteacute vigente A partir del primer valor positivo de la ENS esta aumenta conforme pasan los meses del antildeo hasta llegar a diciembre donde termina el periacuteodo para efectuar el control del servicio teacutecnico Esto a maacutes de contribuir con la inconfiablidad del sistema representa un costo econoacutemico que la Empresa Eleacutectrica dejaraacute de percibir por energiacutea no facturada
bull La modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122 (liacuteneas transformadores y seccionadores) se la realizoacute en funcioacuten a su disponibilidad como pudieacutendose encontrar en uno de dos estados posibles completamente disponible o completamente indisponible (en falla) Las probabilidades que hicieron posible encontrar a cada elemento en uno de estos dos estados fueron definidas por las tasas de falla y reparacioacuten o como por los tiempos medios para llegar a fallar (MTTF) y los tiempos medios de reparacioacuten (MTTR)
bull La mayor cantidad de interrupciones debidas a fallas en las liacuteneas de distribucioacuten de media y baja tensioacuten se deben a la salida de una de sus fases Estas representan alrededor del 47 de las fallas totales registradas
bull La frecuencia de falla en los puntos de carga depende de la zona en la cual eacutestos se ubican entendiendo como zona lo que estaacute delimitado entre dos seccionamientos principales A su vez la frecuencia de fallas es variable en los puntos de carga y proporcional a la longitud de la zona
bull La simulacioacuten de Montecarlo es un proceso iterativo en el cual se observa para un periodo de tiempo de intereacutes los estados operativos que aparecen en el circuito primario debido a los eventos aleatorios de salida y restauracioacuten de los componentes En cada estado operativo se determinan los puntos de carga afectados por la salida de un componente dado
bull El algoritmo implementado de la simulacioacuten de Montecarlo es aplicable para cualquier alimentador primario de la Empresa Eleacutectrica Azogues El uacutenico cambio que
se debe efectuar es en la base de datos que contiene a todos los elementos fallados con sus respectivos iacutendices de disponibilidad (MTTF y MTTR)
bull La teacutecnica desarrollada es tambieacuten aplicable a cualquier sistema de distribucioacuten volviendo a insistir que es necesario partir de una base de datos actualizada
bull Se pueden obtener diferentes escenarios de la disponibilidad de los componentes del sistema y de los iacutendices que controlan la Calidad del Servicio Teacutecnico al ejecutar el programa de simulacioacuten con (nuacutemero de iteraciones) mayor a 1
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
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[7] WIKIPEDIA ldquoDistribucioacuten de probabilidadrdquo lt h t t p e s w i k i p e d i a o r g w i k i
DistribuciC3B3n_de_probabilidadgt (16-oct-10)
[8] PROF ING L R CARLOS Anexo 3 ldquoColas Estadiacutesticardquo (16-oct-10)
110
[9] ldquoDistribucioacuten exponencialrdquo lthttpwwwuvesceacesbasemodelos20
de20probabilidadexponencialhtmgt (16-oct-10)
[10] PAPOULIS PILLAI ldquoDistribucioacuten exponencialrdquo
lt h t t p e s w i k i p e d i a o r g w i k i DistribuciC3B3n_de_Weibullgt (17-oct-10)
[11] PROF BERMUacuteDEZ JUAN ldquoConceptos Baacutesicos de Confiabilidadrdquo
[12] CONELEC ldquoRegulacioacuten NordmCONELEC-00401 CALIDAD DEL SERVICIO ELEacuteCTRICO DE DISTRIBUCIOacuteNrdquo p 10-16 p 21-23 lthttpwwwconelecgovecgt (17-oct-10)
[13] CAZCO C EDUARDO Curso ARIAE Regulacioacuten Energeacutetica ldquoCalidad del sistemas suministro y serviciordquo Noviembre 2003 (31-0ct-2010)
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[16] COMISION NACIONAL DE ENERGIA Elaboracioacuten de Normas Teacutecnicas Complementarias al Reglamento de la Ley General de Servicios Eleacutectricos Parte I ldquoIacutendices de Continuidad de Suministrordquo Artiacuteculo 246deg del D S 32797 (17-oct-10)
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[18] LEY ORGANICA DE DEFENSA DEL CONSUMIDOR Registro Oficial No 116 Lunes 10 de julio de 2000 p 28-31 lthttpwwwconelecgovecgt (31-oct-10)
[19] PROF BERMUacuteDEZ JUAN ldquoProcesos Markovianosrdquo
[20] PENtildeA SAacuteNCHEZ DE RIVERA DANIEL ldquoMeacutetodo de Montecarlordquo Madrid 2001 lthttpeswikipediaorgwikiMC3A9todo_de_Montecarlogt (26-oct-10)
[21] ZAPATA CARLOS J PINtildeEROS LUIS C CASTANtildeO DIEGO A ldquoEl meacutetodo de Simulacioacuten de Montecarlo en Estudios de Confiabilidad de Sistemas de Distribucioacuten de Energiacutea Eleacutectrica
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[22] PROF BERMUacuteDEZ JUAN ldquoSimulaciones de Montecarlordquo
[23] SCIENTIA ET TECHNICA ldquoEl meacutetodo de simulacioacuten de Montecarlo en estudios de confiabilidad de sistemas de distribucioacuten de energiacutea eleacutectricardquo Mayo 2004
[24] ARRAIGADA M ALDO G ldquoEvaluacioacuten de Confiabilidad de Sistemas Eleacutectricos de Distribucioacutenrdquo Pontificia Universidad Catoacutelica de Chile Santiago 1994
[25] SALINAS C ARTURO ldquoManual MATLAB y enlace a Excelrdquo lthttpwwwslidesharenetarturosalinasexcel-linkgt (02-nov-10)
[26] ADRIANMB Importar datos de Excel a MatLab lthttpblogmake-a-tronikcomimportar-datos-de-excel-a-matlabgt
[27] ADRIANMB Exportar datos de Matlab a Excel lthttpblogmake-a-tronikcomexportar-datos-de-matlab-a-excelgt
[28] PINtildeEROS V LUIS C Y CASTANtildeO A DIEGO A Universidad Tecnoloacutegica de Pereira ldquoEstudio de Confiabilidad del Sistema de Distribucioacuten de Pereirardquo Pereira 2003 lthttpwwwutpeduco~planeamientoprod_acatesisConfiabilidad20distribucionpdfgt
[29] Proyecto de Tesis ldquoDIAGNOacuteSTICO Y EVALUACIOacuteN DE CONFIABILIDAD DEL ALIMENTADOR 122 PARA LA EMPRESA ELEacuteCTRICA AZOGUES CA USANDO EL MEacuteTODO DE SIMULACIOacuteN DE MONTECARLOrdquo MANUEL ESCUDERO JORGE ROJAS RESOLUCION No 0765-44-2010-12-08 Universidad Politeacutecnica Salesiana Sede Cuenca Diciembre 2010
111
Jorge Luis Rojas Espinoza Nacioacute en Azogues- Ecuador en 1987 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Manuel Alejandro Escudero Astudillo- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1988 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Flavio Alfredo Quizhpi Palomeque- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1969 Recibioacute el Tiacutetulo de Ingeniero Electroacutenico en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 2003 Licenciado en Ciencias de la Educacioacuten en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 1999
Especialista en Educacioacuten Superior en la Universidad del Azuay en el 2002 Actualmente cursando el programa Doctoral en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad Simoacuten Boliacutevar de Venezuela Dedicado al aacuterea de investigacioacuten de los Sistemas Eleacutectricos de Potencia Confiabilidad FACTs e Inversores Multinivel
107
Paso 3 El elemento con menor tiempo para falla se considera que estaacute en el estado indisponible
Paso 4 Generar otro nuacutemero aleatorio uniforme y convertirlo en un tiempo para restauracioacuten utilizando la correspondiente distribucioacuten de probabilidad del componente
Paso 5 El tiempo acumulado de operacioacuten del sistema durante la iteracioacuten es
tsistema = tsistema + tfalla + treparacioacuten
ti = ti + tto + ttr
Paso 6 Determinar los puntos de carga afectados por la salida del elemento Para cada punto de carga afectado se registra
nki = nki+ 1tdki = tdki + ttr
Paso 7 Si ti lt T se retorna hacia el Paso 2
Paso 8 Calcular para cada punto de carga k los iacutendices de confiabilidad en la iteracioacuten i
Tasa de fallas [Fallasantildeo]
λki = nki ti
Tiempo medio de reparacioacuten [Horasfalla]
rki = tdki 8760nki
Indisponibilidad [Horasantildeo]
Uki = tdki 8760ti
Paso 9 Si i lt N retornar al Paso 1
Paso 10 Finalizacioacuten
42 Estructura general de la simulacioacuten
INICIO
BASE DE DATOS
Enviacuteo de Datos
Ingreso de Paraacutemetros(T N KVA_instalado y ETF)
i = i + 1
Limpieza de Variables
Generacioacuten de Variables Aleatorias
Buacutesqueda del Elemento Afectado(Transformador Seccionador
Liacutenea Principal Lateral o Liacutenea MT SN)
Probabilidad delTipo de Fallamonofaacutesica
bifaacutesica otrifaacutesica
Acumulacioacuten de(1) Potencia Desconectada (KVA_fuera_servicio)
(2) Tiempo de Operacioacuten del Sistema (ti = ti+tto+ttr)(3) nki y tdki para cada Punto de Carga afectado
Convergenciati gt T
Para cada Punto de Carga secaacutelcula los iacutendiceslambdaki rki y Uki
Ingreso del Nuacutemero de Iteracioacuten (m)de la que se requiere extraer los resultados
FIN
Nordm FALLASFMIKTTIK
KVA_DESCONECTADOENS
NO
NOi lt N
SI
SI
(tto y ttr)
EXCEL MATLAB
(Montecarloxlsx)
Recibir los resultadosMATLAB EXCEL
Figura 13 Diagrama de Flujo de la Simulacioacuten de Montecarlo
108
43 Resultados obtenidos de la simulacioacuten
Una vez enviados todas las matrices de la base de datos hacia MATLAB se ejecuta la simulacioacuten ingresando los paraacutemetros mencionados con anterioridad Dentro del algoritmo se crean nuevas variables la cuales iraacuten recibiendo guardando y acumulando los valores de cada iacutendice deseado a calcular
Finalizada la simulacioacuten se enviacutean los resultados obtenidos al archivo rdquo a la pestantildea en la cual se muestra una siacutentesis de los valores de mayor importancia de la simulacioacuten
Cabe recalcar que al inicio de la simulacioacuten se pide el ingreso del nuacutemero de iteraciones () que se desea se ejecute y culminada la misma se pide en cambio el nuacutemero de la iteracioacuten de la cual se quiere observar o extraer los resultados
5 ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
Para hallar los puntos de mayor impacto del alimentador esto es transformadores seccionadores o liacuteneas de distribucioacuten con nuacutemero de desconexiones considerables utilizamos los resultados obtenidos de la evaluacioacuten del sistema donde se presentaron los sectores criacuteticos
A partir de estos sectores se filtroacute los componentes con tasa de fallas mayores a 4 FALLASANtildeO ya que se consideroacute un valor sensato como margen de desconexioacuten de un componente del alimentador dado la gran cantidad de componentes que posee
51 Sectores criacuteticos del Alimentador 122
Los sectores criacuteticos dentro de la zona 1 corresponden a las parroquias de Borrero Javier Loyola El Carmen San Miguel de Porotos y sus comunidades
En la zona 2 los sectores criacuteticos son la parroquia de Luis Cordero y sus comunidades Zhapacal y los barrios El Calvario y Zhirincay
En la zona 4 los sectores criacuteticos son la parroquia Bayas en las comunidades de OpparPaccha Leonaacuten y Guazhuacuten
Finalmente en la zona 5 el sector criacutetico es Uchupucuacuten
52 Puntos de inversioacuten para el sistema
En funcioacuten del anaacutelisis y evaluacioacuten efectuada para el alimentador en estudio y conociendo las causas maacutes comunes de las interrupciones del servicio de energiacutea eleacutectrica se presenta a continuacioacuten un listado de los puntos maacutes criacuteticos sujetos a inversioacuten
bull En material de la red de baja tensioacuten (BT)-Dentro de estos se involucran aisladores tipo rollo clase ANSI 53-2 bastidores (varias viacuteas) abrazaderas pequentildeas 5rdquo-6rdquo y grandes 6rdquo-7rdquo dobles y simples retenciones preformadas (para varios calibres) conectores tipo perno hendido Cu-Al 20 AWG y terminal recto CuAl 250 MCM NEMA 1 conductor desnudo cableado Al ACSR o 5005 (varios calibres)
bull En material para la instalacioacuten de un transformador-Entre estos estaacuten bases para fusibles bajantes para la conexioacuten de las fases (conductor AISLADO cable de potencia 600V Cu THHN 10 AWG) pararrayo vaacutelvula clase distribucioacuten 10kA-18kV conductor para puesta a tierra (Cu tipo DESNUDO calibre 2 AWG) conector de liacutenea energizada 10 conectores perno hendido otros
bull Otro punto ajeno a la inversioacuten de materiales pero no menos importante es el aspecto teacutecnico y humano que deben tener los trabajadores que efectuacutean las tares de mantenimiento y correccioacuten de las fallas para restablecer el servicio de energiacutea eleacutectrica
Esto involucra tener dentro del personal de mantenimiento de la Empresa Eleacutectrica a gente capaz responsable honesta y entusiasta en realizar el trabajo que estaacute bajo su cargo
6 CONCLUSIONES
bull El caacutelculo de los iacutendices globales de energiacutea o iacutendices del sistema conforme lo establecido en la Regulacioacuten Nordm 00401 del CONELEC no estaacuten dentro de los liacutemites establecidos en esta regulacioacuten para alimentadores de tipo urbano Cuyos valores superan las 5 fallas por KVA para la Frecuencia Media de Interrupcioacuten (FMIK) y de las 10 horas por KVA para el Tiempo Total de Interrupcioacuten (TTIK) Por lo tanto la Empresa Eleacutectrica Azogues NO CUMPLE con la calidad de servicio teacutecnico
bull Debido al incumpliendo en los valores
109
de los iacutendices globales el sistema refleja un incremento positivo de la Energiacutea No Suministrada a partir del sexto mes (aprox) del antildeo que esteacute vigente A partir del primer valor positivo de la ENS esta aumenta conforme pasan los meses del antildeo hasta llegar a diciembre donde termina el periacuteodo para efectuar el control del servicio teacutecnico Esto a maacutes de contribuir con la inconfiablidad del sistema representa un costo econoacutemico que la Empresa Eleacutectrica dejaraacute de percibir por energiacutea no facturada
bull La modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122 (liacuteneas transformadores y seccionadores) se la realizoacute en funcioacuten a su disponibilidad como pudieacutendose encontrar en uno de dos estados posibles completamente disponible o completamente indisponible (en falla) Las probabilidades que hicieron posible encontrar a cada elemento en uno de estos dos estados fueron definidas por las tasas de falla y reparacioacuten o como por los tiempos medios para llegar a fallar (MTTF) y los tiempos medios de reparacioacuten (MTTR)
bull La mayor cantidad de interrupciones debidas a fallas en las liacuteneas de distribucioacuten de media y baja tensioacuten se deben a la salida de una de sus fases Estas representan alrededor del 47 de las fallas totales registradas
bull La frecuencia de falla en los puntos de carga depende de la zona en la cual eacutestos se ubican entendiendo como zona lo que estaacute delimitado entre dos seccionamientos principales A su vez la frecuencia de fallas es variable en los puntos de carga y proporcional a la longitud de la zona
bull La simulacioacuten de Montecarlo es un proceso iterativo en el cual se observa para un periodo de tiempo de intereacutes los estados operativos que aparecen en el circuito primario debido a los eventos aleatorios de salida y restauracioacuten de los componentes En cada estado operativo se determinan los puntos de carga afectados por la salida de un componente dado
bull El algoritmo implementado de la simulacioacuten de Montecarlo es aplicable para cualquier alimentador primario de la Empresa Eleacutectrica Azogues El uacutenico cambio que
se debe efectuar es en la base de datos que contiene a todos los elementos fallados con sus respectivos iacutendices de disponibilidad (MTTF y MTTR)
bull La teacutecnica desarrollada es tambieacuten aplicable a cualquier sistema de distribucioacuten volviendo a insistir que es necesario partir de una base de datos actualizada
bull Se pueden obtener diferentes escenarios de la disponibilidad de los componentes del sistema y de los iacutendices que controlan la Calidad del Servicio Teacutecnico al ejecutar el programa de simulacioacuten con (nuacutemero de iteraciones) mayor a 1
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
[1] UNIVERSIDAD DE CHILE Programa de Investigaciones en Energiacutea ldquoConfiabilidad de sistemas eleacutectricosrdquo Santiago Junio 1999
lthttpwwwpriencldocumentosproyectos_procobreConfiabilidad_en_sistemas_electricospdfgt (16-oct-10)
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[5] BADII MH Y CASTILLO J ldquoDistribuciones probabiliacutesticas de uso comuacutenrdquo lthttpwwwspentamexicoorgrevistavolumen4numero113204(1)20149-178pdfgt (16-oct-10)
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110
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[10] PAPOULIS PILLAI ldquoDistribucioacuten exponencialrdquo
lt h t t p e s w i k i p e d i a o r g w i k i DistribuciC3B3n_de_Weibullgt (17-oct-10)
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Jorge Luis Rojas Espinoza Nacioacute en Azogues- Ecuador en 1987 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Manuel Alejandro Escudero Astudillo- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1988 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Flavio Alfredo Quizhpi Palomeque- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1969 Recibioacute el Tiacutetulo de Ingeniero Electroacutenico en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 2003 Licenciado en Ciencias de la Educacioacuten en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 1999
Especialista en Educacioacuten Superior en la Universidad del Azuay en el 2002 Actualmente cursando el programa Doctoral en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad Simoacuten Boliacutevar de Venezuela Dedicado al aacuterea de investigacioacuten de los Sistemas Eleacutectricos de Potencia Confiabilidad FACTs e Inversores Multinivel
108
43 Resultados obtenidos de la simulacioacuten
Una vez enviados todas las matrices de la base de datos hacia MATLAB se ejecuta la simulacioacuten ingresando los paraacutemetros mencionados con anterioridad Dentro del algoritmo se crean nuevas variables la cuales iraacuten recibiendo guardando y acumulando los valores de cada iacutendice deseado a calcular
Finalizada la simulacioacuten se enviacutean los resultados obtenidos al archivo rdquo a la pestantildea en la cual se muestra una siacutentesis de los valores de mayor importancia de la simulacioacuten
Cabe recalcar que al inicio de la simulacioacuten se pide el ingreso del nuacutemero de iteraciones () que se desea se ejecute y culminada la misma se pide en cambio el nuacutemero de la iteracioacuten de la cual se quiere observar o extraer los resultados
5 ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
Para hallar los puntos de mayor impacto del alimentador esto es transformadores seccionadores o liacuteneas de distribucioacuten con nuacutemero de desconexiones considerables utilizamos los resultados obtenidos de la evaluacioacuten del sistema donde se presentaron los sectores criacuteticos
A partir de estos sectores se filtroacute los componentes con tasa de fallas mayores a 4 FALLASANtildeO ya que se consideroacute un valor sensato como margen de desconexioacuten de un componente del alimentador dado la gran cantidad de componentes que posee
51 Sectores criacuteticos del Alimentador 122
Los sectores criacuteticos dentro de la zona 1 corresponden a las parroquias de Borrero Javier Loyola El Carmen San Miguel de Porotos y sus comunidades
En la zona 2 los sectores criacuteticos son la parroquia de Luis Cordero y sus comunidades Zhapacal y los barrios El Calvario y Zhirincay
En la zona 4 los sectores criacuteticos son la parroquia Bayas en las comunidades de OpparPaccha Leonaacuten y Guazhuacuten
Finalmente en la zona 5 el sector criacutetico es Uchupucuacuten
52 Puntos de inversioacuten para el sistema
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bull En material para la instalacioacuten de un transformador-Entre estos estaacuten bases para fusibles bajantes para la conexioacuten de las fases (conductor AISLADO cable de potencia 600V Cu THHN 10 AWG) pararrayo vaacutelvula clase distribucioacuten 10kA-18kV conductor para puesta a tierra (Cu tipo DESNUDO calibre 2 AWG) conector de liacutenea energizada 10 conectores perno hendido otros
bull Otro punto ajeno a la inversioacuten de materiales pero no menos importante es el aspecto teacutecnico y humano que deben tener los trabajadores que efectuacutean las tares de mantenimiento y correccioacuten de las fallas para restablecer el servicio de energiacutea eleacutectrica
Esto involucra tener dentro del personal de mantenimiento de la Empresa Eleacutectrica a gente capaz responsable honesta y entusiasta en realizar el trabajo que estaacute bajo su cargo
6 CONCLUSIONES
bull El caacutelculo de los iacutendices globales de energiacutea o iacutendices del sistema conforme lo establecido en la Regulacioacuten Nordm 00401 del CONELEC no estaacuten dentro de los liacutemites establecidos en esta regulacioacuten para alimentadores de tipo urbano Cuyos valores superan las 5 fallas por KVA para la Frecuencia Media de Interrupcioacuten (FMIK) y de las 10 horas por KVA para el Tiempo Total de Interrupcioacuten (TTIK) Por lo tanto la Empresa Eleacutectrica Azogues NO CUMPLE con la calidad de servicio teacutecnico
bull Debido al incumpliendo en los valores
109
de los iacutendices globales el sistema refleja un incremento positivo de la Energiacutea No Suministrada a partir del sexto mes (aprox) del antildeo que esteacute vigente A partir del primer valor positivo de la ENS esta aumenta conforme pasan los meses del antildeo hasta llegar a diciembre donde termina el periacuteodo para efectuar el control del servicio teacutecnico Esto a maacutes de contribuir con la inconfiablidad del sistema representa un costo econoacutemico que la Empresa Eleacutectrica dejaraacute de percibir por energiacutea no facturada
bull La modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122 (liacuteneas transformadores y seccionadores) se la realizoacute en funcioacuten a su disponibilidad como pudieacutendose encontrar en uno de dos estados posibles completamente disponible o completamente indisponible (en falla) Las probabilidades que hicieron posible encontrar a cada elemento en uno de estos dos estados fueron definidas por las tasas de falla y reparacioacuten o como por los tiempos medios para llegar a fallar (MTTF) y los tiempos medios de reparacioacuten (MTTR)
bull La mayor cantidad de interrupciones debidas a fallas en las liacuteneas de distribucioacuten de media y baja tensioacuten se deben a la salida de una de sus fases Estas representan alrededor del 47 de las fallas totales registradas
bull La frecuencia de falla en los puntos de carga depende de la zona en la cual eacutestos se ubican entendiendo como zona lo que estaacute delimitado entre dos seccionamientos principales A su vez la frecuencia de fallas es variable en los puntos de carga y proporcional a la longitud de la zona
bull La simulacioacuten de Montecarlo es un proceso iterativo en el cual se observa para un periodo de tiempo de intereacutes los estados operativos que aparecen en el circuito primario debido a los eventos aleatorios de salida y restauracioacuten de los componentes En cada estado operativo se determinan los puntos de carga afectados por la salida de un componente dado
bull El algoritmo implementado de la simulacioacuten de Montecarlo es aplicable para cualquier alimentador primario de la Empresa Eleacutectrica Azogues El uacutenico cambio que
se debe efectuar es en la base de datos que contiene a todos los elementos fallados con sus respectivos iacutendices de disponibilidad (MTTF y MTTR)
bull La teacutecnica desarrollada es tambieacuten aplicable a cualquier sistema de distribucioacuten volviendo a insistir que es necesario partir de una base de datos actualizada
bull Se pueden obtener diferentes escenarios de la disponibilidad de los componentes del sistema y de los iacutendices que controlan la Calidad del Servicio Teacutecnico al ejecutar el programa de simulacioacuten con (nuacutemero de iteraciones) mayor a 1
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[21] ZAPATA CARLOS J PINtildeEROS LUIS C CASTANtildeO DIEGO A ldquoEl meacutetodo de Simulacioacuten de Montecarlo en Estudios de Confiabilidad de Sistemas de Distribucioacuten de Energiacutea Eleacutectrica
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[22] PROF BERMUacuteDEZ JUAN ldquoSimulaciones de Montecarlordquo
[23] SCIENTIA ET TECHNICA ldquoEl meacutetodo de simulacioacuten de Montecarlo en estudios de confiabilidad de sistemas de distribucioacuten de energiacutea eleacutectricardquo Mayo 2004
[24] ARRAIGADA M ALDO G ldquoEvaluacioacuten de Confiabilidad de Sistemas Eleacutectricos de Distribucioacutenrdquo Pontificia Universidad Catoacutelica de Chile Santiago 1994
[25] SALINAS C ARTURO ldquoManual MATLAB y enlace a Excelrdquo lthttpwwwslidesharenetarturosalinasexcel-linkgt (02-nov-10)
[26] ADRIANMB Importar datos de Excel a MatLab lthttpblogmake-a-tronikcomimportar-datos-de-excel-a-matlabgt
[27] ADRIANMB Exportar datos de Matlab a Excel lthttpblogmake-a-tronikcomexportar-datos-de-matlab-a-excelgt
[28] PINtildeEROS V LUIS C Y CASTANtildeO A DIEGO A Universidad Tecnoloacutegica de Pereira ldquoEstudio de Confiabilidad del Sistema de Distribucioacuten de Pereirardquo Pereira 2003 lthttpwwwutpeduco~planeamientoprod_acatesisConfiabilidad20distribucionpdfgt
[29] Proyecto de Tesis ldquoDIAGNOacuteSTICO Y EVALUACIOacuteN DE CONFIABILIDAD DEL ALIMENTADOR 122 PARA LA EMPRESA ELEacuteCTRICA AZOGUES CA USANDO EL MEacuteTODO DE SIMULACIOacuteN DE MONTECARLOrdquo MANUEL ESCUDERO JORGE ROJAS RESOLUCION No 0765-44-2010-12-08 Universidad Politeacutecnica Salesiana Sede Cuenca Diciembre 2010
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Jorge Luis Rojas Espinoza Nacioacute en Azogues- Ecuador en 1987 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Manuel Alejandro Escudero Astudillo- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1988 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Flavio Alfredo Quizhpi Palomeque- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1969 Recibioacute el Tiacutetulo de Ingeniero Electroacutenico en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 2003 Licenciado en Ciencias de la Educacioacuten en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 1999
Especialista en Educacioacuten Superior en la Universidad del Azuay en el 2002 Actualmente cursando el programa Doctoral en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad Simoacuten Boliacutevar de Venezuela Dedicado al aacuterea de investigacioacuten de los Sistemas Eleacutectricos de Potencia Confiabilidad FACTs e Inversores Multinivel
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de los iacutendices globales el sistema refleja un incremento positivo de la Energiacutea No Suministrada a partir del sexto mes (aprox) del antildeo que esteacute vigente A partir del primer valor positivo de la ENS esta aumenta conforme pasan los meses del antildeo hasta llegar a diciembre donde termina el periacuteodo para efectuar el control del servicio teacutecnico Esto a maacutes de contribuir con la inconfiablidad del sistema representa un costo econoacutemico que la Empresa Eleacutectrica dejaraacute de percibir por energiacutea no facturada
bull La modelacioacuten de los componentes del Alimentador 122 (liacuteneas transformadores y seccionadores) se la realizoacute en funcioacuten a su disponibilidad como pudieacutendose encontrar en uno de dos estados posibles completamente disponible o completamente indisponible (en falla) Las probabilidades que hicieron posible encontrar a cada elemento en uno de estos dos estados fueron definidas por las tasas de falla y reparacioacuten o como por los tiempos medios para llegar a fallar (MTTF) y los tiempos medios de reparacioacuten (MTTR)
bull La mayor cantidad de interrupciones debidas a fallas en las liacuteneas de distribucioacuten de media y baja tensioacuten se deben a la salida de una de sus fases Estas representan alrededor del 47 de las fallas totales registradas
bull La frecuencia de falla en los puntos de carga depende de la zona en la cual eacutestos se ubican entendiendo como zona lo que estaacute delimitado entre dos seccionamientos principales A su vez la frecuencia de fallas es variable en los puntos de carga y proporcional a la longitud de la zona
bull La simulacioacuten de Montecarlo es un proceso iterativo en el cual se observa para un periodo de tiempo de intereacutes los estados operativos que aparecen en el circuito primario debido a los eventos aleatorios de salida y restauracioacuten de los componentes En cada estado operativo se determinan los puntos de carga afectados por la salida de un componente dado
bull El algoritmo implementado de la simulacioacuten de Montecarlo es aplicable para cualquier alimentador primario de la Empresa Eleacutectrica Azogues El uacutenico cambio que
se debe efectuar es en la base de datos que contiene a todos los elementos fallados con sus respectivos iacutendices de disponibilidad (MTTF y MTTR)
bull La teacutecnica desarrollada es tambieacuten aplicable a cualquier sistema de distribucioacuten volviendo a insistir que es necesario partir de una base de datos actualizada
bull Se pueden obtener diferentes escenarios de la disponibilidad de los componentes del sistema y de los iacutendices que controlan la Calidad del Servicio Teacutecnico al ejecutar el programa de simulacioacuten con (nuacutemero de iteraciones) mayor a 1
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
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Manuel Alejandro Escudero Astudillo- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1988 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
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Manuel Alejandro Escudero Astudillo- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1988 Estudiante de la Universidad Politeacutecnica Salesiana egresado de la carrera de Ingenieriacutea Eleacutectrica Lectivo marzo ndash julio de 2010 Trabajo de Tesis previo a la obtencioacuten del Tiacutetulo de Ingeniero Eleacutectrico
Flavio Alfredo Quizhpi Palomeque- Nacioacute en Cuenca-Ecuador en 1969 Recibioacute el Tiacutetulo de Ingeniero Electroacutenico en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 2003 Licenciado en Ciencias de la Educacioacuten en la Universidad Politeacutecnica Salesiana en el 1999
Especialista en Educacioacuten Superior en la Universidad del Azuay en el 2002 Actualmente cursando el programa Doctoral en Ingenieriacutea Eleacutectrica en la Universidad Simoacuten Boliacutevar de Venezuela Dedicado al aacuterea de investigacioacuten de los Sistemas Eleacutectricos de Potencia Confiabilidad FACTs e Inversores Multinivel
