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Uma simples pergunta:
A instalação têm a energia elétrica como um insumo fundamental para seu funcionamento?
Se a resposta for sim:
Não importa se a instalação é de alta, média ou baixa tensão.
Não Importa se a demanda de EE é alta ou baixa.
O SEP vs Missão Crítica
Se essa condição de insumo vital para o processo produtivo for uma premissa, o SEP merece um estudo mais aprofundado no que diz respeito à previsão de falhas.
Falhas aleatórias devem ser previstas e contrabalançadas de modo que os possíveis prejuízos, não só aos equipamentos, mas também a produção seja minimizada
O SEP vs Missão Crítica
O que se espera de um SEP para Missões Críticas?
Operação Contínua
Operação Satisfatória
O SEP vs Missão Crítica
Risco
Eficiência
Ou seja: baixo risco e alta eficiência
O Risco
Na fase de projeto podem-se definir configurações operacionais mais adequadas para implantação
Na fase operacional podem-se definir estratégias de mudanças mais adequadas ao tipo de instalação existente.
Como quantificar o Risco? Como comparar alternativas, configurações, equipamentos, etc?
A Norma IEEE 493
IEEE 493 IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems
Define uma metodologia a ser aplicada nesta análise:
O cálculo propriamente dito
E a base de dados de falhas de equipa-mentos
Bibliografia [1] IEEE 493-2007 Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial
Power Systems
[2] IEEE Industry Applications Magazine – Vol 14 – nº 5 – Understanding the basic concepts of
five 9s – Robert G. Arno, Peter Gross and Robert Schuerger
[3] IEEE Industry Applications Magazine – Vol 14 – nº 5 – Minimizing the impact of black hours –
Charles J. Mozina
[4] IEEE Industry Applications Magazine – Vol 15 – nº 5 – Causal analysis of distribution system
reliability performance – Ali Asraf Chowdbury and Don O. Koval
[5] IEEE Industry Applications Magazine – Vol 15 – nº 5 – Operational and maintenance data
collection for determining site reliability or availability – Peyton S. Hale Jr and Robert G.
Arno
[6] IEEE Industry Applications Magazine – Vol 17 – nº 1 – NEC Article 708 – Risk analysis for
critical operations power systems – Robert G. Arno, Evangelos Stoyas and Robert
Schuerger
[7] IEEE Transactions on Industry Applications, Vol 40, Nº 3, Reliability Block Diagram
Simulation Techniques Applied to the IEEE Std. 493 Standard Network - Wendai Wang,
James M. Loman, Member, IEEE, Robert G. Arno, Pantelis Vassiliou, Edward R. Furlong,
and Doug Ogden
[8] Reliability Evaluation of Power Systems – Roy Billiton and Ronald N. Allan
Conceitos Básicos
Confiabilidade
Pode ser descrita como a probabilidade de um sistema ou equipamento cumprir, sem falhas, uma missão com uma duração determinada definindo:
Métodos, Critérios e Estratégias
Nas fases de:
Concepção, Projeto, Implantação, Operação, Manutenção e Distribuição
de EE de modo a se garantir o máximo de:
Eficiência, Segurança, Economia e Continuidade de Fornecimento.
Confiabilidade
Métodos
Critérios
Estratégias
Concepção,
Projeto,
Implantação,
Operação,
Manutenção e
Distribuição
Eficiência,
Segurança,
Economia e
Continuidade
de
Fornecimento
Conceitos Básicos
Confiabilidade
Estabelece as leis estatísticas da ocorrência de falhas nos dispositivos e nos sistemas;
Estabelece estratégias que permitam alterar os dispositivos e sistemas visando à melhoria dos índices quantitativos e qualitativos relativos às falhas.
Conceitos Básicos
Conceitos normalmente associados à Confiabilidade:
MTBF – Mean Time Between Failures
MTTR - Mean Time To Repair
Mantenabilidade
Configuração (ou topologia) do sistema;
Comportamento do sistema
Confiabilidade
Disponibilidade
Conceitos Básicos
MTBF – Mean Time Between Failures (tempo médio entre falhas) - Tempo médio de funcionamento de certo equipamento (reparável) entre duas falhas seguidas.
MTTR – Mean Time To Repair (tempo médio para reparo) - Tempo médio de reparo de um determinado equipamento.
Para um equipamento novo, devem ser fornecidos pelo fabricante e para equipamentos usados, utilizamos como base os índices sugeridos no IEEE Reliability Book.
Conceitos Básicos
Disponibilidade – calculada com base na taxa de falhas por ano e no tempo de serviço esperado
𝑫 = 𝟏 −𝑴𝑻𝑩𝑭 ∗ 𝑴𝑻𝑻𝑹
𝒕
Conceitos Básicos
Confiabilidade – calculada com base na taxa de falhas por ano e no tempo de serviço esperado
𝐶 = 𝑒−𝜆𝑡 Onde:
C é a confiabilidade;
λ é a taxa de falhas por ano;
t é o número de anos considerado.
“Metodologia Lambda-Tau”
Representação simplificada: RBD (Reliability Block Diagram)
Define valores para um sistema reparável a partir das taxas de falha “λ” (Lambda) e dos tempos de reparo “τ” (Tau).
A ferramenta RBD utilizada, de modo que o SEP seja encarado como uma “árvore de falhas” : Power Factory – Digsilent - Alemanha,
Correlaciona um determinado efeito com suas possíveis causas, obedecendo a simplificações de correlação de taxas de falhas e tempos de reparo conforme dependência e independência.
Metodologia da IEEE 493
Os índices calculados e usados como critério de comparação são:
Confiabilidade - %
Disponibilidade - %
Metodologia da IEEE 493
Consideramos ainda:
Todos os valores de taxa de falha e tempo de reparo dos equipamentos do sistema necessários para os cálculos foram retirados da norma IEEE 493;
As UPS’s consideradas como novas;
A concessionária foi considerada como fonte de alimentação com falha média de 15 vezes ao ano com duração de 1 hora por falha;
O sistema considerado inicia-se no ponto de entrega de energia da concessionária e vai até a carga considerada de missão crítica dentro do CPD.
Metodologia da IEEE 493
DADOS IEEE 493
Equipamento
MTBF (Mean Time
Between Failure)
Falhas por unidade-
ano
MTTR (Mean Time To
Repair) Horas
Seccionadora MT 0,0061 1,6 h
Disjuntor MT 0,0176 10,6 h
Barramento 0,0009585 /metro 17,3 h
Gerador 0,1691 32,7 h
Disjuntor BT 0,0042 4,7 h
Cabo BT 0,00001273 /metro 15 h
Transformador <
10MVA 0,0059 297,4 h
Dados da IEEE 493
Topologia do SEP – Alternativa 1
Três configurações para cálculo:
Concessionária
Concessionária + Geração
Concessionária + Geração + UPS
Resultados - Alt 1
Local Falha / Ano 1 ano 5 anos 10 anos
Concessionária 15 0,00% 0,00% 0,00%
Concessionária
+ Geração15,1393 0,00% 0,00% 0,00%
UPS 0,02248 97,78% 89,37% 79,87%
CONFIABILIDADE
Resultados - Alt 1
Local Falha/AnoMTTR
(horas)Disponibilidade
Disponibilidade
em Horas
Tempo de
Desligamento
Concessionária 15,00000 1,000000 99,8291% 8.745,03 h 898,46 min
Concessionária
+ Geração15,13930 0,026830 99,9954% 8.759,59 h 24,37 min
UPS 0,02248 2,034550 99,9995% 8.759,95 h 2,74 min
DISPONIBILIDADE
Resultados - Alt 1
99,8291%
99,9954% 99,9995%
99,8000%
99,8500%
99,9000%
99,9500%
100,0000%
Concessionária Concessionária +Geração
Concessionária +Geração + UPS
Disponibilidade
Resultados - Alt 1
898,46
24,37 2,74 0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
800,0
900,0
1.000,0
Concessionária Concessionária + Geração Concessionária + Geração +UPS
Tempo de Desligamento - minutos
Resultados - Alt 1
Topologia do SEP – Alternativa 2
Resultados - Alt 2
Local Falha / Ano 1 ano 5 anos 10 anos
Concessionária 15 0,00% 0,00% 0,00%
Concessionária
+ Geração15,1393 0,00% 0,00% 0,00%
2 UPS + Carga
Dual0,01362 98,65% 93,41% 87,26%
CONFIABILIDADE
Resultados - Alt 2
Local Falha/AnoMTTR
(horas)Disponibilidade
Disponibilidade
em Horas
Tempo de
Desligamento
Concessionária 15,00000 1,000000 99,8291% 8.745,03 898,46
Concessionária
+ Geração15,13930 0,026830 99,9954% 8.759,59 24,37
2 UPS + Barra
Dual0,01362 2,034550 99,9997% 8.759,97 1,66
DISPONIBILIDADE
Resultados - Alt 2
Resultados - Alt 2
Resultados - Alt 2
Confiabilidade
Alt 1 vs Alt 2
Disponibilidade
Alt 1 vs Alt 2
Alt 1 vs Alt 2
Confiabilidade
Perdas
Perdas kW Qt hs R$/KWh kWh por ano R$ por ano
Alt 1 69 24 0,329 604.440 198.860,76
Alt 2 50 24 0,329 438.000 144.102,00
Δ% 27,5%
Custo em 10 anos
Investimento Perdas Interrupção TOTAL
Alt 1 2.429.017 1.988.608 6.850.000 11.267.625
Alt 2 4.858.035 1.441.020 4.150.000 10.449.055
10 anos
Conclusões
O uso da norma IEEE 493 para a análise de SEP em instalações de Missão Crítica, nos dá uma base única de cálculo que permite a comparação entre diferentes configurações e condições operativas.
Em empresas com múltiplas instalações, a norma IEEE 493 pode ser usada como ferramenta de gestão para a tomada de decisões de investimentos como mostrado no exemplo acima, onde o ganho em tempo adicional de operação pode ser comparado ao investimento necessário.
O simples aumento da complexidade da instalação, novos geradores, alimentação cruzada, UPSs em paralelo, etc, devem ser cuidadosamente estudados, pois nem sempre se refletem em ganhos para a carga crítica.
Em estudos mais elaborados, podemos levar em conta a integração do sistema elétrico com o sistema de ar condicionado.
SEP & Ar Condicionado
Voltage Levels
20,4 kV
0,38 kV
0,22 kV
0,208 kV
PowerFactory 14.1.3
Itaú Unibanco S.A.
Itaú Mantest Engenharia Elétrica
Estudo de Curto-Circuito, Seletividade e Proteção
Project:
Graphic: Diagrama
Date: 10/3/2013
Annex: 01
Nodes Branches
PDTRAFO
PDNB-3 - 1x36kVA PDNB-2 - 2x40kVA
PNB - 1x36kVA
40kVA40kVA36kVA
PNB - 2x40kVA
PRUMADA BLOCO B 1ºSS
CT
A -
BB
IN
CÊ
ND
IO
P.G.NB. 2ºSS
COLUNA 2 COLUNA 3 COLUNA 4
Q.G.EM.-2ºSS
PDNB-4x60kVA
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BL
OC
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S
PPNB-4x60kVA
60kVA 60kVA 60kVA60kVA
Q.G.B.T.1-REDE-2ºSS
PDTRAFO
PNB - 2x36kVA
QDNB3 36KVA
PNB - 1x36kVA
PDNB-3 - 1x36kVA PDNB 2
SEC.TR-4
PRIM. TR4
QDNB 1 - 1°SS
SEC. AT-3
PRIM. AT3
QD ESTABILIZADOR 1 B
QDNB 2 - 1°SS
QD ESTABILIZADOR 2 A
QGNB 2 - 2°SS Bloco BQGNB 1 - 2°SS Bloco A
PPNB - 4x60kVA
PGNB 2ºSS
QGEM - 2ºSS
BOMBA INCÊNDIO
PDNB - 4x60kVA
CAG
PMT
REDE
QGBT 1 - REDE-2ºSS
QTA-2
GMG3QGBT 3
QGBT1 - REDE-2ºSS
PRIM. TR3
SEC. TR2
PRIM. TR2PRIM. TR1
GMG2SEC. TR1
QGBT2 - REDE-2ºSS
REDE 2AREDE1AREDE 2BREDE 1B
SEC. AT-2
PRIM. AT2
ELEV. 1 B
ALIM. P.G.NB. 2ºS..ALIM. P.G.NB. 2ºS..
ALIM
. QD
NB3 3
6K
VA
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NB3 3
6K
VA
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x36kV
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CTA BOMBA INCÊNDIO
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DIg
SIL
EN
T
PowerFactory 14.1.3
Cotepe Engenharia Elétrica Ltda.
Estudo de Confiabilidade e Disponibilidade Projac - Rede Globo
Alternativa 3
Project: PV 1817
Graphic: Globo
Date: 20/02/2011
Annex:
Nodes Branches
NB-2NB-4
NB-5NB-3NB-1
4 x Geradores 1250kVA
QGBT - TR#7QGBT - TR#1
SE - VM22SE - PL 256
CTA-2CTA-1
CAG L/G COB. VMCPP
L/G APOIO/CPP
L/G S.S. VM
QGBT - TR#10QGBT - TR#6QGBT - TR#4
SE - Apoio
QGBT - TR#9
QGBT - TR#5QGBT - TR#2 QGBT - TR#8QGBT - TR#3
TIE TR#9/TR#10TIE TR#9/TR#10TIE TR#8/TR#9TIE TR#8/TR#9TIE - TR#2/3TIE - TR#2/3
Saída CTA-2Saída CTA-2
Cabo Alim. NB-2Cabo Alim. NB-2
Cabo A
lim. N
B-4
Cabo A
lim. N
B-4
Cabo A
lim. N
B-5
Cabo A
lim. N
B-5
Cabo A
lim. N
B-3
Cabo A
lim. N
B-3
Cabo Alim. NB-1Cabo Alim. NB-1
TR
#10
TR
#10
TR
#6
TR
#6
TR
#4
TR
#4
TIE TR#5/TR#6TIE TR#5/TR#6
Circ. # 24159 (Principal)Circ. # 4427 (Reserva)
TR
#9
TR
#9
TR
#5
TR
#5
TR
#2
TR
#2
TR
#8
TR
#8
TR
#3
TR
#3
TR
#7
TR
#7
TR
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TR
#1
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Cabo CTA-1 - GCabo CTA-1 - G
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G4.
Geração NB-4Geração NB-4
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G3.
Geração NB-2Geração NB-2
G~
G2.
Geração NB-5Geração NB-5
G~
G1.
Geração NB-3Geração NB-3
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TR
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R-1
Geração NB-1Geração NB-1
G~
G4
G~
G3
G~
G2
G~
G1
Anel Apoio/VM22Anel Apoio/VM22Anel - PL256/ApoioAnel - PL256/Apoio
DIg
SIL
EN
T
