Una instalación industrial, un hospital o un centro de datos puede estar muy bien dimensionado en cada uno de sus aparatos y, sin embargo, parar entera porque tiene un único camino de alimentación. La arquitectura de la distribución (cómo se conectan acometida, transformadores, barras y cargas) decide cuánto se parará y cuánto costará. Elegirla es una decisión de ingeniería económica: se compara el coste de la redundancia con el coste de las horas sin servicio.
Las arquitecturas básicas
Radial simple
Una acometida, un transformador, un cuadro general y las salidas. Es la más barata y sencilla de explotar y de proteger. Su debilidad: cualquier fallo en serie (la línea, el transformador, el interruptor general, las barras) deja toda la instalación sin servicio hasta que se repara.
Doble acometida (dos líneas, un transformador)
Dos líneas de media tensión alimentan el mismo centro de transformación, con una conmutación entre ellas (manual o automática, véase transferencia automática). Cubre los fallos de la línea (el elemento más expuesto: cables dañados, líneas aéreas con tormentas) pero no los del transformador ni los de las barras.
Doble acometida con transformadores duplicados (doble derivación)
Dos líneas y dos transformadores, cada uno alimentando una semibarra, unidas por un acoplamiento normalmente abierto: si falla una línea o un transformador, se cierra el acoplamiento y toda la carga pasa a la mitad sana. Es la arquitectura habitual en industria exigente y en edificios importantes. Cada transformador debe poder asumir toda la carga (o la parte esencial).
Anillo
Una línea de media tensión que forma un lazo que sale y vuelve a la subestación, con los centros de transformación conectados en serie. Se explota abierto en un punto, de modo que ante una falta se puede abrir la línea averiada y alimentar los centros desde el otro lado. Es la arquitectura típica de las redes de distribución urbanas. Se protege con relés direccionales o de distancia o con seccionamiento manual.
Con generación propia
Cualquiera de las anteriores se puede reforzar con grupos electrógenos y SAI para cargas críticas.
Disponibilidad: serie y paralelo
La disponibilidad A de un componente es la fracción de tiempo que está en servicio; la indisponibilidad es U = 1 − A. Para varios componentes:
- En serie (todos deben funcionar): se multiplican las disponibilidades.
A_serie = A₁ · A₂ · A₃
- En paralelo (basta uno): se multiplican las indisponibilidades.
A_paralelo = 1 − (1 − A₁) · (1 − A₂)
Ejemplo
Datos ilustrativos: línea de media tensión A = 99,8 %, transformador A = 99,95 %, barras y aparamenta de baja tensión A = 99,95 %.
Radial (los tres en serie):
A = 0,998 · 0,9995 · 0,9995 = 0,99700
Indisponibilidad: 0,003 · 8.760 h ≈ 26 h/año.
Doble acometida (dos líneas en paralelo):
A_líneas = 1 − 0,002² = 0,999996
A = 0,999996 · 0,9995 · 0,9995 = 0,99900 → ≈ 8,8 h/año
Doble acometida y doble transformador:
A_trafos = 1 − 0,0005² = 0,99999975
A = 0,999996 · 0,99999975 · 0,9995 = 0,99950 → ≈ 4,4 h/año
Ahora manda el eslabón común que queda: las barras de baja tensión. Con barras partidas y todo duplicado, las horas bajan a menos de 0,1 h/año (a costa de un coste mucho mayor).
Cómo decidir
- Coste de una hora de parada: pérdida de producción, mercancía deteriorada, penalizaciones, riesgo para las personas. Un centro de datos o un hospital tienen un coste muy alto; una nave de almacén, bajo.
- Horas que se evitan: la diferencia entre las indisponibilidades de dos arquitecturas, por el coste por hora, da el ahorro anual que justifica la inversión.
- Coste de la redundancia: transformadores, celdas, cables, espacio y mantenimiento.
- Posibilidad de mantenimiento sin cortes: con una sola ruta, cualquier mantenimiento exige parada programada; con redundancia, se puede hacer en servicio.
- Complejidad de explotación y de protecciones: más redundancia significa más lógica de conmutación y más posibilidades de fallos de la propia conmutación, que hay que probar.
Errores frecuentes
- Duplicar el transformador y olvidar que las barras son comunes.
- Duplicar las acometidas con un único origen (las dos líneas salen de la misma subestación, o van por la misma zanja): el fallo es de causa común.
- Dimensionar cada rama para la mitad de la carga: tras un fallo, la otra rama se sobrecarga. Cada rama debe asumir toda la carga esencial.
- No probar la conmutación y el reparto: la redundancia que nunca se ha ensayado no es fiable.
- Despreciar el tiempo de reparación: la disponibilidad depende también de cuánto se tarda en reparar (véase fiabilidad y RCM).
Resumen
- La arquitectura determina las horas de parada: radial (barata, frágil), doble acometida, doble derivación, anillo.
- En serie se multiplican las disponibilidades; en paralelo se multiplican las indisponibilidades.
- Siempre queda un eslabón común que limita la mejora.
- Decide el coste de una hora de parada frente al coste de la redundancia.
Contenido orientativo: las disponibilidades del ejemplo son ilustrativas; en un estudio real se toman de datos de fallo de los equipos y de la red.