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ENVEJECIMIENTO PREMATURO BANCOS DE BATERIAS PLOMO ACIDO TIPO ABIERTAS

Pedro Jos Garca Ortiz

Ejecutor de Mantenimiento

Grupo de SPAT CTE Suroccidente

ISA-Colombia pjgarcia@isa.com.co

Categora. EQUIPOS DE ALTA TENSION Y SUBESTACIONES RESUMEN Los bancos de bateras tipo abiertas segn los fabricantes vienen diseados para una vida til de 20 aos, los cuales se logran mediante un adecuado mantenimiento, condiciones de carga y descarga especficas y temperatura ambiente a 20C. En los bancos de bateras que hay instalados en ISA Colombia se ha detectado que la vida til en la mayora no supera los 15 aos. Con las estrategias de mantenimiento se han revisado las condiciones de carga descarga, homologado las actividades y periodicidades de mantenimiento, sin embargo se ha observado que las condiciones de alta temperatura entre los 25C y los 30C se han convertido en la causa fundamental del envejecimiento prematuro de los bancos de bateras. El propsito es plantear alternativas que permitan disponer de bancos de Bateras donde se pueda controlar la temperatura ambiente de las salas utilizando aires acondicionados y a la vez aprovechando las nuevas tecnologas de los equipos cargadores evolucionar en las metodologas de mantenimiento para las bateras. PALABRAS CLAVES. Envejecimiento Bateras, Bateras VRLA, Bancos de Bateras. INTRODUCCIN Los bancos de bateras constituyen la alimentacin de respaldo para el control, las protecciones, la supervisin y el registro de fallas en las subestaciones elctricas ante ausencias de corriente alterna provenientes del sistema interconectado o de grupos electrgenos.

Los anlisis realizados en la direccin Gestin Mantenimiento (DGM), grupo evaluacin, sobre los bancos de bateras de ISA Colombia, concluyeron que se est presentando envejecimiento prematuro, con prdida de vida til, teniendo que renovar bancos de bateras entre los 10 y los 15 aos de servicio.

Confrontados los datos de mantenimiento se han descartado condiciones de carga elctrica como causal del envejecimiento prematuro, la condicin que no se ha podido controlar es la alta temperatura que se presenta en las salas de bateras. La utilizacin de bateras tipo VRLA (Valved Regulated Lead Acid battery) permite mantener condiciones de temperatura controlada en los cuartos de bateras mediante aires acondicionados y abre otras posibilidades de mantenimiento predictivo y estadstico aprovechando las tecnologas de los cargadores de tipo alta

frecuencia recomendados para estas bateras.

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1 DESCRIPCION DEL PROBLEMA

Un estudio realizado por la Direccin Gestin Mantenimiento de ISA (DGM) en el ao 2009, basado en comparar los avisos de renovacin de bateras respecto a la vida til de los equipos reemplazados mostr que de una poblacin de 54 bancos de bateras renovados, el 54% haban sido retirados de servicio con menos de 10 aos de vida til

Grafica 1. Tomado de trabajo DGM09-SAux_Mejoras Propuestas_19Nov.ppt

Por diseo las bateras tienen una vida til

esperada de hasta 20 aos, operando en

condiciones de temperatura de 20C a 25C,

manteniendo los voltajes de flotacin e igualacin

dentro de los rangos recomendados por los

fabricantes, evitando condiciones de sobrecarga,

subcarga y sobresdescarga.

Los registros tomados en mantenimiento a los

bancos de bateras en las subestaciones de ISA

Colombia han permitido concluir que las

caractersticas de voltaje, cargas y descargas

estn dentro de las recomendaciones de los

fabricantes, sin embargo la prdida de capacidad

o deformaciones fsicas en los postes, tapas de las

celdas y jarras como indicios de fin de vida til se

han evidenciado en algunos bancos de bateras a

los 10 aos de servicio.

La variable sobre la que no se ha podido hacer

gestin efectiva es el control de temperatura de los

cuartos de bateras por mltiples razones como:

temperatura ambiente de las subestaciones, la

imposibilidad de instalar aires acondicionados en

los cuartos de bateras abiertas por los riesgos de

seguridad y salud ocupacional derivados de los

ambientes cidos y explosivos que se generan con

la emisin de gases de las bateras, la poca

eficiencia de los ventiladores para controlar

temperatura en los climas clidos.

El anexo H de la Norma IEE450 muestra una

grfica con la curva de degradacin trmica de las

bateras comparando el porcentaje de vida til

respecto a la temperatura promedio de las

bateras, este soporte coadyuva a concluir el

envejecimiento prematuro por causa de alta

temperatura.

Grafica 2. Tomado de anexo H norma IEEE 450

Para este trabajo se hizo un anlisis en el presente ao, tomando la informacin de los datos de mantenimiento registrados en los documentos anexos a los equipos en SAP de los ltimos 3 aos para una poblacin de 110 bancos de bateras instalados en las subestaciones de ISA en Colombia. El anlisis muestra que el 38% de los bancos de bateras operan a temperaturas promedios entre 20C y 25C y el 35% operan en el rango entre 25C y 30C. En la grfica 1 se muestra la distribucin de la poblacin de bancos en cantidad y porcentaje respecto a la temperatura de operacin medida en los mantenimientos.

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Grafica 3. Construccin propia datos tomados de SAP

Otro anlisis muestra que de la poblacin actual de bancos de bateras el 21% tienen una antigedad entre 5 y 10 aos y el 32% tienen una antigedad entre los 10 y los 15 aos.

Grafica 4. Construccin propia datos tomados de SAP

Teniendo en cuenta las dos condiciones anteriores se puede concluir que el 35% de los bancos de bateras instalados en ISA Colombia estn en riesgo de envejecimiento prematuro por causas de temperatura.

2 SOLUCION PROPUESTA

Para las renovaciones de los bancos de bateras prximos a adquirir por los proyectos de

renovacin de subestaciones o por renovacin de equipos (bancos de bateras) se plantea la alternativa de adquirir bancos de bateras tipo VRLA , con su utilizacin se tienen beneficios en los siguientes aspectos:

2.1 CONTROL DE TEMPERATURA CUARTOS

DE BATERAS

Las bateras tipo VRLA no emiten gases, por consiguiente se eliminan los ambientes cidos y explosivos en los cuartos de bateras, condicin que permite la instalacin de equipos de aire acondicionado para mantener controlada la temperatura de los cuartos de bateras en 20C.

2.2 REDUCCION DE LOS RIESGOS PARA

MANTENIMIENTO EN SITIO Y SUS COSTOS

INDIRECTOS

La eliminacin de la emisin de gases y electrolito lquido en las bateras VRLA reducen los riesgos qumicos por exposicin a vapores y cidos para el personal que ejecuta las labores de mantenimiento, trayendo como beneficio la reduccin de costos en equipos y adecuaciones para garantizar las condiciones de seguridad para el mantenimiento.

2.3 PROBABILIDAD DE INSTALACION DE

BATERIAS Y EQUIPOS EN EL MISMO SITIO

Con la utilizacin de bateras tipo VRLA se eliminan los ambientes corrosivos, no hay riesgos de derrame de electrolito, esto permite en los nuevos diseos alojar las bateras y equipos en el mismo saln, optimizando costos en infraestructura civil y la utilizacin de los mismos equipos de aire acondicionado. En forma similar lo han hecho empresas del sector de telecomunicaciones en soluciones tipo shelter y casetas.

2.4 INNOVACION EN TECNOLOGIAS DE MANTENIMIENTO Para la adecuada operacin de las bateras tipo VRLA los equipos cargadores deben tener limitacin de corriente a bateras, mnima seal de rizado, control de voltaje por compensacin de temperatura de bateras, estas caractersticas las tienen los cargadores con tecnologa de alta

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frecuencia PWM, por eso son los recomendados para la estas bateras. Los cargadores de alta frecuencia son fabricados en unidades de 2000 a 3000 vatios, en el dimensionamiento de potencia de las estaciones rectificadoras se definen configuraciones N + N (equipos requeridos + equipos de respaldo). El control de encendido - apagado, conmutacin a carga de igualacin, limitacin de corriente a bateras, ajuste de voltaje por compensacin de temperatura, reparto de carga y monitoreo de todas las unidades rectificadoras se hace en estos equipos con un controlador, el cual a su vez tiene

la opcin de acceso remoto. Aprovechando las ventajas del acceso remoto y el controlador se puede ampliar el monitoreo a las bateras hasta el nivel de unidad, esto permite hacer mediciones y pruebas en tiempo real en lnea en forma remota con el respectivo registro y almacenamiento de la informacin. Integrando los controladores a redes de gestin se puede centralizar la gestin de los sistemas DC en forma integral. Estudios adelantados por la empresa japonesa NTT han concluido que con un seguimiento estadstico a la temperatura de operacin y los voltajes de las bateras se puede predecir con alto nivel de certeza la expectativa de vida til de las bateras. Esa es la tendencia y hacia dnde va evolucionando el mantenimiento de las bateras VRLA. Por otro lado teniendo en cuenta que a este tipo de bateras solo se tiene acceso a mediciones de parmetros relacionados con variables elctricas, existen nuevas tecnologas de medicin basadas en inyeccin y barrido multifrecuencia para estimar con exactitud valores de conductancia y resistencia interna en las celdas y predecir con un nivel de certeza problemas qumicos por sulfatacin de placas. Estas tecnologas estn haciendo carrera para evitar pruebas invasivas a las bateras. La figura 1 muestra en forma explicativa la disposicin de una estacin con rectificadores de alta frecuencia, bateras VRLA, un equipo de diagnstico en un esquema de acceso remoto desde un centro de operacin y un centro de mantenimiento.

Figura 1. Tomado de documento Evolution of VRLA

Battery Maintenance Technologies at NTT

2.5 OPTIMIZACION DE COSTOS Y TIEMPOS DE MANTENIMIENTO

Integrando todas las ideas expuestas en el numeral anterior muchas actividades y periodicidades de mantenimiento se pueden realizar por acceso remoto representando una reduccin de costos y tiempos de mantenimiento evitando desplazamientos hasta los sitios.

Complementando al acceso remoto la implementacin de sistemas de DC en esquemas dobles redundantes se garantiza un mantenimiento con las mximas condiciones de seguridad realizando pruebas fuera de lnea sin afectar los sistemas en operacin.

Un adecuado almacenamiento y anlisis de la informacin obtenida en los sistemas de registro permite evolucionar hacia un mantenimiento ms inteligente basado en anlisis estadstico de las medidas de los sistemas ledos en lnea.

La apertura a innovar en nuevas formas de hacer el mantenimiento en sistemas de servicios auxiliares DC es resultado del aprendizaje sobre los anlisis del comportamiento de los equipos en el tiempo, concuerda con la exploracin de tecnologas en otras empresas a nivel mundial. El aprovechamiento de las bondades que ofrecen las tecnologas de punta y un anlisis inteligente de la informacin nos llevan a un desarrollo en las prcticas de mantenimiento.

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3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el estudio de los temas para este trabajo se puede identificar que ms all de la toma de los valores de voltaje y temperatura en los bancos de bateras VRLA en las periodicidades y que se encuentren dentro de los rangos como lo indica el respectivo fabricante y las normas, est el anlisis inteligente de la informacin el cual sirve como base para tomar acciones conducentes a preservar el buen estado de las bateras, llevarlas al tiempo de vida til esperado y anticiparse a predecir el momento oportuno en que las bateras deben ser reemplazadas antes de un evento de falla.

Un valor agregado como lo es el acceso remoto que tienen algunos equipos de control se est convirtiendo en una herramienta de primera mano para funciones de mantenimiento, esto hace meritorio ahondar en temas para el desarrollo y gestin de redes de acceso a equipos.

Esta propuesta invita a los diseadores y grupos encargados de adquisicin de equipos en prestar atencin a las opciones ofrecidas en los controladores sobre acceso remoto, que en el momento de valorar una adquisicin puede significar un costo ms alto del equipo, sin embargo su adecuada utilizacin en mantenimiento se ver reflejado en optimizacin de costos.

La toma de informacin de valores especficos para los bancos de bateras fueron extrados de la documentacin anexa en el sistema SAP, fue dispendioso construir una base de informacin para la realizacin de anlisis debido a que la informacin anexa en SAP no est organizada en forma estructurada. Se plantea como oportunidad de mejoramiento estructurar la informacin anexa que contenga datos y cifras especficas de los equipos en SAP.

Este estudio ha permitido visualizar la evolucin y nuevas tendencias para el mantenimiento de bancos de bateras, haciendo uso y optimizacin de las tecnologas de punta de los equipos,

queda planteada la invitacin a todos los actores que intervienen en los procesos alrededor del tema de servicios auxiliares seguir alimentando y creciendo esta propuesta como motor de aprendizaje y desarrollo del tema.

4. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.

[1] IEEE std 450. Recommended practice for maintenance, testing and replacement of vented Lead-Acid batteries for stationary applications. New York 2003. [2] IEEE std 1188. Recommended practice for maintenance, testing and replacement of valve-regulated lead-acid (VRLA) batteries for stationary applications. New York 2006. [3] KATSUHIDE, Ohnuki. Evolution of VRLA battery maintenance technologies NTT. Paper 2007. [4] MARIN, Rubn Daro. Acciones de mejoramiento propuestas para mantenimiento de equipos de servicios auxiliares a cargo del GEM SPA. Trabajo DGM. Medelln 2009.

HOJA DE VIDA DEL AUTOR

Pedro Jos Garca Ortiz. Tcnico en Electrnica Industrial Servicio Nacional de Aprendizaje SENA. 1980 Bogot, Cundinamarca, Colombia. Cargo Actual: Ejecutor de Mantenimiento Grupo Gestin Sistemas de Proteccin Automatizacin y Telecomunicaciones SPAT. CTE Suroccidente ISA Colombia