Seguridad Funcional

En poco más de cien años, el aprovechamiento de la energía eléctrica pasó de ser un mero entretenimiento de ferias a una industria omnipresente en todo el quehacer humano, desplazando en un corto lapso de tiempo a otras tecnologías como la iluminación con fuego y la
motorización industrial con el vapor, al mismo tiempo que daba origen a una nueva revolución en cada aspecto de la vida moderna.

La potencia eléctrica se elabora en una planta que conecta en línea a la fuente de materia prima con el consumidor final, porque este debe ser confeccionado a demanda y en tiempo real. La planta tiene una dieta muy variada, principalmente combustibles fósiles y nucleares, caudales de agua y, en menor grado, el viento y la radiación solar pero también transforma calor geotermal y subproductos de otras industrias. En su infraestructura existen calderas, tanques de almacenamiento, estaciones de bombeo y ductos, pero el grueso del equipamiento lo constituyen generadores eléctricos, subestaciones y kilómetros de líneas eléctricas.

El control básico está distribuido por toda la red y combina automatización con intervención de operadores humanos. Cuando alguna variable rebasa los límites de diseño, se activa, de forma autónoma, el sistema de protecciones con un diseño diverso y redundante. Su lógica operacional debe resolver de forma eficiente el dilema de continuidad versus seguridad en tiempos de seguridad de proceso, que pueden ser tan breves como milésimas
de segundos.

La relación tan intrincada que guarda esta industria con la sociedad la sitúa en un espectro de riesgos multifactoriales (1). Se han identificado riesgos comunes con la industria de procesos que afectan a personas, medio ambiente y activos, pero la visión se amplía a otras situaciones contraproducentes como el riesgo de penalización por suministro deficiente, daños a la imagen corporativa, riesgos de vulnerabilidad que merman la respuesta operacional frente ataques o eventos improbables y riesgos originados en cambios regulatorios que inviabilicen la actividad económica. Si se revisa la posibilidad de ser, además, un servicio público, los riesgos se incrementan de forma exponencial.

Es muy común que la actividad se desarrolle mediante concesión exclusiva; por lo cual, el estado otorgante establece rigurosamente los parámetros técnicos y económicos. Como ejemplo, en el Reino Unido el regulador energético OFGEN sugiere a las empresas seguir la recomendación PAS 55 del Instituto Británico de Estándares (2) con la intención de tratar los riesgos de la actividad con igual importancia que la gestión de los activos, la mejora del desempeño y el control de los costos en el ciclo de vida. Cualquier organismo regulador estaría en mejor disposición de aprobar incrementos tarifarios a compañías eléctricas que demuestren inversión de recursos en detectar y prevenir factores de riesgo que amenacen la calidad de la energía.

La gran necesidad de métodos prácticos para adquirir conocimiento sobre el manejo de los riesgos en sistemas eléctricos hizo foco de interés en la experticia ganada desde los años 60 por la industria química y de procesos con la técnica Hazop. Se desarrollaron variantes como el E-Hazop o Electrical Hazop (3), el SAFOP (Safety and Operability Analysis), el ESR (Electrical Safety Review) que tienen como fin común, identificar los peligros de mayor importancia derivados del fluido eléctrico y de la actividad operacional.

La técnica en la práctica.

El E-Hazop requiere como insumo de entrada la información descriptiva de la red de suministro eléctrico (disposición de equipos, topografía de líneas eléctricas, diagramas unifilares, esquema de protecciones, etc.), datos operacionales (indicadores de servicio, parámetros en condiciones normales y emergencia, perfiles de tensiones, despacho de carga, planes de contingencias, etc.) y regulaciones de obligatorio cumplimiento (normas de salud laboral y protección ambiental, normas del servicio, etc.). Se agrupan expertos de las especialidades de operación, mantenimiento y construcción pero, según los peligros a estudiar, también pudiera ampliarse a otras áreas como seguridad laboral, informática y comunicaciones. Un líder dinamiza la discusión para un máximo provecho de recursos y un secretario controla la calidad de la información en movimiento. Se divide la red eléctrica en partes más pequeñas o nodos considerando criterios como la función (producción, transmisión o distribución) o el nivel de voltaje (alta, media o baja tensión). El grupo de expertos identifica los peligros de mayor relevancia en cada nodo combinando una Variable presente en esa parte del sistema con una Palabra Clave que califique su desviación de los límites normales. Corriente, voltaje, frecuencia y ángulo de fase son las variables principales en los elementos que canalizan la electricidad, pero también se deben incorporar variables de presión, flujo, temperatura, nivel y tiempo porque en la red eléctrica existe equipo con accionamiento neumático, almacenamiento y bombeo de combustibles, circulación de fluidos refrigerantes y aislantes, confinamiento en gas SF6 y otros sistemas auxiliares que operan bajo principios mecánicos. Identificadas las desviaciones, se procede a describir posibles causas, consecuencias, probabilidad de ocurrencia, medidas de prevención y/o mitigación y recomendaciones a implantar.

El tratamiento cualitativo del E-Hazop se adapta perfectamente al análisis de riesgos en ciertas partes del sistema eléctrico en donde es muy difícil utilizar números para describir el fenómeno por las características eminentemente aleatorias de los eventos iniciadores o por la carencia de datos confiables. Este es el caso de los daños originados por la naturaleza como terremotos, inundaciones, tormentas y fenómenos de estudio reciente como las tormentas solares. Otra de las fuentes de peligros que se comportan con frecuencias y severidades impredecibles es la participación del ser humano en daños a la integridad física de los equipos, hackeo, protestas, inclusive cambios económicos y regulatorios adversos.    

El E-Hazop es una excelente alternativa para hacer una exploración acuciosa del comportamiento de la red eléctrica ante amenazas identificables por los equipos multidisciplinarios que la operan. En términos de disponibilidad de data, complejidad de la técnica y la precisión de los resultados se encuentra en un punto intermedio entre las metodologías más simples como el Análisis de Riesgos Mayores o Sesiones de Brainstorming y las técnicas más complejas como el FTA, ETA, Análisis de Confiabilidad, Redes Bayesianas o Análisis de Benchmarking (4). Comparte similitudes con otras técnicas como las Matrices de Riesgos y el Análisis de Seguridad en el Puesto de Trabajo.

Dado que no existe un método libre de imperfecciones y que reúna en una sola técnica a todas las ventajas se suele emplear variaciones del E-Hazop. Ejemplo de esto es el SAFOP, desarrollado para los sistemas eléctricos que operan como servicios adicionales dentro de instalaciones petroleras. Se compone de tres estudios que tratan peligros diferentes (5): la afectación a personas se determina mediante el SAFAN (Safety Analysis), el desempeño de la red eléctrica se evalúa con el SYSOP (System Security and Operability Analysis) y, por último, la efectividad de los procedimientos operacionales y el factor humano se estudia con el OPTAN (Operator Task Analysis).

El análisis SAFAN se asemeja mucho al Checklist, puesto que el grupo de expertos se apoya en una lista pre-elaborada de Peligros Clave construidos al combinar un Identificador para referirse al origen del daño y una Alerta para describir su mecanismo de actuación. Con la lista en mano, el grupo de expertos procede a identificar los Peligros Clave en cada sección de la red que, a su juicio, sean una amenaza relevante para las personas. Deben justificar su respuesta redactando la Situación de Exposición, que no es más que un texto que describe las condiciones y equipos que pueden materializar un daño en las personas. Es válido que se identifique más de un Peligro Clave y más de una Situación de Exposición en un único nodo. Para cada caso, se emiten recomendaciones de prevención y/o mitigación. Es lógico pensar que el nivel de riesgo variará con el grado de responsabilidad que tiene la persona con la red eléctrica y es por este motivo que el análisis se realiza por grupos homogéneos de individuos como, por ejemplo, operadores del sistema, usuarios finales del servicio, moradores o transeúntes en las cercanías de la red, etc. El resultado del análisis SAFAN va a tener efecto en los criterios de diseño, en las normativas de seguridad personal, la redacción de manuales operacionales, etc.

El análisis SYSOP también emplea una combinación de un Indicador más una Alerta, para buscar desviaciones que incidan negativamente en la seguridad del servicio, tal cual un Hazop detecta anormalidades que afectan la continuidad o integridad de un proceso. La primera tarea del grupo de análisis es dividir el diagrama del sistema eléctrico en Subsistemas más sencillos usando un criterio que permita fraccionar la red en unidades integrales pero fáciles de diagnosticar. Se describe la intención de diseño del Subsistema indicando parámetros de operación normales y condiciones seguras que deben estar presentes. Se identifican sus Componentes (transformadores, SCADA, interruptores, seccionadores, relés, servicios auxiliares, etc.). El grupo de expertos hará un barrido de todas las desviaciones en cada componente. Por ejemplo, “No Abre”, “No Cierra”, “No Refrigera”, “Vibra”, etc., son desviaciones que afectan a Componentes de control, señalización o conducción de la energía eléctrica. Pero “Cortocircuito”, “Falla a Tierra”, “Sobrecarga” en Componentes de protección tendrán trato diferenciado porque son las desviaciones más severas que inhabilitan la última capa de protección con que cuenta el sistema eléctrico. Se completa el análisis con una explicación de las causas de la desviación, consecuencias y posibles medidas de corrección. Es normal que deba repetirse el análisis de un Subsistema ya estudiado individualmente, porque el grupo de trabajo detectó que este interactúa con otro diferente produciendo un efecto combinado y, por ello, una desviación no considerada. El SYSOP producirá eventuales cambios en el diseño de la red, en el esquema de protecciones, obras de mejoramiento, actualización de procedimientos de operación o mantenimiento, etc.

El estudio OPTAN, generalmente, se inicia luego que el SAFAN y el SYSOP han aportado conocimientos de los peligros potenciales, dando al proyecto la oportunidad de perfilar los primeros procedimientos de maniobra de la instalación eléctrica. Con este análisis el grupo de trabajo detectará si los operadores, siguiendo las instrucciones escritas, actuarán con la mínima posibilidad de error en una red eléctrica bajo condiciones normales o transitorias. Para cada puesto de trabajo en sala de control o en campo se aplica una lista de preguntas construidas previamente mediante la combinatoria del Deber del puesto (tarea de rutina, maniobra y acción de emergencia), la Actividad indicada en el manual (monitoreo, decisión o acción), una Alerta de desempeño del operador (entrenamiento, conocimiento, autoridad, información) y el Componente que se opera o Secuencia de Operaciones a seguir. Como ejemplo, al combinar acción de emergencia + decisión + entrenamiento + interruptor a un operador de campo induce a formular la pregunta: ¿El operador tiene el entrenamiento para validar las condiciones adecuadas antes de accionar el interruptor de salida con el mando local (abrir, cerrar, leer señales, consignación)? Los posibles resultados a todas las preguntas son “Si”, “No” o “Depende de” acompañado de una argumentación. En los casos “Si”, el estudio finaliza favorablemente; con resultado “No”, se debe generar una recomendación de mejora; mientras que, el resultado de los casos “Depende de”, va en relación ese condicionante.

Un aprendizaje con excelentes beneficios. 

Si bien estas técnicas derivadas del Hazop se adaptan especialmente al manejo de la mantenibilidad y operabilidad de instalaciones de producción y distribución de energía eléctrica en plena explotación, todos los métodos mencionados pueden aplicarse en cualquier etapa del ciclo de vida. Por ejemplo, en el diseño conceptual ya existe información suficiente para un SAFAN o SYSOP preliminar, aunque no sea practicable un OPTAN por la falta procedimientos de operación en fases tan tempranas.

En la fase de ingeniería de detalle, se pueden volver a realizar el SAFAN y el SYSOP para determinar con mejor certeza si las recomendaciones tienen los efectos positivos en la seguridad del proyecto. Con el diseño definitivo de la red terminado y con los manuales de seguridad y operación de los equipos seleccionados ya puede acometerse el estudio OPTAN para modelar procedimientos de operación, sumando ese conocimiento a los criterios de diseño tradicionales como la experiencia y las normativas.

El E-Hazop es de gran valor para la investigación de problemas rutinarios y desconocidos en sistemas eléctricos porque ofrece un vínculo de integración entre disciplinas que son claves, como análisis financiero, tarifación, diseño de redes, construcción, operación, mantenimiento, seguridad laboral, etc., que tradicionalmente se limitan al intercambio de datos estáticos cuando la realidad del mercado exige toma de decisiones basadas en datos muy cambiantes.

Para el E-Hazop se abren interesantes posibilidades de aplicación en el análisis de riesgos que enfrentarán los distribuidores de energía eléctrica en el futuro inmediato, como es la adaptación de las redes para acoger a la creciente movilidad eléctrica o la evaluación de la eficacia de las fuentes alternativas de energía.

“La forma más elevada de inteligencia consiste en pensar de manera creativa”

Sir Ken Robinson

José Fernández

FSEng TÜV SÜD TP18051521

Romel Rodríguez

Functional Safety Expert TÜV SÜD TP18010990 | ISA84/IEC 61511 Expert | FSEng TÜV Rheinland 575/07 | PHA Leader

1-  Sand, K., Gjerde, O. & Nordgård, D. E. (2007). Current risk exposure in the distribution sector. Initial study. Trondheim, SINTEF Energy Research

2-  Nordgård, D. E et al (2010). Risk Assessment Methods Applied to Electricity Distribution System Asset Management. SINTEF Energy Research and Norwegian University of Science and Technology.

3-  Lourido, Lisardo. Aplicación del Método HAZOP para Análisis de Riesgos en Instalaciones Eléctricas Industriales.

4-  Aven, T. (2008). Risk Analysis. Assessing Uncertainties Beyond Expected Values and Probabilities. Chichester, Wiley.

5-  Geldof, C.W. et al (2001). The Shell Petroleum Development Company of Nigeria. Safety And Operability Studies On electrical Power Systems.