Catálogo de producto. Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Sistema modular hasta 170 kv, 4000 A, 63 ka

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1 Catálogo de producto Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Sistema modular hasta 170 kv, 4000 A, 63 ka

2 Índice Innovación tradición en nuestra empresa Innovación tradición en nuestra empresa 3 Sistema modular 4 5 Componentes 6 21 Interruptor de potencia 6 7 Accionamiento del interruptor de potencia 8 9 Seccionador y seccionador de puesta a tierra combinados Seccionador de puesta a tierra rápido 12 Caja terminal de cables y terminales SF 6 -Aire 13 Transformadores de corriente y de tensión Módulos de interconexión, compartimentos de gas Control y supervisión Combinación de módulos Ejemplos de diseño Esquema de doble barra Esquema de barra simple Valor agregado, innovaciones y calidad 28 Ingeniería, manejo de proyectos, servicio 29 Resumen, datos técnicos ELK-04 en una subestación en esquema de interruptor y medio Décadas de experiencia son la base para una tecnología madura ABB es líder en tecnología para subestaciones aisladas en gas. Nadie posee una mayor experiencia, basada en miles de aplicaciones, en todas las zonas climáticas, bajo las más diversas condiciones. La línea de productos para subestaciones de alta tensión aisladas en gas de ABB abarca varias líneas de productos modulares para tensiones de diseño nominal de 52 kv hasta 1100 kv. Más de celdas de alta tensión instaladas en aproximadamente 2500 subestaciones, en 70 países prestan un servicio confiable día a día. Las experiencias obtenidas de la operación de nuestras subestaciones bajo diferentes condiciones de operación forman una valiosa base de experiencias para el desarrollo y la producción de nuestras subestaciones aisladas en gas. servicio rápidos y sencillos. Todos los módulos funcionales son probados según la norma actual CEI La alta disponibilidad con costos de operación y mantenimiento bajos garantizan una excelente productividad de la subestación. Las celdas ELK-04 ofrecen así, el mas bajo costo en la vida útil de la subestación. ABB posee más de 40 años de experiencia en el desarrollo, producción, ingeniería y manejo de proyectos para la construcción de subestaciones aisladas en gas. Esto implica más de 40 años satisfaciendo las exigencias y garantizándole ventajas a nuestros clientes. ABB, pionera en la tecnología GIS, con un know-how inalcanzable para el manejo de sistemas complejos. Las celdas ELK-04 satisfacen las más altas exigencias de calidad. La fabricación y prueba en fábrica de los diferentes componentes permiten un transporte, montaje y puesta en 2 Índice Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Innovación tradición en nuestra empresa 3

3 Sistema modular ELK-04 un modelo exitoso desde 1992 La línea de productos para subestaciones aisladas en gas de ABB ha sido continuamente ampliada y mejorada desde finales de los años sesenta. Las exigencias tanto del mercado como de nuestros clientes son satisfechas por medio de soluciones innovativas. La línea de subestaciones aisladas en gas tipo ELK-04 fue concebida de tal forma que una celda completa cabe en un contenedor industrial estándar. En su introducción al mercado en 1992 fue dimensionada para una corriente de diseño nominal de 3150 A, una corriente de cortocircuito nominal de 40 ka y una tensión nominal de 170 kv. Hoy, gracias a un sistema modular muy bien pensado y de acuerdo a las necesidades, se ofrecen soluciones de subestaciones con más altos o más bajos valores de diseño nominal a costos óptimos. En la actualidad, los dos diámetros estandarizados de las bridas permiten una adaptación optima para diferentes requerimientos. Para tensiones de diseño nominales de hasta 145 kv y una corriente de diseño nominal de 2500 A son usados módulos con menores diámetros de bridas. Para todos aquellos casos con valores de diseño nominal mayores son necesarios módulos con mayores diámetros de brida. Sistemas potentes gracias a módulos altamente perfeccionados Las subestaciones aisladas en gas presentan un sistema compuesto por diferentes módulos funcionales con su tecnología primaria y secundaria específica. Cada uno de esos módulos cumple su función de manera óptima, interactuando con los demás módulos. Nuestra labor consiste en el mejoramiento continuo de todos los módulos y el aumento de la seguridad funcional a través de construcciones apropiadas, sistemas de seguridad infalibles, pruebas cuidadosas y el más estricto control de calidad. Un sistema modular único y óptimo en la tecnología de alta tensión, con el cual se pueden llegar a satisfacer prácticamente todas las exigencias. Los módulos más importantes del sistema modular ELK-04: Barra con seccionador y seccionador de puesta a tierra combinados Interruptor de potencia Transformador de corriente Transformador de tensión ➄ Seccionador y seccionador de puesta a tierra combinados ➅ Seccionador de puesta a tierra rápido ➆ Terminal de cables ➇ Armario de control ➇ ➄ ➅ ELK-04 en ejecución de doble barra Componentes activos de alta tensión Envolvente Gas SF 6 Material de aislamiento Componentes metálicos Componentes de baja tensión Hasta 170 kv, 4000 A, 50 ka y 63 ka hasta 145 kv Hasta 145 kv, 3150 A, 40 ka Hasta 145 kv, 2500 A, 40 ka 4 Sistema modular Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Sistema modular 5

4 Interruptor de potencia Interruptor de potencia el corazón de toda subestación Los interruptores de potencia son los módulos más importantes de una subestación. Su gran flexibilidad influye de forma considerable en la posibilidad de ahorro de espacio de toda la subestación. Los interruptores de potencia de la serie ELK-04 poseen básicamente una cámara de extinción bajo el principio de autosoplado con una cámara de interrupción por polo. Necesitan muy poco mantenimiento y mínima energía para su operación. Se dispone de una gran variedad de envolventes para interruptor con bridas pequeñas o grandes para cubrir los requerimientos. La cantidad de bridas es determinada por las necesidades del diseño de la subestación. Los transformadores de corriente pueden ser integrados en todas las bridas de los interruptores. Las longitudes de las 1,2 Fabricación de cámaras de interrupción 3 Ensamblaje de interruptores de potencia 1 2 bridas son determinadas en función de los espacios necesarios para la instalación de los transformadores de corriente. El accionamiento hidromecánico a resorte del tipo HMB es utilizado en todas las variantes del interruptor de potencia. Gracias al sistema modular con bajos requerimientos de espacio, se dispone de variantes con recierre monofásico o trifásico. Además el sistema modular de almacenamiento de energía en resortes de disco, permite diseñar el equipo para diferentes ciclos de operación, sin necesidad de recarga. Los interruptores de potencia ELK-04 son flexibles y con bajo requerimiento de mantenimiento. Se adaptan de forma óptima a las exigencias de diseño de las subestaciones. Tecnología innovadora y segura de interruptores de potencia, hasta en los más pequeños espacios Las cámaras de extinción para 31,5, 40, 50 y 63 ka de los interruptores de potencia, son componentes estandarizados que fueron sometidos a varias pruebas tipo. Las variantes difieren muy poco entre sí y no son solo utilizados en las subestaciones aisladas en gas tipo ELK-04, sino también en otros productos de la línea de alta tensión de ABB (p.e. interruptores de potencia AIS). Los contactos de corriente permanente de todas las cámaras de extinción están consecuentemente separados de los contactos para la extinción del arco. La larga durabilidad de los contactos de arco y un grado mínimo de desgaste de los contactos de corriente permanente, permiten largos intervalos de inspecciones y mantenimiento. En la mayoría de los casos son hasta innecesarios. La cámara de extinción bajo el principio de autosoplado consta de una única cámara de compresión y una cámara de calentamiento y se diferencia así de la cámara de extinción convencional de soplado. Las dos cámaras están separadas por una válvula de retención móvil. En la cámara de compresión, el gas SF 6 es comprimido durante la opera ción de apertura. Igual que en los interruptores de soplado por émbolo, el chorro de gas comprimido extingue los arcos de interrupciónes de corrientes de operación. El volumen de compresión y la geometría de los contactos han sido Interruptor de potencia optimizados para garantizar una extinción de arco suave, generando así sobretensiones bajas. En caso de una interrupción de una corriente de corto circuito, el arco provoca un calentamiento y una elevación de la presión del gas de ex tinción en la cámara de calentamiento. Esta presión adicional garantiza la extinción de corrientes de cortocircuito hasta el nivel de corrientes de cortocircuito nominales sin que el accionamiento tenga que realizar un trabajo de compresión. Por esta razón el accionamiento solo tiene que estar dimensionado para la el manejo de corrientes de operación normales. Las características dinámicas de los accionamientos hidromecánicos a resorte pueden fácilmente ser adaptadas a las características de diferentes sistemas de interrupción, evitando así fuerzas de reacción altas sobre el sistema, que consta de la cámara de extinción, el mecanismo de conexión y el accionamiento. Por esta razón el interruptor de potencia opera de manera sumamente suave y fiable. La combinación de cámaras de extinción de autosoplado y accionamientos hidromecánicos a resorte permiten una operación fiable, libre de fuerzas de reacción y una interrupción suave. Cámara de extinción de autosoplado 3 ➄ ➅ A B C Cámara de extinción Transformador de corriente Aislador de compartimentación Accionamiento A Interruptor cerrado B Interrupción de corrientes de operación C Interrupción de corrientes de cortocircuito Cámara de calentamiento Cámara de compresión Contacto de corriente permanente Contacto de arco ➄ Válvula de retención móvil ➅ Válvula de sobrepresión 6 Interruptor de potencia Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Interruptor de potencia 7

5 Accionamiento del interruptor de potencia Transmisión hidromecánica de energía, sin desgaste mecánico El accionamiento de resorte hidromecánico tipo HMB del interruptor de potencia conjuga en forma ideal la transmisión de energía en forma hidráulica, sin desgaste con la solidez de un sistema mecánico de almacenamiento. Los accionamientos de resorte hidromecánicos son utilizados por ABB para la línea completa de subestaciones aisladas en gas con tensiones nominales de 52 kv hasta 1100 kv. Su fácil adaptabilidad permite que sean usados adicionalmente en más de 100 aplicaciones diferentes en todo el mundo. Esta familia de accionamientos posee características excelentes de fiabilidad, durabilidad e independencia de la temperatura. Todos los accionamientos de resorte hidromecánico tienen en común un recorrido de movimiento cosenoidal por medio de un amortiguamiento de fin de carrera adaptable, lo que genera muy pocas fuerzas de reacción. Dependiendo de la corriente de cortocircuito nominal de las subestaciones ELK-04, se utilizan accionamientos hidromecánicos del tipo HMB-1 ó HMB-2. Los tipos HMB-1s y HMB-2s también forman parte de la misma familia de accionamientos y permiten la operación mecánica monopolar independiente, operando en tiempos precisos y ajustables. Gracias al almacenamiento de energía en resorte de disco, la secuencia de operación no está limitada a la secuencia normalizada de A-0.3s-CA (apertura -0.3s cierre apertura). La modularidad una característica clave en los accionamientos de interruptores de potencia El accionamiento para operación trifásica está compuesto por varias partes elementales para su funcionamiento: Módulo de carga con el motor y la bomba Módulo de almacenamiento con resorte de disco Módulo de operación con pistón de accionamiento y amortiguamiento de final de carrera Módulo de control y supervisión con interruptor auxiliar de compresión del resorte y válvula piloto de apertura y cierre En la ejecución para operación monofásica, se cuenta con tres módulos de operación y con tres módulos de control y supervisión. El disparo del accionamiento y la transformación de la energía se basan en componentes confiables de la hidromecánica (válvula de conmutación, bomba hidráulica con válvula de retención). Más de accionamientos hidromecánicos suministrados prestan un servicio eficaz y confiable con alto rendimiento, requiriendo espacios mínimos. 1 Accionamiento de interruptor de potencia del tipo HMB-1 2 Válvulas para accionamiento de interruptor de potencia del tipo HMB-2 A Accionamiento en posición abierta, resorte no tensado Los accionamientos HMB combinan las ventajas de los accionamientos hidráulicos clásicos (transmisión de energía sin desgaste) y los accionamientos con almacenamiento de energía por resorte (almacenamiento de energía con resorte metálico). A diferencia de los accionamientos hidráulicos clásicos, en los accionamientos hidráulicos con almacenamiento de energía por resorte se prescinde por completo de tubos a presión externos. La ventaja de la columna de resortes tipo disco consiste en la alta densidad de energía almacenada en un espacio mínimo. El estado de tensión mecánica de la columna de resortes de disco es supervisada continuamente por medio de interruptores auxiliares de carga del resorte. Una autosupervisión de la función del accionamiento, es garantizada por medio de la recarga ocasional de la bomba hidráulica, aún en intervalos largos sin operaciones. B Accionamiento en posición abierta, resorte tensado El pistón de operación actúa de acuerdo al principio del pistón diferencial. Este garantiza una fuerza de detención definida en las posiciones finales del pistón. El mismo principio también es válido para el pistón de conmutación del módulo de control ➄ con las bobinas de cierre y apertura. Al energizar la bomba hidráulica, se incrementa la presión del aceite y se carga (comprime) la columna de resortes disco, sirviendo el volumen debajo del pistón de almacenamiento como volumen ➅ de almacenamiento de aceite de alta presión. Paralelamente este aceite bajo alta presión actúa sobre el lado de la varilla del pistón y la válvula del pistón del módulo de control y supervisión. Una vez sea alcanzado el grado de compresión máxima del resorte, la alimentación del motor es interrumpida por medio de un micro-interruptor auxiliar. El principio de pistón diferencial garantiza las posiciones definidas de abierto tanto del pistón de trabajo como del pistón de supervisión y por ende del accionamiento como tal. Esquema hidraulico del accionamiento HBM-1 en diferentes fases de funcionamiento A B ➅ 1 2 C Accionamiento en posición cerrada, resorte completamente tensado Al activar la bobina de cierre, opera el pistón de conmutación y conecta inmediatamente el lado inferior del pistón de operación con el volumen de almacenamiento de aceite de alta presión. A ambos lados del pistón de operación existe entonces la misma presión. Del lado inferior del pistón hay un área mayor que del lado de la varilla del pistón de operación. En consecuencia, el pistón se mueve en dirección de posición de cierre. Mientras la presión al lado inferior del pistón se mantenga alta, el pistón de operación se mantiene en posición cerrado. Antes de llegar a la posición final, el movimiento del pistón de operación es retrasado uniformemente por medio del amortiguamiento hidráulico integrado. C ➄ Al ser activada, la bobina de apertura, la válvula de conmutación vuelve a su posición original, la presión por debajo del lado inferior del pistón se reduce y la varilla del pistón regresa de nuevo a la posición abierta. Basse pression Pression du système 8 Accionamiento del interruptor de potencia Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Accionamiento del interruptor de potencia 9

6 Seccionador y seccionador de puesta a tierra combinado Tecnología universal Básicamente existen dos tipos de envolventes de seccionadores / seccionadores de puesta a tierra combinados para todo el sistema modular. Mientras que para el lado de la barra se utiliza una envolvente con tres bridas, para el lado de salida se usa una envolvente de cuatro bridas. Todos los diseños presentan en principio los mismos componentes de alta tensión. Para una mayor seguridad, tanto el seccionador como el seccionador de puesta a tierra disponen de elementos de control independientes. Así se evitan operaciones erradas mecánicas o eléctricas indebidas. Módulo de seccionador de barra y de seccionador de puesta a tierra Este módulo contiene los conductores de barra y el seccionador / seccionador de puesta a tierra de barra. Esto permite el seccionamiento y la puesta a tierra segura del interruptor de potencia asociado. El seccionador / seccionador de puesta a tierra está equipado con un tubo telescópico, que permite un acoplamiento seguro de cada una de las celdas con su celda vecina. Contactos des montables interconectan los conductores de barras de las celdas, permitiendo su deslizamiento en casos que se den diferencias de longitud a causa de cambios temperatura. De esta manera se evitan esfuerzos mecánicos sobre los aisladores, causados por diferencias de temperatura de los conductores y de la envolvente. 1 Conductor de barra 2 Seccionador / seccionador de puesta a tierra para 63 ka / 4000 A 3 Accionamiento abierto Seccionador / seccionador de puesta a tierra combinado El módulo de seccionador / seccionador de puesta a tierra permite la conexión de un transformador de tensión. Según las necesidades, esta conexión eléctrica se puede realizar antes o después del seccionamiento, de forma que la tensión medida sea del lado de la subestación o del lado de la salida. La brida de conexión para el transformador de tensión sirve a su vez como brida de conexión para equipos de prueba de alta tensión o para pruebas de cables de potencia. Por lo general, el módulo seccionador / seccionador de puesta a tierra es combinado con un transformador de tensión, un seccionador de puesta a tierra rápido, un módulo de conexión de cables de alta tensión o con un conducto y terminales SF 6 -Aire para conexión a línea aérea. El módulo de seccionador / seccionador de puesta a tierra puede ser equipado con contacto a tierra aislable. Accionamiento estandarizado El accionamiento estandarizado del seccionador / seccionador de puesta a tierra está equipado con todos los componentes necesarios para garantizar operaciones mecánicas seguras y funciones de enclavamiento confiables. Los indicadores de posición y los interruptores auxiliares están integrados en el accionamiento. Los contactos auxiliares operan en el momento en que el contacto principal está a punto de alcanzar la posición final. Por esta razón siempre se obtiene una información precisa de la posición del equipo. Por medio de una manivela, el seccionador / seccionador de puesta a tierra puede ser operado también manualmente. Para realizar operaciones manuales ó enclavamientos no es necesario abrir el accionamiento. Todas las acciones necesarias pueden ser llevadas a cabo en la parte exterior de la envolvente del accionamiento. Tecnología universal, comprobada miles de veces para seccionadores / seccionadores de puesta a tierra combinados y sus accionamientos. 1 2 Seccionador / seccionador de puesta a tierra de la barra Seccionador / seccionador de puesta a tierra de línea ➅ ➄ 3 ➆ Seccionador de tres posiciones Contacto del seccionador Contacto del seccionador de puesta a tierra Aislador de compartimentación ➄ Aislador soporte ➅ Tubo telescópico ➆ Terminal de cable enchufable 10 Seccionador y seccionador de puesta a tierra combinado Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Seccionador y seccionador de puesta a tierra combinado 11

7 Seccionador de puesta a tierra rápido Caja terminal de cables y terminales SF 6 -AIRE 1 2 Pruebas mecánicas de un seccionador de puesta a tierra rápido 1 Módulo de conexión de cables para terminales enchufables 2 Terminal SF 6 para conexión a línea aérea Máxima seguridad gracias a la capacidad de cierre sobre falla El seccionador de puesta a tierra rápido puede operar de forma segura toda la corriente de cortocircuito. Este puede ser colocado tanto del lado de la barra como del lado de la línea, reduciendo de esta manera los efectos de una maniobra indebida. El seccionador de puesta a tierra rápido está equipado con un accionamiento a resorte, que consigue una alta velocidad de operación de los tres contactos móviles. El accionamiento es tensado por medio de un motor eléctrico y contiene todos los componentes necesarios para una operación mecánica segura y funciones de enclavamiento fiables. Al igual que en el seccionador / seccionador de puesta a tierra combinado, los indicadores de posición y los interruptores auxiliares están integrados al accionamiento. Por esta razón siempre se obtiene una información precisa de la posición del equipo. Por medio de una manivela, el seccionador de puesta a tierra rápido también puede ser operado manualmente. Para la realización de pruebas específicas durante una inspección, es posible quitar los puentes de puesta a tierra de los contactos móviles. De esta forma se tiene acceso eléctrico a los conductores principales y existe la posibilidad de conectar equipos de prueba a los circuitos de alta tensión. Esto facilita el ajuste y la prueba de los relés de protección, la prueba de cables de alta tensión y la localización de fallas en los cables de alta tensión. En el servicio normal, los puentes de puesta a tierra se encuentran instalados. Seccionador de puesta a tierra rápido Contacto móvil Contacto opuesto Aislamiento Puentes de puesta a tierra Terminal de cables Los módulos de conexión de cables permiten la conexión de cualquier tipo de cable. Se dispone de módulos de conexión adecuados para la conexión de cables (XLPE) o cables con aislamiento líquido. Los terminales de cables estándar cumplen por supuesto con la norma CEI Esta garantiza compatibilidad con los terminales de cable, independientemente de cual sea el fabricante. Para cables especiales ofrecemos otros tipos de terminales de cables. La conexión de los cables de alta tensión a la subestación encapsulada se realiza por medio de terminales enchufables de alta tensión con sus elementos de control del campo eléctrico y las tomas de alta tensión fabricadas en resina epóxica que forman parte del equipo GIS. La posibilidad de realizar los montajes de la subestación y de las terminaciones enchufables de forma independiente representa una gran ventaja para la planificación del montaje. Para otros tipos de cables se elije un terminal con un aislador más largo, p.ej. para cables con aislamiento fluido. Opcionalmente todos los cables pueden estar provistos de un sistema de detección de alta tensión y/o de una compartimentación. Esta compartimentación solo tiene sentido en el caso de terminales de cables con aislamiento fluido. Terminales SF 6 -AIRE Estos terminales permiten la conexión de la subestación encapsulada a líneas aéreas o a transformadores de potencia. Preferiblemente se utilizan terminales SF 6 -AIRE con aisladores de material sintético. Estos son fabricados con un tubo de fibras reforzadas en resina epóxica y recubierto con una funda con aletas de silicona. Estos terminales son irrompibles, no explosivos, fáciles de manejar y gracias al material aislante hidrofóbico presentan un comportamiento muy estable ante agentes externos. Si el cliente lo desea, también pueden ser suministrados terminales SF 6 -AIRE con aisladores de porcelana. Conexión óptima de la subestación a la red, por medio de un surtido extenso de terminales de cables y terminales SF 6 - AIRE. 12 Seccionador de puesta a tierra rápido Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Caja terminal de cables y terminales SF 6 -AIRE 13

8 Transformadores de corriente y de tensión Transformadores inductivos para medición y protección En la mayoría de los casos se utilizan transformadores monofásicos de corriente y de tensión para propósitos de medición y protección, aunque de vez en cuando se utilizan sensores modernos de corriente y de tensión. Los transformadores de tensión se encuentran por lo general en su propia envolvente separados del resto de la subestación. En cuanto al transformador de corriente, este se puede encontrar integrado en un interruptor de potencia o en una envolvente aparte. Tanto en la variante de transformador de corriente como la de transformador de tensión, el aislamiento primario es gas SF 6. Las conexiones secundarias son realizadas a través de una placa pasamuros hacia el exterior de la envolvente en una caja de terminales. Transformador de corriente inductivo El transformador de corriente está diseñado para baja tensión. Las relaciones de transformación, potencias secundarias y clases de precisión disponibles cumplen con las exigencias normales de la tecnología de medida y protección. Los transformadores de corriente están diseñados como trans formadores toroidales y pueden ser montados según el concepto de protección, antes o después del interruptor de potencia. Generalmente están integrados en la brida de salida del interruptor de potencia. En caso de potencias es pecialmente grandes se dispone de tres diferentes envolventes con bridas de conexión de diferentes tamaños. Transformador de corriente Devanado primario Devanado secundario con núcleo del transformador Caja de conexión Aislador de compartimentación ➄ Aislador soporte ➅ Placa pasamuros ➅ Transformador en envolvente propia ➄ ➅ Ensamblaje de transformador de corriente integrado Transformador de tensión inductivo La línea de transformadores de tensión abarca además de la ejecución estándar variantes con elementos de amortiguación para evitar resonancias férricas, como transformadores de tensión con desconectador integrado. Además del dispositivo de desconexión accionado por motor también se dispone de un dispositivo manual. Los transformadores de tensión con dispositivo de desconexión integrado son usados comúnmente cuando se requiera realizar una prueba de alta tensión del cable y el transformador de tensión esté conectado del lado del cable. En el lado secundario del transformador de tensión se pueden prever devanados de medida y un devanado en triángulo abierto para la detección de fallas a tierra. El transformador de tensión tiene aislamiento laminado de SF 6. Las capas del devanado cargadas con alta tensión son aisladas cada una con una película de plástico y Los espacios intermedios son impregnados con gas SF 6 con un proceso especial. Transformadores de corriente y de tensión, fiables y duraderos para una máxima protección y alta precisión en las mediciones. 1 Accionamiento manual para el desconectador integrado 2 Transformador de tensión típico con caja de conexión y disco de ruptura Transformadores de corriente y de tensión Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Transformadores de corriente y de tensión 15

9 Módulos adicionales Módulos adicionales para el perfeccionamiento de la modularidad En la configuración de una subestación pueden ser necesarios módulos adicionales para la combinación con módulos funcionales principales. Estos módulos adicionales son primordialmente: Adaptadores Módulos angulares o conductos Módulos de interconexión en X o en T Módulos de conexión directa a transformadores Descargadores de sobretensión Los componentes están provistos de un aislador soporte o de compartimentación. Para la conexión del circuito primario se usan contactos de enchufe o tulipa. En ocasiones se combinan partes de la subestación con dispositivos de tubos telescópicos para así facilitar modificaciones posteriores, ampliaciones o reparaciones de la subestación. Adaptadores Los adaptadores son necesarios, por una parte, para poder ampliar aquellos tipos de subestaciones encapsuladas que ya no se fabrican. Estos adaptadores están disponibles para todo tipo de subestación aislada en gas que haya sido fabricada por ABB en un rango de tensiones de 52 a 170 kv. Junto a los adaptadores puramente trifásicos, se cuenta también con adaptadores monofásicos / trifásicos. Por otro lado se tienen disponibles adaptadores para pasar de bridas de diámetro pequeño a grande. Conductos Los conductos son utilizados sobre todo en la conexión a terminales SF 6 -AIRE o para conexiones directas a transformadores de potencia. Se dispone de tubos de una longitud de hasta 6 m (a 170 kv, 3150 A, 63 ka). Módulos de interconexión en X o en T Los módulos de interconexión en X o en T son utilizados fundamentalmente para la ramificación de circuitos primarios. En estos casos las envolventes son idénticas a las envolventes de los seccionadores / seccionadores de puesta a tierra combinados. Conexiones directas a transformadores Los módulos de conexión directa a transformadores de potencia permiten la conexión directa de la subestación encapsulada en SF 6 a un transformador de potencia, en lugar de una conexión a través de terminales SF 6 -AIRE. Se dispone de conexiones directas a transformadores, ya sean trifásicas o trifásicas / monofásicas según el tipo y tamaño del transformador. Descargadores de sobretensión Los descargadores de sobretensión a base de resistencias de óxido metálico con una curva característica de corriente tensión no linear muy fuerte, no solo protegen la subestación sino todos aquellos componentes críticos que son conectados posteriormente (p.e. transformadores). Los descargadores de sobretensión están disponibles para diferentes niveles de tensiones de servicio, tanto en las clases de descarga LD3 como LD4, contando con contadores de descargas. Los descargadores de sobretensión aislados en gas están montados en un tubo, por lo que pueden ser acoplados sin problema mediante una brida a la subestación encapsulada. Compartimentos de gas Teniendo en cuenta la doble función del gas SF 6 como medio de extinción y como medio de aislamiento, es necesario diferenciar los compartimentos de gas del interruptor de potencia y los compartimentos de gas para aislamiento como tal, de todos los demás módulos. Los compartimentos de gas están separados entre sí por medio de aisladores estancos. La estanqueidad es supervisada en cada módulo a través de un medidor de densidad con compensación de temperatura (densímetro). Todas las conexiones de los compartimentos de gas están provistas de válvulas de retención. Esto permite que trabajos de mantenimiento tales como la toma de muestras de gas o el rellenado de gas SF 6 puedan ser fácilmente llevados a cabo sin pérdidas de gas. Por motivos de seguridad y de protección del medio ambiente, ABB no utiliza conexiones de tubo de gas SF 6 externas. Los módulos adicionales permiten una flexibilidad prácticamente ilimitada en el diseño de subestaciones. ELK-04 en ejecución de barra en anillo 1 Conexión directa trifásica de un transformador de potencia 2 Medidor de densidad con compensación de temperatura y escala Módulos adicionales Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Módulos adicionales 17

10 Control y supervisión Armarios de control convencional En los armarios de control se encuentran los dispositivos auxiliares eléctricos necesarios para el control del de mando, notificación de eventos, enclavamientos, etc. Las funciones fundamentales de un armario de control abarcan: Control local e indicación de los estados de operación por medio de dispositivos de control e indicadores de posición Realización de funciones de enclavamiento para la protección de la subestación y del personal de servicio Registro e indicación de valores operacionales (corriente, tensión) Visualización de alarmas y avisos de fallos, como también contadores de operaciones El diagrama unifilar en el frente del armario de control dispone de indicadores de posición y pulsadores de control, conmutadores con llave permiten anular los enclavamientos de los aparatos o el cambio de control local a control remoto. La conexión de los aparatos de alta tensión al armario de control se hace por medio de cables de control con enchufes múltiples codificados. Estás conexiones son instaladas y probadas en fábrica. Para las conexiones eléctricas entre el armario de control y la sala de mando, el cableado del armario de control se lleva a unas regletas de bornes terminales. La conexión entre la celda y un nivel de control superior puede ser realizado con cables de control convencional o de forma alternativa, esta conexión también puede ser realizada con tecnología digital. Tecnología digital de protección y control Para tal fin se cuenta con una serie de unidades de control de celda y aparatos de protección, los cuales pueden ser configurados y equipados dependiendo de la filosofía de control y protección. En caso de contar con tecnología digital de control de celda, el diagrama unifilar con indicadores de posición, pulsadores de control y tableros de alarmas convencionales son sustituidos por una unidad de control numérico. Las unidades de control de celdas ofrecen las mismas funciones que un sistema de control convencional. Además pueden ser realizadas múltiples funciones de control y protección adicionales, como: Verificación de sincronismo (Synchro Check) Recierre automático Supervisión de frecuencia Registrador de fallos Protección de respaldo Conexión a nivel de subestación La comunicación de las unidades de control de celda con los aparatos a nivel de la subestación es llevada a cabo exclusivamente de acuerdo al nuevo protocolo de comunicación estandarizado CEI También pueden ser utilizados otros protocolos como (p.ej. LON) o CEI 60870/5-103, MODBUS o PROFIBUS. Tecnologías digitales y convencionales de protección y control para una mayor disponibilidad de la subestación. ELK-04 en configuración de doble barra con armarios de control integrados 1 Operación de una unidad de control de celda digital 2 Armario de control local con tecnología de protección y de control digital Control y supervisión Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Control y supervisión 19

11 Control y supervisión Sistemas de supervisión digital La tecnología de control, ya sea convencional o digital, está complementada por sistemas de supervisión digital, que constituyen un elemento adicional para una subestación convencional y no se encuentran involucrados en el sistema de pro - tección de la subestación. Esto significa, que una interrupción de los sistemas de supervisión no tiene influencia alguna sobre la función de protección y control de la subestación. Estos sistemas elevan aún más la muy alta fiabilidad de una subestación aislada en gas. La supervisión continua y amplia de las funciones principales de la subestación permite la detección de fallos funcionales, antes de que se presenten y limiten la disponibilidad de la in - stalación. Las actividades necesarias de mantenimiento o repa ración pueden ser programadas con tiempo y permiten que la reparación pueda ser realizada con un impacto mínimo en el servicio de la subestación. Los sistemas de supervisión son de gran ventaja en subestaciones claves o en subestaciones en las cuales no se cuenta con personal de mantenimiento o es muy escaso. Dentro de las funciones de supervisión actualmente disponibles se cuenta con: Reconocimiento de alta tensión, por ejemplo para bloquear un seccionador de puesta a tierra contra el cierre sobre un componente de la subestación bajo tensión Sistema de detección de arco, para una protección rápida de la subestación o para la identificación de compartimentos de gas afectados Medición de descargas parciales, para una verificación preventiva de fallas de aislamiento Supervisión de los tiempos de operación del interruptor de potencia con evaluación del desgaste de los contactos Supervisión del accionamiento del interruptor de potencia Sistemas de supervisión del gas SF en todos los compartimentos de la subestación con análisis de 6 tendencias Todos los sistemas de supervisión disponibles están concebidos de la misma manera modular como los componentes primarios y pueden ser hechos a medida. En las figuras del lado derecho algunas pantallas aclaran la navegación por medio del programa del sistema de supervisión. Las ilustraciones muestran una posible secuencia en caso del requerimiento de mantenimiento a causa de una cantidad determinada de operaciones. A Visión general de la subestación Empezando por la visión general de la subestación, el área de operación de color rojo indica el requerimiento de servicio en el campo E01. B Visión general de la celda En la visión general de la celda, que es el nivel jerárquico inmediatamente inferior, está identificado el interruptor de potencia como el componente afectado. C Vista detallada De la visión general de la celda se pasa a la vista detallada, en la cual están listados todos los valores actuales del interruptor de potencia, como son la frecuencia de operación, el comportamiento mecánico del interruptor en función del tiempo, una evaluación del desgaste de los contactos. Navegación a través del programa ante un requerimiento de mantenimiento al alcanzar aprox operaciones del interruptor A B Control de la subestación con tecnología de control numérico En el caso mostrado se alcanzó y se señalizó una cantidad de 9231 operaciones del interruptor, ya que se debería realizar un mantenimiento al llegarse a operaciones. Vistas más detalladas permiten una visualización de los datos de un período más largo de tiempo. Por supuesto todos los datos registrados son protocolizados, almacenados y pueden ser exportados para un análisis continuo. C 20 Control y supervisión Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Control y supervisión 21

12 Combinación de módulos Conjuntos de módulos optimizados que satisfacen prácticamente todos los requerimientos Gracias al consecuente desarrollo de las subestaciones tipo ELK-04 desde su introducción en el mercado en 1992, se ha logrado obtener un sistema modular estandarizado. Este sistema modular se caracteriza por la gran habilidad para lograr una solución con una baja cantidad de módulos a pesar de tener una gran variedad de requerimientos técnicos. Esto no solo se refiere a los componentes primarios como interruptores de potencia, seccionadores / seccionadores de puesta a tierra, sino también a los accionamientos correspondientes. Por esto, está garantizada una adaptación óptima de la subestación para las diferentes tensiones de diseño nominales 72,5/123/145/170 kv, valores de diseño para corrientes de cortocircuito de 40, 50 y 63 ka, así como corrientes nominales de 2500, 3150 y 4000 A. Las subestaciones aisladas en gas del tipo ELK-04 son aptas para ser instaladas al aire libre y en recintos cerrados. Estas constituyen la elección adecuada cuando el principal criterio de elección supone un reducido espacio: para el suministro eléctrico a ciudades y zonas de aglomeración, complejos industriales y allí donde predominen condiciones extremas del medio ambiente. El sistema modular permite realizar de manera óptima todos los arreglos comunes de subestaciones. Los diferentes requerimientos referentes a las dimensiones de la edificación, ampliaciones posteriores, seguridad de suministro, una visión clara de la subestación, acceso a los aparatos, concepto de protección, etc., pueden ser tenidos en cuenta por medio de una solución específica en cada caso y de acuerdo a su importancia. Ejemplos de combinación de módulos para una adaptación óptima de la subestación a los diferentes valores de diseño nominal kv, 4000 A, 50 ka 145 kv, 3150 A, 63 ka La línea estandarizada de módulos garantiza además una ampliación fácil y económica de subestaciones aisladas en gas y dado el caso sirve de manera muy ventajosa para reemplazar subestaciones al aire libre por módulos aislados en gas. Ningún otro fabricante de subestaciones dispone de una oferta tan completa de módulos para subestaciones en el rango de tensiones de 52 a 170 kv. Los siguientes ejemplos de ejecuciones demuestran la flexibilidad del sistema y pueden servir de orientación en la concepción y planificación de una subestación Combinación de módulos para una celda de barra doble con armario de control integrado Barra con seccionador / seccionador de puesta a tierra Interruptor de potencia Transformador de corriente Transformador de tensión ➄ Seccionador de línea / seccionador de puesta a tierra combinados ➅ Seccionador de puesta a tierra de cierre rápido ➆ Caja terminal de cable ➇ Armario de control ➇ ➄ ➅ ➆ kv, 3150 A, 40 ka 145 kv, 2500 A, 40 ka Diagrama unifilar de una celda de doble barra Seccionador / seccionador de puesta a tierra Interruptor de potencia Transformador de corriente Seccionador / seccionador de puesta a tierra ➄ Transformador de tensión ➅ Seccionador de puesta a tierra de cierre rápido ➆ Caja terminal de cable ➄ ➅ ➆ 3600 Décadas de experiencia de ABB, el conocimiento de las necesidades del mercado, así como los consecuentes desarrollos y el continuo mejoramiento de la ELK-04, dan como resultado una gran variedad en las posibilidades de combinación de módulos. 22 Combinación de módulos Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Combinación de módulos 23

13 Ejemplos de diseño Ejecución de doble barra Este circuito esquematiza la variante de conexión más importante para subestaciones principales y para la alimentación de centrales eléctricas. Si las dos barras son operadas con el mismo nivel, y no como barra principal y de reserva, puede ser usado el principio de interrupción de barra para disminuir la corriente de cortocircuito. Las dos barras y sus ramificaciones pertenecen a redes separadas. En caso necesario se pueden cambiar salidas o alimentadores a otra red. Este concepto reduce el nivel de corriente de corto circuito y disminuye la exigencia a la subestación, permite intervalos de mantenimiento más largos y ofrece una mayor seguridad de suministro. Las variantes de acoplamiento son especialmente diversas: Los ejemplos de estos son: el acoplamiento transversal simple o el acoplamiento longitudinal o transversal combinado, con seis u ocho seccionadores. Dobles seccionadores permiten realizar pruebas de alta tensión después de ampliaciones de la subestación o mantenimiento durante operación normal. Ejecución de interruptor y medio La ejecución de interruptor y medio es una forma de conexión convencional, en la cual se tiene en cuenta, que un interruptor no está disponible durante el mantenimiento. Esquema de gas y diagrama unifilar para la ejecución de interruptor y medio En su mayoría estas redes o subestaciones son operadas de manera, que todos los interruptores se hallan cerrados. Cada ramificación es alimentada de los dos lados, de manera que hasta un fallo de la barra, puede ser despejado sin una suspensión del suministro. E01 E02 E03 E04 E05 E06 E07 E08 E09 Esquema de gas y diagrama unifilar para la disposición de barra doble E01 E02 E03 E04 E05 E06 E07 Representación isométrica de una disposición de barra doble con armarios de control integrados Representación isométrica de una ejecución de interruptor y medio con armarios de control separados 24 Ejemplos de diseño Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Ejemplos de diseño 25

14 Ejemplos de diseño Ejecución de barra simple El diseño de una subestación con barra simple se asemeja a la de una subestación con barra doble, ya que tan solo se cuenta con la barra superior o la inferior. Si las bridas de conexión a los interruptores de potencia están previstas en la primera etapa, se hace más fácil realizar una extensión posterior a barra doble. Subestaciones pequeñas o subestaciones de distribución son diseñadas frecuentemente con barra simple. Esquema de gas y unifilar para la ejecución de barra simple Ejecución de barra en anillo Semejante al sistema del interruptor y medio, la barra en anillo permite una operación sin interrupción de todas las ramificaciones de cables y de líneas aún en caso de mantenimiento de los interruptores. En este tipo de conexión, las cantidades de interruptores y de ramificaciones de cables y de líneas son iguales. Por esta razón esta subestación es por lo general más económica que la variante de interruptor y medio por cada ramificación. Ejecución de conexión en H La conexión en H es utilizada para el suministro de empresas industriales o pequeñas regiones. Para una seguridad de suministro y reservas de red, lo óptimo es contar con dos líneas de alimentación y dos transformadores. La subestación puede ser operada como subestación de alimentación doble y también, con la conexión transversal cerrada, ser operada como subestación en anillo. Si la subestación va a ser posteriormente ampliada, se elije un diseño básico de barra simple con acoplamiento longitudinal. A partir de esta se puede convertir más adelante en una subestación con barra doble y acoplamiento transversal. Si se descarta la posibilidad de cualquier ampliación posterior, se elije la variante compacta sin barras. E01 E02 E03 E04 E05 E06 E07 Esquema de gas y unifilar para la ejecución de barra en anillo Esquema de gas y unifilar para la ejecución de conexión en H E01 E02 E03 E04 E01 E02 E03 E04 Representación isométrica de una ejecución de barra simple con armarios de control separados Representación isométrica de una ejecución de barra en anillo con armarios de control integrados Representación isométrica de una ejecución en H con armarios de control separados 26 Ejemplos de diseño Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Ejemplos de diseño 27

15 Valor agregado, innovación y calidad Ingeniería, manejo de proyecto, servicio Cadena de fabricación completa desde la investigación y el desarrollo hasta más allá de la puesta en servicio La subestación GIS de ABB está caracterizada por una máxima disponibilidad y rentabilidad a lo largo de todo su ciclo de vida útil. La actual línea de subestaciones para una tensión nominal de diseño de 52 hasta 170 kv demuestra la experiencia de más de cuatro décadas con subestaciones GIS. Más de celdas en más de 2000 subestaciones han sido puestas en servicio a nivel mundial. El know-how, la creatividad y el empeño de nuestros especialistas llevan continuamente a innovaciones fuera de serie y ofrecen a nuestros clientes una competencia de sistema inalcanzable. Un alto grado de fabricación propia en conjunto con un control de calidad consecuente y completo sobre toda la cadena de proceso garantiza un estándar alto de nuestros productos y servicios. El resultado de una investigación actualizada, los más modernos procedimientos de producción y la evaluación de las aplicaciones técnicas llevan a desarrollos, mejoras y optimización de todos los componentes y módulos. 1 Prueba final en fábrica de las celdas de la subestación 2 Montaje de celdas 3 Galvanizado totalmente automático de los conductores 1 Ingeniería y manejo de proyecto Nuestros especialistas trabajan en conjunto con el cliente desde la conversación inicial hasta más allá de la puesta en servicio de la subestación conforme al plazo. Nuestro manejo de proyectos muy bien pensado y optimizado a través de su continua aplicación abarca: la evaluación de todos los requerimientos en sitio, la planificación de la red, la planificación y configuración de la subestación, incluyendo tecnología primaria y secundaria, tecnología de protección y control numérico, la producción, montaje y prueba en fábrica, el transporte de módulos premontados, el montaje de la subestación, el llenado de los compartimentos de gas, la puesta en servicio y entrega en sitio y el entrenamiento del personal local. Así, nuestros clientes ganan seguridad, tiempo y una ventaja de costos nada despreciable, alcanzando una amortización rápida de la inversión. Servicio ABB, uno de los fabricantes líder de subestaciones, dispone de una red de servicio a nivel mundial con un equipo de personas muy bien preparado y que puede responder rápidamente. El personal local de ABB, competente colaborador, se encuentra a disposición del cliente ya sea para equipar subestaciones antiguas con nuevas tecnologías, ampliarlas con nuevas subestaciones, reemplazar módulos individuales ó componentes ó realizar otro tipo de servicios. Esto proporciona a nuestros clientes en todo el mundo una muy alta seguridad de inversión. Un manejo de proyectos rápido y eficaz y un servicio local para máximo beneficio del cliente. Trabajo de equipo en conjunto con el cliente Valor agregado, innovación y calidad Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Ingeniería, manejo de proyecto, servicio 29

16 Resumen, datos técnicos La subestación aislada en gas tipo ELK-04 es la solución ideal para un suministro de energía seguro, ecológico, para una ten sión nominal hasta 170 kv, una corriente nominal hasta 4000 A y una corriente de cortocircuito hasta 63 ka. Su diseño modular compacto y su alta fiabilidad no solo permiten el uso eficiente de energía en zonas de alta conglomeración, sino también allí donde se presenta una alta demanda de energía. Hoy en dia, la línea ELK-04 es una parte inherente en la conexión de redes de energía proveniente de fuentes renovables, como p.ej. instalaciones eólicas instaladas en el mar y centrales hidroeléctricas. La subestación tipo ELK-04 en el rango de tensiones de 52 hasta 170 kv ha venido haciendo una contribución muy valiosa en el suministro fiable de energía desde su introducción en el mercado a nivel mundial en La ELK-04 cubre una gran variedad de exigencias técnicas con una cantidad reducida de módulos de óptimo volumen. Esto es válido tanto ELK-04 al aire libre en ejecución de interruptor y medio al lado de una subestación al aire libre convencional para los componentes encapsulados primarios con conductores a alta tensión, como para los componentes secundarios para el control y supervisión de la subestación. Gracias al premontaje y prueba en fábrica de los diferentes componentes de la subestación, estas pueden ser transportadas, montadas y puestas en servicio de manera sencilla y rápida. Alta disponibilidad con bajos costos de operación y de servicio de la subestación, garantizan una excelente productividad. La ELK-04 es una decisión segura orientada al futuro. Valores de diseño nominal según CEI Tensión nominal kv 72,5 123 / Frecuencia nominal Hz 50 / / / / 60 Tensión de prueba a impulso de rayo a tierra sobre distancia de seccionamiento kv kv Tensión de prueba a frecuencia industrial a tierra sobre distancia de seccionamiento kv kv Corriente nominal A Corriente de impulso ka Corriente de corta duración ka 31, ,5 50 Presión mínima del gas de aislamiento kpa 520 / 600 a 20 C Presión mínima del gas de extinción kpa 600 / 630 a 20 C Temperatura ambiente permitida C -30 / +40 Envolvente trifásica Tipo de instalación interior / intemperie Dimensiones m 1,0 x 3,6 x 2,7 1,2 x 5,3 x 3,2 (de una celda de barra doble con armario de control integrado y transformador de tensión) Peso kg (celda de barra doble) Accionamiento de interruptor de potencia hidromecánico, con almacenamiento de energía por resorte Los datos anteriores no son valores límite. Otros valores deberán ser consultados a ABB. 30 Resumen, datos técnicos Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Subestación aislada en gas tipo ELK-04 Resumen, datos técnicos 31