Descargadores de línea para una mayor fiabilidad del sistema www.siemens.com/energy/arrester Answers for energy.
Más seguridad, más potencia Mejore el rendimiento de su sistema de transmisión La fiabilidad cobrará cada vez mayor importancia El crecimiento del consumo de electricidad a nivel mundial provoca que las redes existentes sufran una utilización cada vez mayor, a veces hasta el límite de su capacidad. Esto hace que una alimentación por red responsable y fiable sea cada vez más difícil. En muchos mercados existe ya hoy riesgo de responsabilidad para los operadores de red que en caso de fallos en la red les obliga a pagar indemnizaciones. Y algunos fenómenos naturales, como los rayos, pueden paralizar redes enteras. Por este motivo, muchos operadores de red buscan soluciones que puedan aumentar la fiabilidad de sus redes. Ampliación, remodelación y protección para conseguir una mayor fiabilidad. Fundamentalmente, existen tres posibilidades para mejorar la protección de las redes: Ampliación de la capacidad de la red Montaje de cables de tierra adicionales Utilización de descargadores de sobretensión en las secciones sensibles de los recorridos La ampliación de la capacidad de la red fracasa hoy a menudo tanto debido a los costes como a la hora de obtener los correspondientes permisos, especialmente en zonas con una gran densidad de población o vírgenes de agricultura. También la utilización de lo que se conoce como líneas compactas sirve de poca ayuda ya que la escasa distancia de sus conductores causa considerables problemas en caso de verse afectados por un rayo. Como alternativa, los recorridos sensibles se pueden equipar con cables de conexión a tierra allí donde la resistencia de tierra sea especialmente elevada. Sobre todo en zonas que sufren rayos, como zonas de montaña y elevadas, esto suele llevar consigo elevados costes y problemas.
La utilización de descargadores de sobretensión con los que se puede reaccionar de forma escalonada al posible peligro constituye una solución económica. El gráfico de la página 5 muestra como disminuye la frecuencia de los fallos derivados de rayos dependiendo de la resistencia de tierra, de cuantos descargadores protejan la línea de transmisión y como consecuencia, las instalaciones conectadas. Los descargadores también se pueden transportar e instalar fácilmente en terrenos difíciles. Para ello se complementan con material de montaje especial para todas las aplicaciones para conseguir un sistema perfecto. Y Siemens ofrece todavía más. La estrecha colaboración con un constructor de líneas especializado garantiza resultados perfectos para todas sus aplicaciones desde el diseño del sistema hasta el montaje final. 3
Simulación No desaproveche las ventajas para todas las aplicaciones hasta 800 kv La selección adecuada de los descargadores de línea y, especialmente, de su cantidad y su lugar de instalación son decisivos para conseguir un éxito duradero. Durante la instalación de los descargadores de línea, en cada fase y en cada mástil a lo largo del recorrido total de la línea se aplicará una protección completa frente a los rayos lo que previene completamente los fallos que pudieran producirse en la red. A modo de alternativa, Siemens ofrece un análisis de software (simulación) basado en estudios Cigré para examinar y comprobar a priori casos de aplicación específicos del cliente para determinar la solución ideal y más económica al mismo tiempo. De este modo se pueden equipar únicamente fases aisladas o, en su caso, secciones de la línea con descargadores de línea al tiempo que se garantiza una protección adecuada frente a los rayos. Una ventaja especial es que con una parte de la inversión necesaria para un equipamiento completo se pueden conseguir resultados excepcionales. En la primera fase del análisis todos los parámetros importantes de la línea de transmisión a examinar se introducen en el software de simulación y se seleccionan los casos de instalación a supervisar. Para ello se tienen en cuenta los siguientes factores: Datos de rendimiento: tensión de servicio, cantidad de sistemas trifásicos, datos del cable de línea, datos del cable de tierra, longitud, recorrido y flecha de la línea, tipo y diámetro del cable Datos de las torres para líneas aéreas: impedancias de la conexión a tierra del mástil, geometría del mástil (situación y distancia de cada una de las fases y si se encuentran disponibles cables de tierra) Datos de los aisladores: distancia de aislamiento, longitud de conexión, BIL Frecuencia de los rayos (nivel ceráunico: rayos por año y km²), topología de la línea (perfil de altura) Prioridad desde el punto de vista del cliente (por ejemplo, menos interrupciones breves, prevención de cortocircuitos de fases y sistemas, renuncia a utilizar cables de tierra) De este modo se copian individualmente hasta ocho posiciones de instalación diferentes del descargador de línea de las fases a proteger para determinar las variantes más eficaces. Además, la línea se divide en diferentes secciones (dependiendo de la topología de la línea o de la distribución de la resistencia de la conexión a tierra del mástil) y la instalación de los descargadores de línea varía en relación al número de mástiles a equipar. Tras realizar la simulación propiamente dicha, en una segunda fase del análisis, se evaluarán todos los datos y, a continuación, en una tercera fase se formularán propuestas para encontrar la solución ideal. Estas propuestas se encuentran disponibles para una charla individualizada con el cliente que servirá para encontrar la mejor estrategia de equipamiento de forma conjunta. 4
El sencillo camino hacia la solución del cliente: Análisis de las características específicas de la línea Parámetros eléctricos de la línea Parámetros geométricos de la línea Nivel ceráunico (rayos por año o densidad de rayos) Impedancias de la conexión a tierra del mástil Frecuencia real de las averías Propuestas de Siemens Tipo de descargador Asesoramiento sobre la estrategia de equipamiento (número de mástiles a proteger, selección de las fases, etc.) Instalación Ejemplo de análisis de un sistema trifásico doble Averías anuales cada 00 km Perfil del mástil L L L3 L4 L5 L6 Resistencia de la conexión a tierra del mástil [Ω] LSA: Line Surge Arrester (Descargadores de línea) 5
Seguridad para su red de transporte La mejor técnica para la mejor protección La mejor técnica para su seguridad La función principal de los descargadores es reducir las sobretensiones nocivas y mantenerlas alejadas de los componentes de la red de transmisión. Estas tensiones se pueden derivar de rayos directos o cercanos, pero también de conmutaciones. El funcionamiento de los descargadores se basa en la propiedad de determinados óxidos metálicos de reducir su resistencia ante la aparición de una sobretensión en cuestión de nanosegundos de forma que la sobretension se puede desviar de forma segura. Si no hay sobretensiones, los bloques de óxidos metálicos del descargador actúan a modo de aisladores gracias a su alta resistencia. Se distingue principalmente entre descargadores con envoltura de porcelana y de silicona. Los últimos presentan ventajas frente a la porcelana, más pesada y quebradiza, en la instalación y el funcionamiento, ya que la silicona no es solo flexible y resistente a los fenómenos meteorológicos sino que conserva su capacidad de repeler el agua y la suciedad durante toda su vida útil. De esta forma, las corrientes superficiales no tienen ninguna oportunidad, y los descargadores están mejor protegidos frente a los actos vandálicos. Cuando se trate de realizar inversiones en la fiabilidad y la seguridad de sus líneas de transmisión, exija el máximo rendimiento. Por ello, en Siemens ofrecemos nuestros descargadores para tensiones de hasta 550 kv en diseño Käfig (tipo jaula) y de tubo para tensiones elevadas hasta 800 kv. Ambas posibilidades de diseño permiten el moldeado directo de silicona lo cual impide de forma eficaz la entrada de aire, humedad y la formación de corrientes de superficiales. El diseño tipo jaula de Siemens El diseño tipo jaula de Siemens ofrece gran cantidad de ventajas en la técnica de los descargadores que se rentabilizan para el cliente inmediatamente, entre las que se cuentan su elevada estabilidad mecánica con un peso reducido. Esta se consigue por medio de ocho barras pretensadas de plástico reforzado con fibra de vidrio. Estas impiden que en caso de sobretensión las piezas salgan despedidas del interior. El diseño sin aire en el interior ahorra no solo material sino también el dispositivo de alivio para sobrepresión. Otra ventaja decisiva es la silicona vulcanizada directamente sobre el componente activo. Gracias a su gran seguridad, su sencillo montaje, su robustez mecánica y su reducido peso, se recomienda el uso de descargadores de diseño tipo jaula allí donde el montaje resulta difícil debido a lo intransitable del terreno. Puede confiar en la eficiencia de nuestros descargadores de diseño tipo jaula ya que fueron los primeros en pasar el test de alivio de presión IEC 60099-4 Ed.. como prueba tipo a nivel mundial. 6
Especialmente diseñados para descargadores de línea Esta combinación altamente eficaz de peso, fijación y seguridad predestina a los descargadores de Siemens de diseño tipo jaula a ser empleados como descargadores de línea. La tabla de la página 7 ofrece un resumen sobre las series de tipos estándares de Siemens y sus características eléctricas más importantes. Al contrario, los descargadores de diseño tipo Wrap con envolvente de silicona o EPDM permiten la entrada de aire (y con ello las peligrosas descargas parciales). A esto se une que el EPDM pierde en un tiempo mínimo su capacidad repelente frente al agua y la suciedad bajo la influencia de los rayos ultravioletas. Además, los bloques de óxidos metálicos de los descargadores de diseño tipo wrap están cubiertos únicamente con mantas de fibra de vidrio empapado en epoxi lo que lleva consigo una resistencia mecánica sensiblemente menor. Independientemente de la capacidad de resistencia mecánica, la inflamabilidad de la resina epoxi es otro argumento en contra de los descargadores de diseño tipo Wrap. La silicona que se emplea en los descargadores Siemens es autoextinguible. Además, para requerimientos especiales se encuentra disponible el diseño tipo tubo de Siemens. En lo que al requerimiento de elevada absorción de energía (por ejemplo, para limitar las sobretensiones de conmutación) y condiciones mecánicas especiales se refiere, se pueden cubrir prácticamente todos los casos especiales. Comparación de diseños y características eléctricas de los descargadores de línea de Siemens Diseño de tubo Valores máximos de los descargadores de tensión Diseño de jaula Bloques de OM Estructura portante de FRP (barras FRP) Tubo FRP Envolvente de silicona Armaduras metálicas Diseño envolvente 3EL5 3EL 3EL 3EL 3EL 3EL Tensión máxima fase-fase de la Red U m kv 45 36 36 40 40 550 Tensión nominal máx. del descargador U r kv 44 88 88 360 360 468 Corriente nominal máx. I n ka 0 0 0 0 0 0 Clase máx. de descarga de línea 3 3 4 Capacidad máx. de absorción de energía kj/kvr 4,4 5 5 8 8 0 Corriente máx. de impulso rectangular A 550 750.00.00.00.00 Corriente de cortocircuito máx. tolerable ka 0 65 65 65 65 65 Carga en servicio máx. permitida knm 0,5, 4 4 4 4 7
Descargador de sobretensión de línea sin gap (NGLA) Descargadores de línea sin gap Los descargadores de línea sin gap en aire ofrecen la máxima flexibilidad de montaje y fiabilidad de funcionamiento. Dependiendo de la ejecución del mástil y la ubicación de los aisladores/líneas se pueden instalar directamente en los aisladores de líneas aéreas o en el mástil. Gracias a su capacidad de absorción de energía, los descargadores de línea sin gap en aire ofrecen una gran protección frente a las sobretensiones de choque de conmutación dependiente de la red y los rayos. Montaje en cable de línea Montaje en torre para líneas aéreas Montaje en aislador Y para desconectar los descargadores de línea galvánicamente de la tensión de red en el caso improbable de un fallo o una sobrecarga, se instala un desconector en serie. Este desconecta los descargadores de línea inmediata y automáticamente de la tensión de red. De este modo las líneas aéreas afectadas pueden permanecer en servicio hasta que sea planificada su sustitución. 8 Opcionalmente, a los descargadores de línea se puede instalar el nuevo sistema de control ACM para supervisar el estado. Junto con el ACM-Advanced, se realiza el análisis del estado de forma inalámbrica desde un ordenador y ofrece información detallada sobre las corrientes de fuga y la energía disipada.
Posibilidades de fijación para instalación en cable de línea Abrazadera para cable simple estándar Abrazadera para cable simple estándar Abrazadera para cable doble Abrazadera para cable triple Posibilidades de fijación para instalación en torres Desconector Soporte para mástil flexible Soporte para mástil fijo Soporte para mástil flexible con sistema de control (ACM) Vertical sobre el brazo del mástil Separador con dispositivo de alivio de presión patentado 9
Descargador de sobretensión de línea con gap (EGLA) Descargadores de línea con gap externo en aire Este tipo de descargadores de línea posee un GAP en aire externo conectado en serie. El componente activo del descargador de línea en circunstancias normales galvánico está desconectado de la tensión de red. En caso de una sobretensión por rayo, se activa dicho arco de descarga atraves del aire y desvía la sobretensión peligrosa por el arco. Mientras que el componente activo limita la corriente entrante de forma que el arco se elimine en el siguiente paso por el cero de la corriente a la frecuencia de red. A continuación, el descargador de línea vuelve inmediatamente al estado de espera. De este modo el descargador de línea EGLA impide que todos arcos o flameos en los aisladores pudieran llevar a breves interrupciones aumentando de este modo la estabilidad de la red y la disponibilidad de la línea aérea. Otra ventaja de los descargadores de línea EGLA es que no hay corrientes de fuga ya que el componente activo del descargador no se encuentra bajo tensión de servicio gracias a los GAP externos en serie. Dependiendo de las circunstancias de las líneas aéreas, por ejemplo la colocación de los mástiles y los aisladores, las posibilidades de fijación y la tensión de red, se puede instalar un descargador de línea EGLA directamente en paralelo a los aisladores de suspension o tensados o en la cadena de aisladores así como en el brazo del mástil. El componente activo puede estar compuesto por una o dos partes. Este montaje compacto es a menudo la única posibilidad para instalar descargadores de línea en mástiles ya existentes con distancias de seguridad limitadas a otras fases y otros mástiles. Los descargadores de línea EGLA de Siemens se encuentran disponibles para proteger líneas aéreas con tensiones de sistema máximas de 550 kv. Todos los EGLAs de Siemens se fabrican y comprueban con la norma IEC 60099-8 más actual, publicada en enero de 0. 0
Formas de montage Montaje directamente en un aislador de barra longitudinal de silicona (Siemens tipo 3FL) Montaje directamente en aislador de suspension de porcelana Montaje en el brazo del mástil Pruebas Prueba tipo en un descargador de línea EGLA de 44 kv Prueba tipo en un descargador de línea EGLA de 400 kv
Selección de proyectos de referencia Línea de transmisión de 5 kv, North East Utilities, CT, EE.UU., 007, 009, 00 Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red Situación y clima: de continental a subtropical, temporada de huracanes, tormentas frecuentes en verano Frecuencia de los rayos: muy elevada, < 30 rayos/km²/año Línea de transmisión de 5 kv, Rio Grande Electric Coop, Texas, EE.UU., 00 Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red Situación y clima: de subtropical a tropical, temporada anual de huracanes de seis meses Frecuencia de los rayos: muy elevada, < 30 rayos/km²/año 3 7 8 3 Líneas de transmisión de 45 y 40-kV, CFE, México Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red Situación y clima: alta montaña, hasta 3.000 m sobre el nivel del mar, clima alpino Frecuencia de los rayos: elevada, < 0 rayos/km²/año 5 4 6 4 Línea de transmisión de 550 kv, ISA, Colombia Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red Situación y clima: alta montaña,.000 m sobre el nivel del mar, clima tropical frío Frecuencia de los rayos: elevada, < 0 rayos/km²/año 5 Línea de transmisión de 45 kv, ISA-REP, Perú, 009 Problema principal: alta montaña, frecuencia de los rayos Situación y clima: alta montaña, tropical Frecuencia de los rayos: alta, < 0 rayos/km²/año 6 Líneas de transmisión de 3 y 45 kv, CEMIG, Brasil, 007, 008, 00 Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red Situación y clima: tropical Frecuencia de los rayos: de alta a muy alta, < 30 rayos/km²/año 7 Línea de transmisión de 45 kv, REN, Portugal, 005 Problema principal: compatibilidad electromagnética Condiciones ambientales: normales Frecuencia de los rayos: baja, < 3 rayos/km /año 8 Línea alpina de alta montaña de 3 kv, KELAG, Austria, 007 Situación: alta montaña, hasta.300 m sobre el nivel del mar Condiciones ambientales: nieve 9 meses/año, frecuencia de los rayos: mediana, < 5 rayos/km /año Resistencia de tierra: hasta.00 Ω
Cantidad media de rayos por km y año hasta 70 hasta 30 hasta 0 hasta 4 de 0, a 0 Línea de transmisión de 550 kv, Sotchi, RAO UES, Rusia, 007 Problema principal: alta montaña, cable de tierra congelado Situación: alta montaña caucásica, hasta 3.000 m sobre el nivel del mar, largos periodos de lluvia y nieve Frecuencia de los rayos: elevada, < 0 rayos/km /año 9 0 Línea de transmisión de 70 kv, KEPCo, Corea del Sur, 008, 009, 0 Primer descargador del línea Siemens con descargador de chispa externo (EGLA), 008 Problema principal: estabilidad de la red Situación y clima: estación estival del monzón 0 días de lluvia al año Frecuencia de los rayos: mediana, < 5 rayos/km /año 3 4 5 Líneas de transmisión de 3 y 45 kv, Vietnam, 004, 006, 007, 008, 009, 00, 0 Problema principal: estabilidad de la red Situación y clima: condiciones ambientales tropicales variables, tifones en la estación de las lluvias Frecuencia de los rayos: alta, < 0 rayos/km /año 5 3 Proyecto EGLA de 3 kv, EGAT, Tailandia, 00 Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red Situación y clima: monzónico tropical, hasta meses húmedos al año Frecuencia de los rayos: muy alta, < 30 rayos/km /año 4 NGLA-SESB de 36 kv, Malasia, 009 EGLA-SESB de 45 kv, Malasia, 00 NGLA-TNB de 75 kv, Malasia, 00 Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red Situación y clima: condiciones ambientales tropicales variables, tifones en la estación de las lluvias Frecuencia de los rayos: muy alta, < 30 rayos/km /año 9 Línea de alta montaña de 40 kv NEK, Bulgaria, 004 Situación: alta montaña, hasta.800 m sobre el nivel del mar Condiciones ambientales: nieve y viento fuerte, tormentas localizadas frecuentes condicionadas por la estación, Frecuencia de los rayos: mediana, < 5 rayos/km /año Resistencia de tierra: hasta.000 Ω 5 Proyectos de 7,5 y 70 kv, Sumatra, Indonesia, 007, 009, 00, 0 Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red Situación y clima: tropical, precipitaciones frecuentemente muy abundantes Frecuencia de los rayos: muy alta, < 30 rayos/km /año 3
Dispositivos de control para descargadores de sobretensión Los dispositivos de control se pueden conectar a todos los descargadores que aparecen en este catálogo. ACM-Advanced Dispositivo de control del estado Arrester Condition Monitor (ACM) Advanced Nº de pedido: 3EX5080- (dispositivo ACM) Nº de pedido: 3EX5085 (módulo USB inalámbrico) CD de software: incluido en el paquete Sensor Hasta 00 m Indicador Sensor Nº de pedido 3EX5060 Indicador Nº de pedido 3EX506 Cable de conexión* Nº de pedido 3EX5963-xx * Necesario para el funcionamiento Disponible en diferentes longitudes 4
Nº de pedido (ejemplo) Descargador en envoltorio de silicona (diseño tipo jaula) 3 E L Modelo de descargador Carga mecanica permisible en el cabezal, knm Carga mecanica permisible en el cabezal 4 knm Carga mecanica permisible en el cabezal 0,5 knm 5 Tensión nominal del descargador en kv 0 Corriente de onda de larga duracion, valores máximos 550 A (3EL5) 750 A (3EL).00 A (3EL).00 A (3EL) Aplicación Descargador de línea Tipo de envolvente o housing Clase de descarga de línea LD (3EL5, 3EL) LD 3 (3EL) LD 4 (3EL) Número de modulos del descargador completo De una pieza De dos piezas De tres piezas Forma de las aletas o campanas Grande, pequeña Conexión superior Diversas (por ejemplo, abrazadera para cable para línea doble, diámetro del cable: 8 mm) Placa de características Forma especial para descargadores de línea Conexión inferior Diversas (por ejemplo, desconector) 3 E L 0 L M 3 4 Z Z 9 0 6 L M 3 4 3 4 Z Z 9 Nº de pedido (ejemplo) Descargador de línea con GAP externo 3 E V Modelo de descargador Carga mecanica permisible en el cabezal, knm Carga mecanica permisible en el cabezal 4 knm Carga mecanica permisible en el cabezal 0,5 knm 5 Tensión nominal del EGLA completo en kv 44 Tipo de varistor (según corriente de onda de larga duracion, valores máximos) 550 A (3EL5) 750 A (3EL).00 A (3EL).00 A (3EL) Aplicación Descargador de línea Tipo de envoltura o housing Capacidad de absorción de energía (relacionada con la clase de descarga de línea) LD (3EV5) LD (3EV5, 3EV) LD 3 (3EV) LD 4 (3EV) Número de envolturas o modulos que componen el descargador completo De un modulo activo, con GAP extremo al final del componente activo De dos modulos activos, con GAP extremo al final del componente activo De tres modulos activos, con GAP extremo al final del componente activo De cuatro modulos activos, con GAP extremo al final del componente activo De dos modulos activos, con GAP extremo entre componentes activos De cuatro modulos activos, con GAP extremo entre componentes activos Forma especial 3 E V 44 0 L K 6 0 6 L K 3 4 3 4 6 8 9 5
Publicado por y copyright 0: Siemens AG Energy Sector Freyeslebenstrasse 9058 Erlangen, Alemania Siemens AG Energy Sector Power Transmission Division High Voltage Products Nonnendammallee 04 369 Berlín, Alemania www.siemens.com/energy/arrester Contacto: Teléfono: +49 30 386 33 Fax: +49 30 386 6 7 Correo electrónico: arrester.energy@siemens.com Power Transmission Division Nº de pedido E5000-G630-A03-X-7800 Impreso en Alemania Dispo 3000, c4bs No. 7457 fb 467 WÜ 47600 WS 06.5 Impreso en papel blanqueado sin cloro elemental. Reservados todos los derechos. Las marcas comerciales mencionadas en este documento son propiedad de Siemens AG, sus filiales o respectivos propietarios. Sujeto a modificaciones sin previo aviso. Este documento contiene descripciones generales sobre las posibilidades técnicas que pueden, pero no tienen que darse en el caso individual. Por ello, las prestaciones deseadas se determinarán en cada caso al cerrar el contrato.