Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS), Ing. MBA 7 y 8 marzo, 2013
2 Agenda Tendencias Componentes típicos Ventajas y desventajas Configuraciones típicas Subestaciones móviles Normas y pruebas típicas Construcción e instalación Conclusiones
3 Tendencia de las subestaciones eléctricas Subestación pequeña AIS (Air Insulated Switchgear) Subestación convencional DTB (Dead Tank Breaker) Subestación con interruptor de tanque muerto HIS DTB GIS AIS HIS (Hybrid Insulated Switchgear) Subestación híbrida GIS (Gas Insulated Switchgear) Subestación encapsulada Equipos encapsulados
4 Tendencia de una subestación encapsulada de 245 kv 1970 s 1980 s 1990 s
5 Tendencia de las subestaciones eléctricas AIS DTB HIS GIS TIPO Instalación Exterior Exterior Exterior Exterior Interior Interruptor encapsulado Seccionador encapsulado Barraje encapsulado TC encapsulado TV encapsulado
6 Tendencia de las subestaciones eléctricas TIPO AIS GIS Aplicaciones GIS Espacio Ilimitado Limitado Ciudades, industrias y zonas montañosas Ambiente Normal Extremo Contaminación, viento y limitado acceso Mantenimiento Normal Reducido Mano de obra costosa y escaza
7 Tendencia de las subestaciones eléctricas 1960 AIS 1980 GIS AIS 2000 GIS HIS AIS 2020 GIS HIS AIS
8 Componentes típicos de una bahía encapsulada trifásica Transformador de voltaje Transformador de corriente Mecanismo de operación Barraje doble con seccionadores Seccionador de puesta a tierra Panel de control Interruptor de potencia Cableado de salida
9 Ejemplo de bahía encapsulada trifásica de ABB Transformador de voltaje Mecanismo de operación Seccionador de puesta a tierra Transformador de corriente Panel de control Cableado de salida Interruptor de potencia Barraje doble seccionadores Fuente: ABB
10 Ejemplo de bahía encapsulada trifásica de SIEMENS Mecanismo de operación Panel de control Transformador de voltaje Transformador de corriente Seccionador de puesta a tierra Barraje doble seccionadores Interruptor de potencia Fuente: Siemens Cableado de salida
13 Componentes típicos de una bahía encapsulada con cable 1 2 3 4 5 6 7 1. Panel de control 2. Barraje doble con seccionadores 3. Mecanismo de operación 4. Interruptor de potencia 8 5. Transformador de corriente 6. Transformador de voltaje 7. Seccionador de puesta a tierra 8. Cableado de salida
14 Componentes típicos de una bahía encapsulada con aislador Barrajes monofásicos con seccionadores Transformador de voltaje Buje Transformador de corriente Mecanismo de operación Seccionador de puesta a tierra Interruptor de potencia
15 Seccionador manual de tres posiciones Tierra Neutro Cerrado Cerrado Neutro Tierra
17 Ventajas y desventajas comparativas AIS Diseño estructural y espacial Instalación exterior Mayor espacio Exposición a la intemperie Menor seguridad Menor confiabilidad Menor costo de equipos Menor vida útil No requiere monitoreo de aire GIS Diseño modular y compacto Instalación interior y exterior Menor espacio Aislamiento a la intemperie Mayor seguridad Mayor confiabilidad Menor costo de O&M Mayor vida útil Monitoreo continuo de gas
19 Reemplazo de una subestación AIS por GIS Antes AIS Después GIS 40% libre Fuente: Toshiba 72 kv
Costo GIS / Costo AIS 2.0 20 Fuente: I.K. International Publishing House 2008 Costo de equipos 1.0 Costo de equipos + Costo de obras Costo de equipos + Costo de obras + Costo de O&M 0 100kV 200kV 300kV 400kV 500kV 600kV 700kV 800kV
21 Típica configuración monofásica Fuente: Siemens 420 kv 1976
22 Típica configuración trifásica Fuente: IEEE
23 Configuración en anillo externa
24 Configuración en anillo interna
26 Subestaciones eléctricas encapsuladas móviles Fuente: IEEE
27 Subestaciones eléctricas encapsuladas móviles Restablecimiento rápido del servicio después de emergencias. Servicio temporal durante mantenimientos y ampliaciones. Servicio temporal durante picos de demanda. Condiciones ambientales extremas. Impedimentos para ejecutar obras civiles. Dificultades para adquisición de terrenos.
28 Normas IEC aplicables (12 normas) IEC 61869 Instrument transformers (replaces IEC 60044) IEC 60071 Insulation Coordination IEC 62271-203 High-voltage switchgear and controlgear IEC 60137 Insulated bushings above 1000 V IEC 60270 Partial discharge measurement IEC 60376 Specification and acceptance of new SF 6 IEC 60480 Guide for checking SF 6 IEC 62271-1 Common clauses or HV switchgear and controlgear standards IEC 60815-1/2 Guide for selection of insulators in respect of polluted conditions IEC 62271-209 Cable connections for gas insulated metal-enclosed switchgears IEC 62271-303 Use and handling of SF 6 in HV switchgear and controlgear IEC 61639 Direct connection between GIS and power transformer
29 Típicas pruebas de fábrica Pruebas tipo (pruebas realizadas sobre un tipo de diseño) Prueba de alta tensión Prueba de temperatura Prueba de gas Prueba sísmica Pruebas de rutina (pruebas realizadas sobre un equipo fabricado) Prueba de alta tensión Prueba mecánica Prueba de gas
30 Pruebas tipo - Prueba de alta tensión Fuente: IEEE Prueba dieléctrica de una unidad de 245 kv
31 Pruebas tipo - Prueba de temperatura Prueba de aumento de temperatura de una unidad de 170 kv aplicando hasta 6 ka de corriente en los conductores Fuente: IEEE
32 Pruebas tipo - Prueba de gas Detección de fuga de gas SF 6 Fuente: IEEE
33 Pruebas tipo - Prueba sísmica Prueba sísmica de una unidad de 550 kv Fuente: IEEE
34 Pruebas de rutina - Prueba de alta rensión Prueba de 1000 kv en corriente alterna sobre una unidad de 300 kv Fuente: IEEE
35 Pruebas de rutina - Prueba mecánica Inspección de dimensiones de una unidad de 145 kv Fuente: IEEE
36 Pruebas de rutina - Prueba de gas Detección de fuga de gas SF 6 Fuente: IEEE Fuente: Trafag
37 Transporte de una bahía encapsulada Fuente: ABB SIEMENS
38 Construcción e instalación de una subestación encapsulada Proyecto: Subestación: Interconexión GCC Al-Fadhili 400 kv Año: 2010 Cliente: País: Ingeniería: Contratista: GIS Modelo: GCCIA Arabia Saudita SNC-Lavalin ABB ELK-3 420 kv 50 Hz 3150 A 40 ka Configuración: 13 bahías (4 futuras) Interruptor y medio
39 Subestación Al-Fadhili 400 kv GIS - Plano Fuente: ABB
40 Subestación Al-Fadhili 400 kv GIS - Plano 12 m Edificio GIS con 7 bahías 93.5 m
41 Subestación Al-Fadhili 400 kv GIS - Plano 2 reactores 125 MVAR Fuente: ABB
42 Subestación Al-Fadhili 400 kv GIS - Plano 2 salidas Al-Zour 2 salidas Ghunan Fuente: ABB
43 Subestación Al-Fadhili 400 kv GIS - Plano 2 salidas futuras 2 salidas futuras Fuente: ABB
44 Subestación Al-Fadhili 400 kv GIS - Plano 3 salidas convertidor back-to-back Fuente: ABB
45 Subestación Al-Fadhili 400 kv GIS - Secciones Sección del edificio GIS 9 m 83.5 m 10 m Conexión al reactor Conexión a la línea Fuente: ABB
46 Subestación Al-Fadhili 400 kv GIS - Construcción
47 Subestación Al-Fadhili 400 kv GIS - Instalación
49 Conclusiones Más de 40 años de desarrollo y más 4000 subestaciones en el mundo confirman la tendencia creciente de la tecnología GIS. Las subestaciones encapsuladas reducen la superficie de una subestación convencional entre un 30% y un 60%. Su diseño modular permite variedad de configuraciones y ampliaciones sin pérdida de servicio. Su tiempo de entrega es mínimo gracias al despacho de unidades ensambladas y probadas en fábrica. Las subestaciones encapsuladas combinan altos estándares de confiabilidad, seguridad y operatividad. Las subestaciones encapsuladas están libres de mantenimiento durante los primeros 15 años de operación.
50 Gracias por su atención
El programa NOS IMPORTA encarna los valores y creencias esenciales corporativos de SNC-Lavalin. Es la piedra angular de todo lo que hacemos como empresa. Salud y Seguridad, Empleados, Medio Ambiente, Comunidades y Calidad: todos estos valores influyen en las decisiones que tomamos diariamente. Y lo más importante es que nos dictan la manera en la que debemos servir a nuestros clientes y por lo tanto afectan la manera en la que nos perciben nuestros socios externos. El programa NOS IMPORTA es integral a la manera en la que nos desempeñamos a diario. Es tanto una responsabilidad como una fuente de satisfacción y orgullo ya que nos proporciona los importantes estándares para todo lo que hacemos. NOS IMPORTAN la salud y seguridad de nuestros empleados, de las personas que trabajan bajo nuestra responsabilidad y de los usuarios finales de nuestros proyectos. NOS IMPORTAN nuestros empleados, su crecimiento personal, su desarrollo profesional y su bienestar general. NOS IMPORTAN las comunidades en las que vivimos y trabajamos, así como su desarrollo sostenible, y nos comprometemos a cumplir nuestras responsabilidades como ciudadanos del mundo. NOS IMPORTA el medio ambiente y realizar nuestras actividades comerciales respetando el medio ambiente. NOS IMPORTA la calidad de nuestro trabajo.