Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Francis Rodríguez, Ing. MBA 7 y 8 marzo, 2013 2 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Agenda Tendencias Componentes típicos Ventajas y desventajas Configuraciones típicas Subestaciones móviles Normas y pruebas típicas Construcción e instalación Conclusiones Francis Rodríguez 3 Subestación pequeña Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Tendencia de las subestaciones eléctricas AIS (Air Insulated Switchgear) – Subestación convencional GIS DTB (Dead Tank Breaker) – Subestación con interruptor de tanque muerto HIS DTB AIS HIS (Hybrid Insulated Switchgear) – Subestación híbrida GIS (Gas Insulated Switchgear) – Subestación encapsulada Equipos encapsulados Francis Rodríguez 4 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Tendencia de una subestación encapsulada de 245 kV 1970’s Francis Rodríguez 1980’s 1990’s 5 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Tendencia de las subestaciones eléctricas AIS DTB HIS GIS Exterior Exterior Exterior Exterior Interior TIPO Instalación Interruptor encapsulado Seccionador encapsulado Barraje encapsulado TC encapsulado TV encapsulado Francis Rodríguez 6 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Tendencia de las subestaciones eléctricas TIPO AIS GIS Ilimitado Limitado Ciudades, industrias y zonas montañosas Ambiente Normal Extremo Contaminación, viento y limitado acceso Mantenimiento Normal Reducido Mano de obra costosa y escaza Espacio Francis Rodríguez Aplicaciones GIS 7 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Tendencia de las subestaciones eléctricas AIS 1960 1980 2000 GIS GIS 2020 Francis Rodríguez AIS HIS GIS AIS HIS AIS 8 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) 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 Francis Rodríguez Cableado de salida 9 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Ejemplo de bahía encapsulada trifásica de ABB Transformador de voltaje Seccionador de puesta a tierra Transformador de corriente Cableado de salida Fuente: ABB Francis Rodríguez Mecanismo de operación Interruptor de potencia Panel de control Barraje doble seccionadores 10 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Ejemplo de bahía encapsulada trifásica de SIEMENS Mecanismo de operación Transformador de voltaje Panel de control Transformador de corriente Barraje doble seccionadores Fuente: Siemens Francis Rodríguez Seccionador de puesta a tierra Interruptor de potencia Cableado de salida 13 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Componentes típicos de una bahía encapsulada con cable 1 2 3 4 1. Panel de control 5 6 2. Barraje doble con seccionadores 7 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 Francis Rodríguez 14 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Componentes típicos de una bahía encapsulada con aislador Barrajes monofásicos con seccionadores Transformador de voltaje Buje Transformador de corriente Seccionador de puesta a tierra Mecanismo de operación Francis Rodríguez Interruptor de potencia 15 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Seccionador manual de tres posiciones Tierra Neutro Cerrado Cerrado Francis Rodríguez Neutro Tierra 17 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Ventajas y desventajas comparativas AIS GIS Diseño estructural y espacial Diseño modular y compacto Instalación exterior Instalación interior y exterior Mayor espacio Menor espacio Exposición a la intemperie Aislamiento a la intemperie Menor seguridad Mayor seguridad Menor confiabilidad Mayor confiabilidad Menor costo de equipos Menor costo de O&M Menor vida útil Mayor vida útil No requiere monitoreo de aire Monitoreo continuo de gas Francis Rodríguez 19 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Reemplazo de una subestación AIS por GIS Antes AIS Después GIS 40% libre Fuente: Toshiba 72 kV Francis Rodríguez 20 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Costo GIS / Costo AIS Fuente: I.K. International Publishing House 2008 2.0 Costo de equipos 1.0 Costo de equipos + Costo de obras Costo de equipos + Costo de obras + Costo de O&M 0 100kV Francis Rodríguez 200kV 300kV 400kV 500kV 600kV 700kV 800kV 21 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Típica configuración monofásica Fuente: Siemens 420 kV 1976 Francis Rodríguez 22 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Típica configuración trifásica Fuente: IEEE Francis Rodríguez 23 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Configuración en anillo externa Francis Rodríguez 24 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Configuración en anillo interna Francis Rodríguez 26 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Subestaciones eléctricas encapsuladas móviles Fuente: IEEE Francis Rodríguez 27 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) 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. Francis Rodríguez 28 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Normas IEC aplicables (12 normas) IEC 61869 IEC 60071 IEC 62271-203 IEC 60137 IEC 60270 IEC 60376 IEC 60480 IEC 62271-1 IEC 60815-1/2 IEC 62271-209 IEC 62271-303 IEC 61639 Francis Rodríguez Instrument transformers (replaces IEC 60044) Insulation Coordination High-voltage switchgear and controlgear Insulated bushings above 1000 V Partial discharge measurement Specification and acceptance of new SF6 Guide for checking SF6 Common clauses or HV switchgear and controlgear standards Guide for selection of insulators in respect of polluted conditions Cable connections for gas insulated metal-enclosed switchgears Use and handling of SF6 in HV switchgear and controlgear Direct connection between GIS and power transformer 29 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) 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 Francis Rodríguez 30 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Pruebas tipo - Prueba de alta tensión Fuente: IEEE Prueba dieléctrica de una unidad de 245 kV Francis Rodríguez 31 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) 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 Francis Rodríguez 32 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Pruebas tipo - Prueba de gas Detección de fuga de gas SF6 Fuente: IEEE Francis Rodríguez 33 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Pruebas tipo - Prueba sísmica Prueba sísmica de una unidad de 550 kV Fuente: IEEE Francis Rodríguez 34 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Pruebas de rutina - Prueba de alta rensión Prueba de 1000 kV en corriente alterna sobre una unidad de 300 kV Fuente: IEEE Francis Rodríguez 35 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Pruebas de rutina - Prueba mecánica Inspección de dimensiones de una unidad de 145 kV Fuente: IEEE Francis Rodríguez 36 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Pruebas de rutina - Prueba de gas Detección de fuga de gas SF6 Fuente: IEEE Francis Rodríguez Fuente: Trafag 37 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Transporte de una bahía encapsulada Fuente: ABB SIEMENS Francis Rodríguez 38 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Construcción e instalación de una subestación encapsulada Proyecto: Interconexión GCC Subestación: Al-Fadhili 400 kV Año: 2010 Cliente: GCCIA País: Arabia Saudita Ingeniería: SNC-Lavalin Contratista: ABB GIS Modelo: ELK-3 420 kV 50 Hz 3150 A 40 kA Configuración: 13 bahías (4 futuras) Interruptor y medio Francis Rodríguez 39 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Subestación Al-Fadhili 400 kV GIS - Plano Fuente: ABB Francis Rodríguez 40 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Subestación Al-Fadhili 400 kV GIS - Plano 12 m Edificio GIS con 7 bahías 93.5 m Francis Rodríguez 41 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Subestación Al-Fadhili 400 kV GIS - Plano 2 reactores 125 MVAR Fuente: ABB Francis Rodríguez 42 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Subestación Al-Fadhili 400 kV GIS - Plano 2 salidas Al-Zour 2 salidas Ghunan Fuente: ABB Francis Rodríguez 43 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Subestación Al-Fadhili 400 kV GIS - Plano 2 salidas futuras 2 salidas futuras Fuente: ABB Francis Rodríguez 44 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Subestación Al-Fadhili 400 kV GIS - Plano 3 salidas convertidor back-to-back Fuente: ABB Francis Rodríguez 45 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Subestación Al-Fadhili 400 kV GIS - Secciones Sección del edificio GIS 9m 10 m 83.5 m Conexión al reactor Conexión a la línea Fuente: ABB Francis Rodríguez 46 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Subestación Al-Fadhili 400 kV GIS - Construcción Francis Rodríguez 47 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Subestación Al-Fadhili 400 kV GIS - Instalación Francis Rodríguez 49 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) 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 ampliaciones sin pérdida de servicio. de configuraciones y 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. Francis Rodríguez 50 Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Gracias por su atención… Francis Rodríguez 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.
