Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS)

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Subestaciones eléctricas
encapsuladas (GIS)
Francis Rodríguez, Ing. MBA
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7 y 8 marzo, 2013
2
Agenda
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Tendencias
Componentes típicos
Ventajas y desventajas
Configuraciones típicas
Subestaciones móviles
Normas y pruebas típicas
Construcción e instalación
Conclusiones
Francis Rodríguez
3
Subestación pequeña
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
Tendencia de una subestación encapsulada de 245 kV
1970’s
Francis Rodríguez
1980’s
1990’s
5
AIS
DTB
HIS
GIS
Exterior
Exterior
Exterior
Exterior
Interior
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
TIPO
Instalación
Interruptor encapsulado
Seccionador encapsulado

Barraje encapsulado
TC encapsulado
TV encapsulado
Francis Rodríguez
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6
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
AIS
1960
1980
2000
GIS
GIS
2020
Francis Rodríguez
AIS
HIS
GIS
AIS
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
Francis Rodríguez
Cableado
de salida
9
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
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
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
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
Seccionador manual de tres posiciones
Tierra
Neutro
Cerrado
Cerrado
Francis Rodríguez
Neutro
Tierra
17
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
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Reemplazo de una subestación AIS por GIS
Antes AIS
Después GIS
40% libre
Fuente: Toshiba 72 kV
Francis Rodríguez
20
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
Típica configuración monofásica
Fuente: Siemens 420 kV 1976
Francis Rodríguez
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Típica configuración trifásica
Fuente: IEEE
Francis Rodríguez
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Configuración en anillo externa
Francis Rodríguez
24
Configuración en anillo interna
Francis Rodríguez
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Subestaciones eléctricas encapsuladas móviles
Fuente: IEEE
Francis Rodríguez
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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
Normas IEC aplicables (12 normas)
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
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
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
Pruebas tipo - Prueba de alta tensión
Fuente: IEEE
Prueba dieléctrica de una unidad
de 245 kV
Francis Rodríguez
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
Francis Rodríguez
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Pruebas tipo - Prueba de gas
Detección de fuga de gas SF6
Fuente: IEEE
Francis Rodríguez
33
Pruebas tipo - Prueba sísmica
Prueba sísmica de una unidad de
550 kV
Fuente: IEEE
Francis Rodríguez
34
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
Pruebas de rutina - Prueba mecánica
Inspección de dimensiones de
una unidad de 145 kV
Fuente: IEEE
Francis Rodríguez
36
Pruebas de rutina - Prueba de gas
Detección de fuga de gas SF6
Fuente: IEEE
Francis Rodríguez
Fuente: Trafag
37
Transporte de una bahía encapsulada
Fuente: ABB
SIEMENS
Francis Rodríguez
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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
Subestación Al-Fadhili 400 kV GIS - Plano
Fuente: ABB
Francis Rodríguez
40
12 m
Edificio GIS con 7 bahías
93.5 m
Francis Rodríguez
41
2 reactores
125 MVAR
Fuente: ABB
Francis Rodríguez
42
2 salidas Al-Zour
2 salidas Ghunan
Fuente: ABB
Francis Rodríguez
43
2 salidas futuras
2 salidas futuras
Fuente: ABB
Francis Rodríguez
44
3 salidas convertidor back-to-back
Fuente: ABB
Francis Rodríguez
45
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
Subestación Al-Fadhili 400 kV GIS - Construcción
Francis Rodríguez
47
Subestación Al-Fadhili 400 kV GIS - Instalación
Francis Rodríguez
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
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
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.

Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS)

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