subestaciones alta tension aisladas en gas gis

© ABB Group April 30, 2014 | Slide 1

Gas Insulated Switchgear-GISABB POWER SYSTEMS SUBSTATION

Ing. Johnny Cuevas, Market Manager PPS – ABB Power Systems Division, abril 2014

© ABB GroupApril 30, 2014 | Slide 2

Generalidades¿Qué es la GIS?

Bahía aislada en aire

Bahía aislada en gas (SF6)GIS (Gas Insulated Switchgear)

AIS (Air Insulated Switchgear)

Barras aisladas en

aire

Barras aisladas en

gas SF6

¿POR QUE UNA SUBESTACIÓN GIS?


Ahorro de espacio, con componentes totalmente encapsulados Las condiciones ambientales no influyen en el equipamiento

Es modular y flexible

Volumen optimizados de SF6, y presión alta de gas

Se puede utilizar en alturas mayores a 1000 msnm sin tener el efecto de corrección por altura del aislamiento externo del equipamiento por estar encapsulado en SF6

Cuenta con una alta fiabilidad y disponibilidad

Alta Eficiencia Económica Bajo costo de mantenimiento

Vida económica larga (> 40 años)

GIS viene pre-fabricados, pre-probado desde fábrica, originando un corto tiempo de montaje en el proyecto

Eficiente de la Energía Es una solución ideal para la integración de las energías

renovables (Solar y Eólica)

Tecnología integrada


GeneralidadesBeneficios – Bajo requerimiento de espacio

Comparando una bahía aisladaen aire en 400kV, la bahia GIS,ABB requiere el 4 % delvolumen total.


TRADICIÓN E INNOVACIÓNHitos en más de 40 años de experiencia

Pioneer & Leader in GIS-Technology 1956 First research with SF6

1965 First GIS, 110 kV 1966 First GIS, 170 kV 1976 First GIS, 550 kV 1978 First GIS, 80 kA, 245/550 kV 1987 First GIS, 800 kV 1992 First GIS, Container, 145 kV 1997 First GIS, very compact, 123 kV 1998 First GIS, 3-phase, 50kA, 170 kV 2003 First GIS, 3-phase, 63kA, 145 kV 2008 First GIS, 1100 kV


GeneralidadesPortafolio

ELK-14 252 kV ELK-14 300 kV ELK-3 420 kV

ELK-3 550 kV ELK-4 800 kV ELK-5 1100 kV

ELK-04 145 kV ELK-04 170 kVENK 72.5 kV

Distribución (≤ 170kV)

Transmisión(≥ 220kV)


ABB GIS Product PortfolioInformación técnica

Sub-Transmission

52-170kV

Transmission

245-1100kV

Type ELK-04 ELK-14 ELK-3 ELK-4 ELK-5

Enclosure Three phase Three-, Single phase Single phase

Rated Voltage (KV) 145/170 245/252/300 420/550 800 1100

Rated Power Frequency Withstand Voltage * (kV) 275/325 460 650/740 960 1100

Rated Lightning Impulse Withstand Voltage* (kV) 650/750 1050 1425/1550 2100 2400

Rated Normal Current (A) 2500/3150/4000 3150/4000 4000/6300 4000/5000 4000/6300

Rated Short Circuit Breaking Current, 3s (kA) 40/50/63 50/63 63 50 50

* Against earth


GeneralidadesReferencias – Nuestras fábricas

ABB Factory “Oerlikon-Zürich“Scope of activities:Development, Manufacturing, Engineering and Sales SupportGIS 245 kV - 1100 kV

ABB Factory “Oerlikon-Zürich“Scope of activities:Development, Manufacturing, Engineering and Sales SupportGIS 245 kV - 1100 kV

ABB Factory“Xiamen“Scope of activities:Manufacturing, Engineering and SalesGIS 145 kV - 550 kV

ABB Factory “Hanau - Grossauheim“Scope of activities:Development, Manufacturing, Engineering and Sales SupportGIS up to 170 kV

SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA


GENERACION –TRANSMISIÓN-CLIENTES LIBRES-DISTRIBUCIÓN-USUARIOS FINALES

10

TIPOS DE SUBESTACIONES

GENERACIÓN

Interruptores automáticos

Usuarios comerciales-Cliente Libres

Subestación de de generación

Subestaciones deDistribución

Subestación de Transferencia

Subestación de de transformaciónCargas

Mineras e Industrias (Clientes Libres)

Tomado Abb Review 1/2008

TIPOS DE SUBESTACIONES

CONVENCIONALESO AISLADAS EN AIRE

ENCAPSULADAS O AISLADAS EN SF6 -GIS


FUNCIONES DE LAS SUBESTACIONES

Seguridad Separar el sistema de aquellas partes con falla

Explotación Configurar el sistema con el fin de dirigir los flujos de potencia de forma óptima, desde el punto de vista de seguridad en el servicio, reducción de pérdidas y permitir funciones de mantenimiento sobre los equipos

Interconexión Interconectar los Sistema Eléctricos de diferente tensión, conectar generadores, líneas de transmisión, y sistemas de compensación.



Tecnología GISComponentes modelo ELK-04

1

2

3

4

5

6

1 Disconnecting and Earthing switch2 Circuit Breaker3 Current Transformer4 Disconnecting and Earthing switch5 Voltage Transformer6 Fast Acting Earthing Switch7 Cable Exit

7

ELK-04 Double bus-bar

bay

ELK-04 Substation with

7 bays Double bus-bar

1

2

3

4

5

6

7

Circuit Diagram Double bus-bar

bay Legend



Interruptor de Potencia

Modulo de Barras con Cuchillas

Desconectadoras

Modulo de Cuchillas de Puesta a Tierra (lento)

Cuchillas de Puesta a Tierra de

cierre rapido

Transformador de Tensión Inductivo

Transformador de Corriente

Gabinete de Control Local y Mecanismos de Operacion

Terminal Cable

Cadena Cinematica Flexible



Interruptor de Potencia

Modulo de Barras con

Seccionadores

Modulo de Cuchillas de Puesta a Tierra (lento)

Cuchillas de Puesta a Tierra de

cierre rapido

Transformador de Tensión Inductivo

Transformador de Corriente

Gabinete de Control Local y Mecanismos de Operacion

Terminal Cable


Tecnología GIS

1. Producto innovador.

2. Diseño muy compacto.

3. Amigable con el medio ambiente.

4. Excelente accesibilidad.

5. Combinación de módulos probados de varios rangos de productos.

6. Completamente probado en fábrica, incluyendo el gabinete de Control Local.

7. Alto nivel de estandarización que ofrece la máxima flexibilidad para una configuración mediante bloques.

Alta confiabilidad, compacta y componentes aptos para 253kV

ELK-14Vista lateralBahia en

Arreglo Doble Barra 253kV, 50kA, 3150A

ELK-14Bahia en



Tecnología GIS

1. Aisladores monofásico.

2. Volumen de gas compartido trifásicamente

3. Reducción de dimensiones en un 40%

a) Sensible reducción en el costo del edificio.

b) Reducción de la carga y momentos transmitidos a la base debido a la última generación de interruptores y a que es una bahía autosoportada.

Producto innovador y compacto


Tecnología GIS

1. Ancho de la bahía ≤ 1.5m.

2. Transporte en contenedor estándar.

3. Reducción de área en 33%.

4. Reducción de volumen en 55%.

Diseño muy compacto


Tecnología GIS

1. Menor uso de SF6 (10 a 20%) comparado con el modelo anterior ELK14-300.

2. Reducción del numero de bridas a ser conectadas tanto en planta como en sitio

3. Reducción del numero de elementos tales como

a) Equipo de alivio de presión

b) Densímetros

4. Ausencia de conexiones externas entre compartimentos

=> Menor riesgo de fugas de SF6

Amigable con el medio ambiente



ELK-14Bahia en



Tecnología GIS

1. Todos los mecanismos selocalizan en el Gabinete deControl Local

2. Todos los Transformadores seencuentran cableados al Gabinetede Control Local sin ningunaconexion intermedia

3. Informacion sobre la densidad delSF6 puede ser proporcionadamediante el uso de instrumentosque combinan deteccion ymedicion, con indicacion en elGabinete de Control Local

Excelente accesibilidad

ELK-14Bahia en


ELK-14Bahia en



Tecnología GIS

1. La ELK-14 hace uso de

a) Material de contacto estándar ELK

b) Material de aislamiento estándar ELK

c) O-rings para hermeticidad de SF6 con amplia experiencia

d) Interruptor de Potencia y Mecanismo de Operación con mas de 50 años de experiencia acumulada

Combinación de módulos probados



ELK-14Bahia en



Tecnología GIS

1. Reduccion de las labores y tiempo de instalacion y puesta en marcha hasta un 60%.

2. Sensible reduccion del cableado a realizar en sitio.

3. Mayor confiabilidad debido al suministro de bahias completas probadas en Fabrica

Completamente probada en fábrica

ELK-14Bahia en


ELK-14Bahia en



Tecnología GIS– Interruptor de Potencia

1. Ultima generacion de tecnologia de Autosoplado con fuerzas de reaccionminimas

2. Diseño conforme a la norma IEC 62271-100

3. Incremento de Confiabilidad

a) Incorporacion de trampas de particulas

b) Eliminacion de aisladores soporte para la camara de interrupcion

Tecnología de auto soplado


Tecnología GIS– Interruptor de Potencia

1. Una misma tecnologia para operacion monopolar y tripolar

2. Libre de Mantenimiento

3. Velocidad controlada del piston

4. Reduccion de las fuerzas mecanicas

5. En el remoto caso que un disco del paquete se dañe, solamente se pierde 8% de la capacidad de almacenamiento de energia

6. No es afectado por cambios de temperatura

7. Alta confiabilidad

Mecanismo HMB de tipo Resorte Cargado

Operacion Tripolar

Operacion Monopolar


Tecnología GIS-Interruptor de Potencia

Utilizacion de la tecnologia mas compacta y bien probada tecnologia del mecanismo tipo resorte HMB con las siguiente ventajas:

1. Mecanismo Auto-supervisado2. Garantia de Operacion debido a la

existencia de un grupo de resortes3. Minimo mantenimiento requerido4. Amortiguamiento integrado en el

piston de operacion5. Ausencia de riesgo de enclavamientos

inoperantes, garantiza la discrepancia de polos a lo largo de la vida util

6. No es afectado por cambios de temperatura

Beneficios mecanismos HMB

Operacion Tripolar:Descargado y enposicion abierto

Operacion Tripolar:Cargado y enposicion abierto

OperacionMonopolar:CargadoA & B abiertasC cerrada


Tecnología GIS

1. Todos los devanados se encuentra fuera de la envolventea) Menor riesgo de fugas de SF6

2. Todos los cableados son concentrados en el Gabinete de Control Local y realizados en Fabricaa) No se requiere la realizacion de

pruebas de saturacion en sitiob) Se eliminan cajas adicionalesc) No hay riesgo de circuitos

abiertosd) Sensible reduccion del tiempo de

montaje y puesta en marcha

Transformadores de Corriente


Tecnología GIS

1. Diseño completamentemonofasico

2. Volumen de gas compartidotrifasicamentea) Menor riesgo de fugas de SF6b) Menor posibilidad de

operacion del equipo de aliviode presion

3. Todos los cableados son concentrados en el Gabinetede Control Local a) Se eliminan cajas adicionalesb) No hay riesgo de circuitos

abiertos

Transformadores de Tensión


Tecnología GIS

1. Facilidad del trabajo de montajegracias a una seccion deslizable de envolvente y conductor

2. Compensacion de la dilataciontermica, lo que elimina la necesidadde compensadores adicionales

3. Envolvente diseñada para soportar la corriente de retorno

4. Secciones de la Subestacion puedenser tanto removidas comoreincorporadas facilmente sin afectar a las bahias adyacentes

5. Junto con el concepto de compartimentacion, ofrece el minimotiempo muerto

6. La bahia adyacente no sale de operacion

Unidad de desmantelamiento lateral


Tecnología GIS – Gabinete de Control Local

1.Excelente accesibilidad de todos los mecanismos en el Gabinete de Control Local

2.Un mismo tipo de Mecanismo para 3 funciones:1.Desconectador

Mando del seccionador, puesta a tierra y puesta a tierra rápida


Tecnología GIS– Seccionadores de Barra

1. Aislamiento completementeMonopolar

2. Un mismo compartimento de SF6 paralas 3 fases

a) Menor riesgo de fugas de SF6b) Menor posibilidad de operacion del

equipo de alivio de presion3. Cuchilla de operacion tripolar4. Buena visibilidad de los contactos

gracias a una mirilla de 5‘‘5. Facil montaje / desmontaje gracias a

la Unidad de Desensamble Lateral6. Uso de sistema de contactos estandar7. Clase M2 (10‘000 C-A)

Incluidos en el Módulo de Barras


Tecnología GIS

Suministro y Responsibilidades entre fabricantes de Subestaciones Blindadas y Cable de acuerdo con el estandar IEC 62271-209

La Subestacion y el Cable pueden ser probados separadamente

Posibilidad de Brida adicional para montaje de Boquilla SF6-Aire para pruebas

Terminal Cable puede ser ajustada para las diferentes Terminales de Cable

Facil acceso para remover el link para pruebas de alta tension

Terminal Cable


Tecnología GIS-Terminal Cable

Beneficios: No hay material aislante fluido El Terminal Cable no requiere ser

abierto en sitio Pruebas de Rutina completamente

realizadas en Fabrica Menor tiempo de instalacion y puesta

en marcha Es posible su montaje en cualquier

posicion

Posibles proveedores: Sudkable (up to 420kV) Pfisterer (up to 300kV) Nexans (up to 525kV)

Tipo Enchufable – Plug In

Por proveedor de cable, instalado en sitio

Por proveedor de cable,que puede ser instalado en fabrica o en sitio


Tecnología GIS

Aislador Barrera simetrico para facilitar el arreglo de la Subestacion

Diseño Patentado

No hay esfuerzos mecanicos sobreel aislador

Capacidad para conducir la corriente de retorno.

Aislador


Modelo ELK 14

Soluciones y Variantes Estandar

Convencional

Moderno

Reduccion en el plazo de entrega

Probado y embarcado con la Bahia blindada

Todo el cableado y las pruebas de rutina son realizadas en fabrica y no tienen que repetirse en sitio

Todos los mecanismos se localizan en el Gabinetede Control Local y su accesibilidad es inmejorable

REC670 IED Controlador de Bahia Control Local control Interfase con el SAS (IEC61850) Bloqueos suaves Synchrocheck

Control de Emergencia del Interruptor de Potencia Selector local/remoto/emergencia con llave Botones para apertura y cierre de Interruptor Alarmas de Interruptor, restablecimiento

Gabinete de Control Local

ABB

© ABB High Voltage ProductsApril 30, 2014 | Slide 35

Configuración de Subestaciones GIS


Configuración Subestación GISArreglo General Doble Barra


Configuración Subestación GISDiagrama esquemático de Gas

Beneficios

• Alta Disponibilidad.• Bajo Tiempo Muerto.• Bajo impacto ambiental gracias al menor manejo de SF6.


Configuración Subestación GISDiagrama esquemático de Gas – Concepto de Doble Barrera

Buffer

Aislador Independiente para cadacuchilla desconectadora

Buffer

Unidad de Desensamble Lateral Beneficios

Minima diversidad de envolventes Compartimentacion Sofisticada

Flexibilidad Total Segregacion por Bahia Alta selectividad durante mantenimiento

Minimo Tiempo Muerto Elementos de desensamble lateral Compartimentos buffer

Bajo centro de gravedad y altura total Relevante para aplicaciones en centrales

Hidroelectricas Excelente desempeño en caso de sismos


Configuración Subestación GISArreglo General doble barra


Configuración Subestación GIS

No hay segregacion de la barra por bahia

No hay compartimentos buffer entre las dos cuchillas desconectadoras de barra

No hay compartimentos buffer entre el Interruptor y la

Arreglo General Doble Barra – Conceptos Básicos de Diseño


Configuración Subestación GIS

Segregacion de la Barra por Bahia, para evitar tiempos muertos en toda la barra

Compartimentos Buffer entre cuchillas desconectadoras de barras para evitar la salida de operacion de t d l b t i

Arreglo General - 3 Reglas de Oro

Buffer

Aislador Independiente para cadacuchilla desconectadora

Buffer

Unidad de Desensamble Lateral


Configuración Subestación GISConfiguración (1)

Doble Barra

Seccionalizador de Barra


Configuración Subestación GISConfiguraciones (2)

Interruptor y Medio en linea

Barra de Transferencia


Configuración Subestación GISConfiguraciones (3)

Barra de Transferencia


Configuración Subestación GISDoble Barra con Interruptor de Enlace

Bahia Cable Enlace Bahia Linea

BB1

BB2

Seccion 1Seccion 2

15001500

Bahia Cable Bahia Cable Bahia Cable


Configuración Subestación GISConfiguración en anillo


Configuración Subestación GISConfiguración interruptor y medio

© ABB Group April 30, 2014 | Slide 48© ABB High Voltage ProductsApril 30, 2014 | Slide 48

Principales criterios de diseño de Subestaciones GIS

CRITERIOS DE DISEÑOFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA SELECCIÓN DE LA UBICACIÓN DE LA SUBESTACIÓN

FACTOR DESCRIPCIÓNTÉCNICOS Ubicación requerida en el

sistema eléctrico, Área necesaria, características geológicas, accesos,

ECONÓMICOS Costos de implementación,construcción, operación mantenimiento y explotación

AMBIENTALES Altura, polución, radio interferencia, impacto ambiental (EIA/CIRA)

ADMINISTRATIVOS Permisos de construcción, licencias, puesta en servicio.


CRITERIOS DE DISEÑOUbicación de las Subestaciones características y consecuencias

Características Influencia Diseño ConsecuenciaÁrea disponible Disposición, configuración /equipamiento Costo del terreno, confiabilidad,

maniobrabilidadTopografía Muros de contención; pendientes, movimiento de

tierrasCostos de construcción, montaje,

seguridadCaracterísticas

geotécnicasDisposición, Fundaciones, edificaciones, red de tierra Costos de construcción, montaje,

seguridad

Hidrología Disposición, sistemas de drenaje Costos de construcción, montaje, seguridad

Accesos Disposición general, caminos de acceso a la Subestación, caminos internos

Costos de construcción, montaje, seguridad

Acometidas de Líneas

Disposición general Costos de montaje, planeamiento

PoluciónAmbiental

Línea de Fuga del Equipamiento, limpieza y mantenimiento

Costos

Impacto ambiental Obras Electromecánicas, Civiles, disposición general Trabajos y costos administrativosNivel sísmico Diseños Especiales; uso de amortiguadores Costos de construcción, equipos

Altitud Distancias eléctricas, aislamiento Costos, disposición© ABB Group April 30, 2014 | Slide 50

CRITERIOS DE DISEÑONORMAS APLICABLES


IEC - The International Electrotechnical Comisión.

ANSI - American National Standards Institute.

IEEE - Institute of Electrical and Electronic Engineers.

UNE – Norma Europea.

CNE - Código Nacional de Electricidad, Suministro – 2011.

DGE - Dirección General de Electricidad MINEM.

Reglamento de la Ley de Concesiones Eléctricas.

NESC - National Electrical Safety Code.

Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE).

Ley general de Residuos Sólidos Nº 27314.

ASTM - American Society for Testing and Materials.

AISI - American Iron and Steel Institute.

SSPC: Steel Structure Painting Council

AWS: American Welding Society

ASCE: American Society of Civil Engineers

AISC: American Institute of Steel Construction

OSHA - Occupational Safety and Health Administration.

CRITERIOS DE DISEÑOPRINCIPALES PARÁMETROS DE DISEÑO

Tensión

Tensión nominal del sistema

Tensión máxima del sistema

Tensión nominal del equipo

Tensión máxima del equipo

Nivel de Aislamiento

Tensión soportada a frecuencia industrial

Tensión soportada para sobretensiones tipo rayo

Tensión soportada para sobretensiones de maniobra

Corriente Nominal

Corriente de cortocircuito

Corriente de cortocircuito en régimen permanente


CRITERIOS DE DISEÑOOTROS PARÁMETROS DE DISEÑO

Altura sobre el nivel del mar

Temperaturas máximas, mínimas medias

Velocidad y característica del viento

Polución ambiental

Pluviometría

Nivel isoceráunico

Características geotécnicas del terreno

Capacidad portante del terreno

Agresividad física-química del terreno

Características geológicas

Nivel freático


CRITERIOS DE DISEÑOTENSIONES NORMALIZADAS EN EL PERÚ


CRITERIOS DE DISEÑONIVELES DE AISLAMIENTO Y TENSIONES IEC


Referencia: Norma IEC 60071-1

SISTEMA DE CONTROL Y PROTECCION


El sistema de Protección y control conforma por:-IEDs; Reles, medidores, sensores, señales analógicas.-Servidor Scada con HMI-Impresoras -Sistema de Comunicaciones

Tomado Abb Group- CE Sölver-2010

CRITERIOS DE DISEÑOOTROS TÓPICOS DE DISEÑOCoordinación del Aislamiento

y Selección de Pararrayos

Distancias de Seguridad

Selección de Barras yConductores

Calculo y selección deCadenas de Aisladores yAisladores soporte

Sistema de Apantallamiento


Diagramas de Cargas enPórticos y soportes de equipos

Cálculo de Jaula de Faraday

Sistema de Puesta a Tierra

Cables de Energía BT

Servicios Auxiliares

Iluminación y Fuerza Exterior eInterior


ReferenciasManzanillo, Mexico

Caso de Negocios:1. Suministro de energía altamente confiable para el

estado completo de Colima y significativamente para México.

2. Planta Termoeléctrica cercana a la costa3. Actividad sísmica periódica.4. Reemplazo de Subestaciones Aisladas en aire

desgastadas.Solución ABB:1. Subestación GIS 420 kV GIS con 10 bahías en

configuración interruptor y medio.2. Capacidad de resistencia sísmica probada.Beneficios del cliente:1. GIS similar soportó un terremoto de 7.6 en la

escala de Richter.2. Suministro de energía eléctrica confiable, ya que

los apagones se convirtió en una cosa del pasado3. GIS: segura y libre de mantenimiento.4. Espacio libre despues del desmontaje de las

bahias aisladas en aire.

Año de Puesta en Servicio 2006


Referencias en AmericaCentral Hidroeléctrica Itaipú (Brazil/Paraguay) 500kV

Caso de negocios:1. Proveer de infraestructura electrica confiable para

una de la mas grande subestación en terminos de potencia generada.

2. 20 unidades generadores con 14 GW de capacidada) 10 unidades generadores a 60 Hz Brazilb) 10 unidades generadores a 50 Hz Paraguay

Solución ABB:1. Instalación de la GIS en 550 kV GIS con

configuración en interruptor y medio y dobleinterruptor con 54 bahías, 63 kA

2. Sistemas de Transmisión:a) 765 kV AC, 60 Hzb) 600 kV DC

3. La segunda subestación GIS mas grande en 550kV

Beneficios del cliente:1. Suministro de electricidad confiable para

Paraguay y Brazil con approx. 95 Mi MWh/año2. GIS instalada dentro de la casa de fuerza.

SUBESTACIONES GIS



Generalidades

SE Machupicchu 170kV (GIS Indoor)

Modelo: ELK 04 – 170 kV

SE Chevez 220kV (GIS Indoor)

Modelo: ELK 14 – 245 kV

Referencias – Perú (2011 y 2012)

PEJOCUE

Typewritten Text

MUCHAS GRACIAS....

PEJOCUE

Typewritten Text

PEJOCUE

Typewritten Text

Ing. Johnny Cuevas C. [email protected] RPC: 991686035 Market Manager PSS ABB

subestaciones alta tension aisladas en gas gis

Documents

kv elk

first gis

kv abb groupapril

kv abb group april

aos gis

subestacin gis

bahia gis

single phaserated voltage