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Instituto Tecnológico de Mérida Estado del Arte de las Subestaciones Eléctricas Subestaciones Eléctricas Ing. Eléctrica

Catedrático: Ing. Roger Antonio Anguas Morales Alumno: Emmanuel Tapia Gómez 09/10/2014

INDICE

Introducción ............................................................................................................. 3 El Eco-diseño en las subestaciones eléctricas ........................................................ 4 Subestaciones eléctricas con tecnología GIS. ........................................................ 5 Alstom Grid presenta sus últimas novedades en CIGRE 2014 ............................... 6 Vigilancia termográfica para subestaciones eléctricas. ........................................... 9 SCADA Mirage (Automatización de subestaciones) ............................................... 9 Conclusión............................................................................................................. 11 Bibliografía ............................................................................................................ 12

Introducción Los primeros diseños de subestaciones que se crearon eran muy robustos y poco eficientes, debido a la cantidad de operarios que necesitaba una subestación para poder ser controlada y maniobrada correctamente. Con el transcurso del tiempo los métodos y técnicas de construcción y control de las subestaciones fueron mejorando. Actualmente las subestaciones cuentan con tecnología de punta capaz de reducir su tamaño sin afectar su funcionalidad, además que se proveen de elementos que permiten minimizar los daños en los equipos en caso de una falla, además de proteger la vida humana de riegos potenciales. En el siguiente trabajo se describirán el “Estado del Arte” (Avances Tecnológicos), referentes a las subestaciones eléctricas. Existen varios proyectos que se han puesto en práctica actualmente para la conservación del ambiente, como son las subestaciones ecológicas. Otro avance tecnológico notable es la alternativa al Gas SF6 (hexafloruro de azufre) que es un gas potencialmente toxico para el ambiente. También se observan grandes innovaciones en el área de control y supervisión en las subestaciones, mejorando así la comunicación y la respuesta ante desperfectos que ocurran en la transmisión de la energía.

El Eco-diseño en las subestaciones eléctricas Este trabajo está dirigido a estudiar la aplicabilidad de los criterios de ecodiseño, según los requisitos y la metodología definidos en la norma ISO 14006, en el desarrollo de subestaciones eléctricas. Se trata de un estudio pormenorizado que incluye una valoración coste-beneficio de la implantación de los distintos aspectos analizados y un diseño teórico de una infraestructura más sostenible para el futuro. El Eco-diseño es el enfoque que integra criterios ambientales y de eficiencia en todas las etapas del diseño de un producto competitivo para lograr que genere el mínimo impacto ambiental a lo largo de toda su vida. Así, hemos seleccionado como prototipo la nueva subestación ubicada en Ordizia (Guipúzcoa), donde se está realizando un análisis exhaustivo del ciclo de vida de la instalación para determinar el impacto ambiental que produce. En la primera etapa de los trabajos se ha realizado la fase conocida como Análisis de ciclo de vida de la cuna a la puerta, que contempla las tareas de extracción de materiales y construcción y montaje de los equipos y la de uso y funcionamiento. En siguientes etapas del proyecto se abordará la última fase de la vida de la subestación, denominada fin de vida, llegando así a ejecutarse el análisis de ciclo de vida completo llamado de la cuna a la tumba. Una vez finalizados los trabajos se conocerá la huella ambiental completa de la subestación, junto con su problemática y sus impactos económicos asociados, identificándose así las principales mejoras que optimicen la mitigación de los impactos ambientales y su coste asociado. (GALLEGO & ANGULO, 2013)

Subestaciones eléctricas con tecnología GIS. Las Subestaciones Eléctricas aisladas en gas usan este fluido para el aislamiento eléctrico de sus distintos componentes -maniobra, medición, barras, etc.- de alta tensión. Cuando se trata de alta tensión su denominación común es GIS (GasInsulated Switchgear). En media tensión se denominan MV-GIS (Medium VoltageGas-Insulated Switchgear). Por sus propiedades óptimas, el gas utilizado es el hexafloruro de azufre (SF6). Existen diferencias fundamentales con las Subestaciones clásicas aisladas en aire (AIS: Air-Insulated Switchgear). La más importante a favor de las GIS es que en éstas las dimensiones son muy reducidas. El volumen ocupado por una GIS está entre el 3 al 8% del que le corresponde a una AIS de la misma tensión nominal y para las mismas funciones. Del mismo modo, el área ocupada por una GIS está entre el 3 al 12% de la que le corresponde a una AIS de la misma tensión nominal y para las mismas funciones. En las grandes ciudades densamente pobladas, cada día es más notoria la necesidad de abastecer demandas de energía eléctrica que por sus características es imperioso satisfacerlas utilizando sistemas de alta tensión (132kV en adelante), lo que hace imprescindible la instalación de Subestaciones para esas tensiones. Por otra parte, el precio muy elevado de los terrenos en estas ciudades, sumado a la imposibilidad de conseguirlos de las dimensiones necesarias para instalar una AIS, prácticamente desaconseja el uso de éstas. En cambio, las dimensiones (área y volumen) reducidas de las GIS, las convierten en la mejor solución para utilizarlas en ciudades importantes y/o industriales (Escalada, 2002)

Alstom Grid presenta sus últimas novedades en CIGRE 2014 Alstom Grid ha presentado sus últimas innovaciones en CIGRE 2014, el fórum mundial de la industria de la energía eléctrica que tiene lugar cada dos años en París. Una vez más, la experiencia y los conocimientos de Alstom marcan una nueva etapa en la evolución tecnológica, combinando invención e innovación para responder a los desafíos actuales y futuros. Para ello, Alstom Grid destina anualmente el 4% de sus facturación a actividades de I+D, que lleva a cabo en los 25 centros de desarrollo e innovación que tiene repartidos en todo el mundo. [3] Este año, los expertos de Alstom han presentado en CIGRE sus últimas innovaciones, pensadas para transformar las redes de electricidad en un mundo más sostenible. Los lanzamientos y novedades más destacados son:

Green Gas for Grid g 3 El revolucionario SF6 exento de solución, g3 (gas verde para la red) fue desarrollado en conjunto con 3M TM, líder en soluciones sostenibles para el medio ambiente. El g3 tiene 98% menos impacto sobre el calentamiento global que el SF6. Con actuaciones comparables a SF6, que es una tecnología adecuada para el desarrollo de la nueva generación de hoy de alta limpias y equipos de voltaje ultra alto. Alstom y RTE ya han iniciado una colaboración para poner en funcionamiento un equipo piloto. Como excelente aislante, SF6 de gas se utiliza ampliamente en la industria eléctrica en alta tensión de aire o gas aislante seccionadores, disyuntores, seccionadores, interruptores de puesta a tierra, transformadores de instrumento, pararrayos, bujes, barras y mucho más. Sin embargo, SF6 es un gas de efecto invernadero con un impacto muy significativo en el calentamiento global. Es uno de los seis gases incluidos en el Protocolo de Kioto de 1997 diseñado para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en todo el mundo. Además, como el gas fluorado, SF6 también está sujeta a otras regulaciones ya existentes y destinadas a reducir las emisiones. Hasta ahora, en alta tensión, no había alternativa económica a SF 6 que ofrecieron conmutación equivalente y la tensión-soportan capacidades.

Alstom es la primera en el mundo para ofrecer a la industria eléctrica alternativa a SF6. Alstom ha desarrollado un SF con el medio ambiente, no tóxico, no inflamable, 6 mezcla exento de gas que puede sustituir SF6 para el alto voltaje (HV) de aire con aislamiento o aislamiento de gas aplicaciones de conmutación. Esta mezcla de gas ha sido desarrollado conjuntamente con 3M TM, líder en soluciones sostenibles para el medio ambiente. SF6 de Alstom cumple con las especificaciones de conmutación estrictos, incluyendo: 

Tensión no disruptiva.



Interrupción de la corriente.



La transferencia de calor.



Solicitud de baja temperatura.



Compatibilidad con materiales de aparamenta.



Estabilidad frente a la temperatura y el tiempo.



Fácil manejo para el llenado.



Similar compacto diseño de equipos a partir de hoy.

SF6 de Alstom tiene un potencial de calentamiento global muy baja (GWP) en comparación con el SF 6, con una reducción del 98% de la SF 6 GWP. Es seguro de manejar y no tiene ningún impacto en el agotamiento del ozono. Las pruebas se realizaron en equipo real de alto voltaje en el centro de investigación de tecnología de Alstom de Villeurbanne (Francia), para comparar las características nuevas de gas a las de los existentes SF 6 soluciones para diferentes tipos de aplicaciones. Se ha demostrado actuaciones comparables a SF6, por lo que es una tecnología adecuada para el desarrollo de una nueva generación, equipos de alta tensión 72 kV limpia de la ultra-alta tensión. El primer producto de alta tensión para incorporar este nuevo gas estará disponible a mediados de 2015. La solución es parte del programa Red Clean de Alstom. (ALSTOM)

Interruptor ultrarrápido para corriente continúa. En el marco del programa europeo Twenties, Alstom ha desarrollado un interruptor ultrarrápido para corriente continua, que supone un avance tecnológico clave para la implementación de redes de electricidad en corriente continua (Supergrids). Estas supergrids (también llamadas “autopistas de la electricidad”) ayudan a integrar grandes cantidades de energía renovable y favorecen el intercambio de electricidad entre diferentes países. El prototipo de Alstom consiguió interrumpir y cortar completamente una red de transmisión de corriente continua de hasta 5.200 amperios y 160 kv, en tan sólo 5,5 milisegundos, en condiciones reales de funcionamiento (ALSTOM , 2014)

Asset Management Solution La solución inteligente de gestión de los activos Asset Management Solution permite a las operadoras y distribuidoras eléctricas potenciar la capacidad y fiabilidad de los activos eléctricos. Esta tecnología de Alstom, presentada en CIGRE, permite inspeccionar y recopilar datos de cualquier tipo de activos eléctricos, incluidos los equipos de terceros. Realiza una valoración exhaustiva del estado de estos equipos, lo que facilita la toma de decisiones en materia de mantenimiento y renovación de equipos, combinando tanto los datos recogidos como la importancia de cada equipo para la estabilidad y fiabilidad del sistema. Esta tecnología también integra datos en tiempo real de los equipos para anticipar fallos y, de este modo, reducir las incidencias en un 70% y los costes de mantenimiento hasta en un 30%. (ALSTOM , 2014)

Subestación Digital 2.0 Finalmente, Alstom ha presentado en CIGRE la subestación Digital 2.0, un paso adelante en la evolución de las smart grids. Una subestación digital ofrece una infraestructura flexible de comunicación, que reduce las limitaciones de los sistemas de cableado punto a punto y permite compartir bidireccionalmente la información y el estado de los dispositivos en tiempo real, mejorando la capacidad de respuesta y la flexibilidad del sistema en su conjunto. Alstom Grid, pionera en materia de subestaciones digitales, ha lanzado la subestación digital 2.0. Esta tecnología, universal y compacta, permite ampliar la monitorización de la subestación con nuevas aplicaciones de control, al tiempo que incrementa la seguridad para el personal, aumenta la protección en materia de ciberseguridad y reduce el impacto medioambiental. Con nuevos paneles de mando más intuitivos, la subestación digital 2.0 optimiza la gestión de la red en

tiempo real, gracias a la monitorización continua de la disponibilidad, estado y capacidad de los equipos. (ALSTOM , 2014)

Vigilancia termográfica para subestaciones eléctricas. Endesa ha creado y puesto en marcha en Barcelona un innovador sistema que supervisa las instalaciones eléctricas de la ciudad mediante el análisis de imágenes termográficas, ha informado este martes la compañía en un comunicado. El dispositivo, que se está desarrollando como prueba piloto en la subestación de Maragall de Horta-Guinardó, ha permitido seguir y conocer 'on line' si la temperatura de la instalación se mantiene dentro de los parámetros esperados o si, por otro lado, hay síntomas de calentamiento anormal y, en consecuencia, se requiere la intervención. La nueva herramienta permite detectar un problema de manera precoz y anticipar las acciones correctoras y, en el caso de que el sistema detectara un comportamiento no esperado, el Centro de Control de Endesa Catalunya recibiría un aviso. El aparato instalado en la subestación de Maragall da servicio a 72.000 clientes repartidos entre los distritos de Horta-Guinardó, Sant Andreu, Sant Martí, Sarrià-Sant Gervasi, Gràcia y Eixample. Este sistema, que ha supuesto una inversión de 70.000 euros, se instalará también en la subestación de Les Corts y, posteriormente, en más subestaciones clave de Barcelona y sus comarcas. (INNOVATICIAS, 2014)

SCADA Mirage (Automatización de subestaciones) Actualmente la tarea de supervisión, coordinación y control se lleva a cabo a través de sistemas convencionales de comunicación, como la radio VHF/UHF, onda portadora, banda ancha y las líneas telefónicas de CANTV. Mediante el nuevo sistema, la supervisión y control se efectúaa través de servidores conectados en una red de computadoras del área local, que se comunican en tiempo real con los sistemas de adquisición de datos. Estos últimos se encuentran en las subestaciones y son los encargados de recibir las señales

digitales y analógicas de los equipos de potencia ubicados en el patio de las subestaciones (seccionadores, interruptores, transformadores) y transmitirlas, a través de un enlace de comunicaciones, hacia los servidores del SCADA para su visualización por los operadores del Despacho de Carga. El sistema SCADA Mirage estaba previsto, originalmente, para el proyecto de compensación reactiva, pero debido a la prioridad requerida por el Despacho de Carga Oriental, se decidió ubicarlo en el área de supervisión y control, sustituyendo al anterior sistema SCADA Oasis, que quedó fuera de servicio después del incendio en la sala de mando y control en la subestación Barbacoa I, hace tres años. La empresa uruguaya La FONTIR apoya con el suministro del equipamiento y personal especializado. (CORPOELEC, 2014)

Conclusión Como se pudo observar, actualmente se están realizando grandes avances tecnológicos en cuanto a subestaciones eléctricas. El primordial objetivo o fin que tienen estas investigaciones es, principalmente, mantener la continuidad en el servicio de energía eléctrica, con esto nos referimos a que si existe un mejor control, supervisión, protección en un punto crítico como son las subestaciones se puede mantener servicio de calidad, asegurando a los usuarios la fiabilidad de las empresas. Con ayuda del Gas SF6 se ha logrado una reducción considerable en el tamaño de las subestaciones, esto, además de proporcionar estética a una ciudad, nos proporciona una protección en los equipos ya que este gas extingue los arcos eléctricos que se generan durante una maniobra de desconexión. Como una perspectiva contradicctoria a las maravillas que nos ofrece el gas SF6, se está investigando acerca del gas G3 (Green Gas for Grid) para sustituirlo ya que el Hexafloruro de Azufre necesita de un manejo cuidado por lo contaminante que es. El G3 viene a contribuir en el area de cuidado del medio ambiente, que es un tema de gran importancia actualmente. La supervisión y control una subestación nos proporciona la información necesaria para cuidar de los equipos. El monitoreo con cámaras infrarrojas que se esta poniendo a prueba nos ayuda a detectar las fallas que pudiesen ocasionar el sobrecalentamiento de los equipos. En resumidas cuentas, los avances tecnológicos en las subestaciones nos han permitido mejorar la metodología con la que se construyen y se supervisan. Además de proporcionar un ambiente más seguro para los operarios.

Bibliografía 2014, C. (02 de Septiembre de 2014). ALSTOM . Recuperado el octubre de 2014, de http://www.alstom.com/es/press-centre/2014/8/alstom-grid-presenta-susultimas-novedades-en-cigre-2014/ ALSTOM. (s.f.). ALSTOM . Recuperado el Octubre de 2014, de http://www.alstom.com/cleangrid/our-environmental-footprint/maininitiatives/greenhouse-gas/ CORPOELEC. (04 de JULIO de 2014). CORPOELEC. Recuperado el OCTUBRE de 2014, de http://www.corpoelec.gob.ve/noticias/nueva-tecnolog%C3%ADafacilita-mayor-control-de-subestaciones-el%C3%A9ctricas-en-la-regi%C3%B3noriental Escalada, I. J. (Octubre de 2002). SUBESTACIONES ELECTRICASDE ALTA TENSION AISLADAS EN GAS. Recuperado el octubre de 2014, de http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/Libros%202007/libros/sosaesca/GIS%20DE%20 ALTA%20TENSION_AAR.pdf GALLEGO, I., & ANGULO, C. (13 de MARZO de 2013). El Blog IBERDROLA. Recuperado el octubre de 2014, de http://www.blog.iberdrola.com/blog/elecodiseno-en-las-subestaciones-electricas/ INNOVATICIAS. (02 de Febrero de 2014). INNOVATICIAS. Recuperado el octubre de 2014, de http://www.innovaticias.com/tecnologias/21651/resultado-busquedaeyf.php?fecha=2014-09-28&sec=eventos