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• Jose Antonio Montesinos Montesinos

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Subestaciones a Gas

2 Subestaciones a Gas 2.1 Hexafluoruro de azufre ............................................... ........................... 2.2 Construcción y vida útil ............................................. ........... Disyuntor • Transformadores de corriente • Voltaje Transformadores • Interruptores de desconexión • Interruptores de conexión a tierra Bus de interconexión • Conexión de aire • Cable de alimentación Conexiones • Conexiones de transformador directo • Surge Arrester • Sistema de control • Sistema de monitorización de gas Compartimentos de Gas y Zonas • Eléctrica y Física Arreglo • Puesta a tierra • Pruebas • Instalación • Funcionamiento e Interbloqueos • Mantenimiento 2.3 Economía de los SIG .............................................. .............................. Referencias ................................................. Unesdoc.unesco.org unesdoc.unesco.org . Una subestación aislada de gas (GIS) utiliza un gas dieléctrico superior, hexafluoruro de azufre (SF6), a una presión moderada para el aislamiento de fase a fase y de fase a tierra. Los conductores de alta tensión, interruptores de interruptores, interruptores, transformadores de corriente (TC) y transformadores de tensión (VTs) están encapsulados en gas SF6 dentro de recintos metálicos con conexión a tierra. El aislamiento de aire atmosférico utilizado en una subestación convencional aislada con aire (AIS) requiere metros de aislamiento de aire para hacer lo que el SF6 puede hacer en centímetros. Por lo tanto, el SIG puede ser menor que el AIS hasta un factor de 10. Un GIS se utiliza principalmente cuando el espacio es caro o no está disponible. En un SIG, las partes activas están protegidas contra el deterioro de la exposición al aire atmosférico, humedad, contaminación, etc. Como resultado, el SIG es más fiable, requiere menos mantenimiento y tendrá una vida útil más larga (más de 50 años) que AIS. GIS se desarrolló por primera vez en varios países entre 1968 y 1972. Después de unos 5 años de experiencia La tasa de usuarios aumentó a alrededor del 20% de las nuevas subestaciones en países donde el espacio era limitado. En Otros países con espacio fácilmente disponible, el mayor costo del SIG en relación con el AIS ha limitado su casos especiales. Por ejemplo, en los Estados Unidos, sólo el 2% de las nuevas subestaciones son SIG. Internacional La experiencia con SIG se describe en una serie de documentos CIGRE [1 - 3]. El IEEE [4, 5] y la CEI [6] han Normas que abarcan todos los aspectos del diseño, las pruebas y el uso de SIG. Para el nuevo usuario, hay un CIGRE Guía de aplicación [7]. IEEE tiene una guía para las especificaciones de SIG [8]. 2.1 Hexafluoruro de Sulfuro SF 6 es un gas inerte, no tóxico, incoloro, inodoro, insípido, y no inflamable que consiste en un azufre Átomo rodeado y estrechamente unido a seis átomos de flúor. Es cinco veces más denso que el aire. SF 6 Se utiliza en SIG a presiones de 400 a 600 kPa absolutas. Se elige la presión de modo que la voluntad SF 6 No se condense en un líquido a las temperaturas más bajas que experimenta el equipo. SF 6 tiene dos y cincuenta y ocho Veces la capacidad aislante del aire a la misma presión. SF 6 es aproximadamente 100 veces mejor que el aire para inter- Arcos de ruptura. Es el medio de interrupción universalmente utilizado para los disyuntores de alta tensión, Los medios más antiguos de petróleo y aire. SF 6 se descompone en la alta temperatura de un arco eléctrico o chispa, pero el gas descompuesto recombina de nuevo en SF 6 tan bien que no es necesario para reponer el SF 6 En GIS. Existen algunos subproductos de descomposición reactiva formados por la interacción del azufre Y iones de flúor con pequeñas cantidades de humedad, aire y otros contaminantes. Las cantidades formadas Son muy pequeñas. Los absorbentes de tamiz molecular dentro del recinto GIS eliminan estos subproductos reactivos a través del tiempo. SF 6 se suministra en 50 cilindros kg de gas en un estado líquido a una presión de aproximadamente 6000 kPa para conAlmacenamiento y transporte.

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Subestaciones a Gas Los sistemas de manipulación de gas con filtros, compresores y bombas de vacío están disponibles comercialmente. Mejor prácticas y los aspectos de seguridad personal de SF 6 de manipulación de gas están cubiertos en las normas internacionales [9]. El SF 6 en el equipo debe ser lo suficientemente seco para evitar la condensación de la humedad como un líquido en el Superficies de los aisladores sólidos de soporte epoxi porque el agua líquida en la superficie puede Tric. Sin embargo, si la humedad se condensa como hielo, la tensión de ruptura no se ve afectada. Asi que, Los puntos de rocío en el gas en el equipo deben ser inferiores a -10 ° C. Para margen adicional, los niveles De menos de 1000 ppmv de humedad se especifican normalmente y son fáciles de obtener con una manipulación cuidadosa del gas. Los absorbentes dentro del gabinete GIS ayudan a mantener el nivel de humedad en el nivel bajo de gas aunque con el tiempo La humedad evolucionará de las superficies internas y fuera de los materiales dieléctricos sólidos [10]. Las partículas pequeñas conductoras de tamaño milímetro reducen significativamente la resistencia dieléctrica del gas SF 6. Este efecto se hace mayor a medida que la presión se eleva más allá de aproximadamente 600 kPa absolutos [11]. Las partículas son Movido por el campo eléctrico, posiblemente a las regiones de campo más alto dentro del equipo o depositado a lo largo La superficie de los aisladores sólidos de soporte epoxique conduce a la ruptura dieléctrica a la tensión de funcionamiento Niveles. Por lo tanto, la limpieza del montaje es muy importante para los SIG. Afortunadamente, durante la fábrica y Pruebas de alta tensión de frecuencia de campo, se pueden detectar partículas contaminantes a medida Causan pequeñas descargas eléctricas (descarga parcial) y señales acústicas; Abrir el equipo. Algunos equipos SIG están provistos de "trampas de partículas" internas que Partículas antes de que se muevan a una localización donde pudieron causar la avería. La mayoría de las asambleas SIG son de Una forma que proporciona algunas regiones "naturales" de campo eléctrico bajo donde las partículas pueden descansar sin causar problemas. SF6 es un gas de efecto invernadero fuerte que podría contribuir al calentamiento global. En un tratado internacional conferencia en Kyoto en 1997, SF 6 fue catalogado como uno de los seis gases de efecto invernadero cuyas emisiones deben ser reducido. SF 6 es un contribuyente muy menor a la cantidad total de gases de efecto invernadero, debido a activi- humana dad, pero tiene una vida muy larga en la atmósfera (vida media se estima en 3200 años), por lo que el efecto de SF6 Liberado a la atmósfera es efectivamente acumulativo y permanente. El principal uso de SF 6 está en eléctrica equipo de poder. Afortunadamente, en el GIS SF6 está contenida y puede reciclarse. Siguiendo el presente directrices internacionales para el uso de SF6 en equipos eléctricos [12], la contribución de SF 6 al mundial El calentamiento puede mantenerse a menos del 0,1% en un horizonte de 100 años. La tasa de emisión del uso en Equipo se ha reducido en la última década. La mayor parte de este efecto se ha debido simplemente a la adopción de Mejores prácticas de manejo y reciclaje. Los estándares ahora exigen que el SIG gotee menos del 0.5% por año. los La tasa de fugas es normalmente mucho menor. Los controles de campo de SIG en servicio después de muchos años de servicio indican Que se puede obtener un objetivo de tasa de fuga inferior al 0,1% por año y ahora es ofrecido por la mayoría de los fabricantes. Toreros Reactive, líquido (aceite), y los contaminantes sólidos en Usado SF 6 se eliminan fácilmente por los filtros, pero inerte Los contaminantes gaseosos tales como el oxígeno y el nitrógeno no se eliminan fácilmente. El oxígeno y el nitrógeno son Durante el manejo normal del gas o por errores tales como no evacuar todo el aire del equipo. ment antes de llenarla con SF 6. Afortunadamente, la pureza de los SF 6 necesidades solamente estar por encima de 98% según lo establecido por Comités técnicos internacionales [12], por lo que un simple control de campo de la pureza utilizando comercialmente disponible porcentuales SF 6 metros calificarán el SF6 usado para su reutilización. Para casos severos de contaminación, el SF 6 fabricantes a hacerse cargo de la contaminada SF 6 y poniéndolo de nuevo en el proceso de producción en efecto convertirla de nuevo en “nuevo” SF6. Aunque aún no es necesario, un escenario de fin de vida para el eventual retiro del SF6 es quemar el SF 6 con materiales que le permitan llegar a ser parte de ambien- De yeso aceptable. La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos tiene un programa voluntario de reducción de emisiones de SF 6 para el Industria de servicios públicos de electricidad que realiza un seguimiento de las tasas de emisión, proporciona emisiones, y las recompensas de los servicios públicos que tienen los programas de reducción de emisiones de SF 6 efectivas por recoalto nivel Nificación del progreso. Otros condados han abordado la preocupación de manera similar o incluso han considerado prohibir o gravar el uso de SF6 en equipos eléctricos. Alternativas a SF 6 existen

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Subestaciones a Gas para la energía eléctrica de media tensión (Interruptores a vacío, aire limpio para aislamiento), pero no se han utilizado medios alternativos viables. Identificado para el equipo eléctrico de alto voltaje a pesar de décadas de investigación. Hasta ahora, Han tenido desventajas que superan cualquier ventaja que puedan tener con respecto a una Efecto de gas de la casa. Así que en el futuro previsible, SF 6 seguirá siendo utilizado para los SIG, donde la interrupción de Fallos del sistema de alimentación y la conmutación es necesario. Para recorridos de bus más largos sin línea de aislamiento de gas de arco eléctrico (GIL), una mezcla de SF 6 con nitrógeno se utiliza para reducir la cantidad total de SF 6 (véase el capítulo 18). 2.2 Construcción y vida útil El GIS se monta a partir de los módulos de equipo estándar (disyuntor, TC, VT, desconexión y tierra Interruptores, bus de interconexión, descargadores de sobretensiones y conexiones al resto del sistema de energía eléctrica) Para que coincida con el diagrama eléctrico de una línea de la subestación. Una vista en corte de un SIG de 242 kV muestra La construcción y las dimensiones típicas (Figura 2.1). Los módulos se unen utilizando bridas atornilladas con un sistema de sello en forma de "O" para la carcasa y una junta deslizante- Para el conductor. Las partes internas del SIG están soportadas por aisladores epoxídicos fundidos. Estos aisladores de soporte proporcionan una barrera de gas entre las partes del SIG o se moldean con agujeros en el Epoxi para permitir que el gas pase de un lado al otro. Hasta un voltaje del sistema de aproximadamente 170 kV, las tres fases están a menudo en un recinto (Figura 2.2). Encima 170 kV, el tamaño del recinto para el "recinto de tres fases" SIG se hace demasiado grande para ser práctico.

Figura 2.1 GIS recinto monofásico

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Figura 2.2 GIS recinto trifásica. Por lo tanto, se utiliza un diseño de "envolvente monofásica" (Figura 2.1). No existen diferencias de rendimiento establecidas. Entre el recinto trifásico y el recinto monofásico GIS. Algunos fabricantes utilizan El tipo de caja monofásica para todos los niveles de voltaje. Algunos usuarios no quieren que las tres fases a tierra Fallas en ciertos lugares (como la subestación de una gran central eléctrica) y GIS del recinto. Los gabinetes son hoy en día la mayoría del aluminio fundido o soldado, pero el acero también se utiliza. Los recintos de acero son Pintado dentro y fuera para prevenir la oxidación. Los recintos de aluminio no necesitan ser pintados, Ser pintado para la facilidad de la limpieza, un mejor aspecto, o para optimizar la transferencia de calor al ambiente. los La elección entre el aluminio y el acero se hace sobre la base del costo (el acero es menos costoso) y el continuo (Por encima de 2000 A, los recintos de acero requieren insertos no magnéticos de acero inoxidable o El material del recinto se cambia a todo el acero inoxidable o aluminio). Requisitos de recipientes a presión para SIG Los gabinetes son establecidos por las normas SIG [4, 6], con el diseño real, la fabricación y la prueba después de un Establecida del país de fabricación. Debido a las presiones moderadas Y la clasificación de SIG como equipo eléctrico, inspección de terceros y estampado de códigos De los gabinetes de SIG no son necesarios. El uso de discos de ruptura como medida de seguridad es El aumento de presión debido a arcos de falla internos en un compartimento SIG del tamaño habitual es predecible y lento Suficiente para que el sistema de protección interrumpa el fallo antes de que se alcance una presión peligrosa. Los conductores de hoy en día son en su mayoría de aluminio. El cobre se utiliza a veces para la alta corriente continua de la rataCión. Es habitual que las superficies de la placa de plata que transfieren la corriente. Juntas atornilladas y contactos eléctricos deslizantes Se utilizan para unir secciones de conductores. Hay muchos diseños para el elemento de contacto deslizante. En general, Los contactos deslizantes tienen muchos dedos de contacto de cobre con muelle individual trabajando en paralelo. Por lo general, el Los dedos de contacto

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Subestaciones a Gas están plateados. Se utiliza un lubricante de contacto para asegurar que las superficies de contacto deslizantes No generan partículas o se desgastan con el tiempo. Los contactos del conductor deslizante hacen que el Los módulos son fáciles y también permiten el movimiento del conductor para acomodar la expansión térmica diferencial Sellador de goma de silicona del anillo tórico

Del conductor con relación al recinto. Los conjuntos de contactos deslizantes también se utilizan en los disyuntores Y conmutadores para transferir corriente desde el contacto móvil a los contactos estacionarios. Los aisladores de soporte están hechos de una resina epoxi altamente rellena fundida muy cuidadosamente para prevenir la formación De huecos o grietas durante el curado. Formulación del material de cada fabricante de SIG y forma del aislador Ha sido desarrollado para optimizar el aislador de soporte en términos de distribución de campo eléctrico, Resistencia mecánica, resistencia a las descargas eléctricas superficiales y conveniencia de fabricación y montaje. Se usan aisladores de soporte de postes, discos y cono. Programas de garantía de calidad para la ins- Tores incluyen una prueba de resistencia a la frecuencia de potencia de alta tensión con monitorización de descarga parcial sensible. La experiencia ha demostrado que la tensión del campo eléctrico dentro del aislante de epoxi fundido debe ser inferior a Cierto nivel para evitar el envejecimiento del material dieléctrico sólido. El límite de tensión eléctrica para el epoxi colado El aislante de soporte no es una restricción de diseño severa porque las dimensiones del SIG están establecidas principalmente por El nivel de resistencia a los impulsos de rayo del espacio de gas y la necesidad de que el conductor tenga un tamaño bastante grande Diámetro para llevar a corrientes de carga de varios miles de amperios. El resultado es suficiente espacio entre el Conductor y envolvente para alojar a los aisladores de soporte que tienen baja tensión eléctrica. Vida útil de los SIG utilizando la construcción descrita anteriormente, basada en más de 30 años de experiencia. Se puede esperar que sea de más de 50 años. La condición de SIG examinada después de muchos Años en servicio no indica ningún límite de aproximación en la vida útil. La experiencia también demuestra que no es necesario Para la inspección interna periódica o el mantenimiento. Dentro del recinto hay un gas seco e inerte que no es Sujeto al envejecimiento. No hay exposición de ninguno de los materiales internos a la luz solar. Incluso las juntas tóricas Se encuentran en excelentes condiciones porque casi siempre hay un sistema de "doble sello" con el El sello exterior que protege la Figura 2.3 interior muestra un enfoque. Esta falta de envejecimiento ha sido GIS ya sea instalado en interiores o al aire libre. Para los SIG exteriores, deben tomarse medidas especiales para Protección adecuada contra la corrosión y tolerancia de temperaturas ambiente bajas y altas y radiación solar.

2.2.1 Disyuntor de Circuito

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Subestaciones a Gas GIS utiliza esencialmente el mismo tanque muerto disyuntores SF 6 del soplador como se utilizan para AIS. En lugar de SF 6 bujes -to-aire montados en la carcasa del interruptor de circuito, el interruptor de circuito GIS es directamente con- Conectado al módulo GIS adyacente. 2.2.2 Transformadores internacionales Los TCs son de tipo inductivo instalado en el interior del gabinete GIS o fuera del gabinete GIS (Figura 2.4). El conductor GIS es el primario de una sola vuelta para el TC. Los TC dentro del recinto deben Protegido del campo eléctrico producido por el conductor de alta tensión o por tensiones transitorias Aparecen en el secundario mediante acoplamiento capacitivo. Para los TC fuera del recinto, el propio recinto

Figura 2.4 CTs para GIS Debe estar provisto de una junta aislante, y las corrientes del recinto deben ser derivadas alrededor del TC. Ambos tipos De construcción están en uso amplio. Los TC avanzados sin núcleo magnético (bobina de Rogowski) se han desarrollado para ahorrar espacio y reducir El costo de los SIG. La señal de salida está a un nivel bajo, por lo que es convertida inmediatamente por una caja- Montado a una señal digital. Se puede transmitir a largas distancias utilizando alambre o fibra óptica para Los relés de control y protección. Sin embargo, la mayoría de los relés de protección utilizados por los servicios no están Aceptar una entrada digital aunque el relé esté convirtiendo la señal analógica convencional en digital Antes del procesamiento. El tipo de bobina Rogowski de CT es lineal independientemente de la corriente debido a la ausencia de Material de núcleo magnético que se saturaría a altas corrientes. 2.2.3 Transformadores de vibración Los VT son de tipo inductivo con un núcleo de hierro. El devanado primario está soportado sobre un plástico aislante película sumergida en SF 6. El VT debe tener un escudo de campo eléctrico entre el primario y el secundario Bobinas para evitar el acoplamiento capacitivo de voltajes transitorios. El VT es generalmente una unidad sellada con un gas Aislante de barrera. El VT es fácilmente desmontable, por lo que el GIS puede ser probado de alta tensión sin dam- Envejeciendo el VT, o el VT está provisto de un interruptor de desconexión o un enlace conductor desmontable (Figura 2.5). Sensores de tensión avanzados que utilizan un simple cilindro de acoplamiento capacitivo entre el conductor y Recinto han sido desarrollados. Además de las ventajas de tamaño y costo, estos sensores capacitivos no Tienen que ser desconectados para la prueba

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Subestaciones a Gas de resistencia de alta tensión de rutina. Sin embargo, el nivel de señal es bajo Se convierte inmediatamente a una señal digital, encontrando la misma barrera para usar como el CT avanzado En la sección 2.2.2. 2.2.4 Interruptores de conexión D Los interruptores de desconexión (Figura 2.6) tienen un contacto móvil que abre o cierra un espacio Cuando es activado por una varilla de accionamiento aislante que es movida por un vástago sellado que viene A través de la pared del recinto. Los contactos estacionarios tienen unos escudos que proporcionan la conexión eléctrica- Campo para evitar una tensión eléctrica superficial demasiado alta. La velocidad de contacto móvil es relativamente baja (Comparado con un contacto móvil del disyuntor) y el interruptor de desconexión puede interrumpir sólo los niveles bajos De corriente capacitiva (p. Ej., Desconectar una sección de bus SIG) o pequeñas corrientes inductivas (por ejemplo, trans- Antigua corriente magnetizante). Para el servicio de interrupción de corriente de magnetización del transformador, la desconexión

Figura 2.5 VTs para GIS

Figura 2.6 Desconectar interruptores para GIS.

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Subestaciones a Gas Está provisto de un mecanismo de accionamiento de muelle de acción rápida. Los interruptores de desconexión de carga En el pasado, pero con mejoras y reducciones de costes de los disyuntores, no es Para continuar suministrando interruptores de desconexión por interrupción de carga, se debe utilizar un disyuntor. 2.2.5 Interruptores giratorios G Los interruptores de tierra (Figura 2.7) tienen un contacto móvil que abre o cierra un hueco entre el interruptor de alta tensión Conductor y el recinto. Se proporcionan contactos deslizantes con blindajes de campo eléctrico apropiados en la Recinto y el conductor. Un interruptor de puesta a tierra "de mantenimiento" se acciona manualmente o por motor Unidad para cerrar o abrir en varios segundos. Cuando está completamente cerrado, puede transportar la corriente nominal de cortocircuito

FIGURA 2.7 interruptores de tierra para GIS Para el período de tiempo especificado (1 o 3 s) sin daños. Un interruptor de tierra de "acción rápida" tiene una Por lo general un resorte, y los materiales de contacto que soportan el arco, por lo que se puede cerrar dos veces Sin daños significativos a sí mismo oa las partes adyacentes. Interruptores de tierra de acción rápida Se utilizan con frecuencia en el punto de conexión del SIG con el resto de la red de energía eléctrica,

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Subestaciones a Gas no sólo En el caso de que la línea conectada esté energizada, sino también porque el interruptor de tierra de acción rápida es más capaz de Manejar la descarga de la carga atrapada. Los interruptores de puesta a tierra están casi siempre provistos de un montaje aislante o un casquillo aislante para La conexión a tierra. En funcionamiento normal, el elemento aislante se puentea con una derivación atornillada para El recinto GIS. Durante la instalación o el mantenimiento, con el interruptor de tierra cerrado, el Y el interruptor de tierra utilizado como conexión del equipo de prueba al conductor GIS. voltaje y la prueba actual de las partes internas de la GIS a continuación, se puede hacer sin la eliminación de SF 6 gas o abertura El recinto. Una prueba típica es la medición de la resistencia de contacto usando dos conmutadores de tierra (Figura 2.8). 2.2.6 Bus de interconexión Para conectar módulos GIS que no están conectados directamente a cada bus otra, SF 6 que consiste en un con- interior Ductor y el recinto exterior. Aisladores de soporte, contactos eléctricos deslizantes y caja con brida

FIGURA 2.8 resistencia de contacto medido con el interruptor suelo. MV, voltímetro; A, amperímetro; Y R, resistencia. Las juntas son usualmente las mismas que para los módulos GIS, y la longitud de una sección de bus es normalmente limitada Por el espacio permitido entre los contactos del conductor y los aisladores del soporte a unos 6 m. Autobús especializado Se han desarrollado diseños con longitudes de sección de 20 m y se aplican tanto con SIG como separados (Véase el capítulo 18). 2.2.7 Conexión a la red SF 6 bujes -to-aire (Figura 2.9) están hechos uniendo un cilindro aislante hueco a una brida en el Extremo de un recinto GIS. El cilindro de aislamiento contiene presurizado SF 6 en el interior y es adecuado Para la exposición al aire atmosférico en el exterior. El conductor continúa por el centro de la Aislante a una placa terminal de metal. El exterior de la placa de extremo tiene disposiciones para atornillar Conductor aislado del aire. El cilindro aislante tiene un interior liso. Los cobertizos en el exterior mejoran El rendimiento en el aire en condiciones húmedas o contaminadas. Distribución del campo eléctrico controlada Por escudos metálicos internos. Un voltaje más alto SF bujes 6 -to-aire también utilizan escudos externos. El gas SF 6 dentro de El casquillo tiene generalmente la misma presión que el resto del SIG. El cilindro aislante tiene más frecuencia Sido porcelana en el pasado, pero hoy en día muchos son un compuesto compuesto de fibra

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Subestaciones a Gas de vidrio epoxi cilindro interior Con un recubrimiento exterior de caucho de silicona. El casquillo compuesto tiene una mejor resistencia a la Y es intrínsecamente más seguro porque no se fractura como la porcelana. 2.2.8 Conexiones del cable de alimentación Los cables de alimentación que se conectan a un SIG se suministran con un kit de terminación de cable que está instalado en el cable para proporcionar una barrera física entre el dieléctrico del cable y el gas SF 6 en el SIG (Figura 2.10). los El kit de terminación de cable también proporciona una distribución de campo eléctrico adecuada en el extremo del cable. Porque la terminación del cable estará en gas SF6, la duración es corta y no son necesarios los cobertizos. La conducción del cable Está conectado con conectores atornillados o de compresión a la placa final o cilindro de la terminación del cable. Kit de instalación. En el lado SIG, un enlace extraíble o contacto enchufable transfiere la corriente del cable al SIG conductor. Para pruebas de alto voltaje del SIG o del cable, el cable se desconecta del SIG por Quitando el enlace conductor o el contacto enchufable. La caja del SIG alrededor de la terminación del cable usualmente Tiene un puerto de acceso. Este puerto también se puede utilizar para fijar un casquillo de prueba.

Figura 2.9 SF 6 buje-aire Para cables de alimentación dieléctrica sólida hasta el voltaje del sistema de 170 kV están disponibles kits de terminales "plug-in" poder. Éstos tienen la ventaja de permitir que la terminación del cable GIS tenga una parte del plug-in Terminación instalada, por lo que el compartimiento de terminación de cable GIS puede sellarse y la fábrica. En el campo, el cable de alimentación con la parte de terminación coincidente se puede instalar en el cable Como convenientes y entonces enchufado en la parte de la terminación en el GIS. Para la prueba, el cable puede Desconectado, sin embargo, los cables eléctricos son difíciles de doblar y pueden ser enterrados directamente. En estos casos, una El enlace de desconexión sigue siendo necesario en el recinto de terminación SIG.

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Subestaciones a Gas 2.2.9 Conexiones directas del transformador Para conectar un SIG directamente a un transformador, un casquillo especial SF 6 -to-aceite que se monta en el trans- (Figura 2.11). El casquillo se conecta bajo aceite en un extremo del transformador de altaCables de tensión. El otro extremo es SF 6 y tiene un enlace extraíble o contacto deslizante para la conexión a la Conductor de SIG. El casquillo puede ser un tipo de condensador de papel aceite o, más comúnmente hoy en día, un sólido Tipo de aislamiento. Debido a que se debe evitar fugas de SF6 en el aceite del transformador, la mayor parte de SF 6 -to-aceite bujes tienen una sección central que permite a cualquier SF 6 fuga para ir a la atmósfera en lugar de en El transformador. Para la prueba, el extremo SF 6 del casquillo se desconecta del conductor GIS después de

FIGURA 2.10 conexión del cable de alimentación Obteniendo acceso a través de una apertura en el recinto SIG. La caja GIS del transformador puede También se utiliza para fijar un casquillo de prueba. 2.2.10 Apagador de urgencia Elementos sobretensiones descargador de óxido de cinc son adecuados para inmersión en SF 6 son soportados por un cilindro aislante Dentro de una sección de recinto GIS para hacer un descargador de sobretensiones para control de sobretensión (Figura 2.12). Porque Los conductores SIG están dentro de un recinto metálico con conexión a tierra, la única manera para el impulso de rayo volt- Las edades para entrar es a través de la conexión del SIG al resto del sistema eléctrico. Cable y directo conexiones del transformador no están sujetos a la caída de rayos, por lo que sólo en SF conexiones de casquillo 6 -to-aire

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Subestaciones a Gas Es relámpago una preocupación. Aire aislamiento descargadores de sobretensión en paralelo con los SF 6 bujes con aire -a lo general Proporcionar una protección adecuada del SIG de voltajes de impulso de rayo a un costo mucho

FIGURA 2.11 Directo SF 6 de conexión de bus de transformador

FIGURA 2,12 descargador sobretensiones para GIS SF 6 -hilos descargadores. Sobretensiones de conmutación son rara vez una preocupación en los SIG, ya que con el aislamiento SF6 Las tensiones de resistencia para los picos de conmutación no son mucho menores que el voltaje del impulso de rayo. En AIS, hay una disminución significativa en la tensión de resistencia para las oleadas de conmutación en comparación con el rayo Impulso debido a que el intervalo de tiempo más largo de la oleada de conmutación permite que el tiempo para la descarga sea completamente Puente las largas distancias aislantes en el aire. En el SIG, las distancias cortas de aislamiento pueden El corto período de tiempo de un impulso de rayo; Por lo que el intervalo de tiempo más largo de una oleada de conmutación no Disminuir considerablemente el voltaje de ruptura. Los estudios de coordinación de aislamiento generalmente muestran que no hay Necesidad de pararrayos en un SIG; Sin embargo, muchos usuarios especifican descargadores de sobretensiones en los transformadores y cables Como el enfoque más conservador.

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Subestaciones a Gas 2.2.11 Sistema de control Para facilidad de operación y conveniencia en el cableado del GIS de vuelta a la sala de control de la subestación, El gabinete de control (LCC) se proporciona generalmente para cada posición del disyuntor (Figura 2.13). La estafa- Para todos los mecanismos de operación, interruptores auxiliares, alarmas, calentadores, TCs y Los VTs son llevados desde los módulos de equipos SIG al LCC usando control de multiconductor blindado Cables Además de proporcionar terminales para todo el cableado GIS, el LCC tiene un diagrama Parte del SIG que se controla. Asociados con el diagrama mímico están los interruptores de control y Para el disyuntor y los interruptores. La notificación de alarmas también suele El LCC. El enclavamiento eléctrico y algunas otras funciones de control se pueden implementar convenientemente En el LCC. Aunque el LCC es un gasto adicional, sin equivalente en el AIS típico, está tan bien Establecido y popular que la eliminación para reducir los costos ha sido poco frecuente. El LCC tiene las ventajas Una distribución muy clara de la responsabilidad entre el fabricante de SIG y el usuario en Términos del alcance del suministro de equipos. El funcionamiento de conmutación y disyuntor en un SIG produce voltajes de sobretensión internos Tiempo de subida del orden de los nanosegundos y un nivel de voltaje máximo de aproximadamente 2 por unidad. Estas "trans- voltajes generan puntas”no son un problema dentro del SIG ya que la duración de este tipo de picos de tensión es muy a corto mucho más corta que la tensión de impulso tipo rayo. Sin embargo, una parte del transitorio muy rápido voltajes se desprenderán de la parte interior de la GIS en los lugares donde hay una discontinuidad del metal recinto, por ejemplo, en articulaciones aislante recinto para TC externos o en las SF 6 bujes con aire -para. los dando como resultado “tensión subida tierra transitorias” en el exterior del recinto puede causar que algunas pequeñas chispas a través del aislante recinto estos partes de alarma puede articulación o a tierra adyacentes cerca persona- nel pero no son perjudiciales para una persona debido a que el contenido de energía es muy bajo. Sin embargo, si estas muy rápido

FIGURA 2.13 LCC para GIS voltajes transitorios entran los cables de control, que podría causar el mal funcionamiento de dispositivos de control. De Estado sólido controles pueden ser particularmente afectados. La solución es de blindaje a fondo y de puesta a tierra del control Cables Por esta razón, en un SIG la pantalla del cable de control debe conectarse a tierra en el equipo y el LCC termina ya sea utilizando casquillos de tierra coaxiales o

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Subestaciones a Gas conexiones cortas a las paredes del gabinete en el PAR- ción donde el cable de control entra por primera vez el gabinete 2.2.12 G como Monitor de sistema La capacidad aislante y la interrupción de la SF 6 gas depende de la densidad de la SF 6 ser gas enun nivel mínimo establecido por las pruebas de diseño. La presión de la SF 6 gas varía con la temperatura, por lo que unainterruptor de presión compensada de temperatura mecánico o electrónico se utiliza para supervisar el equivalente de densidad del gas (Figura 2.14). GIS se llena con SF 6 a una densidad lo suficientemente por encima de la densidad mínima decompleto dieléctrica y capacidad de interrupción de modo que del 5% al 20% de la SF 6 gas puede perderse antes de lael rendimiento de los SIG se deteriora. Las alarmas de densidad proporcionan una advertencia de gas que se pierde y puede ser usado para operar los interruptores y conmutadores para poner un GIS que está perdiendo gas en un estado seleccionado Por el usuario. Debido a que es mucho más fácil de medir la presión de la densidad, el sistema de monitor de gas puede ser un medidor de presión. Se proporciona una tabla para convertir las mediciones de presión y temperatura en la densidad. sistemas de medición basados en microprocesador son disponibles que proporcionan presión, temperatura, densidad, e incluso porcentaje de adecuada SF 6 contenido. Estos también pueden calcular la velocidad a la que SF 6 se está perdiendo.Sin embargo, son significativamente más caros que la presión mecánica con compensación de temperatura interruptores, por lo que sólo se suministran cuando lo solicite el usuario. 2.2.13 G como compartimentos y zonas Un SIG se divide por aisladores de barrera de gas en compartimientos de gas para propósitos de manejo de gas. Debido a la formación de arcos que tiene lugar en el interruptor de circuito, por lo general es su propio compartimento de gas. manejo de gas sistemas están disponibles para procesar y almacenar alrededor de 1000 kg de SF fácilmente 6 a la vez, pero la longitud de tiemponecesaria para hacer esto es más largo que la mayoría de los usuarios de SIG aceptarán. por lo tanto, GIS se divide en relativamente pequeños compartimentos de gas de menos de varios cientos de kilogramos. Estos pequeños compartimientos pueden estar

FIGURA 2.14 SF 6 monitor de densidad para GIS onectada con la tubería de bypass externo para crear una zona de gas más grande para la supervisión densidad. La electricidad funciones del SIG son todos sobre una base de tres fases, por lo que no hay razón para no eléctrica conectar el fases paralelas de un tipo de recinto de fase única de GIS en una zona de gas

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Subestaciones a Gas para el monitoreo. Las razones para no conectar entre sí muchos compartimentos de gas en zonas de gas grandes incluyen una preocupación con un fallo en uno compartimiento de gas causando contaminación en compartimentos adyacentes y la mayor cantidad de SF 6 perdidoantes de una alarma de pérdida de gas. También es más fácil de localizar una fuga si las alarmas corresponden a zonas pequeñas de gas-on Por otro lado, una zona de gas más grande será, por la misma fuga de tamaño, dar más tiempo a añadir SF 6 entre la primeraalarma y segunda alarma. Cada fabricante SIG tiene un enfoque estándar para compartimentos de gas y de gas zonas pero, por supuesto, modificarán el enfoque para satisfacer las preocupaciones de los usuarios de SIG individuales. 2.2.14 E Disposición QUIPOS y Física Para cualquier diagrama de una línea eléctrica, por lo general hay varias disposiciones físicas posibles. La forma del sitio para el SIG y la naturaleza de las líneas de conexión y cables deben ser considerados. Figura 2.15 compara una disposición física “natural” para un disyuntor y un medio GIS con una disposición de “lineal”.

FIGURA 2.15 diseños de disyuntor del uno y la mitad

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FIGURA 2.16 integrado (función combinada) GIS. Clave: CB, interruptor de circuito; DS, seccionador; ES, de puesta a tierra cambiar; GS, interruptor de puesta a tierra; FES, culpa haciendo seccionador de tierra; HGS, interruptor de puesta a tierra de alta velocidad; CT, actual transformador; VT, transformador de tensión; CSE, cable extremo sellado; y BUS, barra colectora La mayoría de los diseños de GIS se desarrollaron inicialmente para un doble bus, arreglo descanso sola (Figura 2.2). Este enfoque ampliamente utilizado ofrece una buena fiabilidad, operación simple, fácil de relés de protección, excelente economía, y una pequeña huella. Mediante la integración de varias funciones en cada módulo GIS, el costo de la doble bus, disposición de seccionadores solo puede reducirse significativamente. Un ejemplo se muestra en la figura 2.16. Desconectar y de tierra conmutadores se combinan en un “interruptor de tres posiciones” y forman parte de cada módulo de bus que conectan posiciones adyacentes del interruptor automático. El módulo de conexión de cable incluye la terminación del cable, seccionadores, interruptores de tierra, un VT y descargadores de sobretensión. 2.2.15 G redondeo Las secciones de cerramiento de metal individuales de los módulos de GIS se hacen eléctricamente continua bien por siendo la articulación de la carcasa de brida un buen contacto eléctrico en sí mismo o con shunts externos atornillado a la o bridas a almohadillas a tierra en la caja. Aunque algunos SIG carcasa de una sola fase temprana eran “Único punto a tierra” para evitar corrientes circulantes fluya en los recintos, hoy el uniforme versal práctica es utilizar “multipunto a tierra” a pesar de que esto lleva a algunas pérdidas eléctricas en el recintos debido a las corrientes circulantes. Los tres recintos de un SIG sola fase deben estar unidos a entre sí en los extremos de la GIS para animar a las corrientes circulantes a fluir-estos recinto circulante corrientes actúan para cancelar el campo magnético que de otro modo existiría fuera del recinto debido a la con- ductor actual. Trifásica SIG recinto no tiene corrientes de circulación, tiene corrientes de Foucault en el recinto, y debe también ser multipunto a tierra. Con conexión a tierra multipunto y los muchos resultante caminos paralelos para la corriente de un fallo interno fluya a la red tierra de la subestación, es fácil de mantener las tensiones de paso y contacto para un GIS a los niveles seguros prescritos en IEEE 80.

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Subestaciones a Gas 2.2.16 T teresante las pruebas de los disyuntores, TC, TT, y descargadores de sobretensión no son específicos para los SIG y la voluntad No se tratarán en detalle aquí. asambleas GIS representativos que tengan todas las partes de la GIS a excepción de el disyuntor de circuito se diseño a prueba para mostrar el GIS puede soportar la tensión nominal de choque de rayo, de conmutación de tensión de impulso, sobretensión frecuencia de potencia, corriente continua, y la corriente de cortocircuito. Normas especifican los niveles de prueba y cómo se deben hacer las pruebas. Las pruebas de producción de la fábrica ensamblados SIG (incluyendo el interruptor de circuito) cubre la frecuencia de alimentación tensión no disruptiva, el circuito conductor tencia tancia, controles de fugas, pruebas de funcionamiento, y cheques polaridad de TI. Los componentes tales como aisladores de soporte, VTs, y CTs se prueban de acuerdo con los requisitos específicos para estos artículos antes del montaje en el SIG. Las pruebas de campo se repiten las pruebas de fábrica. La frecuencia de la energía resistir la prueba del voltaje es más importante como una verificación de la limpieza del interior de la GIS en lo que respecta a la contaminación de partículas conductoras, tal como explica en la Sección 2.1. Comprobación de sistemas de bloqueo es también muy importante. Otras pruebas de campo se pueden hacer si el GIS es una parte muy importante del sistema, por ejemplo la energía eléctrica, se puede solicitar una prueba de picos de tensión. 2.2.17 Instalación SIG se suele instalar en una plataforma de concreto monolítico o en el piso de un edificio. El SIG es lo más a menudo Rig de brazos cruzados unido por pernos o soldadura de los marcos de soporte de SIG para placas de acero incrustados de vigas. Químico anclajes de perforación también se pueden utilizar. anclas de perforación de expansión no son recomendables debido a cargas dinámicas cuando el interruptor de circuito opera puede aflojar anclajes de expansión. SIG instalaciones grandes pueden necesitar autobús juntas de dilatación entre las diversas secciones de la GIS se acostumbraran a la fitup en el campo y, en algunos casos, proporcionar la expansión térmica de la GIS. Los módulos de SIG se envían en el mayor Asampráctica blies; en el nivel de tensión inferior, dos o más posiciones del interruptor pueden ser entregados completamente montado. El conjunto físico de los módulos GIS entre sí utilizando las articulaciones recinto brida atornilladas y contactos conductores va muy rápidamente. Más tiempo se utiliza para la evacuación de aire de los compartimentos de gas que se han abierto, llenando con SF 6 cableado del sistema de gas y control. Las pruebas de campo se realizaron a continuación. por GIS de alto voltaje enviado como muchos módulos separados, instalación y prueba toman cerca de 2 semanas por circuito posición del interruptor. sistemas de tensión inferiores enviados como bahías completos, y sobre todo por cable fábrica, puede ser instalado con mayor rapidez. 2.2.18 O peración y enclavamientos El funcionamiento de un SIG en términos de proporcionar la supervisión, el control y la protección del sistema de energía como una todo es la misma que para un AIS excepto que los fallos internos no son autocompensación, por lo reenganche debería hacerlo no será utilizado para fallos internos al GIS. Especial cuidado se debe tomar para la desconexión y el interruptor de tierra operación porque si éstas se abren con la que fluye corriente de carga, o se cierran en la carga o corriente de falla, la formación de arco entre el movimiento del interruptor y contactos estacionarios normalmente causar un fallo de fase a fase en GIS recinto de tres fases o a un fallo de fase a tierra en GIS recinto de una sola fase. El interno falla causará graves daños en el interior del SIG. Un interruptor SIG no puede ser tan fácilmente reemplazado o más rápido un interruptor de AIS. También habrá un aumento de presión en el compartimiento de gas GIS como el arco calienta el gas. En casos extremos, el arco interno causarán un disco de ruptura para operar o incluso pueden causar una quemadura a través del recinto. La liberación resultante de caliente descompuesto SF 6 gas puede causar un daño grave a la cercana personal. Por el bien de tanto el SIG y la seguridad del personal, enclavamientos seguras se proporcionan de manera que el interruptor debe estar abierto antes de que un

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Subestaciones a Gas interruptor de desconexión asociado puede ser abierta o cerrada, y el interruptor de desconexión debe estar abierto antes de que el interruptor de tierra asociado puede ser cerrado o abierto 2.2.19 Mantenimiento La experiencia ha demostrado que las partes internas de la GIS están tan bien protegidos dentro de la caja de metal que no envejecen, y como resultado de la selección del material adecuado y lubricantes, hay un desgaste despreciable en los contactos del interruptor. Sólo los contactos de arco del disyuntor y la boquilla de Teflon de la inter- Rupter experiencia desgaste proporcional al número de operaciones y el nivel de la carga o falla Cur- alquileres siendo interrumpidos. Los contactos y la boquilla materiales combinados con el corto tiempo de interrupción de los interruptores automáticos modernos proporcionan típicamente para miles de operaciones de carga de corriente de interrupción y decenas de interrupciones de la corriente de falla nominal completa antes de que haya necesidad de una inspección o sustitución. A excepción de interruptores de circuito en uso especial tal como una planta de almacenamiento por bombeo, la mayoría de los interruptores de circuito se No ser operado suficiente como para requerir alguna inspección interna. Así que no va a ser necesario abrir más SIG para mantenimiento. Los mecanismos de operación externos y sistemas de monitor de gas debe ser visualmente inspeccionado, con la frecuencia de inspección determinada por la experiencia. Sustitución de determinadas primeros modelos de SIG ha sido necesario en casos aislados, ya sea debido a la inherente modos de fallo o corrosión persistente causando SF 6 problemas de fugas. Estos primeros modelos ya no puedesea en la producción, y en casos extremos el fabricante ya no está en el negocio. Si hay espacio disponible, un nuevo GIS (o incluso AIS) puede ser construido adyacente al GIS que se reemplaza y las conexiones a la fuente de sistema se movió más en el nuevo SIG. Si no hay espacio disponible, el SIG se puede sustituir una posi- disyuntor ción a la vez usando diseñado a medida secciones temporales bus de interfaz entre el viejo y el nuevo SIG. 2.3 E CONOMÍA de GIS El coste del equipo de GIS es naturalmente mayor que la de AIS debido a la caja de metal conectado a tierra, la provisión de una LCC, y el alto grado de montaje de la fábrica. Un SIG es menos costoso de instalar que una AIS. Los costos de desarrollo de sitios para un SIG será mucho menor que para un AIS debido a la mucho más pequeña área requerida para el SIG. La ventaja del desarrollo de sitios SIG aumenta a medida que aumenta la tensión del sistema porque de alta tensión AIS toma muy grandes áreas debido a las distancias de largo aislantes en aire atmosférico. Las comparaciones de costos en los primeros días de SIG proyectaron que, sobre una base total instalada de costos, los costos de los SIG igual AIS cuesta a 345 kV. Para las tensiones más altas, se esperaba GIS a costar menos de AIS. Sin embargo, el costo de AIS se ha reducido significativamente por los avances técnicos y de fabricación (especialmente para circuito Break- ERS) en los últimos 30 años, pero el equipo SIG no ha demostrado importantes reducciones de costes. Así que, aunque SIG ha sido una tecnología bien establecida desde hace mucho tiempo, con una alta fiabilidad y casi no hay necesidad para el mantenimiento, se percibe actualmente como un costo demasiado y sólo es aplicable en casos especiales donde el espacio es el factor más importante. En la actualidad, los costes se reducen SIG mediante la integración de funciones descrito en la Sección 2.2.14. A medida que los sistemas de control digitales llegan a ser comunes en las subestaciones, el electro costosa CTs magnéticos y VTs de un SIG serán reemplazados por sensores menos costosos tales como VTs ópticos o capacitivos y Rogowski bobina CTs. Estos sensores menos costosos también son mucho más pequeños, reduciendo el tamaño de la GIS, permitiendo que más bahías de GIS para ser enviado totalmente montado. los costes de desarrollo de sitios de instalación y son cor- respondingly inferior. La ventaja espacio GIS sobre AIS aumenta. Un enfoque denominado “tecnología mixta aparamenta”(o GIS híbrido) que utiliza interruptores de GIS, interruptores, CTS y VTs con interconexiones entre las posiciones del interruptor y las conexiones a otros equipos que utilizan conductores con aislamiento de aire es un desa- reciente rrollo que promete reducir el costo de los SIG en algún sacrificio en el ahorro de espacio. Este enfoque es especialmente adecuado para la ampliación de una subestación existente sin la ampliación de la zona para la subestación

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