Presentación+Jose+Santos+ABB-AEP+2014

1INTRODUCCION AL DISEO DE

Jos Santos, Jefe de Departamento de Ingenieria ABB Power Systems Division, Julio de 2014

ABB Group February 20, 2013 | Slide 1

INTRODUCCION AL DISEO DE SUBESTACIONESALGUNAS APLICACIONES ESPECIALES

QUE PASA SI NO HAY ELECTRICIDAD?


Tomado Abb Review 1/2008

2SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA


GENERACION TRANSMISIN-CLIENTES LIBRES-DISTRIBUCIN-USUARIOS FINALES

TIPOS DE SUBESTACIONES

GGEENNEERRAACCII

Interruptores automticos

Subestacin de Subestacin de de generacinde generacin

Subestaciones deSubestaciones deDistribucinDistribucin

Subestacin de Subestacin de Transferencia Transferencia

4

NN

Usuarios Usuarios comercialescomerciales--Cliente LibresCliente Libres

Subestacin de Subestacin de dede transformacintransformacinCargas Cargas

Mineras e Mineras e Industrias Industrias (Clientes (Clientes Libres)Libres)

Tomado Abb Review 1/2008

3TIPOS DE SUBESTACIONESCONVENCIONALESO AISLADAS EN AIRE

ENCAPSULADAS O AISLADAS EN SF6 - GIS

CELDAS PARA SUBESTACIONES DE SUBESTACIONES DE MEDIA Y BAJA TENSIN


FUNCIONES DE LAS SUBESTACIONES

Seguridad Separar el sistema de aquellas partes con falla

Explotacin Configurar el sistema con el fin de dirigir los flujos de potencia de forma ptima, desde el punto de vista de seguridad en el servicio, reduccin de prdidas y permitir funciones de mantenimiento sobre los equipos

Interconexin Interconectar los Sistema Elctricos de diferente tensin , conectar generadores , l d t i i i t dlneas de transmisin, sistemas de compensacin.


4ELEMENTOS PRINCIPALES Y

REAS DE INTERACCIN EN SUBESTACIONES

DE POTENCIA

Operacin en Tiempo Real del Sistema Interconectado

Sistema de Comunicaciones

Sistema de Automatizacin y Control de Subestaciones

Sistemas de Proteccin, medicin

y control


Patio de llaves Subestaciones y

Servicios Auxiliares

ELEMENTOS PRINCIPALES DE UNA SUBESTACINPatio de llaves; Bahas, sistema de barras, Patio de transformadores Cada Baha conformada por1.0 Eq. Maniobra; Interruptores, Seccionadores2 0 E P t i2.0 Eq Proteccin : Pararrayos3.0 Eq. Medida; Transformadores de corriente y tensinEdificio de Control;1.0 Sala de Servicios Auxiliares.2.0 Sala de Bateras3.0 Sala de Grupo El t


Electrgeno4.0 Sala de control y proteccin5.0 Sala de Comunicaciones

5ELEMENTOS PRINCIPALES DEL PATIO DELLAVES


SISTEMA DE CONTROL Y PROTECCIONEl sistema de Proteccin y control conforma por:-IEDs; Reles, medidores, sensores, seales analgicas.-Servidor Scada con HMI-Impresoras -Sistema de Comunicaciones


Tomado Abb Group- CE Slver-2010

6CONFIGURACIONES DE

ABB High Voltage ProductsFebruary 20, 2013 | Slide 11

SUBESTACIONES

CONFIGURACIONES DE SUBESTACIONESEl sistema es radial, enlazado o anillado

ABB Group February 20, 2013 | Slide 12 Tomado Abb Group- CE Slver-2010

7CONFIGURACIONES DE SUBESTACIONESImportancia de la SE en el Sistema Elctrico


Tomado Abb Group-Switch Gear Manual

CONFIGURACIONES DE SUBESTACIONESSimple Barra

Ventajas; SimpleBajo costo

Desventajas1.0 Cuando esta en mantenimiento el interruptor, la baha sale fuera de servicio2.0 Cuando se hace mantenimiento de la barra o seccionadores de barra, la subestacin sale fuera de servicio


3.0 Falla en Barra, toda la SE sale fuera de servicio

8CONFIGURACIONES DE SUBESTACIONESSimple Barra Seccionada

Ventajas; SimpleBajo costo

Desventaja1.0 Cuando esta en mantenimiento el interruptor, la baha sale fuera de servicio2.0 Cuando se hace mantenimiento de la barra o seccionadores de barra, la mitad de la subestacin sale fuera de servicio


3.0 Falla en Barra, La mitad de la SE sale fuera de servicio

CONFIGURACIONES DE SUBESTACIONESDoble Barra

Ventajas;Brindan flexibilidad para la operacin del sistema y confiabilidad por falla en barrasbarras.Las labores de mantenimiento pueden ser realizadas sin interrupcin del servicio.Facilita el mantenimiento de seccionadores de barra, afectando nicamente el tramo asociado.

Desventajas


La realizacin del mantenimiento en un interruptor de un tramo, requiere la salida del tramo correspondiente.Requiere de gran espacio fsico para su construccin.

9CONFIGURACIONES DE SUBESTACIONESDoble Barra en U

Similar al Doble Barra Permite la salida en ambos sentidos en consecuencia ahorro de espacio


CONFIGURACIONES DE SUBESTACIONESAnillo

Ventajas; En condiciones normnales Ningn circuito se pierde, pero se rompe el anilloanillo

DesventajasEn falla de un circuit se pierde el circuito Segundo circuito puede quedar aislado dependiendo del lugar de la falla


10

CONFIGURACIONES DE SUBESTACIONESInterruptor y Medio

Ventajas; El mantenimiento de un interruptor se puede realizas sin sacar de servicio la baha correspondienteservicio la baha correspondiente.

DesventajasPara la realizacin delmantenimiento de losseccionadores conectadosdirectamente al tramo, esnecesario dejar fuera de servicioel tramo correspondiente.


Requiere gran espacio fsicopara su construccin.

OTRAS CONFIGURACIONESExisten otras configuraciones que son una variante de las

configuraciones descritas, estas son:

Simple barra con Bypas

Simple barra con barra de transferencia

Doble barra con dos barras de transferencia

Interruptor y medio

Doble barra y doble interruptor

Triple Barra

Poligonos


11

PRINCIPALES CRITERIOS DE

ABB Group February 20, 2013 | Slide 21 ABB High Voltage ProductsFebruary 20, 2013 | Slide 21

PRINCIPALES CRITERIOS DE DISEO DE SUBESTACIONES

CRITERIOS DE DISEOFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA SELECCIN DE LA UBICACIN DE LA SUBESTACIN

FACTOR DESCRIPCINTCNICOS Ubicacin requerida en el

sistema elctrico, rea necesaria, caractersticas geolgicas, accesos,

ECONMICOS Costos de implementacin,construccin, operacin mantenimiento y explotacin

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

ADMINISTRATIVOS Permisos de construccin, licencias, puesta en servicio.


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CRITERIOS DE DISEOUbicacin de las Subestaciones caractersticas y consecuencias

Caractersticas Influencia Diseo Consecuenciarea disponible Disposicin, configuracin /equipamiento Costo del terreno, confiabilidad,

maniobrabilidadTopografa Muros de contencin; pendientes, movimiento de

tierrasCostos de construccin, montaje,

seguridadC t ti Di i i F d i difi i d d ti C t d t i t j Caractersticas

geotcnicasDisposicin, Fundaciones, edificaciones, red de tierra Costos de construccin, montaje,

seguridad

Hidrologa Disposicin, sistemas de drenaje Costos de construccin, montaje, seguridad

Accesos Disposicin general, caminos de acceso a la Subestacin, caminos internos

Costos de construccin, montaje, seguridad

Acometidas de Disposicin general Costos de montaje, planeamientoLneas

PolucinAmbiental

Lnea de Fuga del Equipamiento, limpieza y mantenimiento

Costos

Impacto ambiental Obras Electromecnicas, Civiles, disposicin general Trabajos y costos administrativosNivel ssmico Diseos Especiales; uso de amortiguadores Costos de construccin, equipos

Altitud Distancias elctricas, aislamiento Costos, disposicin ABB Group February 20, 2013 | Slide 23

CRITERIOS DE DISEONORMAS APLICABLES

IEC - The International Electrotechnical Comisin.

ANSI - American National Standards Institute.

IEEE - Institute of Electrical and Electronic Engineers.

UNE Norma Europea.

CNE Cdigo Nacional de Electricidad Suministro 2011 CNE - Cdigo Nacional de Electricidad, Suministro 2011.

DGE - Direccin General de Electricidad MINEM.

Reglamento de la Ley de Concesiones Elctricas.

NESC - National Electrical Safety Code.

Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE).

Ley general de Residuos Slidos N 27314.

ASTM - American Society for Testing and Materials.

AISI - American Iron and Steel Institute


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.

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CRITERIOS DE DISEOPRINCIPALES PARMETROS DE DISEO

Tensin

Tensin nominal del sistema

Tensin mxima del sistema

Tensin nominal del equipo

Tensin mxima del equipo

Nivel de Aislamiento

Tensin soportada a frecuencia industrial

Tensin soportada para sobretensiones tipo rayo

Tensin soportada para sobretensiones de maniobra Tensin soportada para sobretensiones de maniobra

Corriente Nominal

Corriente de cortocircuito

Corriente de cortocircuito en rgimen permanente


CRITERIOS DE DISEOOTROS PARMETROS DE DISEO

Altura sobre el nivel del mar

Temperaturas mximas, mnimas medias

Velocidad y caracterstica del viento

Polucin ambiental

Pluviometra

Nivel isocerunico

Caractersticas geotcnicas del terreno

Capacidad portante del terreno

Agresividad fsica qumica del terreno Agresividad fsica-qumica del terreno

Caractersticas geolgicas

Nivel fretico


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CRITERIOS DE DISEOTENSIONES NORMALIZADAS EN EL PER


CRITERIOS DE DISEONIVELES DE AISLAMIENTO Y TENSIONES IEC


Referencia: Norma IEC 60071-1

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EVOLUCIN PARAMETROS ELECTRICOS DE DISEO


CRITERIOS DE DISEOCOORDINACION DEL AISLAMIENTO

Coordinacin de aislamiento: es la seleccin de la tensin soportada normalizada de los equipos teniendo en cuenta las sobretensiones que pueden aparecer, ascomo los medios de proteccin que se pueden instalar y las condiciones ambientales de la zona, para obtener un riesgo de fallo aceptable.

Clasificacin del aislamiento Primera clasificacin: Aislamiento autorregenerable: recupera sus propiedades cuandodesaparece el contorneo y las causas que lo han provocado Aislamiento no autorregenerable: puede quedar total o parcialmenteaveriado despus de una descarga disruptiva Segunda clasificacin:

Aislamiento externo: es la distancia a travs del aire o de una


Aislamiento externo: es la distancia a travs del aire o de unasuperficie exterior en contacto con el aire sometido a solicitacionesdielctricas y ambientales (humedad y contaminacin) Aislamiento interno: es la parte interna del aislamiento de unequipo elctrico que est protegido de las solicitacionesambientales mediante una o varias envolventes

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METODOS DE CALCULO:1. Segn Norma IEC 60071-1/71-2; Calcular las tensiones representativas,

tensiones soportadas de coordinacin, tensin soportada requerida, seleccin de tensin normalizada, seleccin del aislamiento.

2. Mtodo estadstico : que consiste en modelar el tipo de frente de onda que ocurrir ante descargas atmosfricas directas e indirectas sobre la Lnea de Transmisin y su efecto sobre los equipos del Patio de Llaves ante operacin de los pararrayos.

En ambos considerar el efecto del pararrayo en la reduccin del aislamiento para realizar un diseo optimo y eficiente



RESULTADOS DE COORDINACIN DEL AISLAMIENTO (SE DOBLE BARRA EN U 245 kV-4350 msnm)

972kV972kV

1221kV

1097kV


Pararrayos 1Pararrayos 2

1031kV958kV1162kV 1266kV

Equipos seleccionados: Aisladores soporte 1300kV-BIL; Seccionadores/Interruptores: 1175kV-BIL(Simple cmara); Transformadores de medida 1050kV-BIL

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CRITERIOS DE DISEOOTROS TPICOS DE DISEOCoordinacin del Aislamiento

y Seleccin de Pararrayos

Distancias de Seguridad

Diagramas de Cargas enPrticos y soportes de equipos

Clculo de Jaula de FaradayDistancias de Seguridad

Seleccin de Barras yConductores

Calculo y seleccin deCadenas de Aisladores yAisladores soporte

Clculo de Jaula de Faraday

Sistema de Puesta a Tierra

Cables de Energa BT

Servicios Auxiliares

Iluminacin y Fuerza Exterior eInteriorSistema de Apantallamiento


Interior

APLICACIONES ESPECIALES

ABB High Voltage ProductsFebruary 20, 2013 | Slide 34

18

SOLUCIONES ESPECIALES


APLICACIONES CON EQUIPOS CONVENCIONALES E HIBRIDOS COMPATOS (PASS-ABB)

SUBESTACION 50KV A 5000 msnm


19

APLICACIONESEquipo Convencional Disposicin Horizontal/Vertical y PASS

ConfiguracinConvencional

40m


36m 31m

ConfiguracinConvencional-Vertical

ConfiguracinHibrida-PASS

APLICACIONES CON EQUIPOS CONVENCIONALES E HIBRIDOS COMPATOS (PASS-ABB)

SUBESTACION 245/138/60KV < 1000 msnm


20

APLICACIONES ESPECIALESDoble Barra en U 220/138/60 kV- Equipamiento Convencional

242m

145m


APLICACIONES ESPECIALESDoble Barra en U 220/138/60 kV- Equipamiento Hibrido

130m

70m


145m

21

APLICACIONES ESPECIALESDoble Barra en U 220/138/60 kV- Convencional/Hbrido

242m

145m

REDUCCIN

AL 26%


72.5 kV Line bay module

72.5 kV Line bay module Disconnecting Circuit breaker

Grounding switchVoltage transformerVoltage transformerCurrent transformerSurge arrester


Saves cost on land and foundations

22


SUBESTACIONES CON EQUIPOS COMPASS


APLICACIONES ESPECIALESEquipos COMPASS


23

APLICACIONES ESPECIALESEquipos COMPASS



SUBESTACIONES DCB


24

Conventional solution

Disconnecting Circuit Breaker

solution

Improving grid performance Outage reduction with DCB + live disconnection of link

solution

Bay unavailability (hours/year)

2.3

Bay unavailability (hours/year)

0.8

Busbar Busbar


unavailability (hours/year)

0.8

unavailability (hours/year)

0.00

Interlocking functionsIncreased safety with highly reliable interlocking

Closed position

Disconnected position- locked in open position

Open position


Earthing switch

ClosedOpen

25

Saving space and moneyOverview 420 kV 1 breaker solution

160 m

72 m

160 m

72 m

= Disconnecting Circuit Breaker


103 m

60 m

103 m

60 m

* Disconnecting links for section clearance were used in the calculations

Saving space and money Removal of disconnectors 420 kV example

Disconnector Circuit Breaker DisconnectorConventional current

measurement


26

Saving space and money Removal of disconnectors 420 kV example

Disconnector DisconnectorConventional current

measurementDCB


Free SpaceFree Space

Reduced Space!, Increased Availability!, Lowered Costs!

Saving space and money Removal of conventional CT 420 kV example

Conventional current measurementDCB


Disconnecting Circuit Breaker

Digital Optical Current Transducer

Free SpaceFree Space Free Space

27


SUBESTACIONES GIS


8561,3

Technology of Gas Insulated SystemsGIS Functions Overview about availableswitching functions

9742,3

ConfigurationDouble busbar

Busbar disconnectorswith earthing switch

1, 2

3 8

6

1,32,3

Air Insulated Switchgear Gas Insulated Switchgear, three-phase4,2 m


Circuit breaker

Current transformer

Fault makinggrounding switch

Line disconnectorwith earthing switch

Voltage transformer

Cable sealing end

4

6

7

8

9

9

7

5

6

4

5

Gas Insulated Switchgear,single phase

5,5 m

28

SUBESTACIONES GIS


SUBESTACIONES GIS


96% volume reduction (GIS type ELK-3 400 kV compact substation compared to AIS substation)

Land cost saving - Minimized aesthetic impact on the local environment

29

CONCEPCINDEL PROYECTO

OFERTAS YCOTIZACIONES ING. BSICA ING. DE DETALLE

EJECUCIN DE OBRA

-Estudios de Factibilidad,Analisis y planteamientode alternativas tcnicoeconmicas; as como elanlisis de rentabilidadde los proyectos con susrespectivas EvaluacionesEconmicas y

RETROALIMENTACIN

-Desarrollo de Pre-Ingeniera, Diseospreliminares, Obtencin decantidades de obra,metrados y presupuestostanto para las ObrasElectromecnicas, ObrasCiviles y Obras Elctricas,

ti d l M

-Desarrollo de IngenieraBsica: Se desarrollan losdiseos y configuracionesde los proyectosconceptualmente,definiendo tambin lascaractersticas tcnicas delos equipos principales,

-Desarrollo de Ingeniera deDetalle: Se desarrollan losdiseos de detalle de lasobras electromecnicas,obras civiles, y trabajoselctricos, para laconstruccin de las obras,en coordinacin directa con

l li t f b i

-Asesoramiento: Semantiene contacto yasesoramientopermanente durantetoda la etapa deejecucin de obras.

Econmicas yFinancieras.

garantizando los Mrgenesde Ganancia Previstos parael Proyecto.- Absolucin de ConsultasTcnicas

para la emisin de susordenes de compra.- Estudios de Pre -Operatividad: Se define elsistema elctrico aimplementar y secoordina los aspectostcnicos con el COES, lasempresas transmisoras ydistribuidoras, para suoperatividad en el SEIN.

el cliente y fabrica.-Estudios de Operatividad:-Se desarrollan los estudiosde transitorios, flujo decarga y cortocircuito-Se desarrollan los estudiosde coordinacin de laproteccin.

PROCESO DE INGENIERIA

Nuestro Proceso de Ingenieraesta Certificado con ISO -9001

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