Visión tecnológica hacia soluciones GIS

98
Gas Insulated Switchgear (GIS) Visión tecnológica hacia soluciones GIS Rubén González, PMM Transmission GIS Switzerland, Perú 23.04.2015

Transcript of Visión tecnológica hacia soluciones GIS

Gas Insulated Switchgear (GIS)Visión tecnológica hacia soluciones GIS

Rubén González, PMM Transmission GIS Switzerland, Perú 23.04.2015

Transmission GIS – Jornadas TécnicasContenido

§ GIS Alrededor del mundo

§ GIS Descripción general y beneficios§ Aplicaciones y ejemplos

§ Diseño modular - Configuraciones

§ Tópicos técnicos específicos de la GIS§ Transferencia de barra

§ Compartimentación de gas

§ Operaciones en campo y pruebas AT

§ GIS Portafolio de productos

ABB Primera GIS del mundoUW Sempersteig 170kV GIS (1967)

© ABB

Mercado total estimado 2014 por región

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 4

489211

0

200

400

600

BAYS MUSD

NAM

365

1110

100200300400

BAYS MUSD

SAM

698

1530

200

400

600

800

BAYS MUSD

SAS

7365

13360

2000

4000

6000

8000

BAYS MUSD

NAS

3116

10310

1000

2000

3000

4000

BAYS MUSD

IMA

297103

0100200300400

BAYS MUSD

MED

675

2130

200400600800

BAYS MUSD

CEU 938

4650

200400600800

1000

BAYS MUSD

NEU

Bahías Precio MUSD2013 13’067 3’4652014 13’943 3’623

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 5

ABB red de fábricasUbicaciones

Zürich, Switzerland

GIS > 245 kV

Hanau, Germany

GIS 66 kV – 170 kV

Xiamen, China

GIS 145 kV – 1200 kV

Dammam, Saudi Arabia

GIS 145 kV – 420 kVVadodra, India

GIS 145 kV – 420 kV

§*End 2014

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 6

ELK-36300A

ELK-144000A

ELK-044000A

ABB GIS portafolio de productosVisión general

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 6

kA

kV72.5 145 170 245 300 362 1100765550420

40

50

63

80

ENK2500A

ELK-14 C3150A

ELK-3 C5000A

ELK-45000A

ELK-55000A

252

ELK-04 C3150A

Gas Insulated Switchgear (GIS)GIS Descripción general y beneficios

© ABB Inc.May 5, 2015 | Slide 8

Integración de Funciones

Prec

io

DTBn Interruptorn Transf. de conrriente

Mód. híbridosn Interruptorn Transformador Corrienten Transformador Tensiónn Seccionadorn Puesta a tierra

GISnInterruptornTransformador CorrientenTransformador TensiónnSeccionadornPuesta a tierranBarras / GIBs

LTBn Interruptor

GIS - Gas Insulated SwitchgearDescripción general

© ABB Inc.May 5, 2015 | Slide 9© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 9

§Interruptor§Transformadores de medida

§Barras§Seccionadores

GIS

§ Estructura Soporte§ Aisladores§ Cubículo de control§ Cableado de control§ Supervisión§ Pruebas en campo

ABB – GIS de alta tensiónIntegración de funciones

ELK-14, 245 - 362 kVSección transversal configuración doble barra

May 5, 2015

Circuit-breaker

Fast-actingearthing switch

Voltagetransformer

Localcontrolcubicle

Disconnector

Earthing switch

Cabletermination

Drive

Current transformer

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 11

ELK-14, 245 - 362 kV

Diseño modular.Flexibilidad paracrear todo tipo desolución

Diseño Modular

© ABB

§Control

§Interruptor

§Seccionador y puesta a tierra

§Transformadores de medida

§Elementos de conexicón

Modulos:

Gas Insulated Switchgear (GIS)Configuraciones

ELK-14, 245 - 300 kVArreglo doble barra

May 5, 2015

ELK-14, 245 - 300 kVAcoplador – Arreglo doble barra

May 5, 2015

ELK-14, 245 - 300 kVBahía seccionadora – Arreglo doble barra

May 5, 2015

ELK-14, 245 - 300 kVDimensiones – Arreglo Doble Bara

May 5, 2015

§min

.650

0

§3.5t

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 17

ELK-14, 245 - 300 kVInterruptor y medio, configuración en línea

© ABB

BB1

BB2

ELK-14, 362 kV / 80 kAInterruptor y medio, configuración en línea

May 5, 2015

B

A

D

C

BB1

BB2

ELK-14, 362 kV / 80 kAInterruptor y medio, configuración en línea

BB2BB1

B

A

D

C

BB1

BB2

ELK-14, 362 kV / 63 kAInterruptor y medio, configuración side-by-side

May 5, 2015

BB2

BB1

Cable exit “B”

4000 2160 2160 3000

§To exit “A”1 diámetro

ELK-14, 362 kV / 63 kAArreglo en anillo

May 5, 2015

Exit “B”

Exit “C” Exit “A”

Exit “A”

Exit “B”

Exit “C”

ELK-14, 245 - 300 kVBarra simpla – bahía sin salida

May 5, 2015

ELK-14, 245 - 300 kVDimensiones – arreglo barra simple

© ABB

§3.5 t

Madain (Saudi Arabia) – 380kV - 2012Ejemplo – 1 ½ CB – Salidas dobles - Reactor

© ABB

Madain (Saudi Arabia) – 380kV - 2012Ejemplo – 1 ½ CB – Salidas dobles - Reactor

© ABB

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 26

Del unifilar a la configuration (1)Cómo se vería este unifilar?

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 27

E01 E02

E04E03

8000

4800

Del unifilar a la configuration(2)Así?

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 28

Del unifilar a la configuration (3)… o así?

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 29

Del unifilar a la configuration (4)otro ejemplo: cómo se verá el „layout“?

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 30

Del unifilar a la configuration (5)así?

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 31

Del unifilar a la configuration (6)…o así?

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 32

GIS Gas Insulated SwitchgearBeneficios

§ Resistencia a las influenciasambientales

§ Bajo impacto ambiental

§ Apropiada para áreas sísmicas

§ Apropiada para grandes altitudes

§ Alta fiabilidad

§ Bajos costos en el ciclo de vida

§ Bajo requerimiento de espacio

§ Flexibilidad en el diseño delproyecto

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 33

Beneficios de la GISCondiciones AmbientalesCompletamenteencapsulada

§ Inmune a:

§ Polución (agua, sal,arena, suciedad)

§ Rayos

§ Animales

Sus beneficios

§ Bajos niveles de mantenimiento

§ Capaz de soportar:

§ Temperaturas: + 55°C / - 55°C

§ Clase de polución: IV

§ Humedad: 100%

Influ

enci

asA

mbi

enta

les

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 34

Caso§ Fuertes quejas por

§ Niveles de ruido§ Consumo de energía (aire acondicionado,

refrigeración)§ Ecología (impresión visual)

Solución ABB§ Subestación llave en mano 145kV§ Transformadores enfriados por agua§ Reducción del ruido por la cascada

Sus beneficios§ Incremento en fiabilidad de la red§ Solución ecológica§ Apreciación ecológica del parque

Ejemplo – Reducción del Impacto AmbientalSubestación Barbaña 145 kV (Spain)

Impa

cto

Am

bien

tal

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 35

Beneficios de la GISRegiones sísmicas

SubestaciónConvencional

Magnitudde 7.9

SE Maoxian despuésdel terremoto

§ Bajo centro de gravedad de la GIS de ABB§ Fiable contra terremotos

Req

.Sís

mic

o

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 36

Beneficios de las GISCentros Urbanos

Características:

§ Poco espacio - caras zonas urbanas

§ Instalación cerca de cetros urbanos

§ Altos niveles de tensión al centro de laciudad

§ Estética

§ Vandalismo

Subestaciónescompactas

Sus beneficios

§ Mayor aceptación

§ Menores pérdidas en la línea

§ Seguridad

Espa

cio

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 37

Caso

§ Substitución (2) SE AIS en zona muy cara

Solución ABB§ 138/13.8 kV GIS con 7 bays HV GIS bays

and 62 MV GIS bays§ Optimización del espacio§ Sistema GIS sin mantenimiento

Sus beneficios adicionales§ Incremento fiabilidad de la red§ Ingresos adicionales por venta de

propiedad

§Old AIS S/S

§Additionalfree area

§New GISS/S

Light S.A.Año depuesta enservicio:2005

Ejemplo – Optimización del EspacioSubestación Copacabana (Brazil)

Espa

cio

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 38

Ejemplo – Optimización del EspacioSimbach (Alemania) – 400kV - 2012Actualización SE … pero desde 220kV a 400kV

Espa

cio

© ABB

Espa

cio

Ejemplo – Optimización del EspacioSimbach (Alemania) – de 220kV a 400kV - 2012

© ABB

Espa

cio

Ejemplo – Optimización del EspacioSimbach (Alemania) – de 220kV a 400kV - 2012

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 41

Beneficios de las GIS…aún cuando abunde el terreno!

Flex

ibili

dad Sus beneficios

§ Flexibilidad en la ubicación

§ Licencias ambientales

§ Reducir el tiempo en sitio

§ Reducir el personal en sitio

§ Hacer el proyecto viable

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 42

Beneficios de las GIS…aún cuando abunde el terreno!

Flex

ibili

dad

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 43

§GIS

§145 kV

§550 kV

§362 kV

Beneficios de las GIS…aún cuando abunde el terreno!

Flex

ibili

dad

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 44

Beneficios de la GISLargos intervalos de mantenimiento

Aplicaciones

§ Parques eólicos off-shore

§ Plataformas petroleras

Características

§ Largos intervalos de mantenimiento

§ Fiabilidad

Sus benficios§ Sin apagones en SE remotas§ Ahorro de costes por espacio reducidoB

ajo

man

ten.

Beneficios de la GISCiclo de vida – Bajo requerimiento de mantenimiento

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 45

Cic

lode

Vida

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 46

Beneficios de la GISGIS en contenedores – Estaciones móviles

Entrega ensamblada de fábrica

Aplicaciones§ Bypass SE para remodelaciones§ Rápido fortalecimiento de la red

Sus beneficios§ Rápida instalación§ Ingeniería civil minimizada

ONS – Autoridad Eléctrica BrasileñaEjemplo de requerimiento mínimo

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 47

Niv

elFi

abili

dad

Comparación GIS vs AISConfiguración DBB vs 1 ½ CB

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 48

Vs

AIS GIS

Niv

elFi

abili

dad

GIS vs AIS comparisonConfiguration: DBB vs 1 ½ CB

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 49

Source:

§CIGRE Brochure 510 - HV Equip Reliability Part 2 - Circuit Breaker.

§CIGRE Brochure 513 - HV Equip Reliability Part 5 GIS

§Maintenance and Repair Concept including Instructions Special Tools, 1HC0081026

Niv

elFi

abili

dad

Gas Insulated Switchgear (GIS)GIS Particularidades técnicas de la GISTransferencia de barras

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 51

ELK-TK3STransferencia de Barras

| Slide 51

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 52

Interruptor

Seccionador depuesta a tierra

Transformador decorriente

Pasamuros

Seccionador

Módulos ELK híbridosComponentes idénticos para GIS y ELK híbrida

§ Seccionador ELK-TK3 § Acción rápida ELK-TK3S

ELK-TK3SComparación Seccionador tipo ELK

© ABB Group

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 54

ELK-TK3SPrincipio de funcionamiento

| Slide 54

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 55

ELK-TK3SSeccionamiento Rápido

| Slide 55

§Sistema de contacto móvil§Arcing contact

§Arcing ring

§Resorte

§Finger cage

ELK-TK3SSeccionador abierto

© ABB Group

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 57

ELK-TK3SSeccionador cerrado

ELK-TK3SSeccionador abriendo

© ABB Group

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 59

ELK-TK3SDisconnector opening

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 60

ELK-TK3SDisconnector opening

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 61

ELK-TK3SDisconnector opening

| Slide 61

Tensión nominal UrkVA

AIS seccionadoresV r.m.s.

GIS seccionadoresV r.m.s.

5272.5100123145170

110 10

245300362

20020

420300550

800 40

Tensiones estándar - Tranf. barras - Seccionadores .IEC 62271-102

© ABB Group

IEC 1600 A / ABB 3200 A

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 63

ELK-TK3SPrueba tipo en PHELA pasada exitosamente

3200 A

300 V

100 CO, DIT

Gas Insulated Switchgear (GIS)GIS Particularidades técnicas de la GISCompartimentación de Gas

ELK-3, 550kVAisladores

May 5, 2015

Aislador

Soporte

ELK-3, 550 kVAisladores

© ABB 1HC0105171 E01 / AA14

ELK-3, 550 kVAisladores dentro de la bahía

© ABB 1HC0105171 E01 / AA14

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 68

Concepto de compartimentaciónConsideraciones de seguridad

Remover el gas..Regulaciones de seguridad puedenprohibir trabajar al lado de una barrerapresurizada que ha sido expuesta a unarco…

Presión reducida.

Presión 100%

Presión reducida

Presión atmosférica

…por tanto, debe reducirse la presión enel compartimiento adyacente…

Reparación /

mantenimiento

Consecuencia = presión reducida significa capacidad dieléctrica reducida

En tensiónA tierra

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 69

Impacto compartimentación en continuidad del servicioIEC 62271-203ed 2.0, recomendaciones – Anexo F

Fig 101

§© ABB Group

§May 5, 2015 | Slide 70

Ejemplo de cómo la compartimentación de la GISPuede afectar la continuidad del servicio

§Ambas barras ytodas las salidasquedan fuera deservicio

Entre falla y reparación elcompartimiento debe serdesenergizado

Reparacón delaislador

Presión en los compartimientosadyacentes debería ser reducidapor motivos de seguridad

§SF6 presión de operación

§SF6 presión reducida

§Presión atmosférica (sin gas)

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 71

Impacto compartimentación en continuidad del servicioIEC 62271-203ed 2.0, recomendaciones – Anexo F

Diferentes soluciones de diferentes fabricantes:

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 72

Impacto compartimentación en continuidad del servicioIEC 62271-203ed 2.0, recomendaciones – Anexo F

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 73

Requerimientos del usuario en continuidad del servicioIEC 62271-203

«El usuario puede definir los lineamientos generales que permitan evaluarla continuidad del servicio durante mantenimiento, reparación o extensión.Los siguientes son algunos ejemplos»:

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 74

Ejemplo requerimiento detallado paracontinuidad del servicioIEC 62271-203

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 75

Impact of physical arrangement & partitioningRemoval of circuit breaker

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 76

Ejemplo para reparación y mantenimientoDiagrama esquemático de gas

«1.- Sustitución del interruptor completo»

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 77

Ejemplo para reparación y mantenimientoSubstitución del interruptor completo

1

Gas Insulated Switchgear (GIS)GIS Particularidades técnicas de la GISOperaciones en campo y pruebas AT

Operaciones en campo y pruebas ATFase de Oferta

© ABB

Documentos específicos

§ «Scope of supply»§ Alcance de los equipos GIS

§ Supervisión de montaje

§ Personal requerido en sitio

§ Herramientas especiales queprovee ABB

§ Infraestructura y herramientasque provee el usuario

§ Prueba de Alta Tensión

Operaciones en campo y pruebas ATFase de Oferta

§May §|© ABB

Operaciones en campo y pruebas ATFase de Oferta

© ABB

Operaciones de campo y pruebas de ATFase de Oferta

© ABB

Field Operations & HV TestTendering Stage

© ABB

Field Operations & HV TestDocumentos Específicos

© ABB

Documentos específicos delproyecto

§ Manual de instalación ycomisionamiento

§ Prueba de Alta Tensión

§ Instrucciones de servicio

§ «Packing List» detallado

§ Etc.

Ejecución de proyecto

§ Cada documento tiene sucódigo

§ Lista completa paraadecuado seguimiento

Gas Insulated Switchgear (GIS)GIS Portafolio de productos

Gas-insulated switchgear ELK-04, 145-170 kVSistema modular para GIS

© ABB GroupMay 5, 2015 | Slide 87

145kV, 3150A, 63kA

4825

3200

2550

145kV, 3150A, 40kA

3600

2900

2350

4300

2900

2350

145kV, 3150A, 40kA

145kV, 2500A, 40kA

3600

2700

2350

170kV, 4000A, 63kA

5325

2950

2350

Portafolio Sub TransmisiónDiferentes layout (Double barra)

Gas-insulated switchgear ELK-14, 245-362 kVSistema modular para GIS

ELK-14, 300 kVduble busbararrangement

Gas-insulated switchgearGIS Portafolio de productos y datos técnicos

§May 5, 2015 §| Slide 89§© ABB

ELK-14, 300 kV4000 A

ELK-35000/6300A

ELK-044000 A

kA

kV72.5 145 170 245 300 362 1100765550420

40

50

63

80

ENK2500 A

ELK-14 C,245 kV3150 A

ELK-3 C, 420 kV5000 A

ELK-45000 A

ELK-55000 A

252

ELK-04 C3150 A

ELK-14,362 kV4000 A

ELK-14, 362 kV1½-breakerarrangement

ELK-14, 245 - 362 kV

ELK-14, 300 kVdouble busbararrangement

Diseño hasta 362 kV, 4000 A and 63/80 kA

§May 5, 2015 §| Slide 90§© ABB

ELK-14, 245 - 300 kVDatos clave

§May 5, 2015 §| Slide 91§© ABB

Data ValueRated voltage up to 300 kVPower-frequency withstand voltage 460 kV

Rated current 4000 A

Rated short-time withstand current 50/63 kA, 3 sec

Rated frequency 50 / 60 Hz

Lightning impulse withstand voltage 1050 kV

Rated peak withstand current 135 / 171 kA

Circuit-breaker mechanical endurance class M2 (10,000 CO)

First pole-to-clear factor 1.3 / 1.5

Mechanical endurance (DS/ES) 10,000 CO

Bay length (incl. LCC; excl. operator’s corridor) 5900 mm

Bay width 1680 mm

ELK-14, 362 kVKey ratings

§May 5, 2015 §| Slide 92§© ABB

Data ValueRated voltage 362 kVPower-frequency withstand voltage 520 kV

Rated current 4000 A

Rated short-time withstand current 63/80 kA, 3 sec

Rated frequency 50 / 60 Hz

Lightning impulse withstand voltage 1175 kV

Rated peak withstand current 171 / 216 kA

Circuit-breaker mechanical endurance class M2 (10,000 CO)

First pole-to-clear factor 1.3 / 1.5

Mechanical endurance (DS/ES) 10,000 CO

Bay length (incl. LCC; excl. operator’s corridor) 63 / 80 kA 6800 / 7500 mm

Bay width 63 / 80 kA 2160 / 2700 mm

Diseño especialMercado americano 80kA y

brasileño 345kV

ELK-14 (hasta 300kV) & ELK-3 (550kV)Standards

§May 5, 2015 §| Slide 93§© ABB 1HC0105171 E01 / AA14

ELK-14 & ELK-3 conforms to the latest set of IEC and IEEE standards

§ IEC 62271-203Gas-insulated metal-enclosed switchgearfor rated voltages above 52 kV

§ IEC 62271-100High-voltage alternating current circuit-breakers

§ IEC 62271-102High-voltage alternating currentdisconnectors and earthing switches

§ IEC 62271-209Cable connections for gas-insulatedmetal-enclosed switchgear for ratedvoltages above 52 kV

§ IEC 62271-1Common specifications for high-voltageswitchgear and controlgear

§ and other related standards

§ IEEE Std C37-122IEEE Standard for High Voltage Gas-Insulated Substations Rated above 52 kV

§ IEEE Std C37.04, IEEE Std C37.06IEEE Std C37.09, IEEE Std C37.010IEEE Std C37.011, IEEE StdC37.012 and IEEE Std C37.015

§ IEEE Std C37-122IEEE Standard for High Voltage Gas-Insulated Substations Rated Above 52 kV

§ IEEE Std 1300IEEE Guide for Cable Connections for Gas-Insulated Equipment

§ IEEE Std C37-100.1IEEE Standard of Common Requirementsfor High Voltage Power Switchgear RatedAbove 1000 V

§ and other related standards

Gas-insulated switchgear ELK-3, 550 kVGIS for maximum performance

ELK-3, 550 kV

Gas-insulated switchgearGIS Portafolio de porductos y datos técnicos

§May 5, 2015 §| Slide 95§© ABB 1HC0105171 E01 / AA14

§ELK-144000 A

ELK-35000/6300A

ELK-044000 A

kA

kV72.5 § 145 § 170 245 300 362 1100765550420

40

50

63

80

ENK2500 A

ELK-14 C,245 kV3150 A

ELK-3 C, 420 kV5000 A

ELK-45000 A

ELK-55000 A

252

ELK-04 C3150 A

ELK-3, 550 kVDatos clave

§May 5, 2015 §| Slide 96§© ABB 1HC0105171 E01 / AA14

Data ValueRated voltage 550 kV

Power-frequency withstand voltage 740 kV

Rated current (busbar / feeders) 6300 / 5000 A

Rated short-time withstand current 63 / 80 kA, 3 sec

Rated frequency 50 / 60 Hz

Lightning impulse withstand voltage 1675 kV

Switching impulse withstand voltage 1250 kV

Rated peak withstand current 171 / 216 kA

Circuit-breaker mechanical endurance class M2 (10,000 CO)

First pole-to-clear factor 1.3 / 1.5

Mechanical endurance (DS/ES) 5000 CO

Bay width 2700 mm

Encantado de atender sus preguntas!

§May 5, 2015 §| Slide 97§© ABB 1HC0105171 E01 / AA14

Muchas gracias por su atención !