PASS M0 Soluciones novedosas para subestaciones de distribución de hasta 170 kV con PASS PASS M0
1. Concepto En el cambiante mercado de hoy en día, la subestación se está convirtiendo más y más en un elemento clave para alcanzar con éxito y económicamente las exigencias de los usuarios finales. Muchas subestaciones han superado su vida útil de operación y un reemplazo individual de los componentes convencionales AIS como ser los interruptores y los seccionadores no es aconsejable económicamente; las subestaciones completamente nuevas deben cumplir con exigentes requisitos en términos de ocupación de espacio, medio ambiente y disponibilidad. Las ampliaciones de las subestaciones requieren gran flexibilidad del equipo primario, para adaptarse a los sistemas de control existentes, a la falta de espacio disponible y lograr un tiempo fuera de servicio limitado. PASS M0 es el equipo primario ideal para cubrir los casos antes mencionados y es el resultado de un nuevo concepto de subestación pensado para el funcionamiento de la subestación como un sistema completo. El dispositivo de distribución PASS M0 limita el número de equipos a lo realmente necesario para asegurar la mejor funcionalidad de la bahía; su diseño modular asegura que puedan realizarse todas las soluciones de subestaciones posibles.
2. La flexibilidad PASS (Plug And Switch System) está basado en la amplia experiencia de ABB en construir aparatos de maniobra aislados en aire (AIS) y aislados en gas (GIS). PASS puede también ser pensado como “Performance and Save Space” ya que cualquier disposición de subestación puede ser realizada efectuando un uso eficiente del espacio disponible. El rendimiento está garantizado por la rica experiencia en investigación y desarrollo, la fabricación y la operación de aparatos de maniobra que constituyen las bases del Conocimiento ABB. La característica clave de PASS es su diseño compacto y modular que comprende varias funciones en un único módulo. • Aisladores pasantes para conectar uno o dos sistemas de barra de distribución. • Un interruptor • Uno o más seccionador / seccionador de puesta a tierra combinados • Un transformador de corriente PASS es equivalente a una bahía de alta tensión. En PASS M0 todas las partes en tensión, excepto las barras de distribución, están encapsuladas en un tanque de aluminio conectado a tierra, lleno con gas SF6 presurizado. Cada polo tiene su propia carcasa, para aumentar la isponibilidad y seguridad. Las carcasas son realizadas en aluminio fundido y soldado. El dibujo abajo muestra una PASS M0 en su configuración estándar (barra de distribución única) 1: Seccionador / seccionador de puesta a tierra combinados 2: Interruptor 3: Transformador de corriente.
Barra de distribución
Línea
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Con el uso de componentes estandarizados, la adición a Pass Mo de un sistema secundario de barra de es directa. El diagrama siguiente muestra una PASS M0 en una configuración con doble barra de distribución. 1: Seccionador / seccionador de puesta a tierra combinados sobre barra distribución 1 y barra distribución 2. 2: Interruptor 3: Transformador de corriente.
Barra de distribución 1
Linea
Barra de distribución 2
El dibujo muestra como se ve una PASS M0 con doble barra de distribución
Como se muestra en el dibujo de la primera página, con esta configuración PASS M0 es una subestación de Alta Tensión completa del tipo “entrada / salida”: • Los primeros aisladores pasantes están conectados a la línea de entrada; • Los segundos aisladores pasantes están conectados a la línea de salida; • Los terceros aisladores pasantes están conectados al transformador de potencia. Por lo tanto no hay una barra de distribución tradicional, por ejemplo, la barra de distribución está realizada dentro de PASS M0 a través de los primeros y segundos aisladores pasantes. Esta configuración realizada con PASS M0, y patentada, es realmente una innovación como concepto de sistema para subestaciones de distribución.
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3. Descripción general
3.1 Interruptor El interruptor PASS M0 es un interruptor de presión única que opera con el difundido principio de interrupción por “autosoplado”. La energía para interrumpir las corrientes de cortocircuito es provista parcialmente por el mismo arco, reduciendo así la energía requerida por el mecanismo de operación en un 50% aproximadamente respecto a un interruptor convencional tipo puffer. El mecanismo de operación es del tipo a resorte. Este tipo de comando almacena energía en un resorte que es descargado durante el funcionamiento.
3.2 Seccionador / seccionador de puesta a tierra combinados PASS M0 está equipado con un seccionador / seccionador de puesta a tierra combinado tripolar. El principio operativo (patentado) se basa en el movimiento rotativo del contacto que puede ser cerrado sobre la barra de distribución, puesto a tierra o dejado en posición neutral (abierto). El mecanismo está compuesto por un número mínimo de componentes mecánicos y es intrínsecamente confiable y libre de mantenimiento. Este diseño modular puede ser aplicado a PASS M0 en la configuración de barra de distribución simple; configuración de doble barra de distribución y sobre todos los aisladores pasantes: lado barras de distribución o lado líneas. Todas las combinaciones son posibles. El dibujo muestra el seccionador / seccionador de puesta a tierra combinados para PASS M0 con barra de distribución simple. El contacto está cerrado sobre la barra de distribución.
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El seccionador / seccionador de puesta a tierra combinados en la configuración de doble barra de distribución se obtiene usando una combinación de dos seccionadores / seccionadores de puesta a tierra para la barra de distribución simple. En el dibujo, ambos contactos están cerrados sobre las dos barras de distribución. En ambos casos, barra de distribución simple o barra doble, la posición del seccionador / seccionador de puesta a tierra combinados está claramente indicada por un indicador que está mecánicamente acoplado al eje. Además es posible verificar visualmente la posición a través de un visor en la carcasa. El seccionador / seccionador de puesta a tierra puede, durante una emergencia, ser operado manualmente a través de una manivela.
3.3 Transformador de corriente PASS M0 está dotado de un transformador de corriente convencional, para satisfacer los requisitos del cliente, por ejemplo en el caso de un recambio. Están disponibles varias combinaciones de núcleos para protección y medición con diferentes cargas. Hasta 5 núcleos pueden ser colocados dentro del transformador de corriente.
3.4 Aisladores pasantes Las líneas aéreas y las barras de distribución están conectados al PASS M0 a través de los aisladores pasantes. La aislación principal es gas SF6 comprimido. El aislador consiste en un tubo de fibra de vidrio impregnado con resina epoxy y recubierto por aletas de goma con siliconas. Las bridas están termocontraídas y pegadas sobre el tubo haciendo una junta extremadamente fuerte que garantiza la hermeticidad al gas. Las aletas de goma con siliconas están fundidas sobre el tubo y químicamente pegadas a él, de modo de no permitir el ingreso de humedad o contaminación entre ellos. Las aletas de goma con siliconas son hidrofóbicas y con buen comportamiento frente a lluvia o ambientes contaminados. Las características principales son: • Alta seguridad (resistente a rajaduras y explosión) • Bajo peso • Excelente comportamiento frente a lluvia y contaminación • Resistente a tormentas de arena • Libre de mantenimiento
3.5 Sistema de gas SF6 El diseño compacto del módulo PASS M0 se debe a las excelentes cualidades de aislación del gas SF6. La resistencia dieléctrica en un campo homogéneo es aproximadamente 2,5 veces mayor que el aire a la misma temperatura y presión. El diseño de los componentes bajo tensión es tal que produce una distribución de campo eléctrico homogénea, lo cual lleva a una utilización más eficiente de la resistencia intrínseca del gas aislante. I
Presión del gas SF6 en el módulo PASS M0 a 20°C
• Presión de carga ...........................................................680 kPa • Primer nivel de alarma ..................................................620 kPa • Presión nominal de aislación (presión de bloqueo) ......600 kPa La presión de carga es aproximadamente 15% mayor respecto a la presión nominal de aislación. Esto garantiza una densidad de gas suficiente a través de un largo período de funcionamiento. Para asegurar una pérdida de gas mínima durante la operación todos los cierres, conexiones y válvulas están sujetos, en fábrica, a rigurosos tests de estanqueidad del gas.
Control de la densidad del gas Cada polo constituye un compartimento de gas individual. Dado que la resistencia dieléctrica de los aparatos de maniobra y el poder de interrupción del interruptor con SF6 dependen de la densidad del gas SF6, un relé está instalado en cada polo para controlar la densidad del gas y detectar pérdidas. I
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Alivio de la sobrepresión Para protección contra la sobrepresión excesiva debido a imprevistas fallas de arco interno tiene instalado un diafragma metálico (disco de ruptura). Cuando se alcanza una sobrepresión predeterminada el disco de ruptura se romperá, se abrirá y liberará la presión que de otro modo causaría la rotura de la carcasa. Deflectores colocados frente al diafragma garantizan la seguridad del personal. I
3.6 Estructura soporte La estructura soporte del módulo PASS está galvanizada en caliente y pintada como protección contra la corrosión. Está diseñada de modo de ofrecer el máximo soporte y robustez reduciendo al mínimo las obras civiles.
3.7 Integración con el sistema secundario PASS M0 está equipado con una conexión convencional al proceso: por ejemplo contactos auxiliares para las posiciones del interruptor y el seccionador / seccionador de puesta a tierra y salidas de relés para señalización (por ejemplo bloqueo de SF6). Esta interfase convencional permite conectar el PASS M0 con cualquier sistema de control y protección, por lo tanto permite la modernización y ampliación de subestaciones ya existentes. Una vez instalada en el sitio, la conexión de PASS M0 con el sistema de control y protección requiere solamente dos cables multipolares desde el armario de control local hasta la sala de control.
3.8 Impacto Ambiental y Costo del Ciclo de Vida Útil PASS M0 es amigable con el ambiente. Los costos de su ciclo de vida útil y el impacto ambiental fueron considerados globalmente desde el inicio del diseño de PASS M0. Comparado con una solución convencional aislada en aire que implemente las mismas funciones, PASS M0 alcanza los siguientes objetivos. • Reducción del SF6 en un 80% • Costos de mantenimiento reducidos en un 38% • Espacio ocupado reducido en un 70% • Costo total del ciclo de vida útil inferior al 60% Comparado con una subestación convencional, aislada en aire, con un esquema de 5 bahías en H, el costo global del ciclo de vida útil para PASS M0 se estima será menor en un 30%.
3.9 Transporte No son necesarios dispositivos especiales para el envío y transporte. PASS M0 cabe dentro de los contenedores de dimensiones estándar y no requiere ningún tipo de embalaje. Una vez en el sitio es necesaria una simple rotación de 30° de los polos externos para la disposición final del PASS M0. Los siguientes dibujos muestran PASS M0 en configuraciones de barra de distribución simple y doble en posiciones de transporte y operación. La compacidad en ambas posiciones es por si misma evidente.
145 kV
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145 kV
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4. Producción y aseguramiento de calidad
4.1 Producción PASS M0 ha nacido de la amplia experiencia de ABB T&D de Lodi a nivel de investigación y desarrollo, de producción y operación de aparatos eléctricos de maniobra. Los componentes que no son directamente producidos por ABB T&D SpA - Divisione Adda son provistas por otras compañías ABB. La elección de los materiales, los proveedores, los preensamblados y procedimientos operativos están regulados por los programas estándar internos de aseguramiento de la calidad, que cumplen con los requisitos indicados por ISO 9001y 14001.
4.2 Montaje en obra Un módulo PASS M0 es equivalente o casi equivalente a una bahía completa. Permite la instalación de subestaciones en cortos períodos de tiempo: cada bahía puede ser descargada del remolque e instalada directamente sobre la plataforma de fundación (de dimensiones extremadamente reducidas). La instalación in-situ de los módulos PASS M0 está simplificada ya que PASS M0 es montada en la fábrica antes del envío. La instalación de PASS M0 requiere pocas horas con una cuadrilla de dos personas (sin considerar la carga del gas).
4.3 Normas PASS M0 alcanza los requisitos establecidos en los siguientes documentos: • IEC ( todos los estándares correspondientes – ver datos técnicos) • ISO 9001 y 14001. La carcasa cumple con los siguientes estándares para los recipientes bajo presión. • CENELEC EN 50052 Bajo pedido del cliente pueden ser provistos los manuales de calidad y programas de inspección.
4.4 Test de aseguramiento de la calidad 4.4.1 Tests de homologación o de tipo. Todos los tests de homologación especificados por las normas IEC correspondientes han sido superados. La repetición de las pruebas pueden ser llevadas a cabo bajo pedido y a cargo del cliente. Bajo pedido se pueden proveer copias de los certificados e informes. Los informes consolidados de las pruebas (documento interno Nro. QU4213) brindan los detalles de todas las pruebas superadas.
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4.4.2 Tests de aceptación o de rutina Antes de abandonar la fábrica todas las unidades PASS M0 están sujetas a los siguientes tests de aceptación: • Prueba de alta tensión en CA. • Pruebas dieléctricas sobre las unidades de control auxiliares. • Pruebas de presión sobre las carcasas de acuerdo con CENELEC-EN 50052 (1986) TC 17C WG MPE (La carcasa es probada durante un minuto al doble de la sobrepresión). Este test cumple con los requisitos de IEC 60517. • Pruebas de estanqueidad del gas • Tests mecánicos funcionales de todas las partes móviles. • Pruebas de todos los equipos y accesorios. • Prueba de alta tensión de C.A. con medición de descargas parciales. Estos tests aseguran una perfecta funcionalidad de todos los componentes antes que dejen la fábrica. Se elabora un informe con los resultados de las pruebas . A su pedido los clientes pueden presenciar las pruebas cuyas fechas son informadas con suficiente anticipación.
4.4.3 Pruebas en el sitio Luego del montaje final o puesta en marcha de la subestación, se efectúan las siguientes pruebas: • Prueba mecánica funcional del interruptor y del seccionador / seccionador de puesta a tierra combinados. • Prueba de estanqueidad del gas SF6. • Muestreo aleatorio del contenido de humedad en componentes individuales. • Verificación y prueba de funcionamiento de los equipos de comando y auxiliar. Después del cumplimiento satisfactorio de estos tests se efectúa un informe sobre la prueba y la entrega del equipo al cliente.
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5. Datos técnicos de PASS M0
5.1 Características generales Frecuencia nominal ....................................................................................................................................50/60Hz Tensión nominal ..............................................................................................170 kV .............72,5/123/145/170kV Corriente nominal ..........................................................................................................................................2500A
Tensión máxima de prueba: a) Entre fase y tierra: Tensión nominal soportada de corta duración a frecuencia industrial 1 min. ........325 kV ..............140/230/275/275kV Tensión soportada a impulso atmosférico 1,2/50 µs.......................................750 kV ..............325/550/650/650kV b) A través de la distancia de aislación (interruptor, seccionador): Tensión soportada de corta duración a frecuencia industrial, 1 min.............. 375 kV ..............160/265/315/315kV Tensión soportada a impulso atmosférico 1,2/50 µs.......................................860 kV ..............375/630/750/750kV Corriente nominal soportada de breve duración (1s) .....................................................................................40 kA Corriente nominal soportada de pico............................................................................................................100 kA
Temperatura ambiente: Mín. ..................................................................................................................-25 °C ...................................- 30°C Máx. ...............................................................................................................................................................+55°C Pérdida anual de gas SF6 ................................................................................................................................<1%
Peso Barra Simple...............................................................................................................................................1900 Kg Barra Doble.................................................................................................................................................2150 Kg Llegada y Salida .........................................................................................................................................2300 Kg Presiones SF6 (20°C) Presión de carga ...........................................................................................700 kPa .................................680kPa Primer nivel de alarma ..................................................................................660 kPa .................................620kPa Presión nominal de operación (presión de bloqueo).....................................670 kPa .................................600kPa
5.2 Interruptor Unidad Interruptora unipolar, tipo LTB-D Corriente máxima de apertura en corto circuito...........................................................................40 kA / 50 Hz Corriente nominal de apertura en corto circuito...........................................................................40 kA / 60 Hz Corriente máxima de cresta (cierre y apertura)......................................................................................100 kA Corriente máxima de carga /descarga de línea (170 kV) .................................................................................63 A Corriente máxima de carga /descarga de cable.............................................................................................160 A Comando....................................................................................................................accionamiento tripolar a resorte tipo ............................................................................................................................................................BLK 222 Secuencia nominal de operación...........................................................................................O-0.3s-CO-1min.-CO Tiempo de apertura....................................................................................................................................<= 25ms Tiempo de interrupción (50 Hz) ................................................................................................................<= 47 ms Tiempo de interrupción (60 Hz) ................................................................................................................<= 44 ms Tiempo de cierre ........................................................................................................................................<=42 ms Tensión nominal de alimentación de los circuitos auxiliares .....................................................................110 VDC Posibilidad de funcionamiento manual en emergencia Posición de contacto visible a través del visor
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5.3 Seccionador / seccionador de puesta a tierra Comando ............................................................................................................accionamiento tripolar con motor Tensión nominal de alimentación de los circuitos auxiliares ....................................................................110 VCC Tiempo de maniobra de línea a tierra ..............................................................................................................5.5s Posibilidad de funcionamiento manual en emergencia (manivela) Posición de contacto visible a través del visor
5.4 Transformador de corriente Tipo...........................................................................................................................................................anillo CT Clase de medición ................................................................................................................................0.2/0.5/1.0 Grado de protección..........................................................................................conforme con todos los requisitos Código IP (IEC 144) .......................................................................................................................................IP 54
5.5 Aisladores pasantes Tipo ....................................................................................................................aislador compuesto 145 / 170 kV Distancia de arco .....................................................................................................................1304 mm/1633 mm Línea de fuga ...........................................................................................................................4670 mm/5462 mm Máxima carga mecánica estática permitida....................................................................................1000 N/1000 N
5.6 Normas PASS M0 está producido de acuerdo con las siguientes normas: Para la construcción de las carcasas bajo presión:.............................................................CENELEC EN 50052. Para aseguramiento de la calidad: ..............................................................................................ISO 9001, 14001
• Aparatos de alta tensión.............................................................................................................IEC 60694-1996 • Dispositivos de maniobra en SF6...............................................................................................IEC 60517-1990 • Aisladores pasantes ...................................................................................................................IEC 60137-1995 • Transformadores de corriente ......................................................................IEC 60185-1987/IEC 60044-1-1996 • Seccionadores / seccionadores de tierra...........................................................IEC 60129-1984 /IEC 60517-1990 • Interruptor...................................................................................................................................IEC 60056-1987
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6 Layout de Subestaciones con PASS M0 Soluciones novedosas
6.1 PASS M0 con doble barra de distribución La colaboración con ENEL Italia ha dado origen a un concepto totalmente nuevo, patentado, para las subestaciones de distribución. El principio es el de utilizar componentes para sistemas con doble barra de distribución para configurar subestaciones con barra de distribución simple. PASS M0 con doble barra de distribución es ideal para esto y es utilizado como una subestación completa en alta tensión. No se utilizan barras de distribución tradicionales, es decir que la barra de distribución está realizada en el interior de PASS M0 (ver esquema unifilar) Los requisitos del cliente en términos de detección y medición de corriente y tensión se satisfacen con sensores no tradicionales montados sobre PASS M0. También pueden utilizarse transformadores de corriente tradicionales
Diagrama unifilar (subestación ENEL)
PASS M0 a doble barra (S/S ENEL)
PASS M0 utilizado en esta configuración presenta muchas ventajas para el cliente: • reducción del espacio ocupado • impacto ambiental reducido (un factor siempre crítico en los países densamente poblados e industrializados); • pérdidas reducidas gracias a redes de media tensión menos desarrolladas (es posible acercar la alta tensión al usuario y aumentar sensiblemente el número de subestaciones en alta tensión); • reducción de la corriente de cortocircuito (ventajas para todos los equipos); • fácil instalación • tiempos reducidos para la puesta en funcionamiento de toda la subestación • la subestación es totalmente transportable (en tres partes: tablero eléctrico de alta tensión (PASS M0), transformador de potencia, tablero de media tensión) • reducido costo del ciclo de vida útil
Subestación (ENEL) El área total de la subestación incluyendo el equipo de alta tensión, transformador, equipo de media tensión y armario de comando mide solo 40m x 18m.
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6.1.1 Condiciones de transporte 145 kV – 170 kV
6.1.2 Condiciones de operación 145 kV – 170 kV
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6.2 Esquema de subestación en H con barra de distribución simple El dibujo siguiente muestra la disposición de los dispositivos PASS M0 de la subestación en H constituida por 2 bahías de alimentación de entrada, 2 bahías de transformadores y una bahía para acoplamiento. Hay un PASS M0 por cada bahía, es decir un total de 5. El área ocupada es de 16 m x 22 m.
Esquema H, vista en planta.
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6.3 Barra de distribución simple con bahía de acoplamiento El dibujo siguiente muestra un subestación con barra de distribución simple con 6 bahías de alimentación y 2 bahías de reserva para una futura expansión. Las barras de distribución están acopladas mediante un acoplador de barras. Hay un PASS M0 por cada bahía (11 en total). El área que está ocupada por aparatos de alta tensión mide 16 m x 55 m.
Barra simple con bahía de acoplamiento, vista en planta.
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Transformador y bahías de línea, vista en corte.
Bahía de acoplamiento, vista en corte.
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Tomando en consideración las continuas actualizaciones, ABB T&D SpA - Divisione Adda se reser va el derecho de cambiar las especificaciones técnicas sin previo aviso.
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ABB Trasmissione & Distribuzione SpA Divisione Adda Offices and Factory Viale Pavia, 3 I-26900 Lodi Tel. +39 0371 452.1 Fax +39 0371 452.222 E-mail:
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