Gas Insulated Switchgear (GIS)Visión tecnológica hacia tecnología GIS
Rubén González, PMM Transmission GIS Switzerland, Santiago de Chile 14.04.2015
Transmission GIS – Jornadas TécnicasContenido
GIS Alrededor del mundo
GIS Descripción general y beneficiosAplicaciones y ejemplos
Tópicos técnicos específicos de la GISTransferencia de barra
Compartimentación de gas
GIS Portafolio de productosProductos específicos para Chile
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Integración de Funciones
Prec
io
DTB InterruptorTransf. de conrriente
Mód. híbridosInterruptorTransformador CorrienteTransformador TensiónSeccionadorPuesta a tierra
GISInterruptorTransformador CorrienteTransformador TensiónSeccionadorPuesta a tierraBarras / GIBs
LTB Interruptor
GIS - Gas Insulated SwitchgearDescripción general
© ABB Inc. May 14, 2015 | Slide 7© ABB Group May 14, 2015 | Slide 7
InterruptorTransformadores de medida
BarrasSeccionadores
GIS
Estructura SoporteAisladoresCubículo de controlCableado de controlSupervisiónPruebas en campo
ABB – GIS de alta tensiónIntegración de funciones
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E01 E02
E04E03
8000
4800
From the SLD to a GIS configuration (2)Así?
© ABB Group May 14, 2015 | Slide 11
Del unifilar a la configuration (4)otro ejemplo: cómo se verá el „layout“?
© ABB Group May 14, 2015 | Slide 14
GIS Gas Insulated Switchgear Beneficios
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 del proyecto
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Beneficios de la GIS Condiciones 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
as A
mbi
enta
les
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CasoFuertes quejas por
Niveles de ruidoConsumo de energía (aire acondicionado, refrigeración)Ecología (impresión visual)
Solución ABB Subestación llave en mano 145kV Transformadores enfriados por aguaReducción del ruido por la cascada
Sus beneficiosIncremento en fiabilidad de la redSolución ecológicaApreciación ecológica del parque
Ejemplo – Reducción del Impacto AmbientalSubestación Barbaña 145 kV (Spain)
Impa
cto
Am
bien
tal
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Beneficios de la GIS Regiones sísmicas
SubestaciónConvencional
Magnitudde 7.9
SE Maoxian despuésdel terremoto
Bajo centro de gravedad de la GIS de ABBFiable contra terremotos
Req
. Sís
mic
o
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Beneficios de las GIS Centros Urbanos
Características:
Poco espacio - caras zonas urbanas
Instalación cerca de cetros urbanos
Altos niveles de tensión al centro de la ciudad
Estética
Vandalismo
Subestaciónescompactas
Sus beneficios
Mayor aceptación
Menores pérdidas en la línea
Seguridad
Espa
cio
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Caso
Substitución (2) SE AIS en zona muy cara
Solución ABB138/13.8 kV GIS con 7 bays HV GIS bays and 62 MV GIS baysOptimización del espacioSistema GIS sin mantenimiento
Sus beneficios adicionalesIncremento fiabilidad de la redIngresos adicionales por venta de propiedad
Old AIS S/S
Additional free area
New GIS S/S
Light S.A. Año de puesta enservicio: 2005
Ejemplo – Optimización del EspacioSubestación Copacabana (Brazil)
Espa
cio
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Ejemplo – Optimización del EspacioSimbach (Alemania) – 400kV - 2012 Actualización SE … pero desde 220kV a 400kV
Espa
cio
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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
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Beneficios de las GIS …aún cuando abunde el terreno!
Flex
ibili
dad
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GIS
145 kV
550 kV
362 kV
Beneficios de las GIS …aún cuando abunde el terreno!
Flex
ibili
dad
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Beneficios de la GISLargos intervalos de mantenimiento
Aplicaciones
Parques eólicos off-shore
Plataformas petroleras
Características
Largos intervalos de mantenimiento
Fiabilidad
Sus benficiosSin apagones en SE remotasAhorro de costes por espacio reducidoB
ajo
man
ten.
Beneficios de la GISCiclo de vida – Bajo requerimiento de mantenimiento
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Cic
lode
Vid
a
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Beneficios de la GIS GIS en contenedores – Estaciones móviles
Entrega ensamblada de fábrica
AplicacionesBypass SE para remodelacionesRápido fortalecimiento de la red
Sus beneficiosRápida instalaciónIngeniería civil minimizada
ONS – Autoridad Eléctrica BrasileñaEjemplo de requerimiento mínimo
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Niv
elFi
abili
dad
Comparación GIS vs AIS Configuración DBB vs 1 ½ CB
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Vs
AIS GIS
Niv
elFi
abili
dad
GIS vs AIS comparison Configuration: DBB vs 1 ½ CB
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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
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Interruptor
Seccionador de puesta a tierra
Transformador de corriente
Pasamuros
Seccionador
Módulos ELK híbridosComponentes idénticos para GIS y ELK híbrida
© ABB Group
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ELK-TK3SSeccionamiento Rápido
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Sistema de contacto móvilArcing contact
Arcing ring
Resorte
Finger cage
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
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ELK-TK3SPrueba tipo en PHELA pasada exitosamente
3200 A
300 V
100 CO, DIT
© ABB Group May 14, 2015 | Slide 50
Concepto de compartimentaciónConsideraciones de seguridad
Remover el gas.. Regulaciones de seguridad puedenprohibir trabajar al lado de una barrerapresurizada que ha sido expuesta a un arco…
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
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Impacto compartimentación en continuidad del servicioIEC 62271-203ed 2.0, recomendaciones – Anexo F
Fig 101
© ABB Group
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Ejemplo de cómo la compartimentación de la GISPuede afectar la continuidad del servicio
Ambas barras y todas las salidasquedan fuera de servicio
Entre falla y reparación el compartimiento debe serdesenergizado
Reparacón del aislador
Presión en los compartimientosadyacentes debería ser reducidapor motivos de seguridad
SF6 presión de operación
SF6 presión reducida
Presión atmosférica (sin gas)
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Impacto compartimentación en continuidad del servicioIEC 62271-203ed 2.0, recomendaciones – Anexo F
Diferentes soluciones de diferentes fabricantes:
© ABB Group May 14, 2015 | Slide 54
Impacto compartimentación en continuidad del servicioIEC 62271-203ed 2.0, recomendaciones – Anexo F
© ABB Group May 14, 2015 | Slide 55
Requerimientos del usuario en continuidad del servicioIEC 62271-203
«El usuario puede definir los lineamientos generales que permitan evaluar la continuidad del servicio durante mantenimiento, reparación o extensión. Los siguientes son algunos ejemplos»:
© ABB Group May 14, 2015 | Slide 56
Ejemplo requerimiento detallado para continuidad del servicio IEC 62271-203
© ABB Group May 14, 2015 | Slide 57
Impact of physical arrangement & partitioningRemoval of circuit breaker
© ABB Group May 14, 2015 | Slide 58
Ejemplo para reparación y mantenimiento Diagrama esquemático de gas
«1.- Sustitución del interruptor completo»
© ABB Group May 14, 2015 | Slide 59
Ejemplo para reparación y mantenimientoSustitución del interruptor completo
1
© ABB Group May 14, 2015 | Slide 62
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)
ELK-14, 300 kV duble busbar arrangement
Gas-insulated switchgearGIS product portfolio overview and technical data
May 14, 2015 | Slide 64© 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 kV 1½-breaker arrangement
ELK-14, 245 - 362 kV
ELK-14, 300 kV double busbar arrangement
Maximum ratings up to 362 kV, 4000 A and 63/80 kA
May 14, 2015 | Slide 65© ABB
ELK-14, 245 - 300 kVKey ratings
May 14, 2015 | Slide 66© 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 14, 2015 | Slide 67© 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 14, 2015 | Slide 68© ABB 1HC0105171 E01 / AA14
ELK-14 & ELK-3 conforms to the latest set of IEC and IEEE standards
IEC 62271-203Gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages above 52 kV
IEC 62271-100High-voltage alternating current circuit-breakers
IEC 62271-102High-voltage alternating current disconnectors and earthing switches
IEC 62271-209Cable connections for gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages above 52 kV
IEC 62271-1Common specifications for high-voltage switchgear 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 C37.010 IEEE Std C37.011, IEEE Std C37.012 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 Requirements for High Voltage Power Switchgear Rated Above 1000 V
and other related standards
ELK-3, 550 kV
Gas-insulated switchgearGIS product portfolio overview and technical data
May 14, 2015 | Slide 70© 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 kVKey ratings
May 14, 2015 | Slide 71© 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