Rubén González, PMM Transmission GIS Switzerland, Perú 23.04.2015

Gas Insulated Switchgear (GIS) Visión tecnológica hacia soluciones GIS

Transmission GIS – Jornadas Técnicas Contenido §

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 mundo UW Sempersteig 170kV GIS (1967)

© ABB

Mercado total estimado 2014 por región Bahías

Precio MUSD

2013

13’067

3’465

2014

13’943

3’623

NEU 1000 800 600

CEU NAM

800

200

600

0

400

600

465 BAYS

BAYS

8000 6000

MUSD

4000

211 0 BAYS

MUSD

MED

2000

200

3116

MUSD

1031

0 BAYS

SAS

MUSD 800 600

365

100

111

0 BAYS

MUSD

400

698

200 153

0 BAYS © ABB Group May 5, 2015 | Slide 4

MUSD

1000 103

BAYS

300 200

297

0

400

BAYS

3000

300 100

1336

0

4000

SAM

7365

2000

IMA

400

NAS

MUSD

213

0 489

938

675

200 400 200

400

MUSD

ABB red de fábricas Ubicaciones Hanau, Germany GIS 66 kV – 170 kV

Zürich, Switzerland Xiamen, China

GIS > 245 kV

GIS 145 kV – 1200 kV

Dammam, Saudi Arabia GIS 145 kV – 420 kV

Vadodra, India GIS 145 kV – 420 kV

§*End

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 5

2014

ABB GIS portafolio de productos Visión general kA 80

ELK-3 6300A

63

ELK-04 4000A

ELK-14 4000A

50

ELK-3 C

ELK-4 ELK-5

5000A

5000A

5000A

765

1100

ELK-14 C 3150A

40

ENK

ELK-04 C

2500A

3150A

72.5

§© ABB Group © ABB Group May §May5, 5,2015 2015| |Slide Slide66

145

170

245

252

300

362

420

550

kV

Gas Insulated Switchgear (GIS) GIS Descripción general y beneficios

Precio

GIS - Gas Insulated Switchgear Descripción general Mód. híbridos n n n n n

Interruptor Transformador Corriente Transformador Tensión Seccionador Puesta a tierra

GIS nInterruptor nTransformador Corriente nTransformador Tensión nSeccionador nPuesta a tierra nBarras / GIBs

DTB LTB

n Interruptor n Transf. de conrriente

n Interruptor

Integración de Funciones © ABB Inc. May 5, 2015 | Slide 8

ABB – GIS de alta tensión Integración de funciones §Transformadores

de medida

§Interruptor

GIS

§Seccionadores

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

§

Estructura Soporte

§

Aisladores

§

Cubículo de control

§

Cableado de control

§

Supervisión

§

Pruebas en campo

§Barras

ELK-14, 245 - 362 kV Sección transversal configuración doble barra Earthing switch Disconnector

Current transformer

Fast-acting earthing switch

Voltage transformer

Cable termination Local control cubicle May 5, 2015

Drive

Circuit-breaker

ELK-14, 245 - 362 kV Diseño Modular Diseño modular. Flexibilidad para crear todo tipo de solución

Modulos: §Control §Interruptor §Seccionador

y puesta a tierra

§Transformadores de §©

medida

ABB Group

ABB §© May 5, 2015 | Slide 11

§Elementos de

conexicón

Gas Insulated Switchgear (GIS) Configuraciones

ELK-14, 245 - 300 kV Arreglo doble barra

May 5, 2015

ELK-14, 245 - 300 kV Acoplador – Arreglo doble barra

May 5, 2015

ELK-14, 245 - 300 kV Bahía seccionadora – Arreglo doble barra

May 5, 2015

ELK-14, 245 - 300 kV Dimensiones – Arreglo Doble Bara

§3.5

§min.

6500

t

May 5, 2015

ELK-14, 245 - 300 kV Interruptor y medio, configuración en línea BB1

BB2 §©

ABB Group

ABB §© May 5, 2015 | Slide 17

ELK-14, 362 kV / 80 kA Interruptor y medio, configuración en línea BB1 A

C

B

D BB2

May 5, 2015

ELK-14, 362 kV / 80 kA Interruptor y medio, configuración en línea BB1 A

C

B

D BB2

BB1

BB2

ELK-14, 362 kV / 63 kA Interruptor y medio, configuración side-by-side 1 diámetro

§To

exit “A”

4000

2160

2160

3000

BB2

BB1

Cable exit “B”

May 5, 2015

ELK-14, 362 kV / 63 kA Arreglo en anillo Exit “C”

Exit “A”

Exit “A”

Exit “B”

Exit “B” May 5, 2015

Exit “C”

ELK-14, 245 - 300 kV Barra simpla – bahía sin salida

May 5, 2015

ELK-14, 245 - 300 kV Dimensiones – arreglo barra simple

§3.5

© ABB

t

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

© ABB

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

© ABB

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

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 26

Del unifilar a la configuration(2) Así? 4800

E01

E02

E03 E04

8000 © ABB Group May 5, 2015 | Slide 27

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

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 28

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

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 29

Del unifilar a la configuration (5) así?

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 30

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

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 31

GIS Gas Insulated Switchgear Beneficios

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 32

§

Resistencia a las influencias ambientales

§

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

Beneficios de la GIS Condiciones Ambientales

Influencias Ambientales

Completamente encapsulada

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 33

§

Inmune a: §

§ §

§

Polución (agua, sal, arena, suciedad) Rayos

Capaz de soportar: §

Temperaturas: + 55°C / - 55°C

§

Clase de polución: IV

§

Humedad: 100%

Animales Sus beneficios §

Bajos niveles de mantenimiento

Impacto Ambiental

Ejemplo – Reducción del Impacto Ambiental Subestación Barbaña 145 kV (Spain)

© ABB Group May 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

Req. Sísmico

Beneficios de la GIS Regiones sísmicas

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 35

Subestación Convencional

Magnitud de 7.9

SE Maoxian después del terremoto

§

Bajo centro de gravedad de la GIS de ABB

§

Fiable contra terremotos

Beneficios de las GIS Centros Urbanos

Espacio

Subestaciónes compactas

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 36

Características: §

Poco espacio - caras zonas urbanas

§

Instalación cerca de cetros urbanos

§

Altos niveles de tensión al centro de la ciudad

§

Estética

§

Vandalismo

Sus beneficios §

Mayor aceptación

§

Menores pérdidas en la línea

§

Seguridad

Ejemplo – Optimización del Espacio Subestación Copacabana (Brazil) Light S.A.

Espacio

Año de puesta en servicio: 2005

§Old

Caso

AIS S/S

§

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 §Additional

free area

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

§New

GIS S/S

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 37

Substitución (2) SE AIS en zona muy cara

Espacio

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

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 38

Espacio

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

© ABB

Espacio

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

© ABB

Flexibilidad

Beneficios de las GIS …aún cuando abunde el terreno!

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 41

Sus beneficios §

Flexibilidad en la ubicación

§

Licencias ambientales

§

Reducir el tiempo en sitio

§

Reducir el personal en sitio

§

Hacer el proyecto viable

Flexibilidad

Beneficios de las GIS …aún cuando abunde el terreno!

§©

ABB Group

§May

5, 2015 | Slide 42

Beneficios de las GIS …aún cuando abunde el terreno! §145

Flexibilidad

§GIS

§©

ABB Group

§May

5, 2015 | Slide 43

§550

§362

kV

kV

kV

Beneficios de la GIS Largos intervalos de mantenimiento

Bajo manten.

Aplicaciones

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 44

§

Parques eólicos off-shore

§

Plataformas petroleras

Características §

Largos intervalos de mantenimiento

§

Fiabilidad

Sus benficios §

Sin apagones en SE remotas

§

Ahorro de costes por espacio reducido

Ciclo de Vida

Beneficios de la GIS Ciclo de vida – Bajo requerimiento de mantenimiento

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 45

Beneficios de la GIS GIS en contenedores – Estaciones móviles Entrega ensamblada de fábrica Aplicaciones §

Bypass SE para remodelaciones

§

Rápido fortalecimiento de la red

Sus beneficios

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 46

§

Rápida instalación

§

Ingeniería civil minimizada

Nivel Fiabilidad

ONS – Autoridad Eléctrica Brasileña Ejemplo de requerimiento mínimo

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 47

Nivel Fiabilidad

Comparación GIS vs AIS Configuración DBB vs 1 ½ CB

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 48

Vs

AIS

GIS

Nivel Fiabilidad

GIS vs AIS comparison Configuration: DBB vs 1 ½ CB

© ABB Group May 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

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

ELK-TK3S Transferencia de Barras

§©

ABB Group

|§May Slide5,51 2015 | Slide 51

Módulos ELK híbridos Componentes idénticos para GIS y ELK híbrida

Interruptor Seccionador de puesta a tierra Seccionador Transformador de corriente Pasamuros

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 52

ELK-TK3S Comparación Seccionador tipo ELK §

Seccionador ELK-TK3

© ABB Group

§

Acción rápida ELK-TK3S

ELK-TK3S Principio de funcionamiento

§©

ABB Group

|§May Slide5,54 2015 | Slide 54

ELK-TK3S Seccionamiento Rápido §Arcing

ring §Finger cage

§Resorte §Arcing §Sistema

§©

ABB Group

|§May Slide5,55 2015 | Slide 55

contact

de contacto móvil

ELK-TK3S Seccionador abierto

© ABB Group

ELK-TK3S Seccionador cerrado

§©

ABB Group

§May

5, 2015 | Slide 57

ELK-TK3S Seccionador abriendo

© ABB Group

ELK-TK3S Disconnector opening

§©

ABB Group

§May

5, 2015 | Slide 59

ELK-TK3S Disconnector opening

§©

ABB Group

§May

5, 2015 | Slide 60

ELK-TK3S Disconnector opening

§©

ABB Group

|§May Slide5,61 2015 | Slide 61

Tensiones estándar - Tranf. barras - Seccionadores . IEC 62271-102 Tensión nominal Ur kVA

AIS seccionadores V r.m.s.

GIS seccionadores V r.m.s.

52 72.5 100 123 145 170

110

10

245 300 362

200 20

420 550 800

© ABB Group

300 IEC 1600 A / ABB 3200 A

40

ELK-TK3S Prueba tipo en PHELA pasada exitosamente

3200 A 300 V 100 CO, DIT © ABB Group May 5, 2015 | Slide 63

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

ELK-3, 550kV Aisladores Aislador

Soporte

May 5, 2015

ELK-3, 550 kV Aisladores

© ABB 1HC0105171 E01 / AA14

ELK-3, 550 kV Aisladores dentro de la bahía

© ABB 1HC0105171 E01 / AA14

Concepto de compartimentación Consideraciones de seguridad Presión 100%

En tensión

Presión reducida

A tierra

Presión atmosférica

Reparación / mantenimiento

Remover el gas.. Regulaciones de seguridad pueden prohibir trabajar al lado de una barrera presurizada que ha sido expuesta a un arco… …por tanto, debe reducirse la presión en

Presión reducida.

el compartimiento adyacente…

Consecuencia = presión reducida significa capacidad dieléctrica reducida © ABB Group May 5, 2015 | Slide 68

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

Fig 101

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 69

Ejemplo de cómo la compartimentación de la GIS Puede afectar la continuidad del servicio Reparacón del aislador

Entre falla y reparación el compartimiento debe ser desenergizado

Presión en los compartimientos adyacentes debería ser reducida por motivos de seguridad

§Ambas

barras y todas las salidas quedan fuera de servicio

§SF6

presión de operación

§SF6

presión reducida

§Presión

§©

ABB Group

§May

5, 2015 | Slide 70

atmosférica (sin gas)

Impacto compartimentación en continuidad del servicio IEC 62271-203ed 2.0, recomendaciones – Anexo F Diferentes soluciones de diferentes fabricantes:

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 71

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

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 72

Requerimientos del usuario en continuidad del servicio IEC 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 5, 2015 | Slide 73

Ejemplo requerimiento detallado para continuidad del servicio IEC 62271-203

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 74

Impact of physical arrangement & partitioning Removal of circuit breaker

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 75

Ejemplo para reparación y mantenimiento Diagrama esquemático de gas

«1.- Sustitución del interruptor completo»

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 76

Ejemplo para reparación y mantenimiento Substitución del interruptor completo

1

© ABB Group May 5, 2015 | Slide 77

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

Operaciones en campo y pruebas AT Fase de Oferta Documentos específicos §

«Scope of supply»

© ABB

§

Alcance de los equipos GIS

§

Supervisión de montaje

§

Personal requerido en sitio

§

Herramientas especiales que provee ABB

§

Infraestructura y herramientas que provee el usuario

§

Prueba de Alta Tensión

Operaciones en campo y pruebas AT Fase de Oferta

© ABB

§May

§|

Operaciones en campo y pruebas AT Fase de Oferta

© ABB

Operaciones de campo y pruebas de AT Fase de Oferta

© ABB

Field Operations & HV Test Tendering Stage

© ABB

Field Operations & HV Test Documentos Específicos Documentos específicos del proyecto §

Manual de instalación y comisionamiento

§

Prueba de Alta Tensión

§

Instrucciones de servicio

§

«Packing List» detallado

§

Etc.

Ejecución de proyecto §

Cada documento tiene su código

§

Lista completa para adecuado seguimiento

© ABB

Gas Insulated Switchgear (GIS) GIS Portafolio de productos

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

Portafolio Sub Transmisión Diferentes layout (Double barra)

2900

145kV, 3150A, 40kA 2350

2350

2700

145kV, 2500A, 40kA

3600

2350

2900

145kV, 3150A, 40kA 3600

4300

145kV, 3150A, 63kA

2950

2350

3200

2550

4825 © ABB Group May 5, 2015 | Slide 87

170kV, 4000A, 63kA

5325

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

Gas-insulated switchgear GIS Portafolio de productos y datos técnicos kA 80 ELK-14, 300 kV duble busbar arrangement

ELK-14, ELK-3 362 kV 5000/ 4000 A 6300A

63

ELK-14, 300 kV 4000 A

ELK-04 4000 A

50

40 ELK-14, 362 kV 1½-breaker arrangement

ELK-14 C, 245 kV 3150 A ENK ELK-04 C 2500 A 3150 A 72.5

§©

ABB 5, 2015

§May

§|

Slide 89

ELK-4 ELK-5 5000 A 5000 A

ELK-3 C, 420 kV 5000 A

145

170

245

252

300

362

420

550

765

1100

kV

ELK-14, 245 - 362 kV Diseño hasta 362 kV, 4000 A and 63/80 kA ELK-14, 300 kV double busbar arrangement

§©

ABB 5, 2015

§May

§|

Slide 90

ELK-14, 245 - 300 kV Datos clave Data Rated voltage Power-frequency withstand voltage Rated current Rated short-time withstand current Rated frequency Lightning impulse withstand voltage Rated peak withstand current Circuit-breaker mechanical endurance class First pole-to-clear factor Mechanical endurance (DS/ES)

§©

ABB 5, 2015

§May

§|

Slide 91

Value up to

300 kV 460 kV 4000 A 50/63 kA, 3 sec 50 / 60 Hz 1050 kV 135 / 171 kA M2 (10,000 CO) 1.3 / 1.5 10,000 CO

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

5900 mm

Bay width

1680 mm

ELK-14, 362 kV Key ratings Data

Diseño especial Mercado americano 80kA y brasileño 345kV

Rated voltage

362 kV

Power-frequency withstand voltage

520 kV

Rated current Rated short-time withstand current Rated frequency Lightning impulse withstand voltage Rated peak withstand current Circuit-breaker mechanical endurance class First pole-to-clear factor Mechanical endurance (DS/ES)

§©

ABB 5, 2015

§May

§|

Slide 92

Value

4000 A 63/80 kA, 3 sec 50 / 60 Hz 1175 kV 171 / 216 kA M2 (10,000 CO) 1.3 / 1.5 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

ELK-14 (hasta 300kV) & ELK-3 (550kV) Standards ELK-14 & ELK-3 conforms to the latest set of IEC and IEEE standards §

IEC 62271-203

§

IEEE Standard for High Voltage GasInsulated Substations Rated above 52 kV

Gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages above 52 kV §

IEC 62271-100

§

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

§

IEEE Std C37-122

High-voltage alternating current circuitbreakers §

IEC 62271-102 High-voltage alternating current disconnectors and earthing switches

§

IEC 62271-209

IEEE Standard for High Voltage GasInsulated Substations Rated Above 52 kV §

Cable connections for gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages above 52 kV

IEC 62271-1

§©

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

§May

and other related standards

IEEE Std C37-100.1 IEEE Standard of Common Requirements for High Voltage Power Switchgear Rated Above 1000 V

Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear §

IEEE Std 1300 IEEE Guide for Cable Connections for GasInsulated Equipment

§ §

IEEE Std C37-122

§

and other related standards

Gas-insulated switchgear ELK-3, 550 kV GIS for maximum performance

Gas-insulated switchgear GIS Portafolio de porductos y datos técnicos kA 80

ELK-3, 550 kV

ELK-3 5000/6300A

63

ELK-04 4000 A

ELK-4 ELK-5 5000 A 5000 A

ELK-3 C, 420 kV 5000 A

§ELK-14

4000 A 50

40

ELK-14 C, 245 kV 3150 A ENK ELK-04 C 2500 A 3150 A 72.5

§©

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

§May

§

145

§

170

245

252

300

362

420

550

765

1100

kV

ELK-3, 550 kV Datos clave Data Rated 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

1675 kV

Switching impulse withstand voltage

1250 kV

Circuit-breaker mechanical endurance class First pole-to-clear factor

§©

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

50 / 60 Hz

Lightning impulse withstand voltage Rated peak withstand current

§May

Value

171 / 216 kA M2 (10,000 CO) 1.3 / 1.5

Mechanical endurance (DS/ES)

5000 CO

Bay width

2700 mm

Encantado de atender sus preguntas!

Muchas gracias por su atención !

§©

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

§May