Molded Vacuum Interrupters (MVI) Presentado por:Eduardo Bas, PE
AGENDA • Situación –Requisitos de Diseño
• Seccionadores y Diseño General • Tecnologías Disponibles • Solución Seccionador • Resumen Confidential & Proprietary
Situación
Una empresa que suministra energía eléctrica en Latinoamérica necesitó actualizar su red de suministro que provee al Banco Central del país. El Banco Central tiene un centro de datos con información crítica que lleva a cabo de transacciones de divisas e impresión de papel moneda. La empresa que suministra la energía eléctrica busca mejorar el servicio con alternativas técnicas que aumenten la confiabilidad del sistema eléctrico.
Requisitos de Diseño
Se identificaron los siguientes requisitos de diseño: • Una transferencia automática para dos fuentes independientes que opera en caso de falla de la alimentación principal o fuente preferente. • Regresar a la posición original cuando la Fuente Preferente esté disponible. • Reducción de espacio requerido para la instalación del equipo en un registro o bóveda subterránea. • Equipo libre de mantenimiento y seguro. • Comunicación remota con un sistema vía SCADA
SECCIONADORES Y DISEÑO GENERAL
Fundamentos de Operación: Fallo en Fuente
CARGA
CARGA
B1
S2 NC
Interruptor
NC
Seccionador 1 NC
B2
S4 Confidential & Proprietary
CARGA
Unidad de 3 Vías
Sistema de conexión en anillo con seccionadores
NO
S3
Fundamentos de Fundamentos de Operación: Operación Fallo en Fuente
CARGA
CARGA
B1
S2 NC
Interruptor Bloqueado
NC
Seccionador 1 NC
B2
S4
S3
CARGA
Unidad de 3 Vías
NO
Fundamentos de Fundamentos de Operación: Operación Fallo en Fuente
CARGA
CARGA
B1
S2 OPEN
Interruptor Bloqueado
NC
Seccionador 1 NC
B2
S4
Unidad de 3 Vías CLOSE
S3
CARGA
Los seccionadores permiten una restauración rápida de energía a partes del sistema sin fallas
Fundamentos de Operación: Fallo en Carga
CARGA
CARGA
B1
S2 NC
Interruptor
NC
Seccionador 1 NC
B2
S4
Unidad de 3 Vías
S3
CARGA
Sistema sin protección de carga
NO
Fundamentos de Operación: Fallo en Carga
CARGA
CARGA
B1
S2 NC
Interruptor
NC
Seccionador 1 NC
B2
S4
Unidad de 3 Vías
S3
CARGA
En un sistema sin protección de carga, una falla bloquearía el interruptor en la subestación
NO
Fundamentos Fundamentos de de Operación: Operación Fallo en Carga
CARGA
CARGA
B1
S2 NC
Interruptor
NC
Seccionador 1 NC
Sistema de conexión con proteccion de carga B2
S4
S3
CARGA
Unidad de 3 Vías CLOSE
Fundamentos de Operación: Fallo en Carga Reliability Basics
CARGA
CARGA
B1
S2 NC
Interruptor
NC
Seccionador 1 NC
B2
S4
Unidad de 3 Vías CLOSE
S3
CARGA
En este sistema una falla en el lado de carga será aislada por un fusible o un interruptor de falla. MEJORA CONFIABILIDAD
Diagrama Unifilar Sistema Eléctrico
Sub-estación 1
B1 Interruptor NC
CARGA
Unidad de 3 Vías
Sub-estación 2 Interruptor
B2
NA
TECNOLOGIAS DISPONIBLES
Tecnologías Disponibles
• Medios de Interrupción: – Aceite – Aire – SF6 – Vacio • Medios de Aislamiento: – Aire Aislado – Gas (SF6) – Aceite – Material Solido Dieléctrico
Tecnologías Disponibles Problemas Comunes Seccionador de Aire • Interrupciones/Averías debido a Corrosión, Animales, Polvo, Arqueos, Falta de Mantenimiento y Humedad. • Requiere tiempos de interrupciones más largos para reemplazos y mejoras. • Espacios grandes de equipos requeridos.
Tecnologías Disponibles Problemas Comunes Seccionador de SF6 • Interrupciones/Averías debido a niveles bajos de aislamiento, presión baja de gas, baja temperaturas, falta de mantenimiento. • Ambiental - gases ocasionan efecto “green house” • Dificultad para caber en espacios confinados. • Dificultad con disposición de los Gases
Tecnologías Disponibles Problemas Comunes Seccionador de Aceite • Se requiere tomar muestras periódicas de aceite. • Niveles bajos de aceite causan arqueos eléctricos en equipo. • Tecnología antigua – Interrupciones/Averías debido a falta de mantenimiento y pérdida de aislamiento. • Problemas ambientales ocasionados por derrames de aceite. • Problemas de seguridad/riesgo asociados a fuegos.
Se requiere mucho Espacio para equipo Sensitivo al Ambiente, Contamina Se requiere monitoreo y mantenimiento constante Riesgo mayor de fallas Riesgo mayor de fuego Típicamente no han sido probados contra “ArcFault”. • Costos mayores de personal mantenimiento y operación. • Tiempos mas largos de reparación Interrupciones/Averías.
Principios de Diseño de Sólido Dieléctrico Historia de Aislamiento de Sólido dieléctrico. • WWII: debido a escasez de aisladores de Porcelana y Vidrio se comienza a explorar materiales alternos. • 1947: Transformadores de corriente y voltaje de Resina Epóxica son introducidos al mercado en Europa. • 1952: Polymer insulation casting was introduced in USA • 1954: GE comienza estudios de materiales para aisladores • 1962: se introduce el Ethylene-Propylene • 1965: se utiliza en aplicaciones de exteriores el Cycloaliphatic Epoxy • 1966: los primeros aisladores de interruptores son fabricados con fiberglass reenforzado con Epoxy • Desde los 1960’s, el hule EPDM crece rápidamente. • 1996: Elastimold introduce el primer diseño de seccionador de Sólido Dieléctrico.
Tecnología: Sólido Dieléctrico Propiedades Ideales de Sólido Dieléctrico • Fuerza Dieléctrica • Fuerza Mecánica • Fuerza al Impacto • Peso Liviano • Resistencia a “shock” térmico • Resistencia al “Tracking” • Inerte a contaminación y medio ambiente • Proceso de manufactura fácil y consistente • Económico • Confiable
Tecnología: Sólido Dieléctrico
ALTA RESISTENCIA DIELECTRICA Air
11
Oil
3
SF6 Gas
3 0.5
EPDM Rubber Vacuum
Ejemplo: 38kV 150 kV BIL
0.5 Vacio = ~1/2” 0
2
4
6
8
10
Dieléctrico en Pulgadas
12
Tecnología: Sólido Dieléctrico
1. Seguridad – Construcción de frente muerto – Aisla, blinda y elimina la exposición de componentes vivos – No se utiliza aceite, gas o aire como aislamiento para alto voltaje .
2. Confiabilidad – Utilización de componentes libres de mantenimiento como las botellas de vacio y aislamiento sólido dieléctrico – Mecanismos rápidos y libres de mantenimiento – Todos los componentes de los seccionadores deben ser completamente sellados y sumergibles
Tecnología: Sólido Dieléctrico 3. Flexibilidad de Operación – Diseño Compacto y Ligero que permiten instalaciones en espacios limitados – Diseño Modular que permita la combinación de otros equipos: • Intercambiable, configurable y ampliable en campo • Reduce inventario (almacenamiento de componentes comunes) – No sensitivo a la posición – pueda ser instalado donde sea y en cualquier orientación – Costo bajo de operación a lo largo de su vida útil
4. Materiales NO Contaminantes – No aceites ó gases que monitorear, mantener ó desechar – Aislamiento sólido dieléctrico – como hule de EPDM – es una solución Ecológica que no contiene gases venenosos como el SF6
Tecnología: Sólido Dieléctrico
Construcción de Hule Moldeado de EPDM En conjunto con... Interrupción y “switching” con botellas de vacio
INTEGRACION CREATIVA DE TECNOLOGIAS PROBADAS
Detalles y Configuración •Voltajes/Tensiones desde 5 kV a 38 kV •Corrientes desde 600A Continuous hasta 25kA corriente interrutiva Interrupting (Interruptores) & 40kA Momentánea(Switches) •Sistemas Tri-fásicos y Mono-fásicos
Interruptores Moldeados
Switches para Cortar Carga
Detalles y Configuración
Aplicaciones General de Seccionadores • Apertura y Seccionalización • Protección de Sobrecorriente • Transferencia Automática de Alimentación • Esquemas de conexiones Radiales Automáticas
Detalles y Configuración
Características y Beneficios - MVS MVS – Detalle
Dead-Front Construction For Added Safety Confidential & Proprietary
Detalles y Configuración
Valores - MVS
Confidential & Proprietary
Detalles y Configuración
Características y Beneficios - MVI MVI – Detalle
Dead-Front Construction For Added Safety Confidential & Proprietary
Detalles y Configuración
Valores - MVI
Confidential & Proprietary
Detalles y Configuración Configuraciones Típicas
Pedestal
Sub- suelo
Instalación en Poste Confidential & Proprietary
Bóveda
DISEÑO MODULAR DE SECCIONADORES
Seccionadores Modulares
• El Seccionador modular proporciona soluciones para: –Instalaciones en espacios reducidos –Adición a equipos existentes –Instalación fácil –Número ilimitado de vías –Configuración flexible –Actualizable –Ahorro en instalación
Seccionadores Modulares • Con rango hasta 38 kV para Seccionadores e interruptores de falla
Barras de Conexion MVI
Seccionadores Modulares Seccionadores Modulares de 3 vías con Motor
La solución final ofrecida al cliente es un seccionador Elastimold de 3 vías con las siguientes características: Seccionador de 3-vias de 27kV con 2 MVS (switch) accionados con actuadores magnéticos del lado de la alimentación y 1 MVI (interruptor) trifásico del lado de la carga y un bus de alimentación. Control Elastimold autoalimentado para protección de la carga. 6 sensores de corriente con relación 1000:1 en los interruptores MVS y 3 en los interruptores MVI. 6 sensores de voltaje tipo resistivo en los interruptores MVS. Un control con batería de respaldo el cual maneja lógica de transferencia.
Solución
MVS: Switches
MVI: Interruptores
Solución
Actuadores Magnéticos
Transformador Corriente
Sensores de Voltaje
Barra BUS
Solución
Se ofreció un sistema altamente confiable al Banco Central cuando se puso en operación. El cliente reconoce el tiempo de transferencia de las alimentaciones de la red eléctrica es ahora de 7 ciclos. En base a los resultados obtenidos en este proyecto, la compañía que suministra la energía eléctrica en el país está instalando los seccionadores de tecnología solido dieléctrico con transferencia automática a otros usuarios como hospitales, museos y periódicos.
Resumen de Características y Beneficios • Voltage: 27 kV • Tecnología Sólido dielectrica permite sistemas compactos, livianos, libres de mantenimiento. • Equipos utilizan la tecnología de Elastimold de hule semiconductor y Frente Muerto. • Equipo Sumergibles, No sensitivos al posicionamiento u orientación. • Diseño Modular • Control y Sensores de Voltaje: Transferencia en 7 ciclos.