Charla Magistral "Perspectiva de la Tecnología de Alta Tensión"

Electrical Markets Division

Perspectiva de la Tecnología de Alta Tensión

Ing. Julio Ruiz Romero

2


Contenido

� Introducción (Retrospectiva en el tiempo)

� Sistemas de extra alta tensión

� Proyecto Perú

� Perspectiva de la Tecnología de alta tensión

�El conocimiento (Ingeniería, gestión y know how)

�La infraestructura eléctrica-Líneas y cables de transmisión y

subestaciones

�Operación y monitoreo del sistema- La tecnología de la información

�Mantenimiento

� Conclusiones

3


Introducción

4


Sistemas de extra alta tensión ( EHV )Historia ( con ABB)

� 1883 Sistemas de Iluminación y Generadores

� 1893 El primer sistema de transmisión trifásico para una aplicación

industrial

� 1952 El primer sistema de transmisión de 400 kV

� 1954 El primer sistema de transmisión HVDC

� 1965 El primer sistema de transmisión de 800 kV

� 1965 El primer sistema GIS de 110 kV


� 1982 El primer sistema de 600 kV HVDC


� 2003 El primer sistema trifásico GIS 145 kV 63 kA

� 2003 El primer Interruptor de generador SF6 ,160 kA …

� 2008 El primer Interruptor de 500 kV sin condensadores de repartición

(63 kA)

� ...

© ABB Group

Largest 500 kV GISItaipu (BR)

First 170 kV GISSempersteig (CH)

5


Sistemas de extra alta tensión ( EHV )Algunos Proyectos en Europa

5

6


Sistemas de extra alta tensión ( EHV ) Interconexión Eléctrica España-Marruecos

6

q Características Generales

7


Interconexión Eléctrica España-Marruecos

7

q 2 circuitos de 700 MW cada uno

q 28 km cable submarino

8


Interconexión Eléctrica España-Marruecos

8

q Tendido cables submarinos

9


Sistemas de extra alta tensión ( EHV )Algunos ejemplos de nuestros hermanos mayores-Colombia

10



11



12


Sistemas de extra alta tensión ( EHV )Algunos ejemplos de nuestros hermanos mayores: Brasil-Paraguay� Se lleva usando mas de 20 años

� Ejemplo: Hidroeléctrica de Itaipú (1984)

� Turbinas: 20 × 700 MW

� Capacidad Instalada: 14,000 MW

� Red de transmisión a Brasil:

�Largo total: 800 kilómetros

�Capacidad instalada: 6300 MW x circuito

�Voltaje AC: 345 and 500 kV

�Voltaje DC: 600 kV

�2 circuitos

13


Proyecto Perú- Sistemas EHV

Amarillo: 500KV

Azul: 220KV

14


Proyecto Perú- Sistemas EHV Retos: Altura en la sierra y Corrosión, costa

15


Perspectiva de la tecnología de alta tensión

Conocimiento

16


Perspectiva de la tecnología EHVConocimiento

� Ciencias puras

� Ingenierías Mecánica, Eléctrica y Electrónica

�Sistemas de Potencia

�Coordinación de Aislamiento

�Estabilidad de Sistemas

�Electrónica y electrónica de Potencia

� Ingeniería Informática y Electrónica

�Telemetría

�Hardware y Software de operación y control

� Gestión

�Gerencia de proyectos y construcción

�Operación de sistemas

�Gestión de mantenimiento

�Finanzas

� Know how de la empresa

17


ConocimientoIngeniería eléctrica: Coordinación del aislamiento y

protección contra sobretensiones

� En voltajes mayores a 345 kV las sobretensiones de maniobra son

más peligrosas para los equipos que las mismas sobretensiones por

descarga atmosférica.

� La coordinación se lleva a cabo considerando tres aspectos

1. Selección de un adecuado aislamiento el cual es función de la clase

de voltaje de referencia

2. El diseño adecuado de los equipos de manera que la tensión de

ruptura o de contorneo de todos los aislamientos de la estación

igualen o excedan el nivel seleccionado

3. Selección de equipos de protección que suministren una buena

protección justificado económicamente

18




� Los sobrevoltajes se deben a causas externas e internas.

� Contra sobrevoltajes externos se emplean sistema de apantallamiento (shielding): cables de guarda y puestas a tierra. También se puede hacer uso de pararrayos.

� Contra voltajes internos se emplea pararrayos y descargadores devoltaje (non shielding methods)

� Los pararrayos se colocan lo más próximo a los equipos a proteger

� Los cables de guarda usados deben ser mecánicamente resistentes y localizados en la parte superior de la estructura para que brinden el adecuado apantallamiento.

� Especial cuidado en las distancias entre conductores y con tierra.

19




� La resistencia eléctrica de las patas de la torre deberían ser tan baja

como se pueda justificada económicamente

� Un ejemplo para sistemas de 60 kV la resistencia de la pata de la torre

es aceptable 10 Ohm. Este valor incrementa con la tensión, así para

400 kV tenemos 95 Ohm como valor aceptable.

� Si no se consigue este valor se debe trabajar con varillas de puesta a

tierra una o mas de longitud de 3 a 5 m o con contrapesos.

� Reducir la resistencia reduce la sobretensión producida por la descarga

que inyecta una corriente a la estructura ya que V= I.R

20


Coordinación de aislamiento: Análisis de curvas de equipos a ser protegidos comparado con curva del pararrayo

� Sobretensión continua - Sobretensión temporal � Sobretensión de maniobra

� Sobretensión atmosférica

21


Infrastructu

ra

Subestacion

es

Redes

Infraestructura-Subestaciones

En Subestaciones encontramos equipos como:

� Transformadores

� Compensación reactiva

� Interruptores

22


© ABB Group

Air Insulated Switchgear

(Subestaciones aisladas en aire)

Gas Insulated Switchgear

( Subestaciones aisladas/ encapsuladas en gas )

GIS

AIS

Tecnologias en Subestaciones de Alta Tensión

23


Subestaciones Aisladas en gasstaciones aisladas en gas

24


Infraestructura: Transformadores de potencia

�Transformadores o autotrasformadores: transformador de red

�Tipo de unidades: monofásicas o trifásicas

�Devanado terciario: cargable o devanado de compensación

�Cambiador de tomas bajo carga: pasos y tamaños de estos

�Unidad de reserva: cambio rápido

�Sistema de extinción contra incendios: pros y contras

�Formas de mitigar contingencias

•Muros cortafuegos

•Foso de recolección de aceites

25


� Shunt o en derivación

�Capacitiva

�Reactiva

� En serie

�Capacitiva

Las líneas largas de AC requieren compensación shunt (reactores)

para absorber KVA de carga de la línea ( momentos de baja

demanda) y compensación serie (capacitores) por razones de

estabilidad

Subestaciones: Compensación reactiva

26


BaterBateríía de a de

condensadores con condensadores con

fusible externofusible externo

BaterBateríía de a de

condensadores con condensadores con

fusible internofusible interno

Compensación reactiva: ejemplos aplicación

Condensadores en derivación

27


Reactor en aireReactor en aireReactor en aceiteReactor en aceite

Compensación reactiva ejemplos de aplicación

28


Reactores en derivación

XXLLRRLLUU11 UU22

XXLiLi

II22IILL

IIii CargaCarga

Compensación reactiva-diagrama fasoriales

29


Reactores de neutro

� Los reactores de neutro se utilizan

para contrarrestar el acople

capacitivo entre las fases y así

eliminar el arco secundario durante

la apertura monopolar de una falla.

Reactor de neutro

Compensación reactiva: ejemplos de aplicación

30


Compensación reactiva: Ejemplo de aplicación

31


II

UU’’22

U2U2

--IIcc

U1U1

IIXXLL

IIRRLL

Compensación serie

XXLLRRLLUU11 UU22UU’’22 XXCC

CargaCarga

Compensación reactiva:diagrama fasorial

32


Equipos :Tipos de interruptores ABB

© ABB Group

October 11, 2010 |

HV Breakers & SystemsHV Breakers & Systems

HV ComponentsHV Components

High Current SystemsHigh Current Systems

Diferentes soluciones utilizadas en 500 kV !!

GIS Híbrido DTB LTB

33


Equipos: Interruptores ABB

34


Redes de Transmisión

�Líneas de Transmisión

�AC/DC

�Cables aislados

Infrastructu

ra

Subestacion

es

Redes

35


Lineas de Transmisión: Estructuras

36


Conductores de alta ampacidad ACCR

Permite temperatura de

trabajo hasta 220 C

Empleados en la repoten-

ciación de líneas,

Mayores cargas de rotura por

lo tanto menor flecha

Suministro con accesorios

adecuados

37


Líneas de transmisión: conductores de alta ampacidad

38


Conductores de alta ampacidad ACCR: ejemplos aplicación

39


LINEAS DC

� Se clasifican en monopolares, bipolares y homopolares.

� Normalmente opera con polaridad negativa para reducir pérdidas

corona y radiointerferencia.

� Una línea monopolar es mas económica que una línea bipolar.

40


VENTAJAS LINEA DC VS AC

�Construcción más simple DC vs AC (un conductor se

compara a 3)

�Una línea bipolar DC tiene mismo índice de confiabilidad

que 2 circuitos AC con 6 conductores.

�Potencia por conductor es mayor en DC vs AC.

�No hay corriente de carga.

�No requiere compensación reactiva. Recordemos que

líneas largas de AC requieren compensación shunt

(reactores) para absorber KVA de carga de la línea

(momentos de baja demanda) y compensación serie

(capacitores) por razones de estabilidad

41


VENTAJAS LINEA DC VS AC

�Menor pérdida corona y menor radio

interferencia (son proporcionales a f +25)

�Es posibles mayores voltajes de operación.

(menores sobretensiones de maniobra para

EHV DC)

�Menores corrientes de cortocircuito.

42


Desventajas líneas DC

�Alto costo de los convertidores (AC to DC) y

necesidad de filtros para reducir armónicos.

�La transformación de voltaje no es fácil.

�Difícil apertura de circuito para multi líneas

43


Redes de transmisión con cables aislados

� Transmisión AC en cables es limitada por la corriente de carga, así

tenemos los kVA correspondiente:

� 1250 kVA a 132 kV (por kilómetro)

� 3125 KVA a 220 kV

� 9375 KVA a 400 kV

� Esto limita distancias de tendido con cable a

� 64 km a 132 kV

�40 km a 220 kV

�24 km a 400 kV

� En caso de DC con cables no hay limitación debido a la ausencia de

corriente de carga

44

Electrical Markets Division Cables aislados

XLPE-insulated Cable

� More than 25 years commercial experience at HV levels (110-150 kV)

� More than 10 years experience at 400 kV – longest system (40 km of 500

kV - Japan)

� Current state of the art technology

� Easier installation and jointing

� Environmentally low risk

� Almost maintenance free

� Life expectancy: mininum 30-40 years for XLPE cables

Innovative & Reliable Technology

45


Innovative & Reliable Technology

Examples of major 400kV projects in Europe

Location Project Cable circuits x length (km) Cables per

phase

Time

period

Copenhagen Elimination of overhead lines in urban area 1x22,1x12 1 1996

1999

Berlin Connect West/East system 2x6;2x6 1 1998

2000

Vale of York Area of outstanding beauty 4x6 2 2000/1

Madrid Barajas Airport Expansion 2x13 1 2002/3

Jutland Area of outstanding beauty, waterway & semi

urban areas

2x14 1 2002/3

London London Ring 1x20 1 2002/5

Rotterdam Randstad waterway crossings 2x2.1 1 2004/5

Vienna Provide power to centre of city 2x5.5 1 2004/5

Milan Section of Turbigo-Rho line 2x8.5 2 2005/6

Switzerland/

Italy

Mendrisio – Cagno 1x8 1 2007/8

46


Operación y monitoreo del sistema

47


Operación : Ejemplo de Centro de Control

48


Monitoreo en campo

49


� Durante la maniobra de equipos de EHV se producen efectos

transitorios, resultando en esfuerzos electrodinámicos y dieléctricos

sobre los equipos que conforman el sistema, causando sobrevoltajes o

corrientes de magnetización elevadas.

Ejemplo de Mando Sincronizado

50


Aplicaciones generales

inductiva • Transformer• Reactor

Apertura ReigniciónSobre voltajes

Cierre Corriente de

magnetización

ReigniciónSobre voltajes

Apertura

Cierre

• Banco Capacitor• Línea deTransmisión• Cables• Filtros

capacitiva

Sobre voltajes

Corriente de

magnetización

Clase de carga Operacion Stress evitado

Reducción de corrientes de magnetización Disminuyendo el esfuerzo electromagnético sobre los equipos ��

Incrementa la vida util de los equipos

Minimización de sobre voltajesDisminución de esfuerzos dieléctricos �� Menor envejecimiento

Sustitución de resistencias de cierre �� Alta confiabilidad

Siemens

51


VT/CT

Ejemplo de operación con Unidad de control PSD : flujo de datos

zero-crossingdetector

calculationmodul

solid stateoutput

PSD

PC interface

manual tripping/

closing commandstatus

signals

control room

circuit-breaker

- temperature

- auxiliary voltage

- aux. contacts

- (hydr.pressure)

stand by

52


Unidad de control PSDFlujo de datos


calculationmodul

solid stateoutput

PSD

- temperature

- auxiliary voltage

- aux. contacts

- (hydr.pressure)

- reference contact

PC interface

manual tripping/


signals

control room

VT/CT

switching

circuit-breaker

53


VT/CT

Unidad de control PSDFlujo de datos


calculationmodul

solid stateoutput

PSD

manual tripping/


signals

control room

circuit-breaker

- temperature

- auxiliary voltage

- aux. contacts

- (hydr.pressure)

PC interface

service

54


Operación ejemplo: Sistemas SCADA

Control Center

� Spectrum PowerCC

� SINAUT Spectrum

Station control & automation

� SICAM PAS

� SAT 1703

Power Quality

� SIMEAS

RTU’s

n SAT 1703

n SICAM eRTU / miniRTU

n TG 805 / TG 5700Protection / Bay Control

� SIPROTEC

� REYROLLE

� BC 1703 ACP

� AM 1703

55


Gestión de la operación

56


Gestión del Mantenimiento

57


Mantenimiento preventivo

58


Mantenimiento en caliente

59


Mantenimiento en caliente: Distintos Enfoques

60


Conclusiones

�La perspectiva de la tecnología de alta tensión en el Perú,

es un asunto muy auspicioso.

�Además es una necesidad para poder seguir con un

crecimiento sostenido durante los siguientes 20 años.

�El nivel de EHV que trabajaríamos lo podemos considerar

como una tecnología madura a nivel mundial, con el

añadido de las últimas novedades que están haciendo la

tecnología de materiales, la electrónica y la tecnología de

la información para la operación y monitoreo del sistema.

� .Contamos con el know how de empresas operadoras y

fabricantes mundiales de prestigio de equipos y materiales

61


Conclusiones� El reto a nivel nacional lo constituye la altura sobre el nivel del mar y el ambiente altamente corrosivo de la costa peruana.

� La universidad peruana tiene que ponerse al día con las nuevas tendencias que son ya una realidad.

� Debemos de fomentar la investigación científica como una preocupación tanto del ámbito de los organismos privados como público.

� También desde el ámbito político debe de incentivarse la investigación y desarrollo tecnológico para poder contar con los recursos necesarios y sostenidos en el tiempo

� Las organizaciones profesionales y técnicas deben de promover el intercambio de experiencia, foros tecnológicos y seminarios, como lo vienen haciendo.

� Los peruanos tenemos que mentalizarnos y entender que el desarrollo del país no se puede detener por prejuicios o falsos conceptos. Es tarea de todos

62


Conclusiones� El Perú tiene que prepararse para la interconexión eléctrica regional con

otros países, viendo en ello beneficios técnicos, sociales y económicos.

� Para ello debemos asegurar que se trabajarán los proyectos con

criterios de sostenibilidad, midiendo el impacto ambiental.

� Compartimos la visión de 3M respecto a sostenibilidad (sustainability).

Our vision is simple: we want to help meet the needs of society

today while respecting the ability of future generations to meet

their needs.

“Deseamos ayudar a satisfacer las necesidades de la

sociedad hoy en día respetando la capacidad de las

futuras generaciones de poder cumplir con sus

necesidades.”

63


Referencias empleadas

� Apoyo en presentaciones anteriores del CIP de

� Isa

� REP

� ABB

� Siemens

� Ing Jorge Enrique Millones/Luis velasco

� Coes

� 3M

� Electrical Power Systems C.L. Wadhwa-New Age

� High Voltage Engineering C.L Wadhwa-New Age

|

64


¡Muchas gracias!

Ing. Julio Ruiz : [email protected]

Documents

Charla Magistral "Perspectiva de la Tecnología de Alta Tensión"