Descargadores de línea para una mayor fiabilidad del

Descargadores de línea para una
mayor fiabilidad del sistema
www.siemens.com/energy/arrester
Answers for energy.
Más seguridad, más potencia
Mejore el rendimiento
de su sistema de
transmisión
La fiabilidad cobrará cada vez
mayor importancia
El crecimiento del consumo de
electricidad a nivel mundial provoca
que las redes existentes sufran una
utilización cada vez mayor, a veces
hasta el límite de su capacidad. Esto
hace que una alimentación por red
responsable y fiable sea cada vez
más difícil.
En muchos mercados existe ya hoy
riesgo de responsabilidad para los
operadores de red que en caso de
fallos en la red les obliga a pagar
indemnizaciones. Y algunos fenómenos naturales, como los rayos,
pueden paralizar redes enteras. Por
este motivo, muchos operadores de
red buscan soluciones que puedan
aumentar la fiabilidad de sus redes.
Ampliación, remodelación y protección
para conseguir una mayor fiabilidad.
Fundamentalmente, existen tres
posibilidades para mejorar la
protección de las redes:
2
Ampliación de la capacidad de la red
Montaje de cables de tierra adicionales
Utilización de descargadores de
sobretensión en las secciones
sensibles de los recorridos
La ampliación de la capacidad de la red
fracasa hoy a menudo tanto debido a
los costes como a la hora de obtener
los correspondientes permisos, especial­
mente en zonas con una gran densidad
de población o vírgenes de agricultura.
También la utilización de lo que se conoce
como líneas compactas sirve de poca
ayuda ya que la escasa distancia de sus
conductores causa considerables proble­
mas en caso de verse afectados por un
rayo. Como alternativa, los recorridos
sensibles se pueden equipar con cables
de conexión a tierra allí donde la resisten­
cia de tierra sea especialmente elevada.
Sobre todo en zonas que sufren rayos,
como zonas de montaña y elevadas, esto
suele llevar consigo elevados costes y
problemas.
La utilización de descargadores de sobretensión con los que se puede reaccionar
de forma escalonada al posible peligro
constituye una solución económica. El
gráfico de la página 5 muestra como
disminuye la frecuencia de los fallos
derivados de rayos dependiendo de la
resistencia de tierra, de cuantos descargadores protejan la línea de trans­
misión y como consecuencia, las instala­
ciones conectadas.
Los descargadores también se pueden
transportar e instalar fácilmente en
terrenos difíciles. Para ello se comple­
mentan con material de montaje especial
para todas las aplicaciones para conse­
guir un sistema perfecto. Y Siemens
ofrece todavía más. La estrecha cola­
boración con un constructor de líneas
especializado garantiza resultados
perfectos para todas sus aplicaciones
desde el diseño del sistema hasta el
montaje final.
3
Simulación
No desaproveche las
ventajas para todas
las aplicaciones hasta
800 kV
La selección adecuada de los descargadores de línea y, especialmente, de su cantidad y su lugar de instalación son decisivos para conseguir un éxito duradero.
Durante la instalación de los descargadores de línea, en cada fase y en cada mástil
a lo largo del recorrido total de la línea se
aplicará una protección completa frente a
los rayos lo que previene completamente
los fallos que pudieran producirse en la
red.
A modo de alternativa, Siemens ofrece un
análisis de software (simulación) basado
en estudios Cigré para examinar y comprobar a priori casos de aplicación específicos del cliente para determinar la solución ideal y más económica al mismo
tiempo. De este modo se pueden equipar
únicamente fases aisladas o, en su caso,
secciones de la línea con descargadores
de línea al tiempo que se garantiza una
protección adecuada frente a los rayos.
Una ventaja especial es que con una parte de la inversión necesaria para un equipamiento completo se pueden conseguir
resultados excepcionales.
En la primera fase del análisis todos los
parámetros importantes de la línea de
transmisión a examinar se introducen en
el software de simulación y se seleccionan los casos de instalación a supervisar.
Para ello se tienen en cuenta los siguientes factores:
Datos de rendimiento: tensión de servicio, cantidad de sistemas trifásicos,
datos del cable de línea, datos del
cable de tierra, longitud, recorrido y
flecha de la línea, tipo y diámetro del
cable
4
Datos de las torres para líneas aéreas:
impedancias de la conexión a tierra del
mástil, geometría del mástil (situación
y distancia de cada una de las fases y si
se encuentran disponibles cables de
tierra)
Datos de los aisladores: distancia de
aislamiento, longitud de conexión, BIL
Frecuencia de los rayos (nivel ceráunico: rayos por año y km²), topología de
la línea (perfil de altura)
Prioridad desde el punto de vista del
cliente (por ejemplo, menos interrupciones breves, prevención de cortocircuitos de fases y sistemas, renuncia a
utilizar cables de tierra)
De este modo se copian individualmente
hasta ocho posiciones de instalación diferentes del descargador de línea de las fases a proteger para determinar las variantes más eficaces. Además, la línea se
divide en diferentes secciones (dependiendo de la topología de la línea o de la
distribución de la resistencia de la conexión a tierra del mástil) y la instalación
de los descargadores de línea varía en relación al número de mástiles a equipar.
Tras realizar la simulación propiamente
dicha, en una segunda fase del análisis,
se evaluarán todos los datos y, a continuación, en una tercera fase se formularán propuestas para encontrar la solución
ideal.
Estas propuestas se encuentran disponibles para una charla individualizada con
el cliente que servirá para encontrar la
mejor estrategia de equipamiento de
forma conjunta.
El sencillo camino hacia la solución del cliente:
Análisis de las características específicas de la línea
Parámetros eléctricos de la línea
Parámetros geométricos de la línea
Nivel ceráunico (rayos por año o densidad de rayos)
Impedancias de la conexión a tierra del mástil
Frecuencia real de las averías
Propuestas de Siemens
Tipo de descargador
Asesoramiento sobre la estrategia de equipamiento (número
de mástiles a proteger, selección de las fases, etc.)
Instalación
Ejemplo de análisis de un sistema trifásico doble
Averías
anuales
cada 100 km
Perfil del mástil
L1
L4
L2
L5
L3
L6
Resistencia de la conexión a tierra
del mástil [Ω]
1
LSA: Line Surge Arrester (Descargadores de línea)
5
Seguridad para su red de transporte
La mejor técnica para la
mejor protección
La mejor técnica para su seguridad
La función principal de los descargadores
es reducir las sobretensiones nocivas y
mantenerlas alejadas de los componentes
de la red de transmisión. Estas tensiones
se pueden derivar de rayos directos o cercanos, pero también de conmutaciones.
El funcionamiento de los descargadores
se basa en la propiedad de determinados
óxidos metálicos de reducir su resistencia
ante la aparición de una sobretensión en
cuestión de nanosegundos de forma que
la sobretension se puede desviar de forma segura. Si no hay sobretensiones, los
bloques de óxidos metálicos del descargador actúan a modo de aisladores gracias a su alta resistencia.
Se distingue principalmente entre descargadores con envoltura de porcelana y de
silicona. Los últimos presentan ventajas
frente a la porcelana, más pesada y quebradiza, en la instalación y el funcionamiento, ya que la silicona no es solo
flexible y resistente a los fenómenos
meteorológicos sino que conserva su capacidad de repeler el agua y la suciedad
durante toda su vida útil. De esta forma,
las corrientes superficiales no tienen ninguna oportunidad, y los descargadores
están mejor protegidos frente a los actos
vandálicos.
Cuando se trate de realizar inversiones en
la fiabilidad y la seguridad de sus líneas
de transmisión, exija el máximo rendimiento. Por ello, en Siemens ofrecemos
6
nuestros descargadores para tensiones de
hasta 550 kV en diseño Käfig® (tipo jaula)
y de tubo para tensiones elevadas hasta
800 kV. Ambas posibilidades de diseño
permiten el moldeado directo de silicona
lo cual impide de forma eficaz la entrada
de aire, humedad y la formación de corrientes de superficiales.
El diseño tipo jaula de Siemens
El diseño tipo jaula de Siemens ofrece
gran cantidad de ventajas en la técnica de
los descargadores que se rentabilizan para
el cliente inmediatamente, entre las que
se cuentan su elevada estabilidad mecánica con un peso reducido. Esta se consigue
por medio de ocho barras pretensadas de
plástico reforzado con fibra de vidrio. Estas impiden que en caso de sobretensión
las piezas salgan despedidas del interior.
El diseño sin aire en el interior ahorra no
solo material sino también el dispositivo
de alivio para sobrepresión.
Otra ventaja decisiva es la silicona vulcanizada directamente sobre el componente activo. Gracias a su gran seguridad, su
sencillo montaje, su robustez mecánica y
su reducido peso, se recomienda el uso
de descargadores de diseño tipo jaula allí
donde el montaje resulta difícil debido a
lo intransitable del terreno. Puede confiar
en la eficiencia de nuestros descargadores de diseño tipo jaula ya que fueron los
primeros en pasar el test de alivio de presión IEC 60099-4 Ed. 2.2 como prueba
tipo a nivel mundial.
Especialmente diseñados para
descargadores de línea
Esta combinación altamente eficaz de
peso, fijación y seguridad predestina a los
descargadores de Siemens de diseño tipo
jaula a ser empleados como descargadores de línea. La tabla de la página 7 ofrece un resumen sobre las series de tipos
estándares de Siemens y sus características eléctricas más importantes.
Comparación de diseños y características eléctricas
de los descargadores de línea de Siemens
Bloques de OM
Estructura portante de
FRP (barras FRP)
Tubo FRP
Envolvente de silicona
Armaduras metálicas
Al contrario, los descargadores de diseño
tipo “Wrap” con envolvente de silicona o
EPDM permiten la entrada de aire (y con
ello las peligrosas descargas parciales).
A esto se une que el EPDM pierde en un
tiempo mínimo su capacidad repelente
frente al agua y la suciedad bajo la influencia de los rayos ultravioletas.
Además, los bloques de óxidos metálicos
de los descargadores de diseño tipo
“wrap” están cubiertos únicamente con
mantas de fibra de vidrio empapado en
epoxi lo que lleva consigo una resistencia
mecánica sensiblemente menor. Independientemente de la capacidad de resistencia mecánica, la inflamabilidad de la resina epoxi es otro argumento en contra de
los descargadores de diseño tipo “Wrap”.
La silicona que se emplea en los descargadores Siemens es autoextinguible.
Además, para requerimientos especiales
se encuentra disponible el diseño tipo
tubo de Siemens. En lo que al requerimiento de elevada absorción de energía
(por ejemplo, para limitar las sobretensiones de conmutación) y condiciones mecánicas especiales se refiere, se pueden
cubrir prácticamente todos los casos especiales.
Diseño de tubo
Diseño de jaula
Valores máximos de los descargadores
de tensión
Diseño envolvente
3EL5
3EL1
3EL2
3EL2
3EL2
3EL2
kV
145
362
362
420
420
550
Tensión nominal máx. del descargador Ur
kV
144
288
288
360
360
468
Corriente nominal máx. In
kA
10
10
10
10
10
20
2
2
2
3
3
4
kJ/kVr
4,4
5
5
8
8
10
Corriente máx. de impulso rectangular
A
550
750
1.100
1.100
1.200
1.200
Corriente de cortocircuito máx. tolerable
kA
20
65
65
65
65
65
kNm
0,5
1,2
4
4
4
4
Tensión máxima fase-fase de la Red Um
Clase máx. de descarga de línea
Capacidad máx. de absorción de energía
Carga en servicio máx. permitida
7
Descargador de sobretensión de línea
sin “gap” (NGLA)
Descargadores de línea sin “gap”
Los descargadores de línea sin “gap” en aire
ofrecen la máxima flexibilidad de montaje
y fiabilidad de funcionamiento. Dependiendo de la ejecución del mástil y la ubicación de los aisladores/líneas se pueden
instalar directamente en los aisladores de
líneas aéreas o en el mástil.
Gracias a su capacidad de absorción de
energía, los descargadores de línea sin
“gap” en aire ofrecen una gran protección
frente a las sobretensiones de choque de
conmutación dependiente de la red y los
rayos.
Montaje en cable
de línea
8
Montaje en torre para
líneas aéreas
Montaje en aislador
Y para desconectar los descargadores de
línea galvánicamente de la tensión de red
en el caso improbable de un fallo o una sobrecarga, se instala un desconector en serie. Este desconecta los descargadores de
línea inmediata y automáticamente de la
tensión de red. De este modo las líneas aéreas afectadas pueden permanecer en servicio hasta que sea planificada su sustitución.
Opcionalmente, a los descargadores de línea se puede instalar el nuevo sistema de
control ACM para supervisar el estado.
Junto con el ACM-Advanced, se realiza el
análisis del estado de forma inalámbrica
desde un ordenador y ofrece información
detallada sobre las corrientes de fuga y la
energía disipada.
Posibilidades de fijación para instalación en cable de línea
Abrazadera para cable
simple estándar
Abrazadera para cable
simple estándar
Abrazadera para cable
doble
Abrazadera para cable
triple
Posibilidades de fijación para instalación en torres
Soporte para mástil
flexible
Soporte para mástil
fijo
Soporte para mástil
flexible con sistema
de control (ACM)
Desconector
Vertical sobre el brazo
del mástil
Separador con dispositivo
de alivio de presión
patentado
9
Descargador de sobretensión de
línea con “gap” (EGLA)
Descargadores de línea con “gap” externo en aire
Este tipo de descargadores de línea posee
un GAP en aire externo conectado en serie.
El componente activo del descargador de
línea en circunstancias normales galvánico está desconectado de la tensión de
red. En caso de una sobretensión por
rayo, se activa dicho arco de descarga
atraves del aire y desvía la sobretensión
peligrosa por el arco. Mientras que el
componente activo limita la corriente
entrante de forma que el arco se elimine
en el siguiente paso por el cero de la
corriente a la frecuencia de red. A continuación, el descargador de línea vuelve
inmediatamente al estado de espera. De
este modo el descargador de línea EGLA
impide que todos arcos o flameos en los
aisladores pudieran llevar a breves interrupciones aumentando de este modo la
estabilidad de la red y la disponibilidad
de la línea aérea.
Otra ventaja de los descargadores de
línea EGLA es que no hay corrientes de
fuga ya que el componente activo del
descargador no se encuentra bajo tensión
de servicio gracias a los GAP externos en
serie.
10
Dependiendo de las circunstancias de las
líneas aéreas, por ejemplo la colocación
de los mástiles y los aisladores, las posibilidades de fijación y la tensión de red, se
puede instalar un descargador de línea
EGLA directamente en paralelo a los aisladores de suspension o tensados o en la
cadena de aisladores así como en el brazo
del mástil. El componente activo puede
estar compuesto por una o dos partes.
Este montaje compacto es a menudo la
única posibilidad para instalar descargadores de línea en mástiles ya existentes
con distancias de seguridad limitadas a
otras fases y otros mástiles.
Los descargadores de línea EGLA de
Siemens se encuentran disponibles para
proteger líneas aéreas con tensiones de
sistema máximas de 550 kV.
Todos los EGLAs de Siemens se fabrican y
comprueban con la norma IEC 60099-8
más actual, publicada en enero de 2011.
Formas de montage
Montaje directamente en un aislador de barra
longitudinal de silicona (Siemens tipo 3FL)
Montaje directamente en aislador de
suspension de porcelana
Montaje en el brazo del mástil
Pruebas
Prueba tipo en un descargador de línea EGLA
de 144 kV
Prueba tipo en un descargador de línea EGLA
de 400 kV
11
Selección de proyectos de referencia
1
Línea de transmisión de 115 kV, North East
Utilities, CT, EE.UU., 2007, 2009, 2010
Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red
Situación y clima: de continental a subtropical,
temporada de huracanes, tormentas frecuentes en
verano
Frecuencia de los rayos: muy elevada,
< 30 rayos/km²/año
8
2
Línea de transmisión de 115 kV, Rio Grande
Electric Coop, Texas, EE.UU., 2010
1
7
Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red
2
Situación y clima: de subtropical a tropical, temporada
anual de huracanes de seis meses
3
Frecuencia de los rayos: muy elevada,
< 30 rayos/km²/año
3
Líneas de transmisión de 245 y 420-kV, CFE,
México
4
Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red
Situación y clima: alta montaña, hasta 3.000 m sobre el
nivel del mar, clima alpino
5
6
Frecuencia de los rayos: elevada, < 10 rayos/km²/año
4
Línea de transmisión de 550 kV, ISA, Colombia
Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red
Situación y clima: alta montaña, 2.000 m sobre el nivel
del mar, clima tropical frío
Frecuencia de los rayos: elevada, < 10 rayos/km²/año
5
Línea de transmisión de 245 kV, ISA-REP,
Perú, 2009
Problema principal: alta montaña, frecuencia de los rayos
Situación y clima: alta montaña, tropical
Frecuencia de los rayos: alta, < 10 rayos/km²/año
6
Líneas de transmisión de 123 y 245 kV, CEMIG,
Brasil, 2007, 2008, 2010
Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red
Situación y clima: tropical
Frecuencia de los rayos: de alta a muy alta,
< 30 rayos/km²/año
7
Línea de transmisión de 245 kV,
REN, Portugal, 2005
8
Línea alpina de alta montaña de
123 kV, KELAG, Austria, 2007
Problema principal: compatibilidad
electromagnética
Situación: alta montaña, hasta 2.300 m
sobre el nivel del mar
Condiciones ambientales: normales
Condiciones ambientales: nieve
9 meses/año, frecuencia de los rayos:
mediana, < 5 rayos/km2/año
Frecuencia de los rayos:
baja, < 3 rayos/km2/año
Resistencia de tierra: hasta 1.200 Ω
12
Cantidad media de rayos
por km2 y año
hasta 70
hasta 30
hasta 10
hasta 4
de –0,1 a 1
10
Línea de transmisión de 550 kV, Sotchi,
RAO UES, Rusia, 2007
Problema principal: alta montaña, cable de tierra
congelado
Situación: alta montaña caucásica, hasta 3.000 m sobre el
nivel del mar, largos periodos de lluvia y nieve
Frecuencia de los rayos: elevada, < 10 rayos/km2/año
11
10
9
Línea de transmisión de 170 kV, KEPCo,
Corea del Sur, 2008, 2009, 2011
Primer descargador del línea Siemens con descargador de
chispa externo (EGLA), 2008
11
Problema principal: estabilidad de la red
Situación y clima: estación estival del monzón
120 días de lluvia al año
12
Frecuencia de los rayos: mediana, < 5 rayos/km2/año
12
13
14
15
Líneas de transmisión de 123 y 245 kV,
Vietnam, 2004, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010,
2011
Problema principal: estabilidad de la red
Situación y clima: condiciones ambientales tropicales
variables, tifones en la estación de las lluvias
Frecuencia de los rayos: alta, < 10 rayos/km2/año
5
13
Proyecto EGLA de 123 kV, EGAT, Tailandia,
2010
Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red
Situación y clima: monzónico tropical, hasta 11 meses
húmedos al año
Frecuencia de los rayos: muy alta, < 30 rayos/km2/año
14
NGLA-SESB de 36 kV, Malasia, 2009
EGLA-SESB de 145 kV, Malasia, 2010
NGLA-TNB de 275 kV, Malasia, 2010
Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red
Situación y clima: condiciones ambientales tropicales
variables, tifones en la estación de las lluvias
Frecuencia de los rayos: muy alta, < 30 rayos/km2/año
9
Línea de alta montaña de 420 kV NEK,
Bulgaria, 2004
Situación: alta montaña, hasta 1.800 m sobre el
nivel del mar
Condiciones ambientales: nieve y viento fuerte,
tormentas localizadas frecuentes condicionadas
por la estación,
15
Proyectos de 72,5 y 170 kV, Sumatra,
Indonesia, 2007, 2009, 2010, 2011
Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red
Situación y clima: tropical, precipitaciones frecuentemente muy abundantes
Frecuencia de los rayos: muy alta, < 30 rayos/km2/año
Frecuencia de los rayos: mediana, < 5 rayos/km2/año
Resistencia de tierra: hasta 1.000 Ω
13
Dispositivos de control para descargadores
de sobretensión
Los dispositivos de control se pueden conectar a todos los descargadores que aparecen en este catálogo.
ACM-Advanced
Dispositivo de control del estado
Arrester Condition Monitor (ACM) Advanced
Nº de pedido: 3EX5080-1 (dispositivo ACM)
Nº de pedido: 3EX5085 (módulo USB inalámbrico)
CD de software: incluido en el paquete
Sensor
Indicador
Sensor
Nº de pedido 3EX5060
Indicador
Nº de pedido 3EX5062
Hasta 200 m
Cable de conexión*
Nº de pedido 3EX5963-xx
*Necesario para el funcionamiento
Disponible en diferentes longitudes
14
Nº de pedido (ejemplo)
Descargador en envoltorio de silicona (diseño tipo jaula)
3EL 2120 –2 L M32–4Z Z9
3 E L
Modelo de descargador
Carga mecanica permisible en el cabezal 1,2 kNm
Carga mecanica permisible en el cabezal 4 kNm
Carga mecanica permisible en el cabezal 0,5 kNm
Tensión nominal del descargador en kV
–
Corriente de onda de larga duracion, valores máximos
1
2
5
120
–
0
1
2
6
550 A (3EL5)
750 A (3EL1)
1.100 A (3EL2)
1.200 A (3EL2)
Aplicación
L Descargador de línea
Tipo de envolvente o housing
Clase de descarga de línea
M
2
3
4
LD 2 (3EL5, 3EL1)
LD 3 (3EL2)
LD 4 (3EL2)
Número de modulos del descargador completo
1
2
3
De una pieza
De dos piezas
De tres piezas
–
–
Forma de las aletas o campanas
4
Grande, pequeña
Conexión superior
Z
Diversas (por ejemplo, abrazadera para cable para línea doble, diámetro del cable: 28 mm)
Placa de características
Z
Forma especial para descargadores de línea
Conexión inferior
9
Diversas (por ejemplo, desconector)
Nº de pedido (ejemplo)
Descargador de línea con GAP externo
3 E V 1 144 – 0 L K 1 6
3 E V
Modelo de descargador
Carga mecanica permisible en el cabezal 1,2 kNm
Carga mecanica permisible en el cabezal 4 kNm
Carga mecanica permisible en el cabezal 0,5 kNm
Tensión nominal del EGLA completo en kV
–
Tipo de varistor (según corriente de onda de larga duracion, valores máximos)
550 A (3EL5)
750 A (3EL1)
1.100 A (3EL2)
1.200 A (3EL2)
1
2
5
144
–
0
1
2
6
Aplicación
Descargador de línea
Tipo de envoltura o housing
Capacidad de absorción de energía (relacionada con la clase de descarga de línea)
LD 1 (3EV5)
LD 2 (3EV5, 3EV1)
LD 3 (3EV2)
LD 4 (3EV2)
L K
1
2
3
4
Número de envolturas o modulos que componen el descargador completo
De un modulo activo, con GAP extremo al final del componente activo
De dos modulos activos, con GAP extremo al final del componente activo
De tres modulos activos, con GAP extremo al final del componente activo
De cuatro modulos activos, con GAP extremo al final del componente activo
De dos modulos activos, con GAP extremo entre componentes activos
De cuatro modulos activos, con GAP extremo entre componentes activos
Forma especial
1
2
3
4
6
8
9
15
Publicado por y copyright © 2012:
Siemens AG
Energy Sector
Freyeslebenstrasse 1
91058 Erlangen, Alemania
Siemens AG
Energy Sector
Power Transmission Division
High Voltage Products
Nonnendammallee 104
13629 Berlín, Alemania
www.siemens.com/energy/arrester
Contacto:
Teléfono:+49 30 386 33 222
Fax:
+49 30 386 26 721
Correo electrónico:
arrester.energy@siemens.com
Power Transmission Division
Nº de pedido E50001-G630-A203-X-7800
Impreso en Alemania
Dispo 30002, c4bs No. 7457
fb 4627 WÜ 472600 WS 06121.5
Impreso en papel blanqueado sin cloro
elemental.
Reservados todos los derechos.
Las marcas comerciales mencionadas en este
documento son propiedad de Siemens AG,
sus filiales o respectivos propietarios.
Sujeto a modificaciones sin previo aviso.
Este documento contiene descripciones generales sobre las posibilidades técnicas que pueden,
pero no tienen que darse en el caso individual.
Por ello, las prestaciones deseadas se determinarán en cada caso al cerrar el contrato.