Puntos importantes en los estudios de ingeniería en equipos de interruptores aislados por gas de alta tensión (GIS)
Puntos importantes en los estudios de ingeniería en equipos de interruptores aislados por gas (GIS) de alta tensión
Estudios de Ingeniería en Equipos de Interruptores Aislados por Gas (GIS)
Una vez que el ingeniero eléctrico ha definido la configuración preliminar del GIS y ha determinado y especificado los datos del equipo principal, se deben realizar estudios adicionales relacionados con los aspectos de ingeniería, así como la logística de entrega e instalación.
Los estudios de ingeniería más cruciales se resumen a continuación:
1. Condiciones de Tensión de Recuperación Transitoria (TRV)
El ingeniero eléctrico debe estipular que el fabricante realice un estudio TRV. Este estudio tiene como objetivo evaluar la tasa de aumento de la tensión de recuperación (RRRV) en el peor de los casos y la tensión pico máxima a través de los interruptores, teniendo en cuenta la respuesta transitoria de la red eléctrica que rodea al GIS. Los valores calculados de TRV deben compararse con las clasificaciones TRV garantizadas por el informe de prueba del interruptor y con los sobres TRV estándar disponibles en las normas industriales.
La TRV experimentada por un interruptor es la tensión entre sus terminales después de la interrupción de la corriente. La forma de la onda TRV se determina por las características de la red eléctrica alrededor del interruptor. Generalmente, la tensión TRV sobre un interruptor depende de la ubicación del fallo, la magnitud de la corriente de fallo y la configuración de conmutación del equipo de maniobra. Dado que la TRV es un parámetro decisivo para una interrupción exitosa de la corriente, los interruptores suelen someterse a pruebas de tipo en laboratorio para soportar una TRV estandarizada. Esta TRV estandarizada se define por un sobre de cuatro parámetros (un sobre de dos parámetros para interruptores de hasta 100 kV). El primer período presenta una alta tasa de aumento, seguido de un período subsiguiente con una tasa de aumento menor. La pendiente del primer período del sobre TRV se define como la tasa de aumento de la tensión de recuperación (RRRV). En casos donde la amplitud de la corriente de corte de cortocircuito es extremadamente baja, deben considerarse sobres de dos parámetros para evaluar la tensión TRV sobre un interruptor.
Figura 1: Curva TRV en Interruptor de Alta Tensión
El objetivo de este estudio es evaluar la RRRV en el peor de los casos y la tensión pico máxima a través de los interruptores dentro del GIS, basándose en la respuesta transitoria de la red eléctrica que rodea el equipo de maniobra.
Para obtener más detalles sobre la TRV, puede consultar este artículo.
2. Condiciones de Transitorios Muy Rápidos (VFT)
El ingeniero eléctrico debe exigir que el fabricante realice un estudio VFT. En los equipos de interruptores aislados por gas (GIS), pueden ocurrir sobretensiones VFT con frecuencias de oscilación en el rango de MHz durante las operaciones de interruptores de desconexión. Esto se debe al colapso rápido de la tensión en unos pocos nanosegundos y a la longitud y diseño coaxial del GIS.
En la zona cercana al interruptor de desconexión operado, pueden generarse frecuencias superiores a 100 MHz. En ubicaciones más adentro del GIS, se pueden esperar frecuencias en el rango de varios MHz.
Las frecuencias y amplitudes de los VFT se determinan por la longitud y el diseño del GIS. Debido a la naturaleza de ondas viajeras de este fenómeno, las tensiones y frecuencias varían de un lugar a otro dentro del GIS.
Es probable que ocurran altas amplitudes cuando se conmutan segmentos largos de barras aisladas por gas y cuando hay barras derivadas en la fuente de la sección principal de la barra. Si las frecuencias naturales de la fuente y el extremo conmutado de la barra son similares y la diferencia de tensión a través del interruptor de desconexión es grande, habrá una diferencia de tensión significativa durante la apertura del interruptor de desconexión. Generalmente, las amplitudes más altas de los VFT se encuentran en secciones abiertas del GIS.
Figura 2: Ejemplo de Forma de Onda VFTO en GIS de 750 kV
El objetivo de este estudio es simular las sobretensiones VFT dentro del GIS que se generan al energizar segmentos de equipos de maniobra utilizando interruptores de desconexión. Además, se deben calcular las sobretensiones VFT resultantes de las operaciones de conmutación de interruptores.
3. Estudios de Coordinación de Aislamiento
El ingeniero eléctrico debe estipular que el fabricante realice estudios de coordinación de aislamiento. Este estudio es necesario para confirmar la ubicación y cantidad de pararrayos de tipo metálico cerrado en GIS, que son cruciales para proteger el equipo GIS, cualquier circuito de cables subterráneos interconectados y otros equipos aislados por aire.
El estudio de coordinación de aislamiento examina las tensiones de sobretensión presentes en el equipo de interruptores aislados por gas, sus bays y cables. Estas tensiones son inducidas por sobretensiones de rayo que se acercan a la subestación y a las líneas conectadas a ella. Por lo tanto, para varias configuraciones de subestación especificadas, incluida la configuración de operación normal, se deben simular las tensiones de sobretensión máximas dentro del GIS y en los bays, causadas por descargas de rayo típicas (como descargas remotas, descargas directas a conductores y descargas a las últimas torres de líneas aéreas).
El nivel de coordinación de aislamiento adecuado debe validarse comparando los niveles de aislamiento de cada equipo con las tensiones de sobretensión máximas previstas. Esta comparación debe considerar los factores de corrección y seguridad máximos según las normas de la industria.
4. Cálculos de Clasificación Térmica
El ingeniero eléctrico debe exigir que el fabricante ofrezca cálculos de clasificación térmica para todo el equipo y dispositivos en las rutas de corriente principales. Estos cálculos de clasificación térmica deben determinarse de acuerdo con la metodología de clasificación de la instalación del usuario y la Autoridad de Operación del Sistema Regional.
5. Efectos de la Ferroresonancia
El ingeniero eléctrico debe especificar que se realice un estudio para determinar si existe la posibilidad de que ocurra ferroresonancia en relación con la conmutación de transformadores de potencial en el GIS. El estudio no solo debe indicar la gravedad de la condición, sino también recomendar medidas de mitigación, como el uso de inductancias sintonizadas.
6. Resistencia y Capacitancia del GIS
El ingeniero eléctrico debe exigir que el fabricante proporcione los valores calculados y medidos de capacitancia y resistencia para cada componente en el GIS. Esto incluye, pero no se limita a, bujes, barras, interruptores y disyuntores.
7. Cálculos Sísmicos
El ingeniero eléctrico debe exigir que el fabricante suministre toda la documentación relacionada con las pruebas de diseño sísmico (según se especifica por el fabricante en la documentación del GIS).
8. Compatibilidad Electromagnética
El ingeniero eléctrico debe especificar que el fabricante realice estudios sobre blindaje y procedimientos de mitigación para abordar las interferencias con el control, protección, diagnóstico y monitoreo del equipo.
9. Aspectos de Ingeniería Civil
El ingeniero debe solicitar que el fabricante proporcione documentación para cualquier diseño civil especial requerido por condiciones específicas del sitio para acomodar el GIS.
10. Aterramiento y Unión
El ingeniero eléctrico debe especificar que el fabricante realice estudios de aterramiento de acuerdo con la versión actual de la Norma IEEE 80. El fabricante debe asegurarse de que el aterramiento del equipo GIS cumpla con el Código Nacional de Seguridad Eléctrica C2 y la Norma IEEE 80.
Todos los estudios deben presentarse en informes formales y enviarse al usuario dentro del plazo especificado después de la adjudicación del contrato. Se debe proporcionar toda la documentación relevante, incluyendo, pero no limitado a, cálculos, curvas, supuestos, gráficos y salidas de computadora, para respaldar las conclusiones extraídas.
11. Estudios Logísticos
La Figura 2 presenta un ejemplo de una curva VFTO en un GIS de 750 kV (por favor, consulte esta publicación).
La Figura 1 muestra una curva de tensión de recuperación transitoria después de la extinción final de la corriente en un interruptor de alta tensión.
