7 - DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS (continuación)
7.4 - SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS
La técnica ofrece equipamiento que orienta hacia dos tipos de soluciones constructivas básicas:
Las tecnologías son totalmente distintas, sin embargo puede concebirse una mezcla de ambas realizando:
Llamamos así a las estaciones aisladas en aire, porque son las mas difundidas, las de tecnología mas antigua, las que estamos acostumbrados a ver.
Su importancia subsiste por varias razones:
- ventajas de explotación y mantenimiento, facilidad de instalación, poco requerimiento de especialización.
- los conjuntos se forman con aparatos separados
- las fases están aisladas en aire ambiente
- la gran separación entre las fases representa esfuerzos electrodinámicos modestos
- la instalación individual se resuelve con cálculos simples, al no haber vínculos no hay solicitaciones mutuas, solo hay solicitaciones simples sobre cada aparato. La concepción es simple los cálculos son elementales, los esfuerzos son limitados
- el esquema es visible, claro.
- se requiere poca especialización, herramientas simples
- la instalación solo requiere productos y servicios que pueden ser locales, obras civiles, carpinterías, conductores, cables, aparatos que pueden ser de distintas procedencias.
- facilidad de recuperar, modernizar, cambiar, evolucionar.
- flexibilidad para cambios de esquemas, acepta equipos cualesquiera.
- flexibilidad frente a ampliaciones
La necesidad de reducir tamaños ha obligado al desarrollo de estaciones de tamaño reducido, iniciando con la técnica del aire comprimido, el éxito se obtuvo el utilizar el SF6.
El diseño de todos los equipos y de las barras de conexión se desarrolla dentro de tanques chicos que contienen el gas aislante.
Los disenios son muy dependientes del fabricante, que realiza distintos modulos para distintas aplicaciones y tensiones.
En tensiones menores algunos fabricantes adoptan soluciones trifasicas con las tres fases (en disposicion triangulo) contenidas en un recinto (cilindro) comun.
Para las tensiones mayores en cambio las soluciones son con fases separadas, independientes.
Conviene observar ejemplos de un mismo fabricante para ver los cambios de criterios al crecer de la tension.
Veamos soluciones utilizadas hasta 170 kV con las barras en un solo recinto, la
Figura 11-5 muestra la seccion de un campo de salida con cable desde un sistema de doble barra.La
Figura 11-7a muestra como se realiza la instalacion, dentro de edificio y con facilidades de elevacion (puente grua) para montaje y mantenimiento, el ingreso para esta caso se hace a traves de cables, la Figura 11-7b muestra el caso de ingreso desde linea aerea, se destaca la diferencia de espacio que requiere la interfase aire gas, haciendo que la reduccion de espacio tan mentada no sea tal.Para limitar los problemas que causaria una eventual perdida o contaminacion del gas, la construccion se realiza en distintos compartimientos estancos unos a otros. La estanqueidad se logra con barreras que tambien cumplen la funcion de soportes de barras, separando los recintos. En cada recinto se vigila la presion del gas para advertir eventuales pardidas antes que estas traigan consecuencias a la aislacion que depende del gas y de su presion. La
Figura 11-7c muestra los distintos compartimientos estancos.Con tensiones mas elevadas (245 kV) se hace la separacion fase por fase, la
Figura 11-8a muestra, el corte con el ingreso de un cable, la planta Figura 11-8b. Es necesario mirar el diagrama unifilar correspondiente Figura 11-8c para comprender los detalles de la planta, observense, cables entrantes, salida a un transformador, la simple barra, con un seccionador de barras.Para un esquema unifilar de simple juego de barras con barra auxiliar, la
Figura 11-9a muestra la entrada de una linea aerea, la Figura 11-9b la planta, y la Figura 11-9c el esquema unifilar de observense la entrada de linea aerea, el campo con el interruptor entre barra auxiliar y principal, la entrada con cable.La disposicion de los interruptores en las tensiones menores es con su eje vertical, pero para tensiones mas elevadas se prefiere el eje horizontal que permite mayor facilidad para el mantenimiento, aunque ocupa mucho lugar.
Observemos soluciones usadas hasta 525 kV, la
Figura 11-11a muestra la vista de un sistema de interruptor y medio con una entrada de linea y un transformador y la Figura 11-11b es un esquema en planta simplificado de una fase, se destaca el detalle de la disposicion de los polos de los interruptores, la Figura 11-11c esquema unifilar correspondiente.Los conceptos de disenio de las soluciones tradicionales estan fuertemente arraigados, y cuando se adoptan soluciones blindadas frecuentemente se observa que el esquema unifilar planteado en la ingenieria basica no se rediscute, surge la pregunta: tiene sentido adoptar esquemas electricos complejos en las soluciones blindadas?
Esta pregunta sin duda es motivo de una profunda y necesaria discusion, que seguramente por la mayor confiabilidad de los componentes de la estacion blindada, y por las distintas necesidades que se plantean ante una intervencion de mantenimiento, reparacion o ampliacion nos orientara hacia esquemas simples y con facilidades de by pass.
Siempre se puede aprender de las historias pasadas, entre los anios 50 y 60 las cabinas de media tension (construidas con aparatos sueltos y con tabiques de mamposteria) se comenzaron a sustituir por tableros (metal clad), pero se quisieron mantener los disenios de doble juego de barras que optimos para el mantenimiento en soluciones abiertas, degradaron la confiabilidad de los tableros ofreciendo facilidades (teoricas) que no se aprovechaban en servicio y que degradaban (por la mayor cantidad de componentes) la confiabilidad, quizas estemos frente una situacion analoga.
Veamos ahora un sistema de 800 kV, la
Figura 11-12a muestra la vista dos entradas de linea, es dificil entender la topologia, observemos la Figura 11-12b la planta de una fase, los dos sistemas de barras, los polos de los interruuptores, volvamos a la Figura 11-12a.La
Figura 11-12c muestra el esquema unifilar, doble barra con seccionadores que permiten el by pass del interruptor, o el by pass de toda la estacion uniendo directamente entrada y salidaAprovechando partes de los diseños blindados se puede intentar introducirlos en estaciones convencionales, lográndose interesantes reducciones de espacio, o la posibilidad de elevar la tensión de la estación sin necesidad de incrementar los tamaños.
La construcción blindada puede incluir interruptor, transformadores de corriente, seccionadores.
La construcción convencional en cambio incluye las barras, las entradas de líneas con seccionadores, transformadores de tensión, descargadores, bobina filtro y capacitor de acople.
El transformador de potencia puede estar unido al interruptor con un conducto blindado, que incluirá los descargadores.
Las siguientes figuras son ejemplos de estas soluciones, la
Figura 11-30a muestra un sistema de doble juego de barras 420 kV, con aislacion en aire, en el cual para reducir parcialmente el espacio se ha instalado un conjunto interruptor, transformadores de corriente y seccionador de tipo blindado, lograndose una solucion hibrida.La
Figura 11-30b muestra un sistema de interruptor y medio de 525 kV, con aislacion en aire, realizado tambien en forma hibrida, en el detalle de la planta se observa como estan dispuestos los tres interruptoresLa
Figura 11-31 muestra el esquema unifilar de una estacion de 420 kV con esquema de interruptor y medio que permite aplicar el detalle antes vistoESTACIONES CONVENCIONALES COMPACTAS
Hace años por distintas razones se construyeron estaciones convencionales dentro de edificios, el esquema eléctrico debía ser simple para que la obra resultara razonable, las barras fijadas a la pared o techo, los interruptores seccionables, los tamaños se trataban de reducir al máximo.
La crisis del espacio ha invadido también las soluciones intemperie, en espacios que el resto de usos ha dejado reducidos se deben insertar estaciones eléctricas, frecuentemente, en especial en espacios próximos a las industrias donde antes había una estación de 13.2 o 33 kV se debe lograr quepa un centro de distribución de 132 kV.
Una solución la ofrecieron las estaciones blindadas, pero a pesar de su buen resultado, la solución es vista con recelo especialmente por quienes tienen instalaciones convencionales, y las ideas se orientaron a lograr hacer mas compactos los diseños convencionales.
La
figura 7.1 muestra una primera necesidad, resuelta con equipamiento totalmente convencionalEl espacio ocupado por el conjunto interruptor, transformadores de corriente seccionadores parece digno de objeción, y a este se ha dedicado el proyectista que propone la solución mostrada por la
figura 7.2 que debe observarse con atención, buscando en particular los seccionamientos:La solución obtenida esta muy ligada al fabricante del interruptor, que ha combinado su forma de cilindro vertical, con un seccionador rotativo del tipo de tres columnas, la reducción de espacio ocupado es muy interesante.
Una solución de este tipo exige un interruptor muy confiable, con mínimo mantenimiento en la zona que entra en tensión, ya que al no haber distancias suficientes las intervenciones de mantenimiento exigen sacar de tensión media estación completa abriendo el seccionador de barras.
El dispositivo en la base del interruptor que produce su rotación debe ser sólido y seguro, ya que es el elemento esencial para la confiabilidad y flexibilidad de la estación, no olvidando que es la interfase entre interruptor y su fundación... recibe y transmite los golpes que la actuación del interruptor implica.
La observación de la planta (
figura 7.3) nos muestra los compromisos de espacio.Al analizar esta propuesta se observa inmediatamente la necesidad de que el esquema sea simple, debiendo pensarse en un simple juego de barras partidas, y perdiendo sentido la búsqueda de soluciones con este tipo de interruptores en doble juego de barras.
Los fabricantes de interruptores recomiendan esta solución porque incluye seccionadores (elementos que hacen el seccionamiento) de mejor nivel de confiabilidad (tecnológicamente mejor desarrollados) que los que fabrican sus competidores (que no son fabricantes de interruptores y por tanto no pueden realizar esta propuesta).
Las aplicaciones mostradas corresponden a sistemas llamados H con cuatro interruptores, y a continuación se observa la solución con dos interruptores (
figura 7.4).En la planta se observa la llegada de una sola línea, quizás la segunda línea aparezca en el futuro (
figura 7.5).Otras fabricas ofrecen otras soluciones, interruptores seccionables por desplazamiento como en media tensión, la dificultad del diseño es que los puntos de entrada y salida al interruptor deben estar ambos del mismo lado.
Otra idea es que el interruptor tenga la cámara de interrupción horizontal y que se desplace hacia el suelo cuando se lo secciona.
Las barras se desarrollan en una disposición llamada nabla, el esfuerzo de comprensión de la disposición vale la pena, la solución constructiva requiere una adecuada morseteria por las uniones entre barras.
La planta (
figura 7.6) que se presenta a continuación también se desarrolla sobre un esquema H con cinco interruptores, puede analizarse como seria con menos.Al observar los correspondientes cortes (
figura 7.7), se ven las trazas de las barras, que pasan por distintas ubicaciones al relacionar los distintos nodos eléctricos.La reflexión que sigue, para quien acostumbrado a razonar sobre esquemas tradicionales es que estas soluciones son demasiado rígidas, y entonces parecen menos confiables que las soluciones convencionales por ejemplo de doble juego de barras.
Si se desarrolla un estudio de confiabilidad, asignando adecuados valores a los componentes, se puede demostrar que las ventajas de estos diseños compensan ampliamente las limitaciones y falta de flexibilidad del esquema eléctrico (H) que adoptan.
Otro fabricante propone una solución con interruptores de los llamados de tanque muerto (a tierra), esta solución con un seccionador especialmente diseñado permite realizar soluciones compactas de doble juego de barras
(figura 7.8), el diseño de seccionadores especiales que utilizan como contactos fijos el mismo interruptor, o un transformador de tensión permite una ulterior reducción de espacio (figura 7.9 a y figura 7.9 b), se han evaluado también las reducciones que se muestran en la tabla siguiente.|
Solución |
Convencional |
Compacta |
GIS Blindada |
|
Superficie |
100 |
55 |
17 |
|
Volumen |
100 |
80 |
20 |
|
Costo materiales |
100 |
100 |
300 |
|
Tiempo montaje |
100 |
65 |
18 |
Para tres diseños, convencional, compacto como los aquí presentados, y blindada (aislada en gas) se han comparado las características: la superficie ocupada en el suelo, el volumen ocupado (altura), los costos de materiales, y los tiempos de montaje (en alguna medida el costo de montaje), los valores indicados están dados en porcentaje de la solución convencional tomada como base (correspondiente a tensión nominal de 123 a 170 kV).
Que se busca con esta racionalización de diseños?
Además son convenientes, y valiosas, las siguientes cualidades:
Estas cualidades pueden valorizarse al comparar distintas soluciones frente a la necesidad de optar por la solucion mejor.