Inteligente, Compacto y Confiable: Innovaciones en diseño de interruptores y subestaciones

May 29, 2023

Los diseños de aparamenta nuevos y emergentes se centran en la digitalización de las operaciones y en la reducción del espacio físico de las subestaciones. Uno de los principales desafíos que enfrentan las empresas de servicios públicos de transmisión y distribución en la expansión de la red son las restricciones del derecho de paso (RoW). Para abordar este problema, las empresas de servicios públicos están adoptando cada vez más nuevas soluciones tecnológicas. Las empresas de servicios públicos están adoptando cada vez más la aparamenta aislada con gas (GIS), ya que requiere una cantidad significativamente menor de terreno en comparación con la aparamenta aislada con aire (AIS). Las subestaciones híbridas, que combinan GIS y AIS, también ofrecen soluciones potenciales para minimizar los requisitos de espacio. Aparte de esto, el uso de aparamenta digital, inteligente e inteligente compacta, flexible y fiable está ganando terreno. Con el apoyo de Internet de las cosas (IoT), la aparamenta digital permite el procesamiento de datos que se pueden utilizar para detectar errores y fallas de funcionamiento por adelantado, evitando así fallas en el sistema y minimizando las pérdidas y los costos de energía.

SIG: GIS es esencialmente compacto y encapsulado en metal, y consta de equipos de alta tensión (HV), como disyuntores y seccionadores. En las subestaciones GIS, todos los componentes, incluidas las barras colectoras, los interruptores automáticos, los transformadores de corriente y los transformadores de potencial y otros equipos de la subestación, se colocan dentro de módulos llenos de gas hexafluoruro de azufre SF6. Tradicionalmente, GIS utiliza SF6 como medio de aislamiento.

El despliegue de subestaciones GIS está cobrando protagonismo en los segmentos de transmisión y distribución de energía de la India para abordar de manera efectiva las limitaciones de espacio. Las subestaciones GIS requieren aproximadamente un 35 por ciento menos de espacio que las subestaciones AIS, lo que se traduce en menores costos de mantenimiento y frecuencia de cortes. Aunque el costo inicial de las subestaciones GIS es aproximadamente un 50 por ciento más alto que el de sus contrapartes AIS, los costos generales de capital son comparables.

GIS es una alternativa atractiva para áreas densamente pobladas, con alta confiabilidad, requisitos de mantenimiento reducidos y menor impacto ambiental. Las subestaciones GIS se pueden implementar en interiores o exteriores. Son confiables para servicio de voltaje medio y bajo y son particularmente útiles para ubicaciones industriales, hospitales y sociedades de vivienda donde el espacio es limitado. Además, debido al tamaño más pequeño de las subestaciones GIS, son muy adecuadas para áreas ecológicamente sensibles, ya que minimizan la huella ambiental. Sin embargo, una de las preocupaciones con el creciente despliegue de GIS es el uso extensivo de SF6 como medio aislante y de extinción de arco. El SF6 ha sido clasificado como gas de efecto invernadero y es muy potente en términos de calentamiento global.

Aparamenta con aislamiento sólido: En la aparamenta con aislamiento sólido (SIS), el circuito principal de MT generalmente está encapsulado en materiales aislantes (como resina epoxi). Fundamentalmente, no hay diferencia en el comportamiento de SIS y AIS. Tampoco hay partes vivas visibles a lo largo del circuito principal. Sin embargo, el problema de la variación del campo eléctrico surge en condiciones ambientales adversas. El SIS blindado (SIS 2) es una tecnología más avanzada con tres capas concéntricas: una parte viva (conductor principal, inserto y botella de vacío, que está permanentemente conectada a la red y está sujeta a variaciones de voltaje), una capa aislante que asegura el aislamiento en todas las condiciones de operación, y una capa conductora que asegura la continuidad eléctrica y una conexión a tierra efectiva. La tecnología 2SIS ofrece varias ventajas, como el envejecimiento de la infraestructura, la ausencia de fallas trifásicas o bifásicas y la ausencia de efectos de arco interno.

Aparamenta híbrida: Las empresas de servicios públicos están adoptando cada vez más la aparamenta híbrida, que combina los componentes de las tecnologías AIS y SF6 GIS. El diseño compacto y modular es particularmente útil para las subestaciones que requieren renovación y ampliación y que actualmente utilizan aparamenta AIS. La aparamenta híbrida es especialmente beneficiosa en áreas donde la tierra es costosa o limitada. En una subestación híbrida, las barras colectoras están aisladas en aire y todos los demás equipos, como interruptores automáticos, boquillas, conductos colectores, elementos de conexión, seccionadores, transformadores de corriente y sensores, están aislados en gas. Las subestaciones híbridas se caracterizan por un diseño modular compacto, que combina una variedad de funciones en un solo módulo. El costo inicial de las subestaciones híbridas es aproximadamente un 20 por ciento más alto que el de AIS, y estas subestaciones requieren una cantidad moderada de terreno.

Aparamenta de vacío: La aparamenta de vacío está ganando rápidamente popularidad. La tecnología de interrupción de vacío funciona de manera eficiente en aplicaciones de media tensión. Es más seguro y confiable donde los niveles tanto de fallas como de operaciones son altos. La aparamenta de vacío casi no requiere mantenimiento. Requiere menos energía de accionamiento en los interruptores automáticos y tiene una vida mecánica más larga. Para un espacio de contacto dado, el vacío proporciona aproximadamente ocho veces más rigidez dieléctrica que el aire y cuatro veces más rigidez dieléctrica que el gas SF6 en una barra. La rigidez dieléctrica de los interruptores automáticos al vacío permite mantener un espacio de contacto muy pequeño. Este pequeño espacio de contacto permite apagar el arco de forma segura, debido a la alta rigidez dieléctrica del vacío y su rápida recuperación al valor dieléctrico total después de la interrupción del arco en corriente cero. Esto hace que la aparamenta de vacío sea muy adecuada para la conmutación de condensadores.

Aparamenta ecoeficiente: Las celdas y subestaciones convencionales emplean gas SF6 o una combinación de combustibles y aceites en los mecanismos hidráulicos. Sin embargo, el uso de SF6 como material aislante supone un peligro para el medio ambiente. El SF6 es un gas de efecto invernadero con una vida útil en la atmósfera de 3200 años y un potencial de calentamiento global 23 500 veces mayor que el CO2, lo que causa un gran daño al medio ambiente. En promedio, una aparamenta típica contiene 1 kg de SF6, por lo que es fundamental desechar de forma segura la aparamenta con SF6 para evitar la liberación del gas a la atmósfera, ya que sus subproductos tóxicos afectan negativamente a la salud humana.

Debido a los efectos ambientales perjudiciales del SF6, que se usa comúnmente como material aislante en GIS, los proveedores de servicios públicos y tecnología están buscando activamente alternativas ambientalmente seguras. La aparamenta sin SF6 de la nueva era ha ganado una atención significativa como parte de nuestros esfuerzos colectivos para alcanzar los objetivos climáticos. La mezcla alternativa de fluorocetona C5/gas de aire combina buenas características eléctricas al mismo tiempo que reduce el potencial de calentamiento global en casi un 100 por ciento en comparación con el SF6. Las buenas propiedades dieléctricas de C5-FK lo hacen adecuado como material aislante en aparamenta.

Aparamenta digital e inteligente: Los equipos de transmisión y distribución más inteligentes, incluidos los conmutadores digitales, tienen una gran demanda. El conmutador inteligente garantiza la estabilidad de la red, protege el equipo y no se ve afectado por las fluctuaciones de carga de la red. El uso de aparamenta inteligente equipada con comunicación bidireccional en tiempo real está ganando terreno. La aparamenta inteligente es capaz de medir varios parámetros y transmitir las lecturas a las empresas de energía y los centros de gestión en tiempo real. La monitorización y configuración de los sistemas se puede realizar desde un centro de control remoto. Los sistemas pueden detectar rápidamente chispas eléctricas y otras anomalías que pueden prevenir cortocircuitos, sobrecargas, fallas de componentes, etc. Los interruptores inteligentes también pueden predecir la demanda de energía mensual dentro de una red de carga. La aparamenta inteligente es fácil de mantener. Ayuda en la gestión inteligente de la energía y la reducción de las facturas de energía. La aparamenta se puede preconfigurar y preprogramar con la ayuda de IoT.

Aparamenta de ultra alta tensión (UHV): La demanda de mayor potencia de transmisión y reducción de pérdidas de transmisión por línea está impulsando la adopción de niveles UHV, que involucran voltajes nominales de 800 kV, 1100 kV y 1200 kV. El uso de envolventes metálicas y aislamiento de gas SF6 permite el desarrollo de aparamenta HV más compacta. Power Grid Corporation of India ha establecido una estación de prueba de 1200 kV en Bina para permitir que los fabricantes instalen y prueben sus equipos UHV. Por lo general, las redes de CA UHV requieren equipos de conmutación que puedan manejar la demanda de conmutación para operaciones normales y brinden protección en caso de un cortocircuito.

Neto, neto, los nuevos diseños de aparamenta satisfacen las necesidades de las empresas de servicios públicos para minimizar los requisitos de RoW y promover operaciones sostenibles. Estos avances facilitarán la rápida expansión de la red de transmisión y distribución del país y respaldarán las transiciones energéticas. En general, la actualización de la infraestructura obsoleta y la digitalización de las operaciones de subestaciones y conmutadores contribuirá en gran medida a garantizar un suministro de energía confiable en el país, al tiempo que minimiza los costos de operación y mantenimiento, así como las interrupciones.