Inteligente, compacto y confiable: innovaciones en el diseño de aparamenta y subestaciones

Nov 16, 2023

Los diseños de aparamenta nuevos y emergentes se centran en la digitalización de las operaciones y la reducción de la huella de las subestaciones. Uno de los principales desafíos que enfrentan las empresas de transmisión y distribución en la expansión de la red son las limitaciones del derecho de vía (DdV). 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 las aparamentas aisladas en gas (GIS), ya que requieren significativamente menos terreno que las aparamentas aisladas en 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 aparamentas digitales, inteligentes e inteligentes, compactas, flexibles y confiables está ganando terreno. Con el apoyo del Internet de las cosas (IoT), los conmutadores digitales permiten el procesamiento de datos que pueden usarse para detectar errores y mal funcionamiento con anticipación, evitando así fallas del sistema y minimizando las pérdidas y los costos de energía.

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

El despliegue de subestaciones GIS está ganando importancia en los segmentos de transmisión y distribución de energía de la India para abordar eficazmente las limitaciones de espacio. Las subestaciones GIS requieren aproximadamente un 35 por ciento menos de espacio que las subestaciones AIS, lo que resulta en menores costos de mantenimiento y menor frecuencia de interrupciones. Aunque el costo inicial de las subestaciones GIS es aproximadamente un 50 por ciento más alto que el de sus contrapartes AIS, los costos de capital generales son comparables.

Los SIG son una alternativa atractiva para zonas densamente pobladas, con alta confiabilidad, menores requisitos de mantenimiento y menor impacto ambiental. Las subestaciones GIS se pueden implementar en interiores o exteriores. Son confiables para servicios de media y baja tensión 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 las aparamentas con aislamiento sólido (SIS), el circuito principal de MT generalmente está encapsulado en materiales aislantes (como resina epoxi). Básicamente, no existe diferencia en el comportamiento de SIS y AIS. Tampoco hay partes bajo tensión 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 (2 SIS) es una tecnología más avanzada con tres capas concéntricas: una parte viva (conductor principal, inserto y tubo de vacío, que está permanentemente conectado a la red y está sujeto a variaciones de tensión), una capa aislante que asegura el aislamiento en todas las condiciones de funcionamiento, y una capa conductora que asegura la continuidad eléctrica y una efectiva conexión a tierra. La tecnología 2SIS ofrece varias ventajas, como la ausencia de envejecimiento de la infraestructura, ausencia de fallos trifásicos o bifásicos y ausencia de efectos de arco interno.

Aparamenta híbrida: Las empresas de servicios públicos están adoptando cada vez más aparamenta híbrida, que combina los componentes de las tecnologías AIS y SF6 GIS. El diseño compacto y modular es particularmente útil para subestaciones que requieren renovación y ampliación y que actualmente utilizan aparamenta AIS. La aparamenta híbrida es especialmente beneficiosa en áreas donde el terreno es caro o limitado. En una subestación híbrida, las barras colectoras están aisladas de aire y todos los demás equipos, como disyuntores, pasatapas, conductos colectores, elementos de conexión, seccionadores, transformadores de corriente y sensores, están aislados de 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: Las aparamentas de vacío están ganando rápidamente popularidad. La tecnología de interrupción en vacío funciona eficientemente en aplicaciones de media tensión. Es más seguro y confiable donde los niveles tanto de fallas como de operaciones son altos. Los cuadros de vacío prácticamente no requieren mantenimiento. Requiere menos energía de accionamiento en los disyuntores y tiene una vida mecánica más larga. Para una distancia de contacto determinada, el vacío proporciona aproximadamente ocho veces más rigidez dieléctrica que el aire y cuatro veces más rigidez dieléctrica que el gas SF6 a un bar. La rigidez dieléctrica de los disyuntores de vacío permite mantener una distancia de contacto muy pequeña. Esta pequeña separación de contacto permite una extinción segura del arco, debido a la alta rigidez dieléctrica del vacío y su rápida recuperación al valor dieléctrico completo después de la interrupción del arco en corriente cero. Esto hace que los cuadros de vacío sean muy adecuados para la conmutación de condensadores.

Aparamenta ecoeficiente: Las aparamentas 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 atmosférica de 3.200 años y un potencial de calentamiento global 23.500 veces mayor que el CO2, lo que causa graves daños al medio ambiente. En promedio, una aparamenta típica contiene 1 kg de SF6, lo que hace que sea crucial eliminar de manera segura la aparamenta de 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 utiliza comúnmente como material aislante en GIS, los proveedores de servicios públicos y tecnología están buscando activamente alternativas ambientalmente seguras. Los equipos de distribución sin SF6 de la nueva era han ganado una atención significativa como parte de nuestros esfuerzos colectivos para lograr los objetivos climáticos. La mezcla alternativa de fluorocetona C5 y gas aire combina buenas características eléctricas y al mismo tiempo reduce el potencial de calentamiento global en casi un 100 por ciento en comparación con el SF6. Las buenas propiedades dieléctricas del C5-FK lo hacen adecuado como material aislante en aparamenta.

Aparamenta digital e inteligente: Hay una gran demanda de equipos de transmisión y distribución más inteligentes, incluidos equipos de conmutación digitales. La aparamenta inteligente garantiza la estabilidad de la red, protege el equipo y no se ve afectada 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 diversos parámetros y transmitir las lecturas a las empresas de servicios públicos y centros de gestión de energía 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. La aparamenta inteligente también puede predecir la demanda de energía mensual dentro de una red de carga. La aparamenta inteligente es fácil de mantener. Ayuda a la gestión inteligente de la energía y a la reducción de las facturas de energía. El cuadro se puede preconfigurar y preprogramar con ayuda de IoT.

Aparamenta de ultra alta tensión (UHV): La demanda de mayor potencia de transmisión y reducción de las 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 aparamentas de alta tensión más compactas. La Power Grid Corporation de la India ha instalado una estación de prueba de 1200 kV en Bina para permitir a los fabricantes instalar y probar sus equipos UHV. Por lo general, las redes de CA UHV requieren aparamenta que pueda manejar la demanda de conmutación para operaciones normales y brindar protección en caso de un cortocircuito.

Neto, neto, los nuevos diseños de celdas satisfacen las necesidades de las empresas de servicios públicos para minimizar los requisitos de DdV y promover operaciones sustentables. Estos avances facilitarán la rápida expansión de la red de transmisión y distribución del país y respaldarán las transiciones energéticas. En general, mejorar la infraestructura obsoleta y digitalizar las operaciones de subestaciones y aparamentas contribuirá en gran medida a garantizar un suministro de energía confiable en el país, minimizando al mismo tiempo los costos de operación y mantenimiento, así como las interrupciones.