SUBESTACIÓN HÍBRIDA DE ALTA TENSIÓN CON BARRAS COLECTORAS BAJO UN REVESTIMIENTO METÁLICO Y UNA FASE
AUXILIAR CON AISLAMIENTO DE AIRE
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona a una subestación híbrida de alta tensión que tiene barras colectoras y desconectores que están bajo el revestimiento metálico y aislados con gas utilizando una tecnología de aislamiento con gas y revestimiento metálico, y el resto del equipo es aislado con aire utilizando la tecnología convencional de aislamiento con aire. Más particularmente, la invención se relaciona a una mejora para este tipo de subestación, que consiste en adicionar una fase auxiliar que utiliza una tecnología convencional de aislamiento con aire, y hacer posible reducir considerablemente el tiempo no disponible de la subestación cuando se realiza una intervención en las barras colectoras. Debe precisarse que la abreviatura GIS (* Sistema de Aislamiento con Gas") comúnmente se utiliza para designar la tecnología de aislamiento con gas y de revestimiento metálico aplicada a "aparatos blindados", y que la abreviación AIS ( "'Sistema de Aislamiento con Aire" ) designa la tecnología de aislamiento con aire. REF: 130832
Como preámbulo, debe explicarse el concepto de una subestación "híbrida", porque es relativamente nuevo. El objetivo principal es reducir la superficie de suelo ocupada por las subestaciones convencionales de AIS, conservando a la vez las ventajas de la tecnología de AIS en lo que respecta al costo y facilidad con que puedan reemplazarse los componentes, y también las ventajas de la tecnología de GIS por lo que respecta al volumen reducido y la insensibilidad a la polución. Debe remarcarse que los inconvenientes de la tecnología de GIA en comparación con la tecnología de AIS, son principalmente los costos más elevados, y la complejidad del mantenimiento y extensión, lo que conduce a una indisponibilidad de la subestación durante algunos días. Las ventajas de la tecnología de GIS con respecto a las de la tecnología de AIS es que ofrecen principalmente un volumen reducido, y una insensibilidad a la polución, en particular en las barras colectoras. Además, generalmente para limpiar los aisladores de una subestación de GIS, es necesario solamente aislar cada tramo a su vez, considerando que para la limpieza de los aisladores de las barras colectoras de una subestación de AIS, es necesario aislar todas las barras colectoras. La realización de una subestación híbrida consiste en reemplazar progresivamente el equipo de la
tecnología de Gis por el equipo de la tecnología de AIS de función equivalente, a partir del equipo situado en la cercanía de una salida aérea y dirigido hacia las barras colectoras. La configuración óptima que responde a los objetivos anteriores consiste por una parte, en equipar la subestación con las barras colectoras y desconectores de revestimiento metálico (GIS) , y por otra, utilizando la tecnología convencional de AIS para el resto del equipo. Esa solución técnica procura la mayoría de las ventajas del equipo bajo revestimiento metálico y del equipo aislado con aire, sin tener sus respectivos inconvenientes . Para optimizar la ocupación de la superficie de suelo, el Solicitante ha diseñado una arquitectura que permite recibir las barras colectoras bajo un pórtico central que puede servir como un pórtico de final de línea para las salidas sobre el mismo lado del pórtico. La ventaja de esta arquitectura con respecto a un montaje convencional que utiliza toda la tecnología de AIS, aparece en la Figura 1 en donde puede observarse que es posible omitir el pórtico convencional de final de línea puesto que es innecesario en un sistema de GIS/AIS híbrido. También se ha diseñado por el Solicitante una configuración que tiene las salidas
mutuamente opuestas de forma directa, que es particularmente ventajosa con respecto a la superficie de suelo utilizada, la cual se muestra en la Figura 4. Sin embargo, estos sistemas híbridos de GIS/AIS presentan inconvenientes como se comparó con los sistemas que usan la tecnología convencional total de AIS. En particular, cuando se lleva a cabo el mantenimiento en un juego doble de barras colectoras con revestimiento metálico, es frecuentemente necesario poner fuera de tensión dos barras colectoras asignadas a una misma fase, lo que conduce a una indisponibilidad de la subestación de tres a cuatro días en promedio, debido a la complejidad de las intervenciones sobre el equipo de tecnología de GIS. En primer lugar, para algunos tipos de intervenciones, es esencial poner fuera de tensión dos barras colectoras de una misma fase, en particular cuando se lleva a cabo el mantenimiento en un desconector interruptor de selección para estas dos barras. Durante la intervención, es necesario vaciar el gas que aisla los compartimientos del desconector y del paso de cable. En segundo lugar, para otros tipos de intervenciones, no es absolutamente indispensable poner fuera de tensión simultáneamente a las dos barras colectoras de una misma fase, como en otros tipos de intervenciones donde, por ejemplo, se extiende un juego
de barras colectoras, o se agregan nuevos compartimientos de revestimiento metálico consecutivamente en alineamiento con los compartimientos existentes. Pueden aislarse las barras colectoras que van a extenderse (fuera de tensión) en un momento por los desconectores interruptores de selección, por lo cual es posible mantener la subestación en servicio durante la intervención. Sin embargo, para obtener la máxima seguridad al realizar este trabajo, se prefiere frecuentemente aislar completamente ambas barras colectoras en lugar de poner fuera de tensión solamente una barra colectora. Por lo tanto, la mayoría de las intervenciones en las barras colectoras con revestimiento metálico en una subestación híbrida involucran el aislamiento de dos barras colectoras de la misma fase, lo que conduce a una indisponibilidad de toda la subestación. Un objeto de la invención es reducir considerablemente el tiempo de indisponibilidad de una subestación híbrida durante una intervención en el equipo con revestimiento metálico Con esta finalidad, la invención proporciona una subestación de alta tensión que comprende en primer lugar el equipo implementado que utiliza la tecnología bajo revestimiento metálico, constituido por lo menos
con un juego sencillo o doble de barras colectoras, y en segundo lugar con el equipo implementado que utiliza la tecnología convencional de aislamiento con aire para formar las salidas colocadas en los tramos aproximadamente perpendiculares al juego de barras colectoras, la subestación de alta tensión se caracteriza por que incorpora al menos una línea auxiliar con aislamiento de aire aproximadamente paralela al juego de barras colectoras y realizando la función de fase auxiliar para permitir a la subestación operar de un modo "degradado". En una modalidad preferida, cada línea auxiliar puede reemplazar cualquiera de las fases del juego de barras colectoras mientras se realiza una intervención en un elemento bajo revestimiento metálico de la subestación. En una modalidad preferida, cada línea auxiliar se pone fuera de tensión mientras no haya ninguna intervención sobre cualquier elemento bajo revestimiento metálico de la subestación. En una modalidad preferida, cada línea auxiliar se proporciona con elementos de conexión, cada uno asignado a una fase respectiva situada por debajo, y que es apropiada para conectarse a su fase respectiva por medio de un elemento de unión eléctrica.
En una modalidad preferida, una sola línea auxiliar se instala en cada lado del juego de barras colectoras. Puesto que un incidente en la porción de revestimiento metálico de una subestación generalmente involucra solo una fase (cada una de las tres fases se transporta en un volumen independiente respectivo) , la línea auxiliar sólo puede constituirse por una sola fase, por lo cual se reduce considerablemente el costo y se incrementa su volumen. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención, sus características, y sus ventajas se precisan en la siguiente descripción proporcionada con referencia a las figuras listadas a continuación : la Figura 1 muestra una configuración ventajosa de una subestación híbrida de AIS/GIS diseñada por el solicitante, en comparación con una configuración total de GIS y con una configuración convencional total de AIS; las Figuras 2 y 3 muestran los efectos del paso progresivo de una tecnología total de GIS a una tecnología total de AIS, por lo que respecta a la ocupación de superficie de suelo (Figura 2) y por lo que respecta al número de aislamientos por motivos de mantenimiento (Figura 3);
la Figura 4 es una vista en perspectiva de un esquema para una subestación híbrida de dos barras colectoras trifásicas diseñada por el Solicitante, con las salidas directamente opuestas, la Figura 5 es un corte de una fase de salida trifásica para una subestación híbrida de la invención que tiene una barra colectora que proporciona una función de la fase auxiliar; la Figura 6 es una vista en perspectiva de una salida trifásica de una subestación híbrida que tiene una fase auxiliar como se muestra en la Figura 5; la Figura 7 es una vista análoga a la de la Figura 5, y en donde la fase auxiliar se conecta por un desconector que tiene un brazo montado giratoriamente; la Figura 8- es una vista en perspectiva parcial de una salida trifásica de una subestación híbrida de la invención, con una vista de escala agrandada del juego doble de barras colectoras; y la Figura 9 es una vista parcial de una fase de una subestación híbrida como se muestra en la Figura 8. La Figura 1 muestra una subestación híbrida
(GIS/AIS) 30 que esta equipada con un juego doble de barras colectoras trifásico 32 y desconectores interruptores de selección 33 bajo revestimiento metálico, los desconectores no están visibles en la
figura debido a que están colocados entre los dos juegos de barras colectoras. Cada juego de tres barras colectoras con revestimiento metálico está horizontalmente colocado bajo un pórtico de final de línea 31. El resto del equipo forma una salida 40 apropiada y se implementa usando la tecnología convencional de AIS. En tal salida, el equipo de AIS comprende comúnmente, en serie, un disyuntor 36, un transformador de corriente 37, un desconector de línea puesto a tierra 38, y un transformador de tensión 39. La subestación total de AIS comprende un juego doble de barras colectoras trifásico 34 constituido por un par de juegos de tres barras colectoras con aislamiento de aire colocados en cualquier lado de un pórtico 41. Se utilizan dos desconectores interruptores de selección 35 por fase para una salida 40 que, en este ejemplo, permanece en un pórtico de final de línea convencional 42. Parece claramente que, para una configuración completa convencional de AIS, la superficie de suelo ocupada por el juego doble de barras colectoras 34 es mayor que la superficie de suelo ocupada por una salida 40. El esquema en la parte superior de la figura es un diagrama simbólico del circuito equivalente de una
instalación completa de la subestación. De izquierda a derecha, se muestra lo siguiente: los símbolos para un juego doble de barras colectoras con los desconectores interruptores seleccionadores, un disyuntor, un transformador de corriente, un desconector de línea puesto a tierra, y un transformador de tensión. La Figura 2 muestra, en ordenadas, la variación en la superficie de suelo S ocupada por la subestación cuando pasa progresivamente de una subestación total de GIS a una subestación total de AIS, reemplazando consecutivamente los siguientes elementos cuyos símbolos se muestran al fondo del gráfico: el transformador potencial, el desconector doble puesto a tierra, el transformador de corriente, el disyuntor, el desconector puesto a tierra, y el juego doble de barras colectoras con los desconectores interruptores de selección. Este gráfico verifica -lo que puede observarse en la Figura 1, es decir que la superficie de suelo ocupada por la subestación aumenta considerablemente cuando los desconectores interruptores de selección pasan a la tecnología de AIS convencional. La Figura 3 muestra, en ordenadas, la variación en el número Nc de aislamientos necesarios al limpiar los aisladores de una subestación, cuando pasa progresivamente de una subestación total de GIS a una
subestación total de AIS, como se describe con referencia a la Figura 2. Nc representa la pérdida de continuidad del servicio del juego doble de barras colectoras durante la limpieza del aislador. La intervención de limpieza para los aisladores de los pasos de cable aéreos 24 en el equipo de GIS no requiere de un juego de barras colectoras puesto fuera de tensión, al contrario del equipo de AIS, en el cual es necesario aislar los juegos de barras colectoras 34 para trabajar en los aisladores 25 (los elementos 24 y 25 se muestran en la Figura 1) . Un aumento importante en el número de aislamientos es por lo tanto inevitable cuando los juegos de barras colectoras 32 y los desconectores interruptores de selección 33 pasan a la tecnología de AIS convencional. Estos gráficos justifican la elección adoptada para la configuración ventajosa de una subestación 30 híbrida como se muestra en la Figura 1. En la Figura 4, las salidas están mutuamente opuestas de forma directa y colocadas en los tramos 20 perpendiculares al juego de barras colectoras 2. Una configuración opuesta de la salida es particularmente ventajosa con respecto a la superficie de suelo ocupada porque el pórtico central 10 que realiza la función del pórtico de final de línea puede usarse en común para dos
salidas. La longitud de la subestación es la mitad en comparación con una subestación de tecnología convencional de AIS debido a que las salidas pueden implementarse por estar mutuamente opuestos de forma directa. Puede observarse el tipo modular de esta subestación, donde cada uno de los módulos elementales tienen dos salidas opuestas en este ejemplo. Naturalmente, pueden llevarse a cabo otras configuraciones con base a este principio modular, por ejemplo una configuración en donde cada módulo elemental tenga sólo una salida y en donde todas salidas estén en el mismo lado del juego de barras colectoras. La Figura 5 muestra una línea auxiliar 1 constituida de barras colectoras o cables utilizando la tecnología de AIS convencional e instalada en la subestación. En la modalidad mostrada, una sola línea 1 está presente por salida. Esta línea se coloca sustancialmente paralela al juego de barras colectoras de tecnología GIS 2. Una sola salida se muestra, pero debe entenderse que la subestación híbrida puede tener salidas opuestas como las mostradas en la Figura 4. La subestación tiene una barra colectora 1 por salida, donde la barra colectora puede servir como una fase auxiliar en el caso de aislar una de las fases del juego de barras colectoras 2, con el propósito de proporcionar
una operación "degradada". Esta operación degradada permite la reparación del juego de barras colectoras o uno de sus pasos de cable aéreos 4, o permite su extensión, reduciendo considerablemente para cada operación de extensión o reparación el tiempo de indisposición como se comparó con una subestación híbrida que no tiene una fase auxiliar. Un pórtico de final de línea 10 hace posible fijar los cables de alimentación en línea 11 y se utiliza ventajosamente para soportar un juego doble de barras colectoras trifásico 2. Los compartimientos de las dos barras colectoras asignadas a una misma fase son conectados convencionalmente por los desconectores interruptores de selección 3, que se desembocan, cada uno hacia un paso de cable aéreo 4. Una vista en perspectiva de un diagrama de circuito eléctrico del juego doble de barras colectoras 2 se proporciona en la Figura 8. Cada paso de cable aéreo 4 corresponde a una fase dada, y se conecta a los elementos de tecnología de AIS de la misma fase por medo de un elemento de unión eléctrica 5 que puede constituirse solamente por un cable. En el ejemplo mostrado, este elemento de unión está fijo permanentemente a un disyuntor 6 asociado en serie con un transformador de corriente 7 y con un desconector de línea puesto a tierra 8. Un transformador de tensión 9
también puede conectarse al potencial del cable 11 alimentado por la salida. La barra colectora 1 se asume en este ejemplo, que se soporta por una columna aislante 12 y se ubica a una distancia de aislamiento suficiente del cable 11 y del pórtico 10. Cuando la subestación normalmente está operando, el paso de cable superior 4 se conecta al disyuntor 6 por medio del elemento de unión 5, y preferiblemente se pone fuera de tensión la barra colectora 1. Si el trabajo es necesario en uno o dos compartimientos de la misma fase como la sección presente en el juego de barras colectoras, el elemento de unión 5 se desconecta desde el paso de cable aéreo 4 para conectarse a la barra 1 por medio de un elemento de conexión 13 mostrado en la Figura 6, esto aplica a la misma fase en todas las salidas de la subestación. Se aislan preferiblemente los compartimientos antes a la desconexión por razones de seguridad, pero continúa existiendo la desconexión energizada. La barra colectora 1 es a continuación energizada desde la otra subestación, con la misma fase como la fase aislada en la subestación deficiente, lo que hace posible ocasionar que la subestación sea operada en el modo degradado después de un tiempo de indisponibilidad normalmente por alrededor de una hora. Esta operación degradada debe proporcionarse normalmente durante la intervención en la
porción de la subestación bajo el revestimiento metálico, por aproximadamente tres a cuatro días. Cuando la fase aislada en el juego de barras colectoras se energiza de nuevo después de realizar la intervención, la subestación puede restablecerse a su modo de operación normal por medio de reconectar, tramo por tramo el elemento de unión 5 al paso de cable aéreo 4. Es referida operación en "modo degradado" debido a que no ofrece la misma confiabilidad de continuidad en el suministro como en el modo normal de operación. En particular, cuando una sola línea auxiliar 1 se instala por salida, cualquier falta de aislamiento que ocurra en la línea 1 producirá que todas las salidas sean aisladas, sin tomar en cuenta si la subestación tiene los juegos sencillos o dobles de barras colectoras. La invención no se limita sin embargo a una sola fase auxiliar, y una pluralidad de líneas auxiliares (barras colectoras o cables) puede instalarse por salida para hacer posible en primer lugar, que se presente la operación degradada mientras se hace el trabajo simultáneamente en una pluralidad de fases del juego barras colectoras, y en segundo lugar, para proporcionar la máxima confiabilidad en caso que una falla en el funcionamiento ocurra en una de las líneas auxiliares. Sin embargo, en la fecha de presentación de la
aplicación, el Solicitante considera que una sola línea auxiliar es preferible en la mayoría de los casos por razones de volumen y de costo, en vista del hecho que, estadísticamente, la operación en el modo degradado de la invención es una prioridad muy raramente necesaria, e indudablemente menos de una vez por año y por subestación. En la Figura 6, la fase central de esta vista en perspectiva es idéntica a la fase mostrada en la sección de la Figura 5. Como se muestra el diámetro de la barra colectora 1 es más grande que si fuera dibujado a escala, para mostrar los tres elementos de conexión 13 de salida ya mencionados, los cuales se fijan a la barra colectora. Cuando un elemento de unión 5, por ejemplo el mostrado en las líneas punteadas para la fase central, se conecta para cada una de las salidas de la subestación, a la barra colectora 1, la subestación puede operar en el modo degradado. En la Figura 7, el elemento de conexión 5 se constituye por un brazo montado giratoriamente de un desconector de mando unipolar elétrico o de manivela, por lo cual se reduce el tiempo de indisponibilidad de la subestación antes de pasar al modo de operación degradada .
En la Figura 8, el juego de barras colectoras 2 esta esquemáticamente mostrado con las barras colectoras espaciadas ampliamente de forma independiente en una escala desproporcionada a la escala en donde el pórtico 10 y los disyundores 6 se muestran. Esto hace posible entender la configuración normal de los desconectores interruptores de selección 3 asignados a las tres fases ?i t ?2. y F3 que se muestran aquí solamente para las salidas en el mismo lado del juego de barras colectoras. Se muestra por la fase cp?, un diagrama del circuito eléctrico de los conductores internos de las barras colectoras, del desconector interruptor de selección mostrado en la posición abierta doble, y del paso de cable aéreo 4. En una modalidad preferida, los desconectores interruptores de selección se duplican convencionalmente para alimentar a las salidas opuestas, y la línea 1 auxiliar se constituye por un cable suspendido desde un soporte 14 en cada pórtico 10 por medio de un aislador 15. Esta configuración hace posible reducir los costos y la ocupación de superficie de suelo comparado con una modalidad equivalente mostrada en la Figura 5, debido a que no es necesario instalar un sistema de soporte con su marco a tierra. Como se muestra en la Figura 6, cada uno de los elementos de conexión 13 fijo a la línea 1 se
sitúa preferiblemente en un plano vertical incluyendo el elemento de unión 5 que se asigna a éste. La Figura 9 es una vista fragmentaria en sección de la fase f2 de la salida de la subestación mostrada en la Figura 8. La salida situada a la izquierda del juego de barras colectoras no se muestra debido a que es sustancialmente simétrica a la salida derecha sobre el pórtico.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos o productos a que la misma se refiere.