descargadores de línea para una mayor fiabilidad del sistema · la selección adecuada de los...

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Descargadores de línea para una mayor fiabilidad del sistema

Más seguridad, más potenciaMejore el rendimiento de su sistema de transmisión

Ampliación de la capacidad de la red

Montaje de cables de tierra adicionales

Utilización de descargadores de sobretensión en las secciones sensibles de los recorridos

La ampliación de la capacidad de la red fracasa hoy a menudo tanto debido a los costes como a la hora de obtener los correspondientes permisos, especial-mente en zonas con una gran densidad de población o vírgenes de agricultura.

También la utilización de lo que se conoce como líneas compactas sirve de poca ayuda ya que la escasa distancia de sus conductores causa considerables proble-mas en caso de verse afectados por un rayo. Como alternativa, los recorridos sensibles se pueden equipar con cables de conexión a tierra allí donde la resisten-cia de tierra sea especialmente elevada. Sobre todo en zonas que sufren rayos, como zonas de montaña y elevadas, esto suele llevar consigo elevados costes y problemas.

La fiabilidad cobrará cada vez mayor importancia El crecimiento del consumo de electricidad a nivel mundial provoca que las redes existentes sufran una utilización cada vez mayor, a veces hasta el límite de su capacidad. Esto hace que una alimentación por red responsable y fiable sea cada vez más difícil.

En muchos mercados existe ya hoy riesgo de responsabilidad para los operadores de red que en caso de fallos en la red les obliga a pagar indemnizaciones. Y algunos fenó-menos naturales, como los rayos, pueden paralizar redes enteras. Por este motivo, muchos operadores de red buscan soluciones que puedan aumentar la fiabilidad de sus redes.Ampliación, remodelación y protección para conseguir una mayor fiabilidad. Fundamentalmente, existen tres posibilidades para mejorar la protección de las redes:

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La utilización de descargadores de sobre- tensión con los que se puede reaccionar de forma escalonada al posible peligro constituye una solución económica. El gráfico de la página 5 muestra como disminuye la frecuencia de los fallos derivados de rayos dependiendo de la resistencia de tierra, de cuantos descargadores protejan la línea de trans-misión y como consecuencia, las instala-ciones conectadas.

Los descargadores también se pueden transportar e instalar fácilmente en terrenos difíciles. Para ello se comple-mentan con material de montaje especial para todas las aplicaciones para conse-guir un sistema perfecto. Y Siemens ofrece todavía más. La estrecha cola-boración con un constructor de líneas especializado garantiza resultados perfectos para todas sus aplicaciones desde el diseño del sistema hasta el montaje final.

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Simulación

No desaproveche las ventajas para todas las aplicaciones hasta 800 kV

La selección adecuada de los descargado-res de línea y, especialmente, de su canti-dad y su lugar de instalación son decisi-vos para conseguir un éxito duradero.

Durante la instalación de los descargado-res de línea, en cada fase y en cada mástil a lo largo del recorrido total de la línea se aplicará una protección completa frente a los rayos lo que previene completamente los fallos que pudieran producirse en la red.

A modo de alternativa, Siemens ofrece un análisis de software (simulación) basado en estudios Cigré para examinar y com-probar a priori casos de aplicación especí-ficos del cliente para determinar la solu-ción ideal y más económica al mismo tiempo. De este modo se pueden equipar únicamente fases aisladas o, en su caso, secciones de la línea con descargadores de línea al tiempo que se garantiza una protección adecuada frente a los rayos.

Una ventaja especial es que con una par-te de la inversión necesaria para un equi-pamiento completo se pueden conseguir resultados excepcionales.

En la primera fase del análisis todos los parámetros importantes de la línea de transmisión a examinar se introducen en el software de simulación y se seleccio-nan los casos de instalación a supervisar. Para ello se tienen en cuenta los siguien-tes factores:

Datos de rendimiento: tensión de servi-cio, cantidad de sistemas trifásicos, datos del cable de línea, datos del cable de tierra, longitud, recorrido y flecha de la línea, tipo y diámetro del cable

Datos de las torres para líneas aéreas: impedancias de la conexión a tierra del mástil, geometría del mástil (situación y distancia de cada una de las fases y si se encuentran disponibles cables de tierra)

Datos de los aisladores: distancia de aislamiento, longitud de conexión, BIL

Frecuencia de los rayos (nivel ceráuni-co: rayos por año y km²), topología de la línea (perfil de altura)

Prioridad desde el punto de vista del cliente (por ejemplo, menos interrup- ciones breves, prevención de cortocir- cuitos de fases y sistemas, renuncia a utilizar cables de tierra)

De este modo se copian individualmente hasta ocho posiciones de instalación diferentes del descargador de línea de las fa-ses a proteger para determinar las varian-tes más eficaces. Además, la línea se divide en diferentes secciones (depen-diendo de la topología de la línea o de la distribución de la resistencia de la co-nexión a tierra del mástil) y la instalación de los descargadores de línea varía en re-lación al número de mástiles a equipar.

Tras realizar la simulación propiamente dicha, en una segunda fase del análisis, se evaluarán todos los datos y, a conti-nuación, en una tercera fase se formula-rán propuestas para encontrar la solución ideal.

Estas propuestas se encuentran disponi-bles para una charla individualizada con el cliente que servirá para encontrar la mejor estrategia de equipamiento de forma conjunta.

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Averías anuales cada 100 km

Ejemplo de análisis de un sistema trifásico doble

Resistencia de la conexión a tierra

del mástil [Ω]

El sencillo camino hacia la solución del cliente:

Análisis de las características específicas de la línea

Parámetros eléctricos de la línea

Parámetros geométricos de la línea

Nivel ceráunico (rayos por año o densidad de rayos)

Impedancias de la conexión a tierra del mástil

Frecuencia real de las averías

Propuestas de Siemens

Tipo de descargador

Asesoramiento sobre la estrategia de equipamiento (número de mástiles a proteger, selección de las fases, etc.)

Instalación

Perfil del mástil

L4L1

L5L2

L6L3

1 LSA: Line Surge Arrester (Descargadores de línea)

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Seguridad para su red de transporte

La mejor técnica para la mejor protección

La mejor técnica para su seguridad La función principal de los descargadores es reducir las sobretensiones nocivas y mantenerlas alejadas de los componentes de la red de transmisión. Estas tensiones se pueden derivar de rayos directos o cer-canos, pero también de conmutaciones.

El funcionamiento de los descargadores se basa en la propiedad de determinados óxidos metálicos de reducir su resistencia ante la aparición de una sobretensión en cuestión de nanosegundos de forma que la sobretension se puede desviar de for-ma segura. Si no hay sobretensiones, los bloques de óxidos metálicos del descar-gador actúan a modo de aisladores gra-cias a su alta resistencia.

Se distingue principalmente entre descargadores con envoltura de porcelana y de silicona. Los últimos presentan ventajas frente a la porcelana, más pesada y que- bradiza, en la instalación y el funcionamiento, ya que la silicona no es solo flexible y resistente a los fenómenos meteorológicos sino que conserva su ca-pacidad de repeler el agua y la suciedad durante toda su vida útil. De esta forma, las corrientes superficiales no tienen nin-guna oportunidad, y los descargadores están mejor protegidos frente a los actos vandálicos.

Cuando se trate de realizar inversiones en la fiabilidad y la seguridad de sus líneas de transmisión, exija el máximo rendimiento. Por ello, en Siemens ofrecemos

nuestros descargadores para tensiones de hasta 550 kV en diseño Käfig® (tipo jaula) y de tubo para tensiones elevadas hasta 800 kV. Ambas posibilidades de diseño permiten el moldeado directo de silicona lo cual impide de forma eficaz la entrada de aire, humedad y la formación de co-rrientes de superficiales.

El diseño tipo jaula de Siemens El diseño tipo jaula de Siemens ofrece gran cantidad de ventajas en la técnica de los descargadores que se rentabilizan para el cliente inmediatamente, entre las que se cuentan su elevada estabilidad mecáni-ca con un peso reducido. Esta se consigue por medio de ocho barras pretensadas de plástico reforzado con fibra de vidrio. Es-tas impiden que en caso de sobretensión las piezas salgan despedidas del interior. El diseño sin aire en el interior ahorra no solo material sino también el dispositivo de alivio para sobrepresión.

Otra ventaja decisiva es la silicona vulca-nizada directamente sobre el componen-te activo. Gracias a su gran seguridad, su sencillo montaje, su robustez mecánica y su reducido peso, se recomienda el uso de descargadores de diseño tipo jaula allí donde el montaje resulta difícil debido a lo intransitable del terreno. Puede confiar en la eficiencia de nuestros descargado-res de diseño tipo jaula ya que fueron los primeros en pasar el test de alivio de pre-sión IEC 60099-4 Ed. 2.2 como prueba tipo a nivel mundial.

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Bloques de OM

Estructura portante de FRP (barras FRP)

Tubo FRP

Envolvente de silicona

Armaduras metálicas

Diseño de tubo Diseño envolventeDiseño de jaula

Valores máximos de los descargadores de tensión

3EL5 3EL1 3EL2 3EL2 3EL2 3EL2

Tensión máxima fase-fase de la Red Um kV 145 362 362 420 420 550

Tensión nominal máx. del descargador Ur kV 144 288 288 360 360 468

Corriente nominal máx. In kA 10 10 10 10 10 20

Clase máx. de descarga de línea 2 2 2 3 3 4

Capacidad máx. de absorción de energía kJ/kVr 4,4 5 5 8 8 10

Corriente máx. de impulso rectangular A 550 750 1.100 1.100 1.200 1.200

Corriente de cortocircuito máx. tolerable kA 20 65 65 65 65 65

Carga en servicio máx. permitida kNm 0,5 1,2 4 4 4 4

Especialmente diseñados para descargadores de línea Esta combinación altamente eficaz de peso, fijación y seguridad predestina a los descargadores de Siemens de diseño tipo jaula a ser empleados como descargado-res de línea. La tabla de la página 7 ofre-ce un resumen sobre las series de tipos estándares de Siemens y sus característi-cas eléctricas más importantes.

Al contrario, los descargadores de diseño tipo “Wrap” con envolvente de silicona o EPDM permiten la entrada de aire (y con ello las peligrosas descargas parciales). A esto se une que el EPDM pierde en un tiempo mínimo su capacidad repelente frente al agua y la suciedad bajo la in-fluencia de los rayos ultravioletas.

Además, los bloques de óxidos metálicos de los descargadores de diseño tipo “wrap” están cubiertos únicamente con mantas de fibra de vidrio empapado en epoxi lo que lleva consigo una resistencia mecánica sensiblemente menor. Indepen-dientemente de la capacidad de resisten-cia mecánica, la inflamabilidad de la resi-na epoxi es otro argumento en contra de los descargadores de diseño tipo “Wrap”. La silicona que se emplea en los descar-gadores Siemens es autoextinguible.

Además, para requerimientos especiales se encuentra disponible el diseño tipo tubo de Siemens. En lo que al requeri-miento de elevada absorción de energía (por ejemplo, para limitar las sobretensio-nes de conmutación) y condiciones me-cánicas especiales se refiere, se pueden cubrir prácticamente todos los casos es-peciales.

Comparación de diseños y características eléctricas de los descargadores de línea de Siemens

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Descargador de sobretensión de línea sin “gap” (NGLA)

Los descargadores de línea sin “gap” en aire ofrecen la máxima flexibilidad de montaje y fiabilidad de funcionamiento. Depen-diendo de la ejecución del mástil y la ubi-cación de los aisladores/líneas se pueden instalar directamente en los aisladores de líneas aéreas o en el mástil.

Gracias a su capacidad de absorción de energía, los descargadores de línea sin “gap” en aire ofrecen una gran protección frente a las sobretensiones de choque de conmutación dependiente de la red y los rayos.

Y para desconectar los descargadores de línea galvánicamente de la tensión de red en el caso improbable de un fallo o una so-brecarga, se instala un desconector en se-rie. Este desconecta los descargadores de línea inmediata y automáticamente de la tensión de red. De este modo las líneas aé-reas afectadas pueden permanecer en ser-vicio hasta que sea planificada su sustitu-ción.

Opcionalmente, a los descargadores de lí-nea se puede instalar el nuevo sistema de control ACM para supervisar el estado. Junto con el ACM-Advanced, se realiza el análisis del estado de forma inalámbrica desde un ordenador y ofrece información detallada sobre las corrientes de fuga y la energía disipada.

Descargadores de línea sin “gap”

Montaje en cable de línea

Montaje en torre para líneas aéreas

Montaje en aislador

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Posibilidades de fijación para instalación en torres Desconector

Posibilidades de fijación para instalación en cable de línea

Abrazadera para cable simple estándar

Abrazadera para cable simple estándar

Abrazadera para cable doble

Abrazadera para cable triple

Soporte para mástil flexible

Soporte para mástil fijo

Soporte para mástil flexible con sistema de control (ACM)

Vertical sobre el brazo del mástil

Separador con dispositivo de alivio de presión patentado

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Este tipo de descargadores de línea posee un GAP en aire externo conectado en serie. El componente activo del descargador de línea en circunstancias normales galváni-co está desconectado de la tensión de red. En caso de una sobretensión por rayo, se activa dicho arco de descarga atraves del aire y desvía la sobretensión peligrosa por el arco. Mientras que el componente activo limita la corriente entrante de forma que el arco se elimine en el siguiente paso por el cero de la corriente a la frecuencia de red. A conti-nuación, el descargador de línea vuelve inmediatamente al estado de espera. De este modo el descargador de línea EGLA impide que todos arcos o flameos en los aisladores pudieran llevar a breves inte-rrupciones aumentando de este modo la estabilidad de la red y la disponibilidad de la línea aérea.

Otra ventaja de los descargadores de línea EGLA es que no hay corrientes de fuga ya que el componente activo del descargador no se encuentra bajo tensión de servicio gracias a los GAP externos en serie.

Dependiendo de las circunstancias de las líneas aéreas, por ejemplo la colocación de los mástiles y los aisladores, las posibi-lidades de fijación y la tensión de red, se puede instalar un descargador de línea EGLA directamente en paralelo a los ais-ladores de suspension o tensados o en la cadena de aisladores así como en el brazo del mástil. El componente activo puede estar compuesto por una o dos partes.

Este montaje compacto es a menudo la única posibilidad para instalar descargadores de línea en mástiles ya existentes con distancias de seguridad limitadas a otras fases y otros mástiles.

Los descargadores de línea EGLA de Siemens se encuentran disponibles para proteger líneas aéreas con tensiones de sistema máximas de 550 kV.

Todos los EGLAs de Siemens se fabrican y comprueban con la norma IEC 60099-8 más actual, publicada en enero de 2011.

Descargador de sobretensión de línea con “gap” (EGLA)Descargadores de línea con “gap” externo en aire

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Montaje directamente en aislador de suspension de porcelana

Montaje en el brazo del mástil

Prueba tipo en un descargador de línea EGLA de 400 kV

Montaje directamente en un aislador de barra longitudinal de silicona (Siemens tipo 3FL)

Prueba tipo en un descargador de línea EGLA de 144 kV

Formas de montage

Pruebas

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Selección de proyectos de referencia

Línea alpina de alta montaña de 123 kV, KELAG, Austria, 2007

Situación: alta montaña, hasta 2.300 m sobre el nivel del mar

Condiciones ambientales: nieve 9 meses/año, frecuencia de los rayos: mediana, < 5 rayos/km2/año

Resistencia de tierra: hasta 1.200 Ω

7

8

1

3

4

Línea de transmisión de 115 kV, North East Utilities, CT, EE.UU., 2007, 2009, 2010

Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red

Situación y clima: de continental a subtropical, temporada de huracanes, tormentas frecuentes en verano

Frecuencia de los rayos: muy elevada, < 30 rayos/km²/año

Línea de transmisión de 115 kV, Rio Grande Electric Coop, Texas, EE.UU., 2010


Situación y clima: de subtropical a tropical, temporada anual de huracanes de seis meses

Frecuencia de los rayos: muy elevada, < 30 rayos/km²/año

Líneas de transmisión de 245 y 420-kV, CFE, México


Situación y clima: alta montaña, hasta 3.000 m sobre el nivel del mar, clima alpino

Frecuencia de los rayos: elevada, < 10 rayos/km²/año

Línea de transmisión de 550 kV, ISA, Colombia Problema principal: rayos frecuentes, estabilidad de la red

Situación y clima: alta montaña, 2.000 m sobre el nivel del mar, clima tropical frío

Frecuencia de los rayos: elevada, < 10 rayos/km²/año

Línea de transmisión de 245 kV, ISA-REP, Perú, 2009

Problema principal: alta montaña, frecuencia de los rayos

Situación y clima: alta montaña, tropical

Frecuencia de los rayos: alta, < 10 rayos/km²/año

Líneas de transmisión de 123 y 245 kV, CEMIG, Brasil, 2007, 2008, 2010


Situación y clima: tropical

Frecuencia de los rayos: de alta a muy alta, < 30 rayos/km²/año

1

2

3

5

6

4

6

2

Línea de transmisión de 245 kV, REN, Portugal, 2005

Problema principal: compatibilidad electromagnética

Condiciones ambientales: normales

Frecuencia de los rayos: baja, < 3 rayos/km2/año

7 8

5

12

Línea de transmisión de 550 kV, Sotchi, RAO UES, Rusia, 2007

Problema principal: alta montaña, cable de tierra congelado

Situación: alta montaña caucásica, hasta 3.000 m sobre el nivel del mar, largos periodos de lluvia y nieve

Frecuencia de los rayos: elevada, < 10 rayos/km2/año

Línea de transmisión de 170 kV, KEPCo, Corea del Sur, 2008, 2009, 2011Primer descargador del línea Siemens con descargador de chispa externo (EGLA), 2008

Problema principal: estabilidad de la red

Situación y clima: estación estival del monzón 120 días de lluvia al año

Frecuencia de los rayos: mediana, < 5 rayos/km2/año

Líneas de transmisión de 123 y 245 kV, Vietnam, 2004, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011

Problema principal: estabilidad de la red

Situación y clima: condiciones ambientales tropicales variables, tifones en la estación de las lluvias

Frecuencia de los rayos: alta, < 10 rayos/km2/año

Proyecto EGLA de 123 kV, EGAT, Tailandia, 2010


Situación y clima: monzónico tropical, hasta 11 meses húmedos al año

Frecuencia de los rayos: muy alta, < 30 rayos/km2/año

NGLA-SESB de 36 kV, Malasia, 2009 EGLA-SESB de 145 kV, Malasia, 2010 NGLA-TNB de 275 kV, Malasia, 2010


Situación y clima: condiciones ambientales tropicales variables, tifones en la estación de las lluvias


Proyectos de 72,5 y 170 kV, Sumatra, Indonesia, 2007, 2009, 2010, 2011


Situación y clima: tropical, precipitaciones frecuente-mente muy abundantes


5

14

15

13

12

12

14

15

13

10

9

10

Línea de alta montaña de 420 kV NEK, Bulgaria, 2004

Situación: alta montaña, hasta 1.800 m sobre el nivel del mar

Condiciones ambientales: nieve y viento fuerte, tormentas localizadas frecuentes condicionadas por la estación,

Frecuencia de los rayos: mediana, < 5 rayos/km2/año

Resistencia de tierra: hasta 1.000 Ω

9

11

11

hasta 70 hasta 30 hasta 10 hasta 4 de –0,1 a 1

Cantidad media de rayos por km2 y año

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SensorNº de pedido 3EX5060

Indicador Nº de pedido 3EX5062

Cable de conexión*Nº de pedido 3EX5963-xx

Sensor Indicador

Hasta 200 m

Dispositivo de control del estado Arrester Condition Monitor (ACM) Advanced Nº de pedido: 3EX5080-1 (dispositivo ACM) Nº de pedido: 3EX5085 (módulo USB inalámbrico) CD de software: incluido en el paquete

Los dispositivos de control se pueden conectar a todos los descargadores que aparecen en este catálogo.

ACM-Advanced

* Necesario para el funcionamiento Disponible en diferentes longitudes

Dispositivos de control para descargadores de sobretensión

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Número de modulos del descargador completoDe una pieza

De dos piezas

De tres piezas

Clase de descarga de líneaLD 2 (3EL5, 3EL1)

LD 3 (3EL2)

LD 4 (3EL2)

AplicaciónDescargador de línea

Corriente de onda de larga duracion, valores máximos

550 A (3EL5)

750 A (3EL1)

1.100 A (3EL2)

1.200 A (3EL2)

Tipo de envolvente o housing

Conexión superior

Diversas (por ejemplo, abrazadera para cable para línea doble, diámetro del cable: 28 mm)

Forma de las aletas o campanasGrande, pequeña

–

Conexión inferior Diversas (por ejemplo, desconector)

Placa de característicasForma especial para descargadores de línea

Tensión nominal del descargador en kV

Descargador en envoltorio de silicona (diseño tipo jaula) 3 E L

125

120

3 E L 2 120 – 2 L M 3 2 – 4 Z Z 9Nº de pedido (ejemplo)

Modelo de descargador

Carga mecanica permisible en el cabezal 1,2 kNm

Carga mecanica permisible en el cabezal 4 kNm


– –

0126

L M

234

123

4

Z

9

Z

–

Número de envolturas o modulos que componen el descargador completo De un modulo activo, con GAP extremo al final del componente activo

De dos modulos activos, con GAP extremo al final del componente activo

De tres modulos activos, con GAP extremo al final del componente activo

De cuatro modulos activos, con GAP extremo al final del componente activo

De dos modulos activos, con GAP extremo entre componentes activos

De cuatro modulos activos, con GAP extremo entre componentes activos

Forma especial

Capacidad de absorción de energía (relacionada con la clase de descarga de línea)LD 1 (3EV5)

LD 2 (3EV5, 3EV1)

LD 3 (3EV2)

LD 4 (3EV2)

AplicaciónDescargador de línea

Tipo de varistor (según corriente de onda de larga duracion, valores máximos) 550 A (3EL5)

750 A (3EL1)

1.100 A (3EL2)

1.200 A (3EL2)

Tipo de envoltura o housing

Tensión nominal del EGLA completo en kV

Descargador de línea con GAP externo 3 E V

125

144

3 E V 1 144 – 0 L K 1 6Nº de pedido (ejemplo)

Modelo de descargador


Carga mecanica permisible en el cabezal 4 kNm


– –

0126

L K

123 4

123 4 6 8 9

1515

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Contacto: Teléfono: +49 30 386 33 222 Fax: +49 30 386 26 721 Correo electrónico: [email protected]

Power Transmission Division Nº de pedido E50001-G630-A203-X-7800 Impreso en Alemania Dispo 30002, c4bs No. 7457 fb 4627 WÜ 472600 WS 06121.5 Impreso en papel blanqueado sin cloro elemental.

Reservados todos los derechos.Las marcas comerciales mencionadas en estedocumento son propiedad de Siemens AG, sus filiales o respectivos propietarios.

Sujeto a modificaciones sin previo aviso. Este documento contiene descripciones genera-les sobre las posibilidades técnicas que pueden, pero no tienen que darse en el caso individual. Por ello, las prestaciones deseadas se determina-rán en cada caso al cerrar el contrato.

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