Diseño de protecciones y monitorización para una subestación GIS 220 kV

Abstract

Las subestaciones eléctricas tienen como propósito principal la transformación de tensión, frecuencia, número de fases o conexión de dos o más circuitos. Por este papel critico que tiene en la red eléctrica, su correcto funcionamiento es de gran importancia para todos los usuarios y trabajadores de la red. Las subestaciones más tradicionales son las AIS o aisladas en aire. Este tipo tiene bajo coste, pero requiere de mucho espacio, que a veces no está disponible. Con el crecimiento de las ciudades el terreno se redujo y se encareció, por esta razón, se crearon las subestaciones encapsuladas en gas hexafluoruro de azufre. Las subestaciones encapsuladas o GIS reducen el espacio de la instalación sin renunciar a hacer llegar la electricidad a las ciudades de maneras más eficiente. Las subestaciones GIS se rodean de una carcasa que contiene hexafluoruro de azufre, un gas inodoro, incoloro, no toxico y no inflamable, que se utiliza como aislante eléctrico de todos sus componentes. La subestación del trabajo será una subestación GIS de 230 kV B105 de ALSTOM | GRID, por su accesibilidad al público. De este modelo de subestación, se detectarán los componentes de protección esenciales y se seleccionarán unas protecciones que se ajusten a los requisitos de dicha subestación. De esta manera, quedarán definidas las protecciones necesarias con modelos reales aplicables al modelo escogido. En este proyecto se comienza con la investigación del tema de las subestaciones eléctricas, entendiendo y quedando expuesto el completo entendimiento de estas y las funciones críticas que llevan a cabo. En este primer paso quedan definidos los elementos de las subestaciones eléctricas encapsulada y su razón de ser. Con esto se remarca la importancia de proteger los equipos para reducir riesgos. Las protecciones esenciales de la subestación se clasifican en protecciones internas (la compartimentación, el densímetro de agujas y los discos de ruptura) y externas (transformadores y sistema de protección de diferencial de barras). Además de eso, se estudia la monitorización de descargas parciales como causa del deterioro del sistema de aislamiento y como vigilarlo.

The main purpose of electrical substations is the transformation of voltage, frequency, number of phases or connection of two or more circuits. Because of their critical role in the electrical network, ensuring correct operation of the GIS is of great importance for all users and workers of the network. The most traditional substations are the AIS or air-insulated substations. This type is low cost but requires a lot of space, which sometimes is not available. With the growth of cities, the land available became smaller and more expensive, and for this reason, substations encapsulated in sulfur hexafluoride gas were created. Encapsulated or GIS substations reduce the installation space without sacrificingthe ability to deliver electricity to cities in a more efficient way. GIS substations are surrounded by a casing containing sulfur hexafluoride, an odorless, colorless, non toxic and non-flammable gas, which is used as an electrical insulator for all components. The substation that will be used and analyzed in this paper will be an ALSTOM | GRID 230 kV B105 GIS substation, due to its accessibility to the public. From this substation model, the essential protection components will be detected, and protections will be selected to meet the requirements of this substation. In this way, the necessary protections will be defined with real models applicable to the chosen model. This project begins with the investigation of the topic of electrical substations, understanding and explaining the complete understanding of these and the critical functions and how they perform. In this first step, the elements of the encapsulated electrical substations and their reasons for existence are defined. This underlines the importance of protecting the equipment to reduce risks. The essential protections of the substation are classified into internal protections (compartmentation, needle densimeter and rupture discs) and external protections (transformers and bus differential protection system). In addition, the monitoring of partial discharges as a cause of the deterioration of the insulation system and how to monitor it is studied.