Definición, componentes y aplicaciones de aparamenta aislada en gas

Aparamenta aislada en gas (GIS) es un equipo eléctrico que emplea un gas como el hexafluoruro de azufre (SF6) para aislar y proteger diferentes partes de un sistema eléctrico. Consta de compartimentos encerrados en metal que contienen disyuntores, seccionadores, barras colectoras, transformadores, seccionadores de tierra, descargadores de sobretensiones y otros componentes. Los SIG se utilizan predominantemente para fines de media y alta tensión, especialmente en situaciones donde el espacio es limitado y la confiabilidad es crucial.

Este artículo definirá los SIG, incluidos sus beneficios, desventajas y usos. Además, compararemos GIS con AIS, la forma tradicional de aparamenta que utiliza aire como aislamiento.

¿Qué es la aparamenta aislada en gas?

A aparamenta aislada en gas(GIS) se caracteriza por ser una aparamenta con carcasa metálica que emplea un gas, como SF6, como aislamiento primario entre las partes activas y la carcasa metálica conectada a tierra. El gas ofrece una rigidez dieléctrica superior, estabilidad térmica e impresionantes capacidades de extinción de arco.

Los principales componentes de un SIG son:

Rompedores de circuito:Estos dispositivos están diseñados para interrumpir el flujo de corriente eléctrica en un circuito cuando surge un problema. Utilizan vacío o SF6 como medio de interrupción, elegido en función del voltaje y el propósito del circuito.

Seccionadores:Estos dispositivos son capaces de aislar una parte específica de un circuito del resto del sistema, lo que permite realizar mantenimiento o pruebas sin interrumpir todo el sistema. Utilizan SF6 como medio aislante y pueden controlarse de forma manual o remota.

Barras colectoras:Estos conductores unen varias secciones del sistema eléctrico, como generadores, transformadores y alimentadores. Utilizan SF6 como aislamiento y están configurados en una configuración trifásica.

Transformadores:Estos dispositivos pueden modificar el nivel de voltaje de un circuito eléctrico, utilizando SF6 como medio aislante. Se pueden clasificar como transformadores de potencia o transformadores de instrumentos, que incluyen transformadores de corriente o transformadores de tensión.

Interruptores de tierra:Estos dispositivos se utilizan para seguridad y conexión a tierra conectando parte del circuito a tierra. Utilizan SF6 como medio aislante y pueden controlarse manualmente o a distancia.

Pararrayos:Estos dispositivos están diseñados para proteger los circuitos de sobretensiones causadas por rayos o eventos de conmutación. Utilizan SF6 como material aislante y se pueden clasificar en dos tipos: varistores de óxido metálico (MOV) o explosores.

Los componentes están alojados dentro de una carcasa metálica llena de gas SF6 a una presión específica. La carcasa se clasifica en varias secciones selladas, separadas por tabiques estancos al gas. Las secciones están unidas por tuberías de gas y válvulas que facilitan el flujo de gas y la regulación de la presión.

El recinto cuenta con sensores, monitores, indicadores, alarmas y dispositivos de control para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente del GIS. Dependiendo de las condiciones ambientales y necesidades de diseño, el cerramiento puede situarse en el interior o en el exterior.

¿Cómo funciona la aparamenta aislada en gas?

El principio fundamental del funcionamiento de GIS es utilizar gas SF6 como aislante y extintor de arco. El gas SF6 tiene varias ventajas sobre el aire como medio aislante.

◆　Tiene una rigidez dieléctrica mayor que el aire, lo que significa que puede soportar voltajes más altos sin fallar.

◆　Tiene un peso molecular más bajo que el aire, lo que significa que tiene una mayor conductividad térmica y puede disipar el calor de manera más eficiente.

◆　Tiene una electronegatividad mayor que el aire, lo que significa que puede capturar electrones libres de manera más efectiva y reducir la ionización en el arco.

Estas propiedades hacen que el gas SF6 sea ideal para aplicaciones GIS, donde el espacio es limitado y la confiabilidad es esencial.

El funcionamiento de GIS se puede explicar mediante el ejemplo de un disyuntor trifásico. En condiciones normales, los contactos del disyuntor están cerrados y la corriente fluye a través de ellos. Cuando ocurre una falla en el circuito, como un cortocircuito o una sobrecarga, los contactos se separan y se produce un arco entre ellos.

El arco está compuesto de gas ionizado que conduce la electricidad. El arco genera calor y presión que pueden dañar los contactos y otros componentes. Para evitarlo, el arco debe apagarse lo más rápido posible.

El proceso de extinción del arco en GIS involucra dos mecanismos: interrupción térmica e interrupción dieléctrica.

Interrupción térmica:Este proceso depende de bajar la temperatura del arco eléctrico transfiriendo calor al gas cercano. A medida que el arco se enfría, su resistencia aumenta, lo que hace que la corriente disminuya hasta que llega a cero en un punto de cruce por cero de corriente natural. Cuando esto sucede, el arco se apaga.

Interrupción dieléctrica:Este sistema depende de aumentar la capacidad del gas para resistir fallas eléctricas mediante la eliminación de las partículas ionizadas en el camino del arco eléctrico. Cuando se detiene el arco, el gas SF6 ingresa al espacio y captura los electrones libres, creando moléculas sin carga que no pueden transportar corriente eléctrica. La capacidad del gas para resistir la descomposición vuelve rápidamente a la normalidad, evitando que el arco se vuelva a encender.

Una vez extinguido el arco, los contactos se cierran nuevamente y se restablece el circuito. Un sistema de gestión de gas monitorea y controla la presión del gas SF6 y también garantiza la calidad del gas y la detección de fugas.

Aplicaciones de aparamenta aislada en gas.

Los SIG se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones debido a su tamaño compacto, confiabilidad y bajos requisitos de mantenimiento. Algunas de las aplicaciones comunes de los SIG son:

Zonas urbanas o industriales:Los SIG son ideales para zonas urbanas o industriales donde el espacio es escaso y los niveles de contaminación son altos. Los GIS se pueden instalar en interiores o exteriores, en techos, plataformas subterráneas o marinas, sin afectar el medio ambiente ni la estética.

Generación y transmisión de energía:Los SIG se utilizan para conectar plantas de energía a la red, así como para transmitir y distribuir energía a largas distancias y a través de diferentes niveles de voltaje. GIS puede manejar altas corrientes y voltajes, así como proporcionar funciones de protección y control para sistemas de energía.

Integración de energías renovables:Los SIG se utilizan para integrar en la red fuentes de energía renovables, como parques eólicos o plantas solares. GIS puede proporcionar conexiones flexibles y confiables, así como regulación de voltaje y frecuencia para generación de energía intermitente.

Ferrocarriles y metros:Los SIG se utilizan para suministrar energía a ferrocarriles y metros, así como para controlar y proteger sus sistemas eléctricos. Los SIG pueden reducir las pérdidas y mejorar la eficiencia, además de brindar seguridad y confiabilidad a los pasajeros y operadores.

Centros de datos y fábricas:Los SIG se utilizan para suministrar energía a centros de datos y fábricas, donde la energía ininterrumpida y de alta calidad es esencial para su funcionamiento. Los SIG pueden proporcionar alta disponibilidad, redundancia y tolerancia a fallos, así como reducir las interferencias electromagnéticas y los armónicos.

Comparación de aparamenta aislada en gas con aparamenta aislada en aire.

Aparamenta aislada en gas (GIS) tiene varias ventajas sobre la aparamenta aislada en aire (AIS), que es el tipo convencional de aparamenta que utiliza aire como medio de aislamiento. Algunas de las ventajas de los SIG son:

Ahorro de espacio:Los sistemas de información geoespacial (GIS) pueden minimizar significativamente los requisitos espaciales de una subestación, reduciendo su huella hasta en un 90% en comparación con los interruptores aislados en aire (AIS). Esta notable reducción se puede lograr ya que el GIS puede alojarse dentro de un edificio de uno o varios pisos o enterrado bajo tierra, eliminando así la necesidad de un área abierta expansiva que normalmente requiere el AIS para su instalación y mantenimiento.

Seguridad:La tecnología del Sistema de Información Geográfica (GIS) puede mejorar en gran medida la seguridad del personal y los equipos al erradicar los riesgos asociados con las piezas vivas y los peligros de arco eléctrico. Además, GIS minimiza la probabilidad de incendio, explosión o contaminación ambiental, ya que contiene gas SF6 en un recinto seguro y a prueba de fugas.

Fiabilidad:Un Sistema de Información Geográfica (SIG) puede mejorar la confiabilidad de un suministro de energía al minimizar la cantidad de componentes móviles y conexiones que pueden deteriorarse o funcionar mal. Además, el GIS tiene una vida útil más larga en comparación con un sistema de identificación automática (AIS), ya que es menos susceptible a influencias ambientales como la humedad, el polvo, la corrosión o la contaminación.

Mantenimiento:El uso de GIS puede reducir los gastos de mantenimiento y minimizar el tiempo de inactividad porque necesita menos mantenimiento y controles regulares en comparación con AIS. GIS está equipado con capacidades de autodiagnóstico que pueden identificar problemas y notificar a los operadores antes de que se agraven.

Sin embargo, los SIG tienen desventajas en comparación con los AIS, especialmente en términos de coste. GIS es más caro que AIS en términos de costos iniciales y gastos operativos continuos. Esto se debe a la necesidad de tecnología y materiales más avanzados, junto con estándares de calidad y procesos de prueba más estrictos.

Complejidad:Los GIS exhiben un mayor nivel de complejidad en su diseño e implementación en comparación con los AIS debido a la necesidad de una mayor coordinación e integración entre varios componentes y sistemas, incluida la gestión, protección, control, comunicación y otros de gas.

Disponibilidad:Es posible que el SIG no siempre sea tan accesible como el AIS, especialmente en situaciones en las que se produce una falla dentro de un compartimento que afecta a varios componentes. Esto se debe al hecho de que los SIG normalmente exigen una mayor cantidad de tiempo y recursos para identificar y rectificar la falla en comparación con los AIS. Como resultado, la decisión de optar por GIS o AIS depende de una variedad de factores, incluidas las condiciones del sitio, los requisitos técnicos, las consideraciones económicas y las preferencias individuales.

Tipos y modelos de aparamenta aislada en gas.

Hay diferentes tipos y modelos de aparamenta aislada en gas disponibles de varios fabricantes. Algunos de los tipos comunes son:

SIG fase aislada:En este tipo, cada fase del circuito se ensambla por separado en su compartimento. Este tipo requiere más espacio que otros tipos de SIG, pero evita fallas entre fases.

SIG trifásico integrado:En este tipo, las tres fases del circuito están reunidas en un solo compartimento. Este tipo reduce el requisito de espacio en un tercio en comparación con el SIG de fase aislada.

SIG híbrido:En este tipo se utiliza una combinación de elementos de fase aislada y trifásicos. Este tipo proporciona un equilibrio entre ahorro de espacio y prevención de fallos.

SIG compacto:En este tipo, más de un elemento funcional está encapsulado en un único compartimento. Por ejemplo, en un módulo se pueden combinar un disyuntor, un seccionador y un transformador de corriente. Este tipo reduce aún más el requisito de espacio en comparación con otros tipos de SIG.

Sistema altamente integrado (HIS):En este tipo, todos los equipos de la subestación están encapsulados en un solo recinto. Este tipo proporciona una solución completa para una subestación exterior en una sola unidad, eliminando la necesidad de conexiones externas y reduciendo el tiempo de instalación.

Conclusión.

Aparamenta aislada en gases un tipo de equipo eléctrico que utiliza un gas, como SF6, como aislamiento primario y medio de extinción de arco. Consta de compartimentos cerrados en metal que albergan diversos componentes del sistema de potencia, como disyuntores, seccionadores, barras colectoras, transformadores, seccionadores de tierra, descargadores de sobretensiones, etc.

GIS tiene varias ventajas sobre las aparamentas aisladas en aire, como ahorro de espacio, seguridad, confiabilidad y bajo mantenimiento. Sin embargo, los SIG también tienen algunas desventajas, como su alto costo, complejidad y menor disponibilidad en algunos casos.

Los SIG se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, como áreas urbanas o industriales, generación y transmisión de energía, integración de energías renovables, ferrocarriles y metros, centros de datos y fábricas. Dependiendo del nivel de voltaje y los requisitos de diseño, hay diferentes tipos y modelos de GIS disponibles de diferentes fabricantes.

GIS es una tecnología moderna y avanzada que puede proporcionar soluciones eficientes y confiables para sistemas de energía. Sin embargo, es importante comprender sus características, ventajas y desventajas, y aplicaciones antes de elegir el tipo de aparamenta para un proyecto específico.