La interfaz de una GIS con un cable de potencia (IEC 62271-209) y con un transformador (IEC 62271-211) tiene dimensiones, presiones y fuerzas normalizadas, y reparte qué suministra cada fabricante. Ambas partes cubren de 72,5 kV a 550 kV y remiten a IEC 62271-203. Lo que no queda fijado, como las corrientes circulantes o el método de prueba del cable, se acuerda entre las partes.
Respuesta corta
Una GIS (aparamenta aislada en gas, de más de 52 kV) se conecta al resto de la subestación por interfaces: el cable de potencia, el transformador y las barras de una futura ampliación. IEC 62271-203, edición 2011, trata las interfaces en el apartado 5.107. Para el cable remite a IEC 62271-209 y para la conexión directa con el transformador a IEC 62271-211. Esas dos partes fijan dimensiones, presiones, fuerzas y el reparto de suministro entre fabricantes, para que un terminal o un transformador de un fabricante encaje en la GIS de otro.
Qué dice IEC 62271-203 sobre las interfaces
El apartado 5.107 abre con una recomendación práctica. Para facilitar las pruebas, el diseño puede incluir facilidades de aislamiento en cada componente conectado, y esa separación es preferible a desmontar. En el caso de un buje de aire, la conexión de alta tensión puede retirarse, preferiblemente del lado del aire. Esas facilidades de aislamiento deben soportar las tensiones de prueba de los componentes.
También prevé la interfaz para ampliaciones: el usuario debe indicar en la especificación técnica dónde podría haber ampliaciones futuras. Si lo pide, el fabricante entrega planos para conectar otra GIS más adelante. Esa interfaz debe limitarse a barras o ductos de barras, no a equipos activos como interruptores o seccionadores.
Las presiones de las envolventes de conexión se explican en presiones y compartimentos de una GIS. Los cables y su prueba se presentan en cables de potencia, el transformador en transformador de potencia y el paso del conductor por el tanque en bujes de alta tensión.
Para ver cómo encaja con el resto de la serie IEC 62271, consulte las normas para pruebas a equipos primarios.
Conexión de cables: IEC 62271-209
La edición de 2007 de esta parte cubre la conexión de cables rellenos de fluido y de aislamiento extruido a una GIS, en arreglos monofásicos o trifásicos. Su objetivo es establecer la intercambiabilidad eléctrica y mecánica entre los terminales de cable y la GIS, y determinar los límites de suministro. No cubre los terminales sumergidos directamente, descritos en un folleto de CIGRE.
Entre el cable y la GIS siempre hay una barrera aislante que separa el aislamiento del cable del gas de la GIS. Según el terminal, la norma distingue dos tipos:
| Tipo de terminal | Cómo es |
|---|---|
| Relleno de fluido | Incluye un fluido aislante como parte del conjunto de conexión. |
| Seco | Tiene un componente elastomérico de control de campo en contacto con la barrera aislante y no necesita fluido. |
Los valores que la norma define para esta interfaz son:
- Tensión asignada. Es la menor entre la del cable y la de la GIS, tomada de la serie 72,5 – 100 – 123 – 145 – 170 – 245 – 300 – 362 – 420 – 550 kV (apartado 5.2).
- Corriente normal. La interfaz de circuito principal aplica hasta 3 150 A. Las superficies de contacto deben ser plateadas, cobreadas o de cobre macizo (apartado 5.4).
- Calentamiento. Para una intercambiabilidad total, la interfaz debe diseñarse de modo que, con la corriente asignada del cable a 90 °C, no haya transferencia de calor desde el terminal de la GIS hacia el terminal del cable. Si no se logra, el fabricante de la GIS entrega los datos de calentamiento del terminal y del SF6 en función de la corriente.
- Presión del gas. La presión mínima funcional de aislamiento no excede 0,35 MPa absolutos a 20 °C hasta 300 kV, y 0,4 MPa por encima de 300 kV. La presión de llenado la asigna el fabricante de la GIS y no puede ser menor que la mínima funcional (apartado 5.6).
- Presión de diseño exterior del terminal. Es 0,85 MPa absolutos a 20 °C. El terminal debe soportar el vacío cuando se evacúa la envolvente de conexión durante el llenado (apartado 6.1).
- Fuerzas. La fuerza transversal adicional máxima que la GIS aplica a la interfaz en una conexión trifásica no supera 5 kN. En una monofásica se asume una fuerza mecánica total de 2 kN. El fabricante de la GIS garantiza que no se superen (apartado 6.2).
Las dimensiones normalizadas cubren de 72,5 kV a 550 kV con cuatro tamaños, tanto para terminales rellenos de fluido (Figura 3) como para secos (Figura 5). La norma advierte que la intercambiabilidad para 245 kV a 300 kV no se mantiene respecto a ediciones anteriores, por la reducción de la envolvente de los terminales.
Conexión directa con el transformador: IEC 62271-211
La edición de 2014 aplica a conexiones directas monofásicas y trifásicas entre una GIS de más de 52 kV y el transformador. Fija la intercambiabilidad eléctrica y mecánica y los límites de suministro de la conexión. En la conexión directa, un extremo del buje queda sumergido en el aceite o el gas del transformador y el otro en el gas de la GIS. La conexión cumple IEC 62271-203 para la GIS, la serie IEC 60076 para el transformador e IEC 60137 para bujes totalmente sumergidos.
Los puntos que la norma fija son:
- Tensión asignada. La misma serie de 72,5 kV a 550 kV.
- Corriente continua. Las dimensiones de la interfaz permiten hasta 3 150 A.
- Presión. La presión mínima funcional de aislamiento para el diseño del buje no excede 0,35 MPa absolutos a 20 °C con SF6. La presión máxima de operación con la que se calcula la resistencia mecánica del buje debe ser al menos 0,85 MPa absolutos a 20 °C (apartado 5.2).
- Fuerzas en la interfaz. Las cargas normales siguen la Tabla 1 de IEC 60137, nivel I, con un mínimo de 2 kN. La selección del buje corresponde al fabricante del transformador.
- Asentamiento. Se considera un asentamiento vertical relativo máximo de 5 mm entre las cimentaciones de la GIS y del transformador (apartado 5.6).
- Vibraciones. Los fabricantes de GIS y de transformador deben acordar cómo considerar las vibraciones del transformador energizado (apartado 5.7).
Corrientes circulantes y junta aislada
Las envolventes monofásicas de una GIS conducen corrientes de retorno. Para minimizar las que circulan entre la GIS y el transformador, el fabricante de la GIS instala conexiones de puenteo entre las envolventes. Si se esperan corrientes circulantes superiores a 250 A por la envolvente de conexión del transformador, la norma exige una junta aislada entre la GIS y el transformador (apartado 5.1).
Una nota indica que la experiencia práctica permite una corriente de carga de hasta 1 250 A sin precauciones adicionales, porque cerca del 80 % de la corriente de carga circula por el puenteo de la GIS. Otra nota indica que el usuario debe aclarar con el fabricante del transformador la corriente máxima aceptable por su envolvente, para evitar la junta aislada si es posible.
La junta aislada puede necesitarse además para aislar el tanque del transformador de las envolventes vecinas y para que las protecciones de GIS y transformador operen bien. Debe soportar 5 kV eficaces a frecuencia industrial durante 1 min, y puede llevar resistores no lineales en paralelo para limitar las elevaciones transitorias del potencial de tierra, de frente muy rápido, cuando opera un equipo de maniobra. La norma acepta dos ubicaciones, que muestra la Figura 1.
Pruebas del cable y del transformador con la GIS conectada
IEC 62271-203 da pautas para las pruebas dieléctricas:
- las partes de la GIS que permanecen conectadas al cable deben soportar las tensiones de prueba que fijan las normas del cable para la misma tensión asignada;
- durante las pruebas dieléctricas del cable, las partes adyacentes de la GIS se desenergizan y se ponen a tierra, salvo medidas especiales contra descargas del cable sobre partes energizadas;
- para cables de aislamiento extruido (IEC 60840 e IEC 62067), las pruebas tras la instalación son con tensión alterna, y la GIS cercana al terminal puede quedar sometida a esa tensión;
- para cables rellenos de aceite (IEC 60141-1), las pruebas tras la instalación son con tensión continua. Si no es aceptable aplicarla a la GIS, hay que prever medios especiales, como seccionamiento o mayor densidad de gas;
- para facilitar las pruebas del transformador, se puede incluir un seccionador de puesta a tierra aislado en el buje o en la GIS, y conviene evitar abrir la GIS para ello.
Para ver cómo se prueba un cable en sitio, consulte las guías de pruebas de diagnóstico de cables y de prueba de tensión soportada en sitio.
Qué acordar entre fabricantes
- Los límites de suministro de cada interfaz, con la figura de la norma que aplica.
- La corriente por el puenteo y por la envolvente del transformador, y si hace falta junta aislada.
- La presión mínima funcional y de llenado en la envolvente de conexión.
- Quién prevé las facilidades de prueba: seccionamiento, buje de prueba del cable o seccionador de tierra aislado.
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Referencias
- IEC 62271-203, High-voltage switchgear and controlgear - Part 203: Gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages above 52 kV, edición 2011, apartado 5.107.
- IEC 62271-209, Part 209: Cable connections for gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages above 52 kV - Fluid-filled and extruded insulation cables - Fluid-filled and dry-type cable-terminations, edición 2007, capítulo 1 y apartados 4 a 8.
- IEC 62271-211, Part 211: Direct connection between power transformers and gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages above 52 kV, edición 2014, capítulo 1 y apartados 4 y 5.
Preguntas frecuentes
¿Quién suministra qué en la conexión de un cable a una GIS?
IEC 62271-209 define los límites de suministro entre el fabricante de la GIS y el del terminal de cable mediante figuras: una para terminales rellenos de fluido y otra para terminales secos. El fabricante de la GIS debe garantizar que las fuerzas transversales aplicadas a la interfaz no superen los valores de la norma.
¿Cuándo se necesita una junta aislada entre la GIS y el transformador?
IEC 62271-211 la exige si se esperan corrientes circulantes superiores a 250 A por la envolvente del transformador. También puede necesitarse para aislar el tanque del transformador de las envolventes vecinas y para que funcionen bien las protecciones de GIS y transformador. Debe soportar 5 kV a frecuencia industrial durante 1 min.
¿Se puede probar el cable con la GIS conectada?
Sí, pero con condiciones. IEC 62271-203 indica que las partes de la GIS que quedan conectadas al cable deben soportar las tensiones de prueba del cable. Durante las pruebas dieléctricas del cable, las partes adyacentes de la GIS deben estar desenergizadas y puestas a tierra, salvo medidas especiales.