Cómo seleccionar la RMU adecuada para aplicaciones de distribución de media tensión

Introducción

A cortacircuitoses una de las piezas más utilizadas deaparamenta de media tensiónen el mundo. Se encuentra dentro de subestaciones compactas en barrios urbanos densos, en la base de turbinas eólicas, en los sótanos de torres comerciales y en el perímetro de plantas industriales. Su trabajo es poco glamoroso pero crítico: conectar alimentadores de distribución en un anillo, proteger transformadores y aislar fallas sin interrumpir toda la red.

PorqueRMUComo los dispositivos electrónicos se producen en grandes cantidades y se utilizan en grandes flotas, existe la tentación de tratarlos como una mercancía: elegir un voltaje, elegir una corriente, comparar precios. Este enfoque funciona hasta que deja de funcionar. Una RMU mal especificada puede crear dolores de cabeza operativos que se agravan en docenas o cientos de instalaciones. Una configuración que funciona perfectamente en el centro de una ciudad templada puede fallar prematuramente en un entorno costero con niebla salina. Un esquema de protección que fuera adecuado para una red radial puede comportarse de manera impredecible cuando la empresa de servicios públicos reconfigura el anillo.

Seleccionar la RMU adecuada requiere comprender dónde operará, cómo se accederá a ella y cómo se mantendrá, qué debe proteger y cómo la red que la rodea podría cambiar durante su vida útil de 30 años. Este artículo examina cada uno de estos factores por separado.

Comience con la aplicación, no con el catálogo

El error de especificación de RMU más costoso es seleccionar una configuración estándar de un catálogo antes de comprender el contexto de la aplicación. Tres factores de aplicación deberían dar forma a cada decisión de selección de RMU.

Instalación interior versus exterior. Una RMU interior instalada en una sala eléctrica con clima controlado se enfrenta a un entorno benigno. La temperatura es estable. La humedad está controlada. No hay exposición a la lluvia, el polvo o la sal. Una RMU exterior instalada en un recinto tipo pedestal cerca de la costa se enfrenta a una realidad muy diferente. Los cambios de temperatura pueden provocar condensación interna. La niebla salina acelera la corrosión de las piezas metálicas expuestas. La radiación ultravioleta degrada el aislamiento polimérico y los sellos con el tiempo. El gabinete debe diseñarse para estas condiciones, con clasificaciones IP apropiadas, medidas anticondensación y protección contra la corrosión.

Filosofía de acceso y mantenimiento. Un equipo de mantenimiento puede visitar una RMU instalada en una subestación cerrada en el centro de una ciudad en 30 minutos. Es posible que solo se pueda acceder a una RMU instalada en la base de una turbina eólica en la cresta de una montaña durante ciertas ventanas climáticas, y una visita al sitio puede costar varias horas de viaje. Cuanto más remota sea la instalación, más sólidos serán los diseños sellados de por vida que no requieren monitoreo de gas, mantenimiento de contactos ni intervención periódica. La filosofía de mantenimiento debe incorporarse a las especificaciones y no descubrirse después de la puesta en servicio.

Configuración de red existente. Una RMU que se agrega a un anillo existente debe ser compatible con la filosofía de protección, el protocolo de comunicación y la interfaz física del equipo que ya está en servicio. Si la red existente utiliza una plataforma de retransmisión de protección específica, la nueva RMU debería poder integrarse con ella. Si el anillo existente utiliza una configuración de módulo particular, la nueva unidad debería encajar en esa topología sin requerir ingeniería personalizada.

Determine las funciones que debe realizar cada módulo

Una RMU no es un dispositivo único. Es un conjunto de módulos, cada uno de los cuales realiza una función distinta. La primera tarea de especificación es determinar qué funciones se necesitan y cuántas de cada una.

Módulos de alimentación de anillos. Estas son las unidades de interruptor-seccionador de carga que conectan la RMU al anillo de distribución. Se requieren al menos dos, normalmente designados como entrante y saliente, aunque en una configuración de anillo la energía puede fluir en cualquier dirección. Cada módulo de alimentador de anillo contiene un interruptor de carga capaz de interrumpir la corriente de carga nominal. La clasificación más común es 630A, que cubre la gran mayoría de aplicaciones de anillos de distribución.

Módulos de protección de transformadores. Estos módulos alimentan y protegen transformadores de distribución que bajan de media tensión a baja tensión para consumo local. La protección puede proporcionarse mediante un fusible (el enfoque más simple y común), un disyuntor (cuando se requiere selectividad o operación frecuente) o una combinación de interruptor de carga con fusible. La elección entre protección con fusible o disyuntor depende del tamaño del transformador, el nivel de falla de la red y la filosofía de coordinación de protección de la empresa de servicios públicos.

Módulos acopladores de bus. En conjuntos RMU más grandes, un acoplador de barra puede conectar o separar dos secciones de barra colectora. Esto permite flexibilidad operativa: un transformador se puede poner fuera de servicio mientras el otro alimenta ambas secciones, o el anillo se puede dividir en dos segmentos independientes para aislar fallas.

Módulos de medida directa. Cuando la empresa de servicios públicos requiere medición de ingresos en la RMU, un módulo de medición dedicado admite transformadores de corriente y voltaje dimensionados para precisión de facturación. Este módulo normalmente no tiene función de conmutación; es solo un punto de medición.

COTENELE suministra módulos RMU en todas estas configuraciones, incluidos alimentadores de anillo entrantes y salientes con clasificación de 630 A, módulos de protección de transformadores con protección de fusible o disyuntor, acopladores de bus y compartimentos de medición directa. Se encuentran disponibles configuraciones estándar de tres, cuatro y cinco módulos, con arreglos personalizados citados en el diagrama unifilar del cliente.

Seleccione la tecnología de aislamiento

El medio aislante dentro del tanque RMU determina la huella ambiental, el perfil de mantenimiento y el estado de cumplimiento del equipo. Esta decisión ha ganado importancia a medida que las regulaciones SF₆ se han endurecido a nivel mundial.

El aislamiento de aire seco y nitrógeno se ha convertido en los principales sustitutos del SF₆ en aplicaciones RMU. Ambos gases tienen un potencial de calentamiento global nulo. Ambos no son tóxicos ni inflamables y no requieren manipulación especial al final de su vida útil. En una RMU moderna con aire seco o aislamiento de N₂, el tanque de gasolina se llena y se sella en fábrica. No requiere control de presión, recarga ni mantenimiento relacionado con el gas durante toda su vida útil de diseño de 30 años. El tanque en sí suele ser de acero inoxidable, lo que proporciona una resistencia a la corrosión que coincide con la resistencia eléctrica del equipo.

La RMU de 24 kV sin SF₆ de COTENELE utiliza aire seco como medio aislante en un tanque de acero inoxidable sellado de por vida. El diseño ha sido probado según IEC 62271-200 con resistencia a cortocircuitos de 25 kA durante cuatro segundos y clasificación de arco interno IAC AFLR a 20 kA durante un segundo. El tanque sale de fábrica sellado y probado. Desde la perspectiva del operador, no hay ningún sistema de gas que gestionar.

El aislamiento sólido ofrece un enfoque alternativo al eliminar el gas por completo. Los conductores activos y los contactos de conmutación están encapsulados en resina epoxi. No hay tanque de gas, ni recipiente a presión, y no hay posibilidad de fuga de gas. Las RMU con aislamiento sólido son inherentemente compactas y adecuadas para entornos hostiles donde la humedad, la sal o los contaminantes en el aire desafiarían los diseños con aislamiento de gas o aire. La desventaja es que los módulos con aislamiento sólido suelen ser menos flexibles cuando se necesita una reconfiguración y conllevan un costo unitario más alto.

El legado de SF₆. Las RMU tradicionales llenas de SF₆ todavía se encuentran en funcionamiento generalizado, pero ya no son especificables para nuevas instalaciones en mercados donde se aplica el Reglamento de gases fluorados de la UE o restricciones equivalentes. Los ingenieros deben verificar el estado regulatorio del mercado objetivo antes de incluir equipos SF₆ en una especificación. Incluso cuando el SF₆ aún no está prohibido, especificar equipos con SF₆ crea una responsabilidad de cumplimiento a largo plazo que muchos propietarios de activos ahora no están dispuestos a aceptar.

Verifique los parámetros clasificados con respecto a las condiciones del sitio

Las clasificaciones de la placa de identificación en una hoja de datos de RMU se basan en condiciones de referencia estándar. Las condiciones del sitio a menudo difieren de estas referencias, a veces sustancialmente. El trabajo del ingeniero es verificar que las clasificaciones sean válidas para el entorno de instalación real.

El voltaje nominal debe exceder el voltaje nominal del sistema, teniendo en cuenta sobretensiones temporales durante fallas a tierra o transitorios de conmutación. Para un sistema de 20 kV, es común una RMU con clasificación de 24 kV. Para un sistema de 33 kV, se requiere una clasificación de 36 kV o 40,5 kV. Las tensiones soportadas a frecuencia industrial y al impulso del rayo deberán confirmarse con el estudio de coordinación de aislamiento del proyecto.

La corriente nominal para los módulos alimentadores en anillo es normalmente de 630 A, lo que se adapta a la corriente continua en la mayoría de los anillos de distribución. Los módulos de protección de transformadores suelen tener una clasificación de 200 A o menos, correspondiente a la clasificación del fusible o la configuración del disyuntor. La clasificación debe ser válida a la altitud del sitio y a la temperatura ambiente máxima. Si la instalación está por encima de los 1000 metros, o si las temperaturas ambiente exceden regularmente los 40 °C, se aplican factores de reducción y es posible que se necesite una clasificación más alta en la placa de identificación para suministrar la corriente continua requerida.

La corriente soportada en cortocircuito es el parámetro que afecta más directamente a la robustez física de la RMU. La clasificación (generalmente 20 kA o 25 kA durante cuatro segundos) debe igualar o exceder el nivel de falla calculado en el punto de instalación. Un estudio de cortocircuito que utilice datos de la red actual y tenga en cuenta las adiciones de generación futuras proyectadas es la única base confiable para especificar este parámetro. No especificarlo crea un riesgo de falla catastrófica. Sobreespecificarlo añade costos innecesarios.

Comprender la filosofía de mantenimiento de cada diseño

Los requisitos de mantenimiento de la RMU varían sustancialmente según el diseño, y esta variación tiene implicaciones directas en los costos operativos durante la vida útil de 30 años del equipo.

Los tanques de gas sellados de por vida son el estándar moderno para las RMU libres de SF₆. El tanque se llena con aire seco o nitrógeno en la fábrica, se prueba para detectar fugas y se sella permanentemente. No hay ningún manómetro de gas en el panel frontal; no hay nada que leer. No hay puerto de recarga, no hay nada que recargar. El manual de mantenimiento no contiene procedimientos relacionados con el gas porque no los hay. Para un operador que gestiona una flota de cientos de RMU, eliminar el manejo de gas del programa de mantenimiento supone un importante ahorro operativo.

El reemplazo de fusibles es la actividad de mantenimiento más común en una RMU y la única que debería ser necesaria durante el funcionamiento normal de una unidad sellada moderna. Cuando funciona un fusible de protección del transformador, se debe reemplazar el cartucho fusible. El diseño debe permitir que esto se haga de manera segura, con los módulos del alimentador en anillo permaneciendo en servicio mientras el módulo de protección del transformador está aislado. Los procedimientos de reemplazo de fusibles, los requisitos de acceso y la disponibilidad de eslabones fusibles de reemplazo deben revisarse antes de la especificación.

Vida del interruptor de vacío. En los diseños de RMU que utilizan interruptores de vacío para el disyuntor o la función de interrupción de carga (que es la mayoría de las RMU modernas), los interruptores están sellados de por vida y no requieren mantenimiento. La resistencia mecánica del mecanismo operativo, generalmente clasificada para miles de operaciones, determina el intervalo en el que puede ser necesaria una inspección o revisión del mecanismo. Para la mayoría de las aplicaciones de distribución, donde las operaciones de conmutación son poco frecuentes, el mecanismo durará más que la vida útil instalada del equipo.

Lista de verificación de configuración para escenarios de aplicaciones comunes

Diferentes aplicaciones requieren diferentes configuraciones de RMU. Si bien cada proyecto tiene requisitos únicos, varios patrones comunes sirven como puntos de partida útiles.

Subestación de distribución urbana. Una configuración típica es de tres módulos: dos módulos de alimentación en anillo (interruptores de carga) y un módulo de protección del transformador (con fusibles). Esto proporciona la conexión en anillo y alimenta un transformador de distribución local. En algunas redes, se utiliza una configuración de cuatro módulos con un módulo de protección de transformador adicional donde se instalan dos transformadores en el mismo sitio.

Red de colectores de parques eólicos. Los transformadores de turbinas eólicas suelen estar protegidos por módulos fusionados en RMU instaladas en la base de cada turbina o en pequeños grupos. Los alimentadores de anillo RMU conectan varias turbinas en cadena o en anillo a la subestación colectora. La frecuencia de conmutación puede ser mayor que en la distribución urbana debido a los ciclos de arranque y parada de las turbinas. Para los elementos de conmutación se prefieren interruptores de vacío con alta resistencia mecánica.

Edificio comercial o centro de datos. Cuando la RMU suministra a una instalación generación in situ o alimentación de servicios públicos duales, es posible que se necesite un módulo acoplador de bus para gestionar la interconexión entre dos fuentes. A veces se prefieren los módulos de protección de transformadores con disyuntores en lugar de fusibles por su capacidad de restablecerse de forma remota y para facilitar la coordinación con la protección aguas abajo.

Infraestructura crítica. Para hospitales, aeropuertos y plantas industriales de proceso continuo, las configuraciones de RMU deben respaldar la coordinación selectiva y brindar la capacidad de aislar una sección con fallas sin interrumpir el suministro a las secciones sanas. La redundancia en la configuración del alimentador en anillo (de modo que ningún fallo de cable interrumpa todo el suministro) debe diseñarse en la topología en anillo, no solo en la especificación RMU.

Cumplimiento de estándares y documentación

La prueba de tipo según IEC 62271-200 es el requisito mínimo para las RMU en los mercados internacionales. El programa de pruebas de tipo cubre pruebas dieléctricas, aumento de temperatura, resistencia a cortocircuitos, clasificación de arco interno y resistencia mecánica. Los ingenieros deben solicitar los informes completos de las pruebas de tipo, no los certificados resumidos, y deben verificar que la configuración probada coincida con la configuración que se cotiza.

Más allá de las pruebas de tipo, el paquete de documentación es parte del producto. Informes de pruebas de rutina de fábrica para cada módulo. Una declaración de conformidad con las regulaciones aplicables, incluido el Reglamento de gases fluorados de la UE para equipos libres de SF₆. Un manual de instalación y operación que describa con precisión los requisitos de mantenimiento, o la falta de ellos, para el diseño específico.

COTENELE proporciona certificados de prueba de tipo IEC 62271-200, informes de pruebas de rutina y un paquete de documentación completo con cada cotización de RMU. La documentación está disponible en la etapa de licitación, lo que permite a los ingenieros consultores y evaluadores de servicios públicos completar su revisión técnica antes de la adjudicación del contrato.

Conclusión

Seleccionar una RMU es un ejercicio para pensar en toda la vida útil del equipo: dónde se ubicará, qué se le pedirá que haga, cómo se mantendrá y cómo podría cambiar la red que la rodea. La elección correcta no es necesariamente la que tiene el precio de compra más bajo. Es el que minimiza el costo total de propiedad durante tres décadas y al mismo tiempo proporciona la confiabilidad, seguridad y flexibilidad operativa que exige la aplicación.

Para los ingenieros que preparan una especificación RMU, la secuencia de decisiones es clara. Comience con el entorno de la aplicación. Determine las funciones requeridas del módulo. Seleccione una tecnología de aislamiento que cumpla con las regulaciones medioambientales actuales y previsibles. Verifique las calificaciones con las condiciones del sitio. Comprender los requisitos de mantenimiento del diseño elegido. Confirme que la documentación y las pruebas de cumplimiento estén disponibles antes de realizar el pedido.

COTENELE respalda este proceso con RMU libres de SF₆, listas para producción y de tipo probado, configuradas según el diagrama unifilar del proyecto. Nuestro equipo de ingeniería está disponible para revisar los requisitos de la aplicación, recomendar configuraciones de módulos y proporcionar paquetes de documentación completos para la presentación de ofertas.

¿Especificando una RMU para su próximo proyecto?

COTENELE suministra unidades principales de anillo sin SF₆ de 24 kV con aislamiento de aire seco, pruebas de tipo IEC 62271-200 y paquetes de documentación completos. Configuraciones de módulos estándar y personalizados disponibles.

Acerca de COTENELE

COTENELE es un fabricante especializado de aparamenta de media tensión, que incluye aparamenta con aislamiento de gas ecológico y sin SF₆, disyuntores de vacío, unidades principales en anillo y paneles revestidos de metal para aplicaciones de 12 kV a 40,5 kV. Nuestros productos sirven a empresas de servicios públicos, operadores de centros de datos, desarrolladores de energía renovable y compradores industriales en Europa, Asia y Medio Oriente. Cada producto se somete a pruebas de tipo según las normas IEC aplicables, y se proporciona documentación completa para la presentación de ofertas y la entrega del proyecto.