- -P1

Digital Instrument Transformers

Marcos Montero

Ing. de Aplicación

GRID

Phoenix, AZ

Introducción •Historia del COSI-NXCT óptico •Sensor de Corriente NXCT •Comparando Tecnologías y Aplicaciónes

- -P3

PRODUCTOS COSI AC & DC Transformadores de Instrumentos Digitales COSI-NXCT

COSI-NXCM CVT & NXCT

Chasis & Fuente de Alimentación

COSI-NXCT F3

- -P4

Historia de la Tecnología 1991-1999 Universidad Texas A&M Y Honeywell 1999 – 2009 NxtPhase T&D Inc.

− Sensor de Corriente de Honeywell Adquirido por Areva T&D en 1/16/09 Adquirido por ALSTOM Grid en 6/7/10 Sensores de Corriente :

− ~1100 unidades en mas de 20 paises • 69 kV a 800 kV − TC de Alta tension − TC DC de Alta tension • TC Flexible − DC de Alta Corriente − GIS TC − Cable Subterráneo > 8km - -P5

COSI-NXCT – Decisiones Tecnicas de Diseño

híbrido óptico

vs.

Puro óptico 1

Electronica en Alto Voltaje Alto Costo por Falla

Vidrio en Mayoría

0.9

Sin2(r + 45o)

0.8

vs.

Fibra óptica

0.7 0.6 0.5 0.4

+/- 1 % Linear Region

0.3 0.2 0.1 0 -60

Laser

Configuración Polimetrica (angulo de fase de la luz)

o

45

vs.

Configuración Inferometrica (Velocidad de la luz)

Current Flow

Sensibilidad a las vibraciones No DC Alto Ruido Requiere una fibra de detección fragil Le Afecta la temperatura y la tension - -P6

Normalized Sagnac Response

Optical Fiber

Detectors

-20

0

20

40

60

rF

Número limitado de vueltas ópticas Caro, vidrio frágil Limite de Tamaños Polarizers 0o

-40

1 Detector 1

0.8 0.6 0.4 0.2

Detector 2

0 -80

-60

-40

-20

0

20

40

60

 (degrees) Optical Fiber

Laser



Detector 1 Detector 2

80

COSI-NXCT – Decisiones Tecnicas de Diseño Optical transparent medium Light polarisation vector

I

Light propagation axis

H

   d  V  ( H  dL )

Current busbar - -P7

Faraday Effect V : Verdet coefficient

Sensor de Corriente NXCT

- -P8

Digital Current Sensors NXCT System Components 3 sensores de corriente

•Salida Primaria es digital 6 salidas analogas •Aplicaciónes AC & DC - 1A or 5A (solamente medición) •Electronica en lazo - 200 mV e IEC 61850 Digital mantiene el factor de escala y monitorea la salud del sistema Fuente de Alimentación y Chasis Amplificador (2U) Chasis Electro óptico(3U)

Caja de Empalme

Cables de Alimentación (en el conducto)

- -P9

Tronco de Cables (Enterrado)

Cable óptico protegido Modulador--Belden 1037A (16AWG pares trenzados)

Sensor de temperatura -- Belden 9512 Caja de Mantenimiento de Cables

Sensores de Corriente, Digitales Fibras ópticas NXCT Que Tipo?

− Fibra aceptable de telecomunicación Ventajas?

− Altamente disponible − Tecnicos entrenados con equipo de Empalme. Conexiones?

− Fibra Empalmada o un conector óptico.

- - P 10

Ajuste de Factor de Escala Cambio de relación

- - P 11

Sensores de Corriente, Digital Carga Secundaria  Diferente a los TC convencionales, un TC Digital no entrega corriente ni poder para alimentar una carga secundaria.

2A

20A

OK

NO

 -El poder proviene de las baterias de la subestación.  Medición Analoga Muchas Normas dan un límite máximo 150% o 200% corriente nominal.

 Secundaria 1A nominal => 1.2A a 2A max  Protección Analoga

 Las clases de Protección Comunes requieren salidas de 20-30 x corriente nominal

 Secundaria  1A nominal => 20A a 30A max  5 A nominal => 100 A corriente de falla - - P 12

Sensores de Corriente, Digitales Principales Características Todos los niveles de voltaje

− −

LV or 36 kV a 800 kV AC LV or 25 kV a 1200 kV DC

Amplio Rango Dinamico

− − −

corriente de 1000 A HV

Alimentción Auxiliar 225 kW --> corriente de0.95 A

Overhead Line

F3

- - P 16

Switchgear Transformer

MV Switchgear Buildings

Wind Turbine Generator

COSI-NXCT: Comparando Tecnologías y Aplicaciones

- - P 17

Comparando Tecnologías

Aplication

AIS/GIS

AIS

GIS

GIS

Technology

Optical (Faraday)

Capacitive

Rogowski

Capacitive

Current Measurement

Voltage Measurement

Current Measurement

Voltage Measurement

- - P 18

Comparando Tecnologías Diseño de Peso Ligero

CT 245 kV Mass Peso

TC Digital *

Hair Pin

Top-Core

65 kg 144 lbs

1400 kg 3100 lbs

720 kg 1600 lbs

- - P 19 * Incluye el peso del Chasis (equiv. kg / lbs por fase)

Lineas Secundarias de losTransformadores de Corriente llenos de Aceite 3 TC’s llenos de Aceite

36 cables 6-10 mm2

M1 M2 R1 R2 R3 R4 En el Campo

En el Cuarto de Control

Ejemplo : 2 medición + 4 funciones de protección / fase - - P 20

Sensores de Corriente, Digital Componentes del Sistema COSI-NXCT 3 COSI NXCT sensores

3 or 6 cables ópticos

2 sensores ópticos + 2 Amplificadores

M1 M2 R1 R2 R3 R4 En el Campo

En el Cuarto de Control

Ejemplo : 2 medición + 4 funciones de protección / fase - - P 21

Comparando Tecnologías  Ahorro en espacio y costo por flexibilidad de montaje y simplicidad  Ahorro de 90% del peso en una unidad de 245kV significa…  Estructuras de soporte son mas lijeros 

Posibilidad de usar estructuras ya en existencia o estructuras simples y montar en posición horizontal



3 Unidades en el mismo pedestal require menos trabajo en la cimentación.



Posibilidad de tener la funcion del TC + TV combinado, con las ventajas de la unidad combinada y las unidades separadas del TC & TV.

 Ahorro en los costos de Manipulación y Montaje

- - P 22



No se requieren gruas pesadas



No Cables de Secundario para Alto Voltaje



Facil para manipular => Ahorra Tiempo



Ajuste de proporción a cualquer tiempo

COSI-NXCT •Ahorra Dinero •Ahorra Espacio •Flexible •Seguro •Medio Ambiente •Funciones Extra •…

400kV OHL feeder – NXCT Encima de un Interuptor Tanque Vivo 400kV OHL feeder bay con TC lleno de Aceite

400kV OHL feeder bay con COSI-NXCT en Interuptor Tanque Vivo

Ahorro hasta 30%, y reducción de pedestal. - - P 23

Comparando Tecnologías  Ahorros en mantenimiento y instalación  Simplifica Conexiones Secundarios 

Requiere menos cableado (1 cable óptico + conectores)

 Cable optico estandar  No hay fibra especial entre la unidad y el cuarto de control

 Casi Zero Mantenimiento 

Monitoreo remoto & mantenimiento preventivo



No requiere analisis ni registros de gas ni muestreo de Aceite



Corto tiempo de Libranza

 Menos repuestos, inventario reducido

- - P 24



Posibilidad de cambiar proporciones y caracteristicas electronicas entre cierto rango



Almacenamiento Horizontal indefinido

NXCT •Cost Saving •Space Saving •Flexible •Safe •Enviro.. Friendly •Extra Features •…

COSI NXCT-F3 Montaje Muy Flexible Cabezal Flexible para la Detección de Corriente

− Se puede envolver los conductores − Mismo comportamiento como el COSI NXCT Standard.

- - P 25

Comparando Tecnologías Montaje Super Flexible

 Soluciones Rapidas con COSI NXCT-F3  Facil para adaptar a bushings ya en existencia. 

Ideal para uso en subestaciones portatiles, para agregar areas de monitoreo adicionales, etc.. Mid Merit 500 kV Substation

- - P 26

Portland General Electric Portable Substation

Sistema de Monitoreo, Cable Diferencial  Tipo de Relevadores: ALSTOM, ERLPhase, SEL, GE Multilin Digital

 En una unidad Electro óptica F3 saldran 6 fases de medición de corriente a traves de la salida de LEA (Baja Energia Analoga)

 Relevador monitorea la diferencía de corriente para las 3 fases

CB

 No requiere sincronización de tiempo ni fuente de Alimentación

F3 cabezal de detección 6

- - P 27

6 fases

Hasta 10km cable óptico

- - P 28

Comparando Tecnologías  Diseño Seguro  TC Seguro, no explota 

No tiene aceite o gas para aislamiento = no presión alta o fuego



No tiene material conductor entre la base y el cabezal

 Excepcional comportamiento sismico

 Tener un secundario abierto NO causa daño severo al TC 

NO hay peligro para trabajadores de la subestación o al equipo por causa de sobrevoltaje en el lado secundario

 No hay saturación del nucleo - - P 29

NXCT •Cost Saving •Space Saving •Flexible •Safe •Enviro.. Friendly •Extra Features •…

Comparando Tecnologias  Una solucion que no afecta el Ambiente  No hay aceite 

No se usa aceite en el proceso de aislamiento => no hay fugas durante el transporte a la subestación



No hay contaminación del agua ni peligro de fuego

 No hay fuga de SF6 

No se require rellenar , no hay fugas durante fabricación o durante uso, No se requieren operaciones especiales para el reciclaje

 Facil para instalar en equipos ya existentes 

- - P 30

No se requiere eliminación o reciclaje de equipos ya en existencia

NXCT •Cost Saving •Space Saving •Flexible •Safe •Enviro.. Friendly •Extra Features •…

Merging Unit – nuevo concepto Sistema de Control

INTERFACE PRIMARIA Y CABLEADO

IEC 61850-8-1

IEC 61850-8.1 STATION BUS

Ethernet

Transformadores en la subestación Relevador

IEC 61850-9-2

Ethernet Convertidor Primario

DRIVER – Life Cycle 25-40 year life - - P 31

Mergir Protocolos & Sincronizar

IEC 61850-9.2 BUS DE PROCESO

DRIVER – Technology Turnover 15 year lifecycle

NXCM MICOM P444 GE D60 SEL 421

Power Meter

61850-9-2 Viewer 5 A or 1 A

4x Ethernet 61850-9-2LE

NXMU

Voltaje: Ua, Ub, Uc

Cable Management Box

Optical signal: Ia, Ib, Ic

NXMU Demostración

- - P 33

Proyecto piloto IIE - TC tipo óptico. Perspectiva ALSTOM Grid

Actividades en sitio - montaje del TC tipo óptico •

Construcción de bases de cimentación para los transformadores

•

Instalación de gabinete centralizador en la fase central (B)

•

Instalación de tubería para interconexión de fases (A y C con B) y del gabinete centralizador al registro de fibra óptica.

•

Montaje del tablero PCyM

•

Tendido de cable de fibra óptica del gabinete centralizador al cuarto de control.

•

Tendido de cable modulador de gabinete centralizador al tablero PCyM.

•

Tendido de cable del sensor de temperatura.

•

Montaje de los tres NXCT.

•

Elaboración de empalmes de fibra óptica en gabinete centralozador y PCyM

•

Pruebas del tendido de fibra óptica.

•

Pruebas preoperativas del sistema completo.

•

Puesta en servicio del sistema.

Detalle del montaje de los NXCT

Bases de concreto para montaje del equipo óptico.

Detalle del acoplamiento mecánico.

Gabinete centralizador (en la fase B).

Trabajos en fibra óptica.

Comentarios finales

• Los tres (3) NXCT se montaron y probaron al 100%. • Antes de su energización se inyectó una corriente de 60A, misma que se registro en los equipos de ALSTOM, SEL, GE y Arteche. • Una vez terminadas las pruebas se energizó la bahía en donde están montados los NXCT y se verificó y comparó la corriente que circula por el bus. Esta corriente es la misma que se midió con los TC’s convencionales. • Los equipos de medición instalados en el PCyM de la S.E. Chicoasén registran las mismas magnitudes que los NXCT’s de la marca ALSTOM. • Los equipos quedaron instalados y funcionando sin problemas.

[email protected] www.alstom.com