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Solución de refrigeración para resolver los problemas de calor en Brasil

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La empresa suministradora de energía Eletrobras Furnas no tenía manera de medir el calor en su estación de conversión de HVDC, y eso afectaba su capacidad de proporcionar energía eléctrica confiable.

Las consecuencias podían incluir equipos dañados e inestabilidad de la red eléctrica brasileña. Furnas quería afrontar el problema de manera proactiva, pero no existía una solución.

Perfil del cliente

  • Cliente: Eletrobras Furnas
  • Ubicación del proyecto: San Pablo, Brasil
  • Industria: Empresa suministradora de energía eléctrica
  • Aplicación: Transmisión y subestación

El desafío

La estación de energía de Itaipú

El río Paraná tiene un cauce similar a una vena y un recorrido de 3,000 millas que atraviesa Brasil, Paraguay y Argentina. A su paso, el río une Brasil y Argentina y pasa por la represa de Itaipú antes de continuar su recorrido hacia el sur.

Represa de Itaipú

La represa de Itaipú se inauguró en mayo de 1984. Itaipú, un esfuerzo conjunto entre Brasil y Paraguay, se compone de cuatro represas unidas: una represa rellenada con tierra, una represa rellenada con rocas, una represa principal con contrafuerte de concreto y una represa con ala de concreto.

Itaipú es una fuente de alimentación enorme. Produce la mayor cantidad de hidroelectricidad del mundo, con un récord en 2016 de más de 103 millones de MWh de generación anual.

Itaipé tiene 20 unidades generadoras, 10 de ellas producen energía para Paraguay a 50 Hz y 10 producen energía para Brasil a 60 Hz. Los modestos requisitos de energía de Paraguay dan lugar a una gran cantidad de energía no utilizada de sus generadores. Paraguay transmite la energía a Brasil a través de líneas de transmisión cortas de CA (50 Hz), donde se convierte a CD en una subestación cercana a Itaipú. Una vez convertida, la energía se transporta 810 km a través de líneas de transmisión HVDC a la subestación de Ibiúna en Brasil, donde se invierte de CD a CA (60 Hz). El proceso de inversión genera vibraciones armónicas que pueden desestabilizar el sistema de potencia. Estabilizar este proceso de inversión era fundamental para que Eletrobras Furnas transportara energía de manera confiable a más de 2 millones de hogares.

¿No hay filtro? No hay inversión.
¿No hay inversión? No hay transmisión de energía.

Las vibraciones armónicas son una parte natural de cualquier proceso de inversión. Sin embargo, deben filtrarse antes de inyectar la energía en el sistema de potencia. Las vibraciones armónicas aumentan el nivel de calor, interfieren en las comunicaciones y el control, causan una mala calidad de la energía y producen pérdida de vida útil de los motores. Eletrobras Furnas instaló bancos de filtros en Ibiúna en un esfuerzo por eliminar estas vibraciones armónicas (y para proporcionar potencia reactiva al proceso de conversión), pero los filtros no funcionaban según lo diseñado, y la continuidad del servicio estaba en riesgo.

Filtros de vibraciones armónicas

Los bancos de filtros de Eletrobras Furnas ayudan a filtrar las vibraciones armónicas generadas durante el proceso de inversión.

El problema estaba en el esquema de protección. Durante años, Eletrobras Furnas utilizó un esquema basado en la media cuadrática (rms) como protección contra sobrecarga para los filtros. Si bien un esquema rms asocia todas las corrientes, las vibraciones fundamentales y las armónicas que fluyen hacia un filtro, no separa los niveles de carga a diferentes frecuencias armónicas. La incapacidad de medir con precisión el calor generado por las vibraciones armónicas en los bancos de filtros ponía en peligro el conversor de HVDC. Si no se filtran las vibraciones armónicas, el proceso de inversión se interrumpe. Si no hay proceso de inversión, no hay transmisión de energía.

El éxito

Es hora de vencer al calor

Tras analizar el proceso de filtrado, sus equipos y otros requisitos del sistema, surgió una posible solución para Eletrobras Furnas. Necesitaban dispositivos de protección con una lógica que pudiera separar los niveles de carga a diferentes frecuencias armónicas y calcular con precisión el calor generado dentro de los bancos de filtros. El único problema era que no había una solución comercial disponible de ninguna compañía. No obstante, ni bien acudieron a SEL con las especificaciones de la solución propuesta, conocieron la belleza de las ecuaciones de control de SELogic.

Las ecuaciones de SELogic son flexibles. Los ingenieros de SEL crearon nuevas funciones SELogic exclusivamente adaptadas para Eletrobras Furnas e implementaron la solución en los medidores de facturación SEL-734 y en los relés de sistema de control de bahía, automatización y protección SEL-451.

En lugar de una solución de compromiso, Eletrobras Furnas obtuvo una solución que puede calcular los niveles de carga en función de cada frecuencia armónica y medir con precisión el calor generado por cada corriente fundamental y armónica. Ahora, el filtrado de las vibraciones armónicas se realiza sin inconvenientes, la protección contra sobrecorriente y sobrecarga es confiable, y Brasil y Paraguay se benefician con una solución realmente única, propuesta por Eletrobras Furnas y diseñada por SEL.

Con este nuevo esquema de protección, podemos predecir la sobrecarga en el reactor con gran precisión, lo que resolvió los problemas que tuvo Eletrobras Furnas en el pasado.

Ricardo Abboud, gerente técnico internacional, SEL

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