Como se ha señalado en artículos anteriores, la ingeniería eléctrica ha sido un pilar fundamental en el desarrollo de la sociedad moderna y no ha dejado de explorar nuevas tecnologías para avanzar en el panorama energético. Se ha discutido sobre las subestaciones GIS y sobre las ventajas y desventajas del gas SF6. Sin embargo, a pesar de la amplia gama de equipos aislados en gas, esta sigue en crecimiento debido al aumento continuo de la población y desarrollo industrial que cada día demanda una mayor cantidad de energía y compromisos ambientales.
En el contexto de evolución, expansión y adaptación, surge la necesidad de soluciones avanzadas para la transmisión de energía en ambientes donde el espacio es limitado, las condiciones atmosféricas son adversas y donde eléctricamente las condiciones de capacitancia reducen la efectividad de los conductores aislados. Es aquí donde los ductos GIL y GIB´s toman un papel importante. Los ductos GIL (Gas-Insulated Line) – GIB (Gas-Insultaed busbar) son una tecnología avanzada en el ámbito de la transmisión eléctrica. Ofrecen una solución confiable y eficiente en situaciones donde el espacio es limitado o donde se requieren altos niveles de seguridad y fiabilidad. Este artículo explica en detalle qué son los ductos GIL/ GIB´s, sus componentes, aplicaciones típicas, así como sus ventajas y desventajas, basándose en los conocimientos y experiencias propios de la empresa ENERGISAR S.A.S así como de otras referencias de gran apoyo.
¿Qué es un Ducto GIL y/o GIB?
Un ducto GIL o GIB es una línea de transmisión cerrada en un envolvente metálico y aislada en gas; estos ductos se utilizan para la transmisión de energía eléctrica en alta tensión. El gas utilizado más comúnmente es el hexafluoruro de azufre (SF6), conocido por sus excepcionales propiedades aislantes y su capacidad para mantener una alta estabilidad bajo diversas condiciones operativas.
El diseño de los ductos GIL o GIB´s permite la transmisión eficiente de electricidad en entornos donde las líneas aéreas o subterráneas convencionales no son prácticas, como en áreas urbanas densamente pobladas, en regiones geográficamente desafiantes y en condiciones topológicas propias de las subestaciones eléctricas sea por ubicación o disposición. La carcasa metálica y el gas aislante no solo protegen el conductor de influencias externas, sino que también minimizan las pérdidas eléctricas, reducen la posibilidad de fallos y permiten soluciones para la expansión o interconexión de diferentes operadores de transmisión, permitiendo interactuar y acoplarse con diferentes marcas y con subestaciones convencionales (aire – AIS).
Un poco de Historia de los Ductos GIL o GIB´s
Como ya se ha mencionado, el desarrollo de los ductos GIL o GIB es un ejemplo de innovación continua en la ingeniería eléctrica. En la década de 1960, se inició el desarrollo de los ductos con la primera generación que utilizaba únicamente SF6 como aislante, según lo señaló Llorca en su trabajo de fin de grado [2]; la necesidad de reducir costos y mitigar el impacto ambiental llevó a la evolución hacia una segunda generación, que emplea una mezcla de 20% SF6 y 80% N2. Esta innovación mejoró la eficiencia y competitividad de los GIL, permitiendo su implementación en más de 150 proyectos a nivel mundial, destacándose por su rendimiento y flexibilidad en diversas instalaciones. Sin embargo, como ya se ha comentado en artículos anteriores publicados por ENERGISAR S.A.S, actualmente se siguen desarrollado nuevas tecnologías dieléctricas con nuevos gases y nuevas aleaciones, tendencia que promete traer consigo mejores prestaciones medioambientales en comparación con la actual tecnología el cual sigue usando SF6 como gas aislante, pero conservando las ventajas del mismo. Aunque estos ductos se han implementado en diversas partes del mundo, una de las primeras aplicaciones importantes fue en Europa, donde se utilizaron para conexiones subterráneas de alta tensión en áreas donde las líneas aéreas no eran viables.
Para el caso de Colombia, particularmente hay varios ductos en GIL y GIB los cuales se han implementado para dar soluciones constructivas para la adecuación de líneas en alta tensión, es importante mencionar que ENERGISAR S.A.S realizó la instalación del ducto más grande en Colombia con casi 1,1 km de tubería en GIB´s, logrando la ampliación de las barras principales de la subestación Bolívar en un nivel de tensión de 220kV con la supervisión del fabricante Hitachi Energy, para la planta Termo Caribe S.A.S. E.S.P.
Como se ha observado, a lo largo de los años, esta tecnología ha evolucionado y se ha perfeccionado, beneficiándose de avances en materiales y técnicas de fabricación que han mejorado su rendimiento y confiabilidad.
Descripción de los Componentes de los Ductos GIL
Los ductos GIL están compuestos por varios componentes críticos, cada uno desempeñando un papel esencial en su funcionamiento. [1]:
- Carcasa de Aleación de Aluminio: Esta carcasa proporciona la estructura física del ducto y protege el conductor y el gas aislante de factores externos. La aleación de aluminio es un material ideal debido a su ligereza y resistencia a la corrosión, lo que prolonga la vida útil del ducto.
- Conductor de Aleación de Aluminio: El conductor es el componente encargado de transportar la corriente eléctrica. Fabricado en aleación de aluminio, este conductor está diseñado para ofrecer una alta conductividad eléctrica mientras mantiene un peso reducido, lo que facilita la instalación y reduce el desgaste mecánico.
- Gas SF6: El hexafluoruro de azufre (SF6) es un gas inerte con excelentes propiedades dieléctricas. Dentro del ducto, el SF6 actúa como aislante, previniendo arcos eléctricos y reduciendo la necesidad de espacio entre el conductor y la carcasa. Además, su alta estabilidad química asegura un rendimiento consistente a lo largo del tiempo.
- Soportes de Epoxi: Estos soportes mantienen el conductor en su posición central dentro del ducto, asegurando que el aislamiento proporcionado por el SF6 sea uniforme y efectivo. El epoxi es elegido por su rigidez y durabilidad, características esenciales para mantener la integridad estructural del ducto en condiciones operativas variadas.
Aplicaciones de los Ductos GIL en la industria energética
Los ductos GIL se destacan en aplicaciones donde otras formas de transmisión eléctrica resultan imprácticas o ineficientes:
- Entornos Urbanos: En áreas urbanas, donde el espacio es limitado, los ductos GIL permiten la transmisión de energía de manera segura y con un impacto visual mínimo. Su capacidad para ser instalados en túneles o canales subterráneos los convierte en una opción ideal para ciudades grandes.
- Cruces de Ríos y Montañas: En zonas geográficas complejas, donde la instalación de líneas aéreas sería costosa o difícil, los ductos GIL proporcionan una solución viable, ya que pueden ser enterrados o instalados en túneles bajo ríos y montañas.
- Interconexiones en Subestaciones GIS: En las subestaciones GIS (Gas Insulated Substation), los ductos GIL se utilizan para conectar diferentes secciones, mejorando la eficiencia de la transmisión y minimizando las pérdidas eléctricas. Esta integración permite un diseño compacto de subestaciones en áreas donde el espacio es un factor crítico. Es aquí donde se encuentra su principal aplicación.
- Sistemas híbridos: También se usan los ductos GIL para conectar las subestaciones GIS con líneas aéreas.
Entre otras aplicaciones.
Comparación de los Ductos GIL con Líneas Aéreas
Los ductos GIL presentan varias ventajas sobre las líneas aéreas tradicionales, pero también implican ciertos desafíos:
Ventajas:
- Mayor Fiabilidad: Los ductos GIL son menos susceptibles a daños causados por condiciones climáticas adversas, como tormentas o vientos fuertes. Esto reduce la cantidad de interrupciones en el suministro eléctrico y aumenta la fiabilidad de la transmisión.
- Menor Impacto Visual: A diferencia de las líneas aéreas, que pueden ser una fuente de contaminación visual, especialmente en áreas urbanas o paisajísticas, los ductos GIL son discretos y no alteran el entorno visual.
- Mayor Seguridad: Los ductos GIL están completamente cerrados, lo que reduce significativamente el riesgo de contacto accidental o interferencia con otros servicios públicos. Además, la presencia del gas SF6 como aislante minimiza el riesgo de arcos eléctricos y cortocircuitos.
- Menor campo electromagnético: Gracias a su diseño compacto, encerrado y por su aislante dieléctrico, se neutralizan las corrientes inductivas generando así una reducción considerable de los campos electromagnéticos siendo hasta 20 veces más bajos que en las líneas convencionales.
- Durabilidad: Con una durabilidad de hasta más de 50 años integrado en el sistema.
- Menores pérdidas: Las pérdidas en comparación a las presentadas en los cables y líneas de transmisión son mucho menores, lo que se traduce en beneficios económicos.
- Ahorro de espacio: El cual es una de las principales características de los equipos y sistemas aislados en gas.
- Mayor capacidad de transmisión: Con los ductos GIL o GIB´s se puede aumentar la potencia transmitida, esto por la alta capacidad en el transporte de corriente.
Desventajas:
- Costo Inicial Elevado: Los ductos GIL o GIB suelen requerir una inversión inicial más alta que las líneas aéreas, debido a los materiales especializados y la necesidad de mano de obra altamente calificada para su instalación.
- Complejidad en la Instalación: La instalación de ductos es un proceso más complejo y requiere un control riguroso y de alta calidad. Aunque la mayoría de las partes se ensamblan en fábrica, el trabajo en el sitio debe ser preciso para garantizar el correcto ensamblaje y funcionamiento del sistema.
- Aumento y disminución de volumen: Estas variaciones térmicas hace referencia a los cambios en el tamaño en los componentes del ducto GIL cuando estos son sometidos a variaciones de temperatura. En el caso de los ductos GIL, este efecto es crucial porque puede afectar la estabilidad y el funcionamiento del sistema, si no se gestiona adecuadamente, las fluctuaciones de temperatura pueden causar desalineación o deformaciones en los componentes del ducto, lo que podría comprometer su integridad y fiabilidad a largo plazo. Por lo tanto, controlar estos factores es esencial para asegurar una operación confiable del sistema.
Conclusión
Los ductos GIL o GIB´s representan una solución avanzada y eficiente para la transmisión de energía en situaciones donde el espacio y la fiabilidad son factores críticos. Su uso en combinación con subestaciones GIS permite mejorar la eficiencia y seguridad de las redes eléctricas, especialmente en entornos urbanos y geográficamente complejos. La empresa ENERGISAR S.A.S. con su experiencia en tecnología SF6 y con las investigaciones que está realizando sobre las nuevas tendencias, está capacitado para ofrecer soluciones personalizadas utilizando esta innovadora tecnología, contribuyendo al desarrollo de una infraestructura eléctrica más segura y eficiente.
Llamada a la Acción
Si está interesado en aprender más sobre cómo los ductos GIL o GIB pueden beneficiar sus proyectos de transmisión eléctrica, contacte a EnerGISar S.A.S. y explore las soluciones especializadas que la empresa puede ofrecerle.
Referencias:
[1] Huazheng Electric Manufacturing (Baoding) Co., Ltd., “¿Qué es GIL?,”2021. [En línea]. Disponible en: https://es.electric-test.com/info/what-is-gil-59347016.html. [Accedido: 03-ago-2024].
[2] J. R. Llorca Ortolá, “Technical-economic analysis of Gas Insulated Lines,” Trabajo de fin de grado, Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona, ETSEIB, 2018. [En línea]. Disponible en: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/167413/llorcajr-tfg.pdf?sequence=1&isAllowed=y#:~:text=As%20the%20area%20is%20inversely,due%20to%20high%20power%20rating. [Accedido: 09-ago-2024].