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poda transformar fcilmente a tensionesms altas y las prdidas de energa eranmucho menores. As se cre el marcoidneo para la transmisin de CA deAlta Tensin (HVAC) a larga distancia.

En 1893, la HVAC recibi un nuevo im-pulso al introducirse la transmisin trif-sica. A partir de ese momento fue posi-ble garantizar un flujo uniforme, no pul-satorio, de la potencia elctrica.

Aunque la corriente directa haba que-dado marginada en la carrera por des-arrollar un sistema de transmisin efi-

dirigi a encontrar formas de transmitira mayores distancias esta electricidadbarata hasta los consumidores.

Primero corriente directa, despus

corriente alterna

Las primeras centrales elctricas de Eu-ropa y EE UU suministraban electricidadpor medio de corriente directa (CD) deBaja Tensin, pero los sistemas detransmisin que utilizaban no eran efi-cientes. La razn es que gran parte de laenerga elctrica generada se perda enlos cables. La corriente alterna (CA)ofreca ms eficiencia, puesto que se

6 Revista ABB4/2003

En 1954, cuando gran parte de Europa se encontraba ampliando su infraestructura de suministroelctrico para mantener el ritmo de la creciente demanda, a orillas del mar Bltico se produca

silenciosamente un acontecimiento que afectara a largo plazo a la transmisin de energa a larga

distancia. Cuatro aos antes, Swedish State Power Board, la organizacin estatal sueca de la energa

elctrica, haba adjudicado el pedido de un enlace de transmisin de corriente directa de Alta Tensin

(HVDC) el primero de carcter comercial del mundo que se iba a construir entre el territorio conti-

nental de Suecia y la isla de Gotland. En ese ao, 1954, el enlace estaba siendo puesto en servicio.

Cincuenta aos ms tarde, ABB recuerda con orgullo sus muchas aportaciones a la tecnologa HVDC.

Desde el tendido de aquel primer cable submarino de 90 kilmetros de longitud, 100 kV y 20 MW,

nuestra compaa se ha convertido en lder mundial indiscutible de la transmisin de HVDC. De los

70.000 MW de capacidad de transmisin de HVDC que hoy se encuentran instalados en todo el mundo,

ms de la mitad han sido suministrados por ABB.

50 aos de

Gunnar Asplund, Lennart Carlsson, Ove Tollerz

ABB, de pionero a lder mundialHVDCPARTE I

Con la llegada de la bombilla elctri-ca a los hogares y fbricas de Euro-pa y Estados Unidos a finales del sigloXIX, la demanda de electricidad crecitan rpidamente que tanto los ingenie-ros como los empresarios tuvieron quebuscar apresuradamente formas eficacesde generarla y transmitirla. Los pionerosde esta nueva tecnologa ya haban rea-lizado algunos progresos la transmisinde energa a unos pocos kilmetros dedistancia ya se consideraba una proezacuando se encontr una respuesta a lacreciente demanda: la energa hidroelc-trica. Casi inmediatamente, el inters se

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enlace de transmisin de HVDC delmundo, que se construira entre la islabltica de Gotland y el territorio conti-nental sueco.

Despus de este pedido, la compaaintensific su desarrollo de las vlvulasde vapor de mercurio y de los cables deCD de Alta Tensin, al tiempo que ini-ciaba los trabajos de diseo de otros

componentes para las estaciones con-vertidoras. Entre los equipos que se be-neficiaron de esta intensificacin de lostrabajos estaban los transformadores, losreactores, los equipos de maniobra y losde proteccin y control.

Slo una parte de la tecnologa de siste-mas de CA existente se poda aplicar alnuevo sistema de CD, de modo que fuenecesario crear una nueva tecnologa.Los especialistas de la sede de Ludvika,dirigidos por el Dr. Erich Uhlmann y elDr. Harry Forsell, empezaron a resolverlos numerosos problemas, muchos deellos muy complejos. Ms tarde se des-arroll un concepto para el sistema deGotland. El concepto tuvo tal xito quese ha conservado prcticamente inalte-rado hasta hoy.

Dado que Gotland es una isla y el enla-ce de energa elctrica tena que atrave-sar el estrecho hasta tierra firme, tam-bin fue necesario fabricar un cablesubmarino capaz de transportar CD. Seconsider que el cable clsico con ais-

lamiento de papel impregnado en masa,utilizado desde 1895 para CA de 10 kV,tena posibilidades de desarrollo ulte-rior. Muy pronto se consigui el cablepara 100 kV CD.

Por ltimo, en 1954, despus de cuatroaos de innovadores esfuerzos, entr enservicio el enlace de transmisin deHVDC de Gotland, con unos parmetrosnominales de 20 MW, 200 A y 100 kV.Haba comenzado una nueva era detransmisin de la energa.

El enlace original funcion exitosamen-te durante 28 aos, hasta que fue cerra-do definitivamente en 1986. En su lugarse construyeron dos nuevos enlaces pa-ra alta potencia entre la isla y la costasueca, uno en 1983 y otro en 1987.

Primeros proyectos de HVDC

A principios de los aos 50, las adminis-traciones de la energa de Gran Bretaay Francia planificaron un enlace de

transmisin de energa elctrica a travsdel Canal de la Mancha. Se eligi latransmisin de CD de Alta Tensin y lacompaa obtuvo su segundo encargode HVDC: esta vez, un enlace de 160MW.

El xito de estos primeros proyectosdespert gran inters en todo el mundo.Durante los aos sesenta se construye-ron varios enlaces de HVDC: Konti-Skanentre Suecia y Dinamarca, Sakuma enJapn (con convertidores de frecuenciade 50/60 Hz), el enlace de Nueva Zelan-da entre las islas del sur y del norte, elenlace Italia-Cerdea y el enlace de laIsla de Vancouver, en Canad.

El mayor enlace de transmisin deHVDC de vlvulas de vapor de mercurio

construido por la compaa fue la Inter-conexin del Pacfico [1], en EE UU.Originalmente puesta en servicio para1.440 MW, ms tarde se aument su po-tencia hasta 1.600 MW a 400 kV; suterminal norte est ubicada en The Da-lles (Oregn) y su terminal sur enSylmar, en el extremo norte de la drse-na de Los ngeles. Este proyecto, reali-zado conjuntamente con General Elec-

tric, comenz a operar en 1970.

En total, la compaa instal ocho siste-mas HVDC basados en vlvulas de va-por de mercurio para una potencia no-minal total de 3.400 MW. Aunque mu-chos de estos proyectos ya han sidosustituidos o modernizados con vlvulasde tiristores, algunos siguen en funcio-namiento despus de 30 a 35 aos defuncionamiento.

Parte II: 50 aos de transmisin

HVDC, el semiconductor

pgina 10

Simulador analgico utilizado en el diseo

de los primeros sistemas de transmisin de

HVDC

Vlvulas de vapor de mercurio del pr imer

enlace de Gotland, 1954

Bibliografa

[1] L. Engstrm: Instalaciones de TCCAT para el abastecimiento de electricidad en Los ngeles. Revista ABB 1/88, 310.

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En cualquier enlace de transmisin de CA por cable de granlongitud, la potencia reactiva que fluye debido a la alta capaci-tancia del cable limitar la distancia de transmisin mxima po-

sible. Como consecuencia de esto, en un cable submarino deCA con ms de 40 km apro-ximadamente de longitud, lacorriente capacitiva suminis-trada desde la costa cargarcompletamente el cable yno dejar espacio paratransmitir potencia activa. LaCC no tiene limitaciones deese tipo, lo que convierte latransmisin HVDC en lanica alternativa tcnica via-ble para largos enlaces por

cable. Otra buena razn pa-ra utilizar los cables de CCes que son mucho ms eco-nmicos que los cables deCA.

En un sistema de HVDC, laenerga elctrica se tomadesde un punto de una redde CA trifsica, se convierteen CD en una estacin con-vertidora, se transmite al

punto de recepcin median-te el cable submarino y, acontinuacin, se vuelve aconvertir en CA en otra es-tacin convertidora y se in-yecta en la red de CA de re-cepcin. Los cables detransmisin de energa deHVDC (corriente directa deAlta Tensin) pueden estarconfigurados de diversasformas.

El esquema bsico deHVDC de transmisin porcable es una instalacin mo-nopolar que utiliza la tierray el mar para retornar la co-rriente. El retorno por el mar reduce el coste de la intercone-xin, puesto que solo se necesita un cable entre las dos esta-ciones convertidoras. Las prdidas tambin se mantienen en el

mnimo, ya que la ruta de retorno tiene una enorme seccintransversal, lo que hace que su resistencia sea insignificante.Las nicas prdidas se deben a las cadas de tensin en el no-

do y el ctodo. Los electrodos tienen que estar alejados de lasestaciones convertidorasy del cable principal deHVDC para evitar la co-rrosin de las tuberas ode cualquier otra estruc-tura metlica prxima yla absorcin de corrientedirecta en los conducto-res del transformador. Labuena conductividad dela tierra y del agua mari-na facilita el diseo de

los electrodos y se puededecir que la experienciade campo con transmisio-nes monopolares ha sidoexcelente.

Un desarrollo ulterior alesquema de transmisinmonopolar es la configu-racin bipolar. En reali-dad se trata de dos siste-mas monopolares combi-

nados, uno con polaridadpositiva y el otro con po-laridad negativa respectoa tierra. Cada lado mono-polar puede funcionarpor su cuenta con retor-no por tierra; no obstan-te, si la corriente de losdos polos es igual, las co-rrientes de tierra de lospolos se anulan. En estoscasos, la ruta de tierra seutiliza para el funciona-miento de emergencia,de corta duracin, cuan-do un polo est fuera deservicio.En un sistema de retorno

metlico monopolar, la corriente de retorno pasa por un con-ductor en forma de cable de Media Tensin, evitando as losproblemas que puede causar la corriente de retorno por tierra.

Fuente: SwePol Link, nuevo estndar medioambiental para la transmisin de HDVC, por Leif Sderberg y Bernt Abrahamsson,

Revista ABB 4/2001, 6370.

9Revista ABB4/2003

HVDC sea cable

AC system AC system

Sea electrode anode Cathode

Ground return

+HVDC

AC system AC system

-HVDC

50% transmission power

in emergency

HVDC

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capacidad de transmisin en un 50 porciento.Ms o menos por las mismas fechas serealizaron pruebas con el cable subma-rino de Gotland, que haba estado fun-cionando sin problemas a 100 kV, paraestudiar la posibilidad de aumentar sutensin hasta 150 kV, el nivel necesariopara transmitir la mayor potencia. Laspruebas demostraron que este aumentoera factible y, ms tarde, el cable empe-z a funcionar a un esfuerzo dielctricode 28 kV/mm, un valor que sigue sien-do la referencia en todo el mundo paralos grandes proyectos de cable deHVDC.Los nuevos grupos de vlvulas se co-nectaron en serie con los dos gruposexistentes de vlvulas de vapor de mer-

curio, aumentando as la tensin detransmisin de 100 a 150 kV. Este siste-ma de mayor valor nominal se puso enservicio en la primavera de 1970: otrohito mundial del enlace de transmisinde Gotland.Con la llegada de las vlvulas de tiristo-res se hizo posible simplificar las esta-ciones convertidoras, utilizndose a par-tir de ese momento semiconductores entodos los enlaces de HVDC. Por enton-ces, otras compaas se introducan enese campo. Brown Boveri (BBC) quems tarde se fusion con ASEA para for-mar ABB se asociaba con Siemens yAEG a mediados de los setenta paraconstruir el enlace de HVDC de 1.920MW de Cahora Bassa, entre Mozambi-que y Sudfrica. Entonces, el mismo

Las vlvulas de vapor de mercurio recorrieron un largo camino en muy poco tiempo, aunque latecnologa tena algunos puntos dbiles. Uno de ellos era la dificultad para predecir el compor-

tamiento de las vlvulas mismas. Dado que las vlvulas no siempre podan absorber la tensin

inversa, se producan encendidos inversos. Adems, las vlvulas de vapor de mercurio precisan

de mantenimiento regular, durante el cual es fundamental una limpieza absoluta. Se haca nece-

sario disponer de una vlvula libre de estos problemas.

La invencin de los tiristores en 1957 ofreci al sector muchas oportunidades nuevas. Desde

ese momento empez a considerarse la transmisin HVDC como una aplicacin muy promete-

dora. Una nueva era estaba a punto de comenzar.

50 aos de

Gunnar Asplund, Lennart Carlsson, Ove Tollerz

El semiconductor gana terrenoHVDCPARTE II

Durante la primera mitad de losaos sesenta, y como consecuenciadel gran inters existente por la aplica-ciones de semiconductores, la compaacontinu trabajando en el desarrollo devlvulas de tiristores de alta tensin co-mo alternativa a las de vapor de mercu-rio. En la primavera de 1967, una de lasvlvulas de vapor de mercurio utilizadasen el enlace de HVDC de Gotland fuesustituida por una vlvula de tiristores.Era la primera vez en la historia que seutilizaba a escala comercial una vlvulade este tipo para la transmisin deHVDC. Despus de una prueba de sloun ao, Swedish State Power Board en-carg un conjunto completo de vlvulasde tristores para cada estacin converti-dora, aumentando al mismo tiempo la

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grupo empezaba a construir el enlaceRo Nelson 2, de 2.000 MW, en Canad.Este fue el primer proyecto en el que seusaron vlvulas de HVDC refrigeradaspor agua.A finales de los aos setenta se comple-taron nuevos proyectos, el enlace deSkagerrak entre Noruega y Dinamarca,Inga-Shaba en el Congo, y el Proyecto

CU en EE UU.Tambin se realizaron dos ampliacionespara Pacific Intertie, ambas con conver-tidores de tiristores, para aumentar lacapacidad hasta 3.100 MW a 500 kV.(Actualmente, ABB est modernizandola terminal de Sylmar con la ms avan-zada tecnologa.)

Itaipu, la nueva referencia

El contrato para el mayor de todos losproyectos de transmisin de HVDC has-ta la fecha, el enlace de HVDC de 6300MW de Itaipu (Brasil), se adjudic alconsorcio ASEA-PROMON en 1979. Esteproyecto, completado y puesto en fun-cionamiento en varias etapas entre 1984y 1987, desempea un papel fundamen-tal en la estructura de la energa elctri-ca de Brasil, pues suministra gran partede la electricidad consumida por la ciu-dad de So Paulo.La escala y complejidad tcnica del pro-yecto de Itaipu, un importante desafo,puede considerarse como el inicio de la

moderna era de la HVDC. La experien-cia adquirida durante la ejecucin hacontribuido de forma muy importante aque desde entonces se hayan adjudica-do a ABB numerosos contratos deHVDC.

Despus de Itaipu, el proyecto deHVDC ms importante fue sin duda el

enlace QubecNueva Inglaterra, de2.000 MW. ste fue el primer gran siste-ma de transmisin de HVDC multitermi-nal construido en todo el mundo.

Los cables de HVDC mantienen

el ritmo

A medida que aumentaban los valoresnominales de las estaciones convertido-ras, tambin lo hacan las potencias yniveles de tensin para los que se hab-an construido los cables de HVDC.

Los cables submarinos de HVDC mspotentes hasta la fecha tienen un valornominal de 600 MW a 450 kV. Entre s-tos, los ms largos son el cable de 230km de longitud para el Enlace del Bl-tico, que une Suecia y Alemania, y elcable de 260 km de longitud del enlacede SwePol, entre Suecia y Polonia.

La transmisin HVDC hoy

La mayora de las estaciones convertido-

ras de HVDC se basan todava en losprincipios que hicieron del enlace origi-nal de Gotland un gran xito en 1954.El diseo de las estaciones experimentsu primer cambio importante con la in-troduccin de vlvulas de tiristor a prin-cipios de los aos setenta. Las primerasvlvulas de este tipo, refrigeradas poraire, estaban diseadas para interiores,pero pronto se utilizaron tambin vlvu-las aisladas y refrigeradas con aceite pa-ra uso en exteriores. Actualmente todas

las vlvulas de HVDC estn refrigeradaspor agua [1].Los dos enlaces, que ABB est instalan-do para el proyecto de central hidroe-

Ampliacin de Gotland 1, con las primeras vlvulas de tiristores de HVDC del mundo

Estacin convertidora de Foz do Iguau; al fondo la central elctrica de Itaipu, de 12.600 MW

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lctrica de Tres Gargantas, en China,son buenos ejemplos de la modernatransmisin troncal de energa porHVDC. (Vase un artculo sobre las TresGargantas en la pgina 14 y siguientesde este nmero.)

En 1995 ABB present una nueva gene-racin de estaciones convertidoras deHVDC: HVDC 2000 [2]. El desarrollo de

HVDC 2000 persegua satisfacer requisi-tos ms estrictos de perturbacin elctri-ca, proporcionar ms estabilidad din-mica en caso de insuficiente capacidad

de cortocircuito, superar las limitacionesde espacio y acortar los plazos de entre-ga.Una caracterstica muy importante deHVDC 2000 fue la introduccin de con-vertidores conmutados por capacitor(CCC). De hecho, ste fue el primercambio fundamental que sufri la tecno-loga bsica del sistema HVDC desde1954.

HVDC 2000 incluye tambin otras inno-vaciones de ABB, como los filtros de CAde sintona continua (ConTune), los fil-tros activos de CD, las vlvulas de in-temperie de HVDC aisladas con aire y elsistema de control MACH2, totalmentedigital.El primer proyecto en que se utilizHVDC 2000 con CCC y vlvulas exterio-res fue la estacin back-to-back deHVDC, de 2.200 MW, para Garabi, en lainterconexin de HVDC Brasil-Argenti-na.

HVDC LightTM

La tecnologa de HVDC, que ha alcanza-do la plena madurez durante los ltimos50 aos, transmite energa elctrica alargas distancias de forma fiable y conmuy pocas prdidas. Esto plantea lapregunta: qu rumbo tomarn en el fu-turo las iniciativas de desarrollo?Se pens que el desarrollo de HVDC,una vez ms, seguira el ejemplo de lossistemas de accionamiento industrial.

Hace mucho tiempo que, en este cam-po, los tiristores han sido sustituidospor convertidores de fuente de tensin(VSC), con semiconductores en que laconduccin puede ser tanto encendidacomo apagada. Esto tiene muchas ven-tajas para el control de sistemas de ac-

cionamiento industrial y pronto se vioque tambin se podran aprovechar enlos sistemas de transmisin. Sin embar-go, no es fcil adaptar a la HVDC la tec-nologa de convertidores de fuerte detensin porque no basta con cambiarlas vlvulas; es necesario modificar todala tecnologa.

Cuando se inici el desarrollo del con-vertidor VSC, ABB constat que el tran-sistor bipolar de compuerta aislada(IGBT) realiza sus funciones mejor que

los dems componentes semiconducto-res disponibles. Adems, el IGBT re-quiere muy poca energa para su con-trol, lo que permite conectarlo en serie.No obstante, para construir sistemasHVDC habra que conectar en serie ungran nmero de IGBT, algo innecesarioen el caso de los sistemas de acciona-miento industrial.

En 1994 ABB concentr su trabajo dedesarrollo de convertidores VSC en un

proyecto que tena como objetivo poneren funcionamiento dos convertidores,basados en transistores IGBT, para unsistema HVDC en pequea escala.Una lnea de CA de 10 km de longitud,existente en la zona central de Suecia,fue puesta a disposicin del proyecto.A finales de 1996, tras una serie depruebas sintticas exhaustivas, se insta-laron los equipos sobre el terreno paraprobarlos en condiciones de servicio.En 1997, el primer sistema de transmi-sin VSC de HVDC del mundo, elHVDC Light[3], comenz a transmitirenerga elctrica entre Hellsjn y Grn-gesberg, en Suecia.

Durante este tiempo a nuestra compaase le haban solicitado siete sistemas deese tipo, seis de los cuales estn actual-mente en funcionamiento comercial enSuecia, Dinamarca, EE UU y Australia.Hoy, HVDC Lightest disponible parapotencias nominales de hasta 350 MW y150 kV.

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Cable submarino para el enlace de HVDC de

600 MW del Bltico, entre Alemania y Suecia

Estacin de convertidores de HVDC en el enlace por cable del Bltico

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Hasta la fecha, ABB es la nica compa-a que ha conseguido desarrollar yconstruir sistemas de transmisin VSCde HVDC [4].Una ventaja de HVDC Light es que per-mite mejorar la estabilidad y el controlde potencia reactiva en cada extremode la red. Adems, puede operar conmuy beja potencia de cortocircuito con-servando permanentemente la capaci-

dad de rearranque. El cable de HVDCLight es muy fuerte y robusto, dado quees de material polimrico. Esto permiteutilizar cables de HVDC en aquellos lu-gares donde unas condiciones de colo-cacin desfavorables podran producirdaos en cables de otro tipo. El cableextruido tambin ha hecho econmica-mente viable la transmisin por cablede HVDC de gran longitud. Un ejemploes la interconexin de HVDC LightMurraylink, de 180 km de longitud, enAustralia.

Bibliografa

[1] B. Sheng, H. O. Bjarma: Prueba de rendimiento, circuito sinttico de prueba del diseo de vlvulas de tiristores de corriente continua de alta tensin.

Revista ABB 3/2003, 2529.

[2] B. Aernlv: HVDC 2000, nueva generacin de instalaciones CCAT. Revista ABB 3/1996, 1017.

[3] G. Asplund y otros: Enlace CCAT Light basado en convertidores con circuito intermedio de tensin. Revista ABB 1/1998, 49.

[4] T. Nestli y otros: Nueva tecnologa de suministro elctrico para la plataforma Troll. Revista ABB 2/2003, 1519.

Si usted desea ms informacin sobre HVDC visite www.abb.com/hvdc

La Estacin de Shoreham, del enlace de cable HVDC Light de 330 MW, en Cross Sound (EE UU) Cable terrestre para HVDC Light

Y los prximos 50 aos?

La transmisin de HVDC ha recorridoun camino muy largo desde aquel pri-mer enlace de Gotland. Pero, qu nosdepara el futuro?Durante muchos aos, la transmisin degran capacidad depender probable-mente de la tecnologa de tiristores, quees fiable, de coste razonable y con pr-didas pequeas. El aumento de la ten-

sin es un desarrollo previsible, ya quepermitir potencias mucho ms grandesy enlaces de gran longitud.

HVDC Light tiene un gran potencial dedesarrollo. Este podra ir en direccin atensiones y potencias ms altas, peropara sistemas de cargas y generadoresms pequeos la evolucin podra diri-girse hacia potencias bajas y tensionesrelativamente altas.

El desarrollo de un cable de HVDCLight ha hecho posible enlazar redes a

travs de aguas muy profundas en lasque anteriormente hubiera sido impen-sable un proyecto de esta ndole.

Las perspectivas ms interesantes deHVDC Light residen, sin embargo, ensu potencial para construir sistemasmultiterminales. A largo plazo estopodra suponer una autntica alterna-tiva a la transmisin de CA, que hasta

ahora ha prevalecido totalmente eneste campo.

Gunnar Asplund

Lennart Carlsson

ABB Power Technologies

Ludvika, Suecia

gunnar.asplund@se.abb.com

lennart.k.carlsson@se.abb.com

Ove Tollerz

ABB Power TechnologiesKarlskrona, Suecia

ove.tollerz@se.abb.com