Subestaciones Partes Y Comp.ppt

CIED

Universidad Corporativa

Subestaciones: Partes y Componentes PDVSA CIED, Mayo 2000

Facilitador: Domenico Vaccariello

Diseño Gráfico: Jorge Fernández

Objetivo General los conceptos básicos en el diseño de • Comprender las subestaciones eléctricas, los equipos y las partes que las componen las herramientas de la corporación para la • Utilizar inspección y evaluación de las subestaciones eléctricas

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Diseño Gráfico: Jorge Fernández

Contenido

• • • • • •

Tipos y Configuración de Subestaciones Eléctricas Principales Componentes de una Subestación Eléctrica Otros Elementos de una Subestación Eléctrica Planos de una Subestación Eléctrica Aspectos Generales de Construcción de una Subestación Eléctrica Guía General de Especificación para el Diseño de una Subestación Eléctrica

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Tipos y Configuración de Subestaciones Eléctricas

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Contenido

• Concepto de Subestación • Función de una Subestación • Tipos de Subestaciones • Configuración de Subestaciones

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Concepto de Subestación Grupo de transmitir confiable, tensión

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elementos que se combinan para recibir y la energía eléctrica, de manera segura y variando de ser necesario los niveles de

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Función de la Subestación

Recibir y trasmitir de manera segura y confiable la energía eléctrica

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Función de la Subestación Tipos básicos de Subestaciones, de acuerdo a su función:

•

Elevadora

•

Interconexión

•

Reductora

•

Distribución

Asociadas principalmente a plantas de generación de electricidad y/o a líneas de transmisión Sirven de enlace para dos o mas sistemas eléctricos que podrían operar independientemente Principalmente asociadas a líneas de transmisión y próximas a la carga

Encargadas de alimentar cargas finales u otras S/E’s, dentro de un área geográfica relativamente pequeña. Dentro de una planta industrial estas S/E’s están conformadas principalmente por Centro Control de Motores (CCM)

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Subestaciones

De acuerdo al montaje o construcción Bajo Perfil

Abierta

Exterior

Alto Perfil

Interior

ESTACIONARIA Blindada

Aire SF6 Aceite Resina

Exterior Interior

Híbrida Transformación

PORTÁTIL

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Transformación y Seccionamiento

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Configuración de Subestaciones Eléctricas (Arreglos básicos de barras) De acuerdo a la confiabilidad y a la continuidad de servicio requerida, las S/E’s se diseñan con un arreglo de barras, entre las cuales se destacan:

• Barra Simple • Barra Simple Seccionada • Doble Barra • Barras en Anillo • Barra Principal y de Transferencia • Interruptor y Medio PDVSA CIED, Mayo 2000

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Barra Simple Características:

• • • • •

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Arreglo mas sencillo Dispone de una sola alimentación Asociadas a cargas que requieren poca confiabilidad Bajo factor de servicio Fácil de ampliar

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Barra Simple Seccionada Características:

• • • • • • •

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Similar al arreglo de Barra Simple, pero con un interruptor de acople, para la unión de las barras. Es alimentada desde dos fuentes, una para cada barra Usualmente asociada a cargas que requieren cierta confiabilidad y continuidad de servicio, pero si dispone de un sistema de transferencia automática, se incrementa considerablemente la confiabilidad Conocida también como S/E tipo secundario selectivo Fácil de ampliar Requiere mayor inversión en el ámbito de protecciones y control Requiere verificación de sincronismo para el interruptor de acople, cuando los alimentadores de barras provienen de fuentes o barras distintas aguas arriba

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Doble Barra Características:

• • • •

PDVSA CIED, Mayo 2000

Similar a la Barra Simple Seccionada, solo que la carga se puede conectar a cualquiera de las barras Presenta una alta confiabilidad y factor de servicio Asociada a cargas importantes Gran flexibilidad para labores mantenimiento y operación

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de

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Barras en Anillo Características:

• • • • • • PDVSA CIED, Mayo 2000

Es similar a la Doble Barra, pero con todos los extremos de las barras unidos, formando un anillo Puede estar formado por mas de dos barras Para cargas que requieren extrema continuidad de servicio y confiabilidad, se combinan este tipo de S/E’s aguas arriba, y próxima a la carga se instala una S/E tipo doble barra con transferencia automática Gran flexibilidad para mantenimiento y operación Sistema de complicado

labores

protecciones

de

bastante

Difícil de ampliar

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Barra Principal y de Transferencia Características:

•

•

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Similar al arreglo de barra simple o simple seccionada, pero con una barra adicional, para permitir labores de mantenimiento de cualquier interruptor, sin interrumpir el suministro eléctrico a la carga respectiva Sólo se le puede hacer mantenimiento a un interruptor a la vez, manteniendo el principio de no desenergizar la carga

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Interruptor y Medio Características:

• • • •

PDVSA CIED, Mayo 2000

Similar al caso de doble barra, pero se requiere un interruptor y medio para cada carga Gran flexibilidad para labores de mantenimiento y operación Presenta una alta confiabilidad y continuidad de servicio para la carga Sistemas de control y protección bastante complicados

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Diversidad de Esquemas de Barras Barra Simple

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Diversidad de Esquemas de Barras Barra Simple Seccionada

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Diversidad de Esquemas de Barras Barra Principal y de Transferencia

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Diversidad de Esquemas de Barras Barra simple con seccionador en derivación y barra seccionada con seccionador en derivación

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Diversidad de Esquemas de Barras Barras en anillo

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Diversidad de Esquemas de Barras Doble juego de barras con acoplamiento

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Diversidad de Esquemas de Barras Doble juego de barras y una de transferencia

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Diversidad de Esquemas de Barras Doble juego de barras con dos interruptores

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Diversidad de Esquemas de Barras Doble juego de barras con dos interruptores SIN

S/E TABLAZO II 115 kV ENELCO

SISTEMA ELÉCTRICO PRINCIPAL Complejo El Tablazo - Pequiven

E&P PTO. MIRANDA

S/E PEQUIVEN 115 kV

TG-3 50 MVA

T2

T3

TX 115 - 34.5 kV 90/120 MVA T1

TG-4 50 MVA

TG-5 30 MVA

TG-6 30 MVA

TG-10 50 MVA

T4

BARRA II

BARRA I S/E PQV 34.5 kV

CLOROSODA

POLILAGO

CALDERAS 15/16/17

LGN II

PROPILVEN PTA. ELÉCTRICA

S/E JET PACK

CTA/CALDERAS

MVCII

VINILOS I PVC II

RESILIN

OLEFINAS II ETANO S/E EST.-VIN.

FERTILIZANTES

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SIST. 13.8 kV

AIRE VAPOR

S/E OLEF.-PLAST.

OLEFINAS I

PLASTILAGO

ACPV

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TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Diversidad de Esquemas de Barras TG-4 40 MW

TG-10 33 MW

S/E 115 kV

S-1

S-2

BARRA II S/E PRINCIPAL 34.5 kV

BARRA I

ALIMENTADOR I

ALIMENTADOR II

BARRA I

BARRA II

M

M

C15

4.16 kV

C17

480 V

M PDVSA CIED, Mayo 2000

M

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Principales componentes de una Subestación Eléctrica

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Principales componentes de una Subestación Eléctrica • • • • • • • • •

Transformadores de Potencia Interruptores de Potencia Seccionadores de Potencia Fusibles de Alta Tensión Aisladores Terminales de potencia Conductores Conectores Descargadores de Sobretensiones (pararrayos)

PDVSA CIED, Mayo 2000

• • • • • • • •

Resistencia y Reactores de Puesta a Tierra Malla y Sistema de Puesta a Tierra Transformadores de Corriente Transformadores de Potencial Relés de Protección Baterías y Cargador Equipos UPS Generador de Emergencia

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Transformadores de Potencia Componentes Principales

• • • • •

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Núcleo Devanados Tanque y aceite Terminales Cambiador de tomas •

Sin Carga

•

Con carga (regulador automático de voltaje)

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Transformadores de Potencia

Según Número de fase

Número de devanados

 Monofásico  Polifásicos

Forma de regulación de voltaje

Tipo de núcleo  Laminado

 Sin regulación  Regulación con carga

 Acorazado

 Regulación sin carga

Método de enfriamiento (de acuerdo a normas ANSI)  OA (Oil-Air /Aire-Aceite)  FA (Forced Air / Aire Forzado)  OW (Oil-Water / Agua – Aceite)  FOA (Forced Oil-Air)  FOW (Forced Oil-Water) (agua con circulación forzada) PDVSA CIED, Mayo 2000

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Partes y componentes de un Transformador de Potencia

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Partes y componentes de un Transformador de Potencia

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Transformadores de Potencia Referencia práctica

• • • •

Especificación de Ingeniería: PDVSA Nº N-201, “OBRAS ELÉCTRICAS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 7. Engineering specification: PDVSA Nº N-252, “GENERAL SPECIFICATION FOR ELECTRICAL ENGINEERING DESIGN”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 3.2. Procedimiento de inspección: PDVSA Nº PI-13-06-03, “INSPECCIÓN EN EL CAMPO PARA RECEPCIÓN DE TRANSFORMADORES”, Manual de Inspección, Volumen 7. IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 10.4.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Interruptores de Potencia: Tipos

De acuerdo

Al medio de extinción del arco

Al tipo de construcción

 Aire

 "Open terminal type" (tipo abierto)

 Aceite

 "Metal-clad type" (tipo blindado)

 Hexafluoruro de azufre (SF6)  Vacío

Al potencial de la envoltura de las cámaras  "Live tank (tanque energizado)  "Dead tank (tanque muerto)

Al número de cámaras de interrupción A una sola cámara Múltiples cámaras

Al número de polos o fases por tanque  Monopolar  Tripolar PDVSA CIED, Mayo 2000

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Interruptor Uso Interior

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Sección de un interruptor

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Oscilagrama de tensión durante apertura para despeje de una falla Fase “A”

Fase “B”

DESPEJE FALLA

Fase “C”

INICIO FALLA

0.00

PDVSA CIED, Mayo 2000

25.00

50.00

75.00

100.00

125.00

150.00

Facilitador: Domenico Vaccariello

175.00

200.00

225.00 ms

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Interruptores de Potencia Referencia práctica

• • • •

Especificación de Ingeniería: PDVSA Nº N-201, “OBRAS ELÉCTRICAS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 8. Engineering specification: PDVSA Nº N-252, “GENERAL SPECIFICATION FOR ELECTRICAL ENGINEERING DESIGN”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 3.1. Procedimiento de inspección: PDVSA Nº PI-99-17-02, “CONMUTADORES DE ALTO VOLTAJE Y RELES DE POTENCIA”, Manual de Inspección, Volumen 10. IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 10.2.4.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Seccionadores de Potencia

Según Forma de construcción y operación

Método de accionamiento

 Apertura vertical

Manual

 Apertura lateral

Motorizado

 Apertura doble

Con pértiga

 Apertura central

Función  Seccionamiento  Puesta tierra

Capacidad de interrupción de corriente  Sin capacidad de interrupción  Con capacidad de interrupción de pequeñas corrientes  Con capacidad de interrupción de corriente de carga PDVSA CIED, Mayo 2000

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de seccionadores de uso intemperie

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Vertical

Doble

Lateral

Central

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de seccionadores de uso intemperie

Puesta a tierra

Acceso vertical

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(OK)

Apertura central

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Seccionadores de Potencia Referencia práctica

• •

Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.053, “SUBESTACIONES UNITARIAS”, Manual de Ingeniería y Diseño, Volumen 4-II. Guía de inspección: PDVSA Nº PI-99-17-02, “CONMUTADORES DE ALTO VOLTAJE Y RELES DE POTENCIA”, Manual de InSPECCIÓN, Volumen 10.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Fusibles de Alta Tensión Función En las subestaciones, los fusibles de alta tensión generalmente están destinados a proteger transformadores de potencia de poca capacidad y de baja y media tensión, así como transformadores de servicios auxiliares, transformadores de potencial y bancos de condensadores

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Fusibles de Alta Tensión

Según Medio de extinción del arco  En material sólido  En material líquido  Aceite

Tipo de montaje  Vertical  Horizontal  Horizontal invertido  Inclinado

Indicación de operación

Capacidad de interrupción  De capacidad de interrupción definida  Con limitador de corriente de falla (capacidad de interrupción infinita)

Curva característica tiempo-corriente.  Standard  Lenta  Muy lenta  Tipo "K" (normas ANSI)

Tipo de instalación

 Con indicación

 En el interior

 Sin indicación

 A la intemperie  Sumergido en aceite

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Fusible Tipo Seccionador

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Fusibles de Alta Tensión Referencia práctica

• • •

Especificación de Ingeniería: PDVSA Nº N-201, “OBRAS ELÉCTRICAS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 8. Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.061, “SELECCIÓN DE RELES Y FUSIBLES DE PROTECCIÓN”, Manual de Ingeniería y Diseño, Volumen 4-II. IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 10.2.3.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Aisladores Función Están destinados a servir como soportes o medios de sujeción (no conductores) de las partes energizadas de los equipos y barras de alta tensión

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Aisladores

Según Forma de construcción y montaje

Material de fabricación  Porcelana

1) Suspensión tipo Clevis Type (tipo horquilla) Ball and socket type (tipo rotula esférica)

 Resina  Vidrio

2) Post type (solid-core station post type) (columna) 3) Cap and Pin type (tipo casquete)

Ambiente de utilización  Standard  Anticontaminante

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Aisladores Referencia práctica

•

IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 6.3.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Terminales de Potencia Función

•

•

Sirven de medio de conexión entre el exterior y las partes internas y activas de equipos tales como interruptores tipo tanque muerto, transformadores de potencia, transformadores de corriente y potencial, manteniendo las condiciones de aislamiento y hermetismo, que esos equipos generalmente requieren Son usados en Subestaciones tipo interior como medio de conexión entre el exterior e interior de las edificaciones

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Terminales de Potencia: Tipos Principales

Según

de controlar • Material de construcción • Forma gradiente de potencial  Porcelana sólida

 Porcelana y aceite

 Normal (sin control de gradiente)

 Resina sintética

 Tipo condensador

 Papel impregnado en aceite (tipo condensador)  Papel y resina sintética (tipo condensador)

• Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.058, “TERMINALES DE CABLES”, Manual de Ingeniería y Diseño, Volumen 4-II.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Conductores Alta tensión Desnudo Cable trensado Concéntrico Hueco Barra - Rectangular - Tubular - Cuadradas - Estructural Aislado - Resina sintética - Goma (plásticos)

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Según su utilización

Baja tensión Cable monoconductor  TW (PVC, Resistente a la Humedad, 600 V, 60 ºC)  THW (PVC, Resistente a la Humedad y calor, 600 V, 75 ºC)  105 ºC (PVC, Resistente al calor, 600 V, 105 ºC) Cable multiconductor  Aislamiento - PVC (Cloruro de Polivinilo) - PE (Polietileno) Goma  Chaqueta Protectora - PVC - PE - Neopreno

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Conductores

Según el material conductor

• Cobre

•Duro •Suave (recocido)

• Aluminio

•Puro •Reforzado con acero (ACSR)

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Conductores Referencia práctica

• • • • • •

Especificación de Ingeniería: PDVSA Nº N-201, “OBRAS ELÉCTRICAS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 14 Y 15. Engineering specification: PDVSA Nº N-252, “GENERAL SPECIFICATION FOR ELECTRICAL ENGINEERING DESIGN”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 3.4. Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.057, “SELECCIÓN DE CABLES”, Manual de Ingeniería y Diseño, Volumen 4-II. Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.082, “CALIBRE DE LOS CONDUCTORES PARA POTENCIA E ILUMINACIÓN”, Manual de Ingeniería y Diseño, Volumen 4-II. Procedimiento de inspección: PDVSA Nº PI-13-02-01, “CONDUCTORES ELÉCTRICOS”, Manual de Inspección, Volumen 7. IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 12.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Conectores de • Material construcción

•Cobre •Aluminio •Bimetálico

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Según

• Su aplicación •Baja tensión •Media y alta tensión •Muy alta tensión

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Conectores Según su forma o clase de conexión Conector en "T"  Para barras tubulares  Atornillados  Soldados  Para barras planas  Para cables

Terminales  Barras tubulares • Fijo Recto En ángulo • Expansión

 Cables

 Presión  Atornillado En ánguloRecto Un cable Varios cables

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Acopladores

Soporte de barras

• Para barras tubulares • Fijo • Expansión • Para cables • Compresión • Atornillado

Para Barras tubulares Fijo Expansión Para barras planas Para cables

Codos (para barras tubulares) Conectores para puesta a tierra (Apernados / Exotérmicos)  Equipos  Estructuras  Cercas

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Conectores

Referencia práctica IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 12.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Descargadores de Sobretensiones (pararrayos) Función Proteger los equipos (transformadores, interruptores, etc.) contra sobretensiones, bien sea internas del sistema o de origen atmosférico, limitando a valores admisibles, las magnitudes de dichas sobretensiones

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Descargadores de Sobretensiones (pararrayos) De acuerdo al principio de funcionamiento

• Current limiting gap • Gapless (cerrados) (Oxido de Zinc)

De acuerdo a su utilización

• Subestación • Intermedio • Distribución • Secundario

Referencia práctica

• • •

Especificación de Ingeniería: PDVSA Nº N-201, “OBRAS ELÉCTRICAS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 17. Engineering specification: PDVSA Nº N-252, “GENERAL SPECIFICATION FOR ELECTRICAL ENGINEERING DESIGN”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 3.8. IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 6.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Descargadores de Cargas (pararrayos)

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Resistencia y Reactores de Puesta a Tierra Función Limitar las sobretensiones producto de: descargas atmosféricas, suicheos (maniobras), estática, fallas a tierra, fallas a tierra a través de arcos, o resonancia del sistema, que podrían causar severos daños a los equipos e instalaciones

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Resistencia y Reactores de Puesta a Tierra Tipos de Puesta a Tierra del Neutro

• • • • • •

Neutro aislado Sólidamente puesto a tierra A través de resistencia A través de reactancia A través de transformador A través de neutralizador de fallas a tierra (bobina Petersen)

Referencia práctica

• • •

Especificación de Ingeniería: PDVSA Nº N-201, “OBRAS ELÉCTRICAS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 17 y 18. Engineering specification: PDVSA Nº N-252, “GENERAL SPECIFICATION FOR ELECTRICAL ENGINEERING DESIGN”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 3.8. IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 7.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Malla y Sistema de Puesta a Tierra Función

• Mantener todas las partes metálicas a potencial “cero”, a fin de proveer protección a las personas y equipos, bajo una condición de falla

• Proporciona

un medio seguro de disipación de las corrientes de

falla a tierra

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Malla y Sistema de Puesta a Tierra Para el diseño de una malla de tierra se deben considerar los siguientes aspectos:

•

Función de la puesta a tierra:  Para protección  Para funcionamiento  Para trabajo

•

Mediciones de resistencia y resistividad del suelo

• • • •

Análisis del comportamiento de las corrientes de falla Selección de los elementos de la malla de tierra Calculo de voltajes de paso y toque Diseño de la malla de tierra de una subestación eléctrica

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Voltaje de paso

Rpies = /(4b) RMpies = /(2dpies) donde: Rpies = autoresistencia de cada pie a la resistencia remota en  RMpies = resistencia mutua entre los pies en  b=

Radio equivalente de un pie en m

dpies =

distancia de separación entre los pies en m

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Voltaje de toque

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Facilitador: Domenico Vaccariello

Diseño Gráfico: Jorge Fernández

Resistencia Típica del Cuerpo Humano

0

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Diseño Gráfico: Jorge Fernández

PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Malla y Sistema de Puesta a Tierra

Referencia práctica IEEE Std 80-1986, Practical Applications of ANSI/IEEE Guide for Safety.

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Diseño Gráfico: Jorge Fernández

PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Transformadores de Corriente Construcción Toroidal Barra Soporte Tanque vivo Tanque muerto Terminal Núcleo partido

Según Clase de precisión (normas ANSI) Medición (0.6 F.P 1.0) 0.3% 0.6% 1.2% Protección 10% 2.5%

Carga máxima admisible (manteniendo precisión) Medición (F.P: 0.9) B-0.1 B-0.2 B-0.5

Protección (F.P: 0.5) Clase "C" (precisión de 5 a 20 In) Clase "T" (precisión de 5 a 20 In) B-1 B-2 B-4 B-8 PDVSA CIED, Mayo 2000

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Transformadores de Corriente

Según Tipo de instalación Interior Intemperie

Aplicación (factor de saturación)

• Medición • Protección

Tipo de relación de transformación Relación única Multirelación

Material aislante  Resina sintética  Envoltura de porcelana y partes activas sumergidas en aceite  Envoltura de porcelana y partes activas cubiertas con papel impregnado en aceite  Combinación de los anteriores  Sin aislamiento (con aislamiento de baja tensión)

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Transformadores de Corriente Toroidal

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Transformadores de Corriente

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Tipo Barra

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Transformadores de Corriente

Referencia práctica IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 11.8.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Transformadores de Potencial

Según Principio de funcionamiento  Electromagnético  Capacitivo

Tipo de instalación  Interior  Exterior

Número de fases  Monofásico - Conexión fase a fase - Conexión fase a tierra

• Trifásico PDVSA CIED, Mayo 2000

Su aplicación  Protección  Medición

Clase de precisión (Normas ANSI). (0.6 FP. 1.0)  0.3 %  0.6 %  1.2 %

Carga máxima admisible (manteniendo precisión, normas ANSI) Tipo W X Y Z ZZ

Cap. 12.5 VA 25 VA 75 VA 200 VA 400 VA

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F.P. 0.1 0.7 0.85 0.85 0.85 Diseño Gráfico: Jorge Fernández

PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Transformadores de Potencial

Según

de relación de • Tipo transformación

de devanados • Número secundarios.

Relación única

 Secundario único

Multirelación

 Varios secundarios (generalmente dos)

Referencia práctica IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 11.8.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Transformadores de Potencial

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Esquema tipico de Medición

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Reles de Protección

De acuerdo al Parámetro de entrada      

Forma de operación

Voltaje Corriente Voltaje y corriente (potencia, distancia) Temperatura Presión (En transformadores) Flujo

Tipo de conexión  Polarizable  No polarizable

Grado de prioridad asignado

• Principal • Respaldo Forma de montaje  Panel  Bastidor (rack)

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Función Protección

          

Sobrecorriente de tiempo inverso Sobrecorriente de tiempo definido Direccional de sobrecorriente Distancia Potencia inversa Bajo o alto voltaje Diferencial Frecuencia Comparación de fase Hilo piloto Falla de interruptor

Construcción  Electromecánicos  Electrónicos (analógicos)  Electrónicos (digitales)

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Ejemplo Esquema Protección Sobrecorriente

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Ejemplo Esquema de Protección en Sistemas Interconetados SEN

ESQUEMA EDA 115 kV S/E SISTEMA 1

81

81P

32

67 II

27 LLAVE 67I 67II

67 I

S/E SISTEMA 2

81

81 P

27

81

32

81 P

81

27

81 P

27

81

32

32

SEPARACIÓN 81 P

27

32

GENERACIÓN PROPIA

TX 115 - 34.5 kV T2

T3

BARRA II

T1

T4

S/E 34.5 kV

CARGAS NO CRITICAS

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BARRA I

CARGAS CRITICAS

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Ejemplo Esquema de Protección Diferencial

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Reles de Protección Supervisión

Otras Funciones

Programación

de • Verificación sincronismo de avería de • Detección relés o de los elementos asociados

 Recierre  Sincronización automática

Auxiliar

Referencia práctica

• •

Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.061, “SELECCIÓN DE RELES Y FUSIBLES DE PROTECCIÓN”, Manual de Ingeniería y Diseño, Volumen 4-II. IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 5.3.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Baterías y cargador Función

• Independizar de la red a todos los circuitos de control, protección,

señalización, de la Subestación, a fin de garantizar la operación de los mismos, al ocurrir una eventualidad que afecte el suministro normal de dicha red

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Baterías y Cargador Plomo-Ácido (Plomo antimonio)/(+: Peróxido de plomo) / (-: Plomo) /Elect.: Ácido Sulfúrico           

Problemas de sulfatación Poca resistencia mecánica Voltaje nominal por elemento: 2.0 V Voltaje máximo de carga: 2.25 V. (flotante) Voltaje final de descarga: 1.75 V Recarga debe ser 110% de descarga Fuga: 1% diario de la capacidad a 10 horas Puede entregar altas corrientes Bajo costo Vida limitada Requiere ecualización

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Baterías y Cargador

Plomo-Ácido (Peróxido de Plomo) / (Aleación Plomo-Calcio) / Elt: Ácido Sulfúrico

• Características generales similares a las de plomo • • • •

ácido, excepto

eliminado el problema de sulfatación Incrementada la vida útil Mayor resistencia mecánica Mayor costo No requiere ecualización a carga flotante

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Tipos de Baterías y Cargador Niquel-Cadmio (Compuesto de Níquel) / (-:Cadmio) / Elect.: Hidróxido de Potasio           

No produce sulfatación Resistencia mecánica muy alta Voltaje nominal por elemento: 1.2 V Voltaje máximo de carga: 1.4 V (flotante) Voltaje final de descarga: 1.1 V Recarga debe ser 140 % de descarga No experimenta fuga Alto consuno de agua destilada Compactas y livianas Larga vida Muy alto costo

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Régimen de Descarga Cargas Transitorias:

Operación de apertura y cierre de la combinación de disyuntores que ocasionen la •condición mas desfavorable para el cálculo. Esta carga deberá registrarse al principio del ciclo – por un tiempo de un minuto. Operación de cierre de los disyuntores para restablecer el servicio al final del ciclo •por un tiempo de un minuto.

Cargas Fijas:

•Sistema de comunicaciones •Sistema de protección •Sistema de alarmas y señalización •Operación de disyuntores bajo condiciones normales. Se tomará el que tenga la carga mayor.

•Sistemas de control. •Otras cargas no mencionadas •Carga de iluminación de emergencia •La suma de todas las cargas fijas se registrará por un tiempo de cuatro horas. PDVSA CIED, Mayo 2000

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Cálculo de Bancos de Baterías Régimen de Descarga

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Baterías y Cargador Referencia práctica • •

Guía de Ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.056, “BATERÍAS DE LA ESTACIÓN Y EQUIPOS ASOCIADOS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-II. Procedimiento de inspección: PDVSA Nº PI-13-10-01, “ACUMULADORES ELÉCTRICOS (GENERAL)”, Manual de Inspección, Volumen 7.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Equipos UPS Función

•

Proveer un suministro ininterrumpido de energía eléctrica, para cargas de baja tensión y control que así lo requieran, debido al impacto que ocasionaría una salida de servicio inesperada de la misma

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Equipos UPS Configuraciones Principales

Tipos

• Sencillo • Redundante en paralelo • Redundante en cascada • Dinámico

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•

• •

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Corriente continua Monofásicos Trifásicos

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Equipos UPS Principales Componentes de un UPS Convencional

• • • • • • •

Rectificador / Cargador de Batería Batería Inversor Estático Suiche Estático Suiche Manual de transferencia Tablero de distribución Transformadores de Aislamiento, cuando se requieran

Referencia práctica

•

Guía de Ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.055, “EQUIPOS UPS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-II.

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Equipos UPS

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PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Generador de Emergencia Función

•

Proveer suministro eléctrico a equipos que se requieren mantener en servicio durante una parada imprevista de una planta o proceso, por falla del suministro eléctrico normal

Referencia práctica

de Ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.052, “GENERADORES DE • Guía EMERGENCIA”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-II. de Ingeniería: PDVSA Nº 201, “OBRAS ELÉCTRICAS”, • Especificación Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I. de Ingeniería: PDVSA Nº GE-211, “CONJUNTO • Especificación GENERADOR ELÉCTRICO DE RESPALDO CON MOTOR DISIEL”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 14. PDVSA CIED, Mayo 2000

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Otros Elementos de una Subestación Eléctrica

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Otros Elementos de una Subestación Eléctrica

• • • • • • • • •

Reactores series Condensadores sincrónicos y estáticos Trampas de onda Bandejas porta cables Instrumentos de medición Transformadores de servicio auxiliar Dispositivos de control y supervisión local o remota Paneles de servicio auxiliar Sistema de detección y extinción de incendios

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Planos de una Subestación Eléctrica

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Planos de una Subestación Eléctrica

• • • • • • •

Diagrama unifilar Diagramas trifilares y de C.A. Esquemas funcionales de mando, control, medición, indicación, protección, señalización, enclavamientos, comunicación, disparos transferidos, etc. Telemando, telemetría, teleseñalización, esquemas funcionales de servicios auxiliares Cableado interno de equipos y tableros Cableado de interconexión entre equipos y/o tableros Lista de cables, equipos, materiales y planos

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Planos de una Subestación Eléctrica

Leyenda Esquemas de Enclavamiento Enclavamiento con contactos auxiliares Enclavamiento mecánico con perno Enclavamiento mecánico a través de mecanismos Llave trabada con el equipo en posición “cerrado” y libre con el equipo en posición “abierto”. Llave trabada con el equipo en posición “abierto” y libre con el equipo en posición “cerrado”. Llave libre con el equipo en cualquier posición.

A1, A2,... B1, B2,... Identificación de la llave C1, C2,... T1, T2,...

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Planos de una Subestación Eléctrica

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Esquemas de Enclavamiento Salida de Línea Simple

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Planos de una Subestación Eléctrica

Esquemas de Enclavamiento Salida de Línea con Transferencia

89BT

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Aspectos Generales de Construcción de una Subestación Eléctrica

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Aspectos Generales de Construcción de una Subestación Eléctrica • • • • • • • • •

Distancias mínimas Paredes Puertas Sistemas de recolección y contención de derrames de aceite Tanquillas Ventanas Ductos de aire acondicionado Calefacción y control de humedad Ventilación y presurización

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• • • • • • • • • •

Canales y trincheras Fundaciones de tableros Vías de escape Cuartos de baterías Sótano de cables Alumbrado Piedras para el suelo Cercas Áreas clasificadas Entrada de cables

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Distancia Mínimas de Seguridad para Labores de Mantenimiento

Dimensiones medias del operador

Área destinada a la circulación de vehículos PDVSA CIED, Mayo 2000

Distancias de seguridad en áreas de trabajo

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Distancia Mínimas de Seguridad para Labores de Mantenimiento

Tensión de fase a fase KV. 6.6

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Altura mínima de las partes vivas descubiertas en M.

2.40

Distancia horizontal mínima a las partes vivas descubiertas en M. 1.00

11

2.70

1.05

22

2.80

1.15

33

2.90

1.20

44

3.00

1.30

66

3.20

1.50

88

3.35

1.70

110

3.50

1.85

132

3.70

2.00

230

4.70

3.00

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Esquema de recolección de derrames de aceite en transformadores

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Guía General de Especificación para el Diseño de una Subestación Eléctrica • Elementos de Diseño de Subestaciones Eléctricas, Autor: Gilberto Enrique Harper

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Curso Subestaciones: Partes y Componentes

• Comentarios • Preguntas

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