Subestaciones Presentacion

SUBESTACIONES

J. M. ARROYO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICA ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES UNIVERSIDAD DE CASTILLA – LA MANCHA

CAMPUS UNIVERSITARIO S/N E-13071 CIUDAD REAL ESPAÑA

Abril 2002

J. M. Arroyo

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CONTENIDOS 1. INTRODUCCIÓN 2. ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN 3. DISEÑO DE UNA SUBESTACIÓN 4. DISPOSICIÓN FÍSICA 5. OPERACIÓN 6. INTERRUPTOR

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INTRODUCCIÓN

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INTRODUCCIÓN

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INTRODUCCIÓN

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INTRODUCCIÓN

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INTRODUCCIÓN INSTALACIÓN CON 2 OBJETIVOS:

1. TRANSFORMACIÓN DE TENSIONES (GENERACIÓN, TRANSPORTE, REPARTO, DISTRIBUCIÓN)

2. REDISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA (CONFLUENCIA DE LÍNEAS)

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INTRODUCCIÓN

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INTRODUCCIÓN LOCALIZACIÓN DE LAS SUBESTACIONES DEPENDE DE SU FUNCIÓN: • CERCANA A CENTROS DE CONSUMO • CERCANA A CENTROS DE GENERACIÓN • DEPENDIENDO DEL NIVEL DE TENSIÓN ⇒ DISPONIBILIDAD DEL TERRENO (URBANO, RURAL)

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INTRODUCCIÓN TIPOS DE SUBESTACIONES SEGÚN FUNCIÓN • INTERCONEXIÓN CONFLUENCIA DE VARIAS LÍNEAS SIN TRANSFORMACIÓN SEGURIDAD DEL SUMINISTRO Y REDUCCIÓN DE COSTES DE GENERACIÓN UTILIZACIÓN FRECUENTE • TRANSFORMACIÓN PURA TÍPICAMENTE DOS LÍNEAS DE ENTRADA Y UNA TRANSFORMACIÓN A UN NIVEL INFERIOR DE TENSIÓN SUMINISTRO DE ENERGÍA A NIVELES DE SUBTRANSPORTE, REPARTO Y DISTRIBUCIÓN SUMINISTRO A GRANDES CONSUMIDORES CONECTADOS DIRECTAMENTE A LA RED DE TRANSPORTE UTILIZACIÓN REDUCIDA

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INTRODUCCIÓN TIPOS DE SUBESTACIONES SEGÚN FUNCIÓN • INTERCONEXIÓN CON TRANSFORMACIÓN A UNO O VARIOS NIVELES INFERIORES DE TENSIÓN UTILIZACIÓN FRECUENTE • DE CENTRAL INYECCIÓN EN LA RED DE LA ENERGÍA GENERADA POR LAS CENTRALES EMPLAZAMIENTOS CON CARACTERÍSTICAS MUY ESPECIALES

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SUBESTACIÓN DE CENTRAL

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INTRODUCCIÓN TIPOS DE SUBESTACIONES SEGÚN EMPLAZAMIENTO • INTEMPERIE • INTERIOR • BLINDADAS • RURALES

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SUBESTACIONES DE INTEMPERIE • DISEÑADAS PARA CONDICIONES ATMOSFÉRICAS ADVERSAS. NO TODO ESTÁ EN EL EXTERIOR • GENERALMENTE SE USAN PARA TENSIONES DISTRIBUCIÓN (20 kV) A LA INTEMPERIE

MAYORES

QUE

LA

TENSIÓN

DE

• TENSIONES DE DISTRIBUCIÓN EN EDIFICIO • EDIFICIO DE MANDO Y CONTROL: CUADRO DE MANDO Y PROTECCIONES • TENSIÓN PEQUEÑA ⇒ DISTANCIAS MENORES ⇒ EDIFICIO CON MAYOR PROTECCIÓN Y MAYOR FACILIDAD DE REPARACIÓN

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SUBESTACIONES DE INTERIOR MAYOR PARTE DE LA INSTALACIÓN ESTÁ DENTRO DE UN EDIFICIO TRANSFORMADORES A LA INTEMPERIE VENTAJAS: • MAYOR PROTECCIÓN (CONTAMINACIÓN, HUMEDAD, AMBIENTE SALINO) • DISTANCIAS MENORES INCONVENIENTES: • MÁS CARAS (COMPROMISO CON EL PRECIO DEL SUELO EN ZONA URBANA) • PROBLEMAS CON INCENDIOS (SALTAN LAS PROTECCIONES POR IONIZARSE EL AIRE)

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SUBESTACIONES BLINDADAS • NUEVO DIELÉCTRICO: HEXAFLUORURO DE AZUFRE (SF6), GAS DE ALTA CAPACIDAD DIELÉCTRICA, MUY ESTABLE, NO INFLAMABLE • PERMITE DISTANCIAS MUCHO MENORES, SE USAN EN POBLACIONES O EN ÁREAS DE ALTA CONTMINACIÓN • TAMAÑO DE LOS TRANSFORMADORES NO SE PUEDE REDUCIR (DE ÉL DEPENDE SU POTENCIA) • MANTENIMIENTO REDUCIDO TRANSFORMADORES)

(MENOS

PROBLEMAS

QUE

EL

ACEITE

DE

LOS

EJEMPLO: • INTEMPERIE (220 kV) SEPARACIÓN DE 4 m • INTERIOR (220 kV) SEPARACIÓN DE 2 m • BLINDADA (220 kV) SEPARACIÓN DE 15 cm

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SUBESTACIONES RURALES • INSTALACIONES PEQUEÑAS (300 m2 FRENTE A 1100 m2) • MÁS SIMPLES • MENOR CALIDAD DE SERVICIO • NO PERMITEN DEMASIADAS MANIOBRAS • SUELEN SER DE TENSIÓN DE REPARTO/DISTRIBUCIÓN (66/20 kV)

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN • LÍNEAS • BARRAS O EMBARRADO • TRANSFORMADOR DE POTENCIA • PROTECCIONES (DE LÍNEA, DE TRANSFORMADOR, DE BATERÍA DE CONDENSADORES) • ELEMENTOS DE MEDIDA • CELDAS • SERVICIOS AUXILIARES • INSTALACIONES DE MANDO Y CONTROL • BATERÍAS (ALIMENTACIÓN DE PROTECCIONES) • OBRA CIVIL

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN BARRA O EMBARRADO ELEMENTO CONDUCTOR QUE RECOGE TODAS LAS INTENSIDADES QUE LLEGAN POR LAS LÍNEAS A LA SUBESTACIÓN

LÍNEAS 66 kV

TRANSFORMADORES

20 kV LÍNEAS

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN BARRA O EMBARRADO CÁLCULO DE SECCIONES: • POR INTENSIDAD MÁXIMA ADMISIBLE • POR ESFUERZOS ELECTRODINÁMICOS INTENSIDAD DE CORTOCIRCUITO INTEMPERIE:

CABLE DE COBRE TUBO DE COBRE O ALUMINIO

INTERIOR:

TUBO DE COBRE PLETINA (8 × 80 mm, 10 × 80 mm, 2 DE 10 × 80 mm)

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN TRANSFORMADOR DE POTENCIA

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN TRANSFORMADOR DE POTENCIA TRANSFORMACIÓN DE TENSIÓN A DISTINTOS NIVELES • NÚCLEO TRIFÁSICO • BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS (MÁS FÁCIL DE TRANSPORTAR, FIABILIDAD) • AUTOTRANSFORMADOR (MÁS ECONÓMICO, TRANSFORMACIÓN PRÓXIMA A 1 ⇒ 220/132 kV)

MÁS

PEQUEÑO,

RELACIÓN

DE

3ER ARMÓNICO DE CORRIENTE Y TENSIÓN ⇒ ESTRELLA SIN NEUTRO, SECUNDARIO EN TRIÁNGULO, DEVANADO TERCIARIO EN TRIÁNGULO

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN TRANSFORMADOR CON TOMAS CONTROL DE LA TENSIÓN: • REGULAR TENSIÓN SERVIDA DENTRO LÍMITES LEGALES • CONTROLAR FLUJOS DE P Y Q EN LA RED • AJUSTE TENSIÓN FRENTE A INCREMENTO EN LA CARGA REGULADOR EN CARGA (JANSEN) CONTROLADOR AUTOMÁTICO (PANTAM) 66/20 kV

REGULACIÓN EN CARGA AUTOMÁTICA

132/66 kV

REGULACIÓN EN CARGA MANUAL DESDE EL DESPACHO DE MANIOBRAS (NO HAY PANTAM)

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN TRANSFORMADOR CON TOMAS

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN PROTECCIONES. INTERRUPTOR AUTOMÁTICO

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN PROTECCIONES

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN PROTECCIONES ALTA TENSIÓN: • SECCIONADOR: DISPOSITIVO CAPAZ DE AISLAR O SEPARA DE FORMA VISIBLE DOS PARTES DE UN CIRCUITO SIEMPRE QUE NO CIRCULE CORRIENTE ALGUNA • INTERRUPTOR: DISPOSITIVO DISEÑADO PARA CERRAR Y ABRIR UN CIRCUITO ELÉCTRICO POR EL QUE CIRCULA UNA CORRIENTE NORMAL O NOMINAL DEL MISMO. • INTERRUPTOR AUTOMÁTICO O DISYUNTOR: DISPOSITIVO CAPAZ DE CERRAR Y ABRIR UN CIRCUITO ELÉCTRICO POR EL QUE CIRCULA UNA CORRIENTE ANORMALMENTE ELEVADA (CORTOCIRCUITOS) • TRANSFORMADORES DE MEDIDA: REDUCEN LAS MAGNITUDES DE TENSIÓN E INTENSIDAD QUE MIDEN PARA MEDICIÓN Y PARA SUMINISTRALAS A LOS RELÉS DE PROTECCIÓN • RELÉS DE PROTECCIÓN: DISPOSITIVOS QUE DAN ÓRDENES DE APERTURA O CIERRE A LOS INTERRUPTORES EN FUNCIÓN DEL VALOR DE LAS MEDIDAS QUE LE LLEGAN DESDE LOS TRANSFORMADORES DE MEDIDA. EN ALTA TENSIÓN SE UBICAN LEJOS DE LOS INTERRUPTORES

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN PROTECCIONES. INTERRUPTOR AUTOMÁTICO DISEÑO DE SISTEMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON CAMBIO DE CONFIGURACIÓN (CONEXIÓN O DESCONEXIÓN PRESTABLECIDA, CONDICIONES ANORMALES DE SERVICIO, AVERÍAS REPENTINAS) ELEMENTO QUE PERMITE CAMBIOS DE CONFIGURACIÓN EN LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS PROCESO DE CORTE: • SEPARACIÓN DE CONTACTOS Y ESTABLECIMIENTO DE UN ARCO • EXTINCIÓN DEL ARCO ELÉCTRICO • REFORZAMIENTO DIELÉCTRICO DEL ESPACIO ENTRE CONTACTOS TRAS LA EXTINCIÓN DEL ARCO ⇒ TENSIÓN DE RESTABLECIMIENTO

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INTERRUPTOR AUTOMÁTICO

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INTERRUPTOR AUTOMÁTICO TIPOS SEGÚN EL MEDIO DE EXTINCIÓN DEL ARCO TRADICIONALMENTE: • ACEITE • AIRE COMPRIMIDO • SOPLADO MAGNÉTICO • HEXAFLUORURO DE AZUFRE • VACÍO ACTUALMENTE: • HEXAFLUORURO DE AZUFRE (M. T. Y A. T.) • VACÍO (M. T.)

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN PROTECCIONES. SECCIONADOR • ACOMPAÑAN AL INTERRUPTOR POR SEGURIDAD • ELEMENTO DE CORTE VISIBLE • AÍSLA AL INTERRUPTOR • APERTURA SIN TENSIÓN • APERTURA Y CIERRE BAJO CARGA (SÓLO M. T. ≡ 1-36kV) • SECCIONADOR DE PUESTA A TIERRA (SÓLO EN LAS LÍNEAS)

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN TRANSFORMADOR DE TENSIÓN

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD EN SERIE MIDE INTENSIDADES DE LÍNEA

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN PARARRAYOS AUTOVÁLVULAS DESCARGA DE SOBRETENSIÓN DESCARGA DE SOBREINTENSIDAD

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN BATERÍAS DE CONDENSADORES COMPENSACIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA

P1 cos ϕ1

Q2

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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN CELDAS COMPARTIMENTO QUE PUEDE CONTENER: • SECCIONADOR DE PUESTA A TIERRA (RÁPIDA DE LÍNEA) • SECCIONADOR DE AISLAMIENTO DE LA LÍNEA Y PUESTA A TIERRA DEL INTERRUPTOR • TERMINALES DE LAS LÍNEAS • INTERRUPTOR TRIPOLAR DE CORTE EN SF6 • TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD Y TENSIÓN • SECCIONADOR DE BARRAS Y PUESTA A TIERRA DEL INTERRUPTOR • EMBARRADO • EQUIPO DE ACCIONAMIENTO, OPERACIÓN Y MANIOBRA • EQUIPOS DE PROTECCIÓN, MEDIDA Y TELEMANDO

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CELDA DE LÍNEA (132 kV)

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CELDA DE LÍNEA (66 kV)

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CELDA DE TRANSFORMADOR

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OBRA CIVIL ESTRUCTURAS METÁLICAS ACERO GALVANIZADO • AMARRE DE LÍNEAS Y CONEXIONES TENDIDAS • SOPORTE DE EQUIPO ELÉCTRICO Y EMBARRADO • ESTRUCTURAS Y HERRAJES AUXILIARES

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CALLES Y PÓRTICOS

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OBRA CIVIL PARQUE INTEMPERIE • CIMENTACIONES DE HORMIGÓN • CANALES DE CABLES DE CONTROL (HORMIGÓN Y CUBIERTOS CON TAPAS) • TRANSFORMADORES Y REACTANCIAS (BANCADAS DE HORMIGÓN, CAMINO DE RODADURA CON RAÍLES, MUROS CORTAFUEGOS) • DRENAJE • EDIFICIO DE MANDO Y CONTROL Y CASETA DE RELÉS

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CRITERIOS DE DISEÑO • ESTANDARIZACIÓN DE PARÁMETROS ELÉCTRICOS • REDUCCIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL • MANTENIMIENTO REDUCIDO • SEGURIDAD Y PROTECCIÓN FRENTE A AGENTES EXTERNOS • MAYOR POSIBILIDAD DE EXPLOTACIÓN • SIMPLICIDAD DE MANIOBRA • AMPLIACIONES FUTURAS SENCILLAS

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ESQUEMA UNIFILAR

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ESQUEMA UNIFILAR DETERMINADO POR: • FUNCIÓN DE LA SUBESTACIÓN • CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA DE LA RED CRITERIOS: • ECONOMÍA • FIABILIDAD Y SEGURIDAD • CONTINUIDAD EN EL SERVICIO (MANTENIMIENTO DE INTERRUPTORES) • COSTE • FACILIDAD DE OPERACIÓN • FLEXIBILIDAD, COMPLEJIDAD Y COSTE DEL MANTENIMIENTO • FACILIDAD DE AMPLIACIÓN Y REFORMA

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CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR SIMPLE BARRA

FALLO EN LÍNEA ⇒ SE PIERDE LA LÍNEA FALLO EN BARRA ⇒ SE PIERDE TODO

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CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR BARRA PARTIDA

FALLO EN LÍNEA ⇒ SE PIERDE LA LÍNEA FALLO EN BARRA ⇒ SE PIERDE MEDIA BARRA TRAS “APAGÓN” DE CORTA DURACIÓN 02/04/2003

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CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR SIMPLE BARRA CON BY-PASS

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CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR SIMPLE BARRA CON BARRA DE TRANSFERENCIA

EL INTERRUPTOR DE LA BARRA DE TRANSFERENCIA PUEDE SUSTITUIR A CUALQUIER INTERRUPTOR DE LÍNEA ⇒ MANTENIMIENTO SIN PÉRDIDA DE SUMINISTRO FALLO EN LÍNEA ⇒ SE PIERDE LA LÍNEA FALLO EN BARRA ⇒ SE PUEDE OPERAR SOBRE LA BARRA DE TRANSFERENCIA (CON PELIGRO, FALLO EN LÍNEA AFECTA A TODAS LAS LÍNEAS) 02/04/2003

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CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR DOBLE BARRA

FALLO EN LÍNEA ⇒ SE PIERDE LA LÍNEA FALLO EN BARRA ⇒ SÓLO APAGÓN MOMENTÁNEO

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CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR DOBLE BARRA CON BY-PASS

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CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR DOBLE BARRA CON BARRA DE TRANSFERENCIA

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CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR DOBLE BARRA CON DOS BARRAS DE TRANSFERENCIA

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CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR INTERRUPTOR Y MEDIO

FALLO EN LÍNEA ⇒ SE PIERDE LA LÍNEA FALLO EN BARRA ⇒ FUNCIONAMIENTO NORMAL MANTENIMIENTO DE INTERRUPTORES ⇒ FÁCIL Y FLEXIBLE, SIN PÉRDIDA DE SUMINISTRO 02/04/2003

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CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR DOBLE BARRA Y DOBLE INTERRUPTOR

FALLO EN LÍNEA ⇒ SE PIERDE LA LÍNEA FALLO EN BARRA ⇒ FUNCIONAMIENTO NORMAL MANTENIMIENTO DE INTERRUPTORES ⇒ FÁCIL Y FLEXIBLE, SIN PÉRDIDA DE SUMINISTRO

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CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR TRIPLE BARRA

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CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR POLÍGONOS (ANILLO)

FALLO EN LÍNEA ⇒ SE PIERDE LA LÍNEA FALLO EN BARRA ⇒ SE PIERDE UNA LÍNEA SE PUEDEN MANTENER LOS INTERRUPTORES SIN PÉRDIDA DE SUMINISTRO 02/04/2003

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CONFIGURACIONES MÁS USADAS POR REE EN TRANSPORTE

• INTERRUPTOR Y MEDIO • DOBLE BARRA CON DOBLE INTERRUPTOR • BARRA SIMPLE PARA REACTANCIAS

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DISPOSICIÓN FÍSICA • DISTANCIAS DE SEGURIDAD MANTENIMIENTO EN UNA POSICIÓN NO DEBE AFECTAR A LAS CONTIGUAS CIRCULACIÓN LIBRE DE PERSONAS POR TODA LA SUPERFICIE DE LA SUBESTACIÓN ⇒ ZÓCALOS DE AISLADORES A 2.3 m Y ELEMENTOS A TENSIÓN NOMINAL A 6 m MÍNIMO VIALES PAVIMENTADOS PARA VEHÍCULOS DELIMITACIÓN DE LA ZONA DE TRABAJO • EMBARRADOS FLEXIBLES (MAYOR ALTURA DE LOS PÓRTICOS, MAYOR DISTANCIA ENTRE FASES) RÍGIDOS (ESTRUCTURA MÁS LIGERA, MENOR VOLUMEN DE OBRA CIVIL, MATERIAL DE CONEXIÓN MÁS SIMPLE, MAYOR RESISTENCIA MECÁNICA, AUSENCIA DE EFECTO CORONA)

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DISPOSICIÓN FÍSICA SUBESTACIONES INTEMPERIE

VÁLIDA PARA INTERRUPTOR Y MEDIO, ANILLO (4 SALIDAS) O DOBLE INTERRUPTOR

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DISPOSICIÓN FÍSICA SUBESTACIONES INTEMPERIE

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DISPOSICIÓN FÍSICA SUBESTACIONES INTEMPERIE

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DISPOSICIÓN FÍSICA SUBESTACIONES INTEMPERIE

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DISPOSICIÓN FÍSICA SUBESTACIONES INTEMPERIE

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DISPOSICIÓN FÍSICA SUBESTACIONES DE INTERIOR

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DISPOSICIÓN FÍSICA SUBESTACIONES DE INTERIOR

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OPERACIÓN NORMALMENTE, RÉGIMEN ABANDONADO (SIN PERSONAL DE SERVICIO) ESTRUCTURA DE TELECONTROL (SISTEMA DE CONTROL DIGITAL, FIBRA ÓPTICA): •

TRANSMISIÓN DE INDICACIONES Y ESTADOS (SEÑALES DIGITALES)

•

MEDIDAS (SEÑALES ANALÓGICAS)

•

ÓRDENES

•

MEDIDAS DE ENERGÍA

POSIBILIDAD DE OPERACIÓN LOCAL EN CONVENCIONAL, CABLEADO CONVENCIONAL)

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CASO

DE

FALLO

(SISTEMA

DE

CONTROL

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