subestaciones electricas de transformacion de media tension ...

SUBESTACIONES ELECTRICASDE TRANSFORMACION

DE MEDIA TENSION

PARA USUARIOS FINALES

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Por: Ing Wilfredo Botto SFecha: Octubre 2009

ESTRUCTURA DE LA CONFERENCIA

1. El objetivo de esta charla es el de presentarles algunas innovaciones desarrolladasen nuestro país con la finalidad de satisfacer las nuevas exigencias del mercadolocal de Subestaciones Eléctricas de Media Tensión para usuarios finales

2. Para este efecto haremos primero una revisión de las actuales exigencias técnicas,económicas y ambientales.

3. Finalmente revisaremos las propuestas del grupo de empresas EFC para satisfacerlas exigencias precitadas

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QUE ES UNA SUBESTACION ELECTRICADE TRANSFORMACION ?

Es un conjunto de equipos eléctricos convenientementeseleccionados y adecuadamente dispuestos para

distribuir y/o transformar la energía eléctricaEstos equipos son:

de maniobra en media tensiónde transformación

de maniobra en baja tensiónde protecciónde mediciónde seguridad

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ELECIN

CLASIFICACION GENERAL DE LAS SUBESTACIONES DE MEDIA TENSION

De Distribución De Transformación

Las Subestaciones de Distribución son generalmente utilizadas por las Empresas de Distribución y grandes Complejos Industriales, Mineros, Comerciales, etc. Las Subestaciones de Transformación son generalmente utilizadas por las Empresas Industriales, Edificios, Centros Hospitalarios, etc, de mediana envergadura. Esta

charla está dedicada a las Subestaciones de Transformación4

ELECIN

ELECIN S.A.Sub Estación de Distribución con Celdas Modulares 24 KV

Salidas con medición Clase de precisión 0,2Cada celda de salida: Ancho: 500; Prof: 1200; Alto: 1950 mm

1 Celda de llegadaCon interruptor en VACIO

5 Celdas de salidaCon seccionador

De potencia en SF6

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ELECIN

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ELECIN

ELECIN S.A.Sub Estación de Transformación

Instalada al exterior

BASICAS

DE SEGURIDAD DE SERVICIO

DE SEGURIDAD DEOPERACION

ARQUITECTONICAS

ECONOMICAS

DE PROTECCION y CONTROLDEL MEDIO

PROPUESTA DE CLASIFICACION DE LAS CONDICIONES QUEDEBE CONSIDERAR EL INGENIERO PARA DISEÑAR UNA

SUBESTACION ELECTRICA DE TRANSFORMADCIÓNEN MEDIA TENSION DE ACUERDO A LAS NUEVAS

EXIGENCIAS DEL MERCADO

CUIDADO DEL MEDIO AMBIENTE

SEGURIDAD CONTRA INCENDIOS

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ELECIN

UBICACION

BASICAS (ELECTRICAS)

Potencia actual y futura, Tensión Nominal actual/futura, y muy importante: la Potencia de Cortocircuito en el punto de diseño

CONDICIONES A CONSIDERAR PARA EL DISEÑO DE UNA SUBESTACION

ELECIN

Punto de Diseño

Pccd Pccb

Línea AéreaLínea

Subterránea

DEL MEDIO

Altura sobre le nivel del mar, Contaminación ambiental (polución, salinidad), Nivel Isoceráunico (posibles sobre tensiones atmosféricas), temperatura y humedad ambientales

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ELECIN


DE SEGURIDAD DE SERVICIO

Esta condición tiene mayormente que ver con el tipo de esquema a considerar y la necesidad de mantener equipos en reserva para eventuales fallas. Así tenemos: Simple Alimentador, Doble Alimentador, Anillo Cerrado o Abierto, Transformador de Reserva para la potencia total, etc

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ELECIN


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DE SEGURIDAD DE OPERACIÓN

Este es un aspecto muy importante a considerar pues está relacionado con la seguridad del personal de operación. Para satisfacer esta condición no hay que olvidar evaluar la instalación de: Bloqueos mecánicos, Luces de indicación de presencia de tensión, Barreras que impidan el contacto con partes vivas, Seguro sistema de puesta a tierra de las partes y toda parte metálica, Puestas a tierra temporales, manuales o automáticas, La seguridad de operación

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ELECIN


ARQUITECTONICAS

Los nuevos conceptos arquitectónicos son restricciones que obligan a los Ingenieros Electricistas a sujetarse a estas tendencias, sobre todo en zonas urbanas y monumentales.

EFC

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ECONOMICAS

Aspecto muy importante. Es consecuencia de una adecuada concepción técnica de los equipamientos eléctricos que tiene como resultado un proyecto técnica y económicamente eficiente. Es necesario evaluar: El Costo Directo y el Costo de Explotación (pérdidas). La ubicación de la subestación juega papel importante en este aspecto)

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ELECIN


DE PROTECCION Y CONTROL

Aspectos de seguridad de maniobra, adecuada protección así como de control del consumo de electricidad así como de la Máxima Demanda aconsejan que, de acuerdo a su envergadura, se contemplen adecuados elementos, sobre todo en la celda de llegada de la subestación.


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ELECIN

CUIDADO DEL MEDIO AMBIENTE

Este aspecto tiene que ver con la adecuada selección de los medios aislantes de las celdas así como los refrigerantes de los transformadores que pueden ser nocivos para el medio ambiente (contaminación, calentamiento global)

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ELECIN


SEGURIDAD CONTRA

INCENDIOS

Cuando las subestaciones se ubican en el interior de edificios (sótanos) es importante prever la posibilidad de incendio si se usan transformadores en aceite mineral. En estos casos la solución es instalar transformadores SECOS o en FR3

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ELECIN



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ELECIN

CLASIFICACIÓN DE LAS SUBESTACIONESDE TRANSFORMACION PARA USUARIOS FINALES

1. SUBESTACIONES CONVENCIONALES

2. SUBESTACIONES COMPACTAS

3. SUBESTACIONES TIPO BLOQUE

4. SUBESTACIONES MODULARES

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ELECIN


Son aquellas que generalmente requieren de un edificio especialmente adecuado dotado canales

para la eliminación del aceite de los transformadores (fugas) ductos y ventanas para la ventilación, puertas y rejillas, tabiquerías para la

separación de celdas, mallas de protección, etc. El sistema de barras y conexiones son realizados en

obra. Sus edificios requieren de dimensiones considerables.

A) CON CELDAS DE MAMPOSTERIA

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4000

5000

ANTIGUA SUBESTACION CONVENCIONALTIPO A

CON CELDAS ABIERTAS

DesventajasMínima seguridad de servicio y de operaciónSuperior superficie y altura requeridosProbabilidad de que los implementos comoseccionadadores, barras y portabarras, distancias,etc no sean los adecuados

Probabilidad de destrucción de equiposl en caso de sismos 22

ELECIN


También requieren de un edificio especialmente adecuado dotado canales para la eliminación del

aceite de los transformadores (fugas) ductos y ventanas para la ventilación, puertas y rejillas

En cambio, las celdas son totalmente ensambladas y probadas en los talleres del fabricante; tienen el

“frente muerto”, es decir no es posible el contacto humano con las partes vivas

B) CON CELDAS AUTOSOPORTADAS “METAL ENCLOSED”

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ELECIN

MODERNA SUBESTACION CONVENCIONAL TIPO B,

CON CELDAS “METAL ENCLOSED”

Celda de llegadaTipo CSF

Celda de transforrmaciónTipo CTD

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ELECIN

2. SUBESTACIONES COMPACTAS

Este tipo de subestaciones se caracteriza por reunir en un solo conjunto a todos los elementos, de maniobra en media tensión , de

transformación, de baja tensión, de medición, etc.

TIPO SCE: Se recomienda para potencias entre 160 y 500 KVA

TIPO SMC: (MINICOMPACTAS) Se recomienda entre 75 y 250 KVA

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ELECIN

SUBESTACION COMPACTA TIPO SCE500 KVA , 22.9 KV

INSTALADA EN CAMPO FE

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ELECIN

SET DE SUBESTACIONES COMPACTAS TIPO SCEINSTALADAS EN RETIRO DE CLINICA LIMEÑA

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ELECIN

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ELECIN

SUBESTACION COMPACTA TIPO SCESOBRE SKI (EMPLEADA EN LA ETAPA DE CONSTRUCCIÓ

DEL TREN ELÉCTRICO DE LIMA)

Provista de conectores enchiuables en MT y en BT

SUBESTACION ELECIN, TIPO COMPACTA TIPO SCEINSTALADA EN RETIRO DE FABRICA TEXTIL

En pleno montaje

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ELECIN

VISTA INTERIOR DE UNA CELDA DE LLEGADA DESUBESACION SCE

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ELECIN

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ELECIN

SUBESTACIONCOMPACTAS TIPO SCE(CON MEDICION EN EL PRIMARIO)

SUBESTACIONES MINI COMPACTAS TIPO SMC(RECOMENDABLE DE 75 A 250 KVA)

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ELECIN

SUBESTACION COMPACTA TIPO SCE250.....630 KVA, 10-22.9/230 V

1. Techo inclinado2. Protección lateral fija3. Luna visora de la celda de llegada4. Puerta de la celda de llegada5. Puerta de los mandos del seccionador de potencia y de línea6. Base de toda la subestación con soportes para el transformador7. Puertas de la celda del transformador8. Luna visora de la celda del transformador9. Puerta frontal del compartimiento de baja tensión10. Puerta lateral para el compartimiento de baja tensión11. Rejillas de ventilación

NOTA: Dimensiones aproximadas en mmProfundidad : 1600 mm

2600

3000

1

2

3

6

7

9

104

8

5

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ELECIN

SUBESTACIONES TIPO BLOQUE

(SE RECOMIENDA ENTRE 500 Y 2000 KVA)

Son semejantes a las Subestaciones Compactas pero sin celda de transformación; el transformador va provisto de su propia cubierta que sirve además para la protección de las barras de

conexión hacia la celda de llegada en media tensión así como al tablero de baja tensión. Se aplica generalmente para potencias de 500 KVA o mayores. En ciertos casos el Transformador se suministra con aisladores pasatapas laterales para facilitar su

acoplamiento a la celda de llegada y al tablero de BT

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ELECIN

SUBESTACION DE 1250 KVA, 24 KVTIPO BLOQUE SIMPLE

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ELECIN

SUBESTACION ELECTRICA TIPO BLOQUE SIMPLE500 KVA, 10000/460 V

INSTALADA EN TECHO DE EDIFCIO

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ELECIN

SUBESTACION ELECTRICA TIPO BLOQUE SIMPLE500 KVA, 10000/460 V

INSTALADA EN TECHO DE EDIFCIO

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SUBESTACIONES TIPO MODULARES

(TIPO SMO)

Se caracterizan por incorporar Celdas Modulares muy compactas que permiten satisfacer diversos esquemas eléctricos versátiles en espacios reducidos, con transformadores cubiertos que no necesitan de celdas de transformación o incorporados en celdas también muy compactas. En

muchos casos el empleo de transformadores secos resulta muy conveniente. También se aplican en los casos en que resulta conveniente instalar varias subestaciones debido a cargas muy descentralizadas. En

estos casos es recomendable el uso del “Ring Main Unit”

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ELECIN

CELDA DE TRANSFORMACIONCON TRANSFOMADOR SECO DE 1600 KVA, ENCAPSULADO

(HOTEL MARRIOTT - LIMA)

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ELECIN



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ELECIN



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ELECIN



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ELECIN

1

2

13

4 4

1

1. Aislador capacitivo

2. Seccionador de potencia en SF6, sin bases

3. Interruptor Autónomo

4. Seccionador de potencia en SF6 con bases portafusibles

5 5 5

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ELECIN

SOLUCION CON CELDAS DE REMONTE

5. Seccionador de puesta a tierra

ELECIN

50 / 5150N/51N

1. Seccionador de ptotencia de llegada, en SF6, 24 KV, 630A, 16 KA1b. Seccionador de potencia de salida, en SF6, 24 KV, 630 A, 16 KAequipado con bases portafusibles y desconexión automática2. Interruptor automátiico en VACIO, 24 KV, 630 A, 16 KA3. Seccionador tripolar de puesta a tierra4. Fusibles limitadores de elevado poder, 24 KV5. Terminal para cable unipolar N2XSY, 18 / 30 KV, 1 x 50 mm2

Notas:

a) Entre 1 y 2 debe haber un bloqueo a llaveb) 1b y 3 se ponen a tierra simultáneamente

22.9 KV, 160 MVA en 10 KV, 420 MVA en 22.9 KV

1

1b21b 1b 1b

3 3 3

Cable 3-1x50 mm2tipo N2XSY, 18

30KV

1b 1b

1

2

Celda de llegada 24 KV

4 4 4

5 5 5

5 5 5

Celda de Salida No 1



5

SOLUCION SIN CELDAS DE REMONTE

50/5150N/51N

51N 51N

CONJUNTO TIPICO ELECIN

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ELECIN

SOLUCION SIN CELDAS DE REMONTE

CIL-2 CSL-D2

ELECIN S.A. TIPICA Sub Estación Eléctrica Modular, 24 KVCelda de llegada CIL+2 Celdas de salida CSL-D2 + 2 celdas con trafos secos 800 KVA

CIL2CSL-D2

Celda TRAFO SECO No 1

800 KVA Celda TRAFO SECO No 2

800 KVA

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APARATOSINVOLUCRADOS

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EL TRANSFORMADOR

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TRANSFORMADORESSECOS

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Característica EN ACEITE SECOS

Bobinados Usualmente de cobre Usualmente de AluminioEspeciales en cobre

Clase de aislamiento A (papel y aceite) F (resina epóxica E2-C2-F1)

Contaminación ambiental Considerable, en caso de derrame de aceite Despreciable

Instalación al interior Restringida en ambientes con alta concentración de público Adecuada en ambientes con alta concentración de público

Instalación directa al exterior SI NO

Inflamable SI NO

Resistencia a ambientes muy salinos Alta con tanque sellado Débil, requiere protección especial

Instalación Requiere canales de desfogue de aceite No requiere de canalizaciones especiales

Instalación en sótanos Inadecuada Adecuada

Instalación en azoteas Inadecuada Adecuada

Instalación cerca a la carga Con dificultades Mejores posibilidades

Instalación en ambientes húmedos Requiere cuidados par mantener el aceite seco Muy resistente

Protecciones requeridas Complejas Simples

Accesorios requeridos De acuerdo a potencias, pueden ser complejos Simples, sólo detectores de temperatura

Mantenimiento Frecuente No frecuente

Costa hasta 500 KVA MENOR MAYOR

Costo de 630 a 800 KVA Similar al Seco Similar al en Aceite

Costo de 1000 a 2000 KVA MAYOR MENOR

Resistencia a sobre cargas Según Normas IEC Según Normas IEC

Resistencia a corriente de c. circuito Según Normas IEC Según Normas IEC

Pérdidas Según Normas IECBajas sobre pedido especial

Según Normas IECBajas sobre pedido especial

Nivel de ruido Según Normas IEC Según Normas IEC

Derrateo de Vn por altura Si, sólo la parte exterior del transformador NO

Derrateo de potencia SI SI

Refrigeración Aceite y aire Sólo aire

COMPARACIÓN ENTRE TRANSFORMADORES EN ACEITE VS SECOS

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ELECIN

CLASE DE AISLAMIENTO?

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ELECIN

COBRE O ALUMINIO ?(según fábrica TRASFOR)

CODIGO NACIONAL DE ELECTRICIDAD

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Numeral 117: Los transformadores instalados en Sub Estaciones de edificios, oficinas, centros comerciales, hospitales, ect, con alta afluencia de público deben ser TIPO SECO u otro dieléctrico con ALTO PUNTO DE IGNICION y baja emisión de humos tóxicos y corrosivos

RECOMENDACIONES GENERALES

EL TRANSFORMADOR

La evaluación de uno o varios transformadores en paralelo es importante considerarla al diseñar una subestación de media o gran potencia. (conviniendo que mediana es de 400 a 1000 KVA y de gran potencia sobre los 1000 KVA)

El transformador es una máquina muy segura pero no es infalible. En instalaciones de mediana potencia muchos proyectistas consideran que un solo transformador es suficiente, pero en instalaciones de gran potencia la mayoría recomienda dos o más transformadores en paralelo.

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ELECIN

EL TRANSFORMADOR

Además de las conocidas condiciones que se deben respetar para la puesta en paralelo de transformadores, es necesario tomar en cuenta la Corriente de Cortociruito esperada en caso de falla en las barras de baja tensión. Independientemente de la POTENCIA DE CORTOCUITO en las barras de media tensión.

Aspectos importantes a considerar para seleccionar un transformador son a) La seguridad contra incendios b) La seguridad contra contaminación ambiental

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ELECIN

SECCIONADOR DE POTENCIA

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ELECIN

LA CELDA DE LLEGADA CON SECCIONADOR DE POTENCIA

Para subestaciones de hasta 1000 KVA la mayoría deproyectistas experimentados consideran que essuficiente equiparla con un Seccionador de Potenciacomo elemento de maniobra y protección en 10 o 22.9KV. En El Perú es usual que la llegada de cables seapor la parte inferior del seccionador de potencia; eneste caso es recomendable instalar debajo del esteseccionador un Seccionador Tripolar de Líneabloqueado mecánicamente con el Seccionador dePotencia. El Seccionador de Línea tiene laparticularidad de que sus cuchillas se abren haciaarriba de modo que sus extremos quedan sin tensión ensu posición abierto. 57

ELECIN


Es conveniente que esta celda esté dotada de una LunaVisora, de modo que pueda observarse su interior sinnecesidad de abrir su puerta.

Para mayor seguridad del personal de operación, serecomienda que la puerta de la celda pueda abrirsesólo cuando el Seccionador de Línea está en posiciónABIERTO

Los fusibles del Seccionador de Potencia debendimensionarse de modo que se cumplan las siguientescondiciones:

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ELECIN



1. Que no actúen cuando es cerrado el Seccionadorde Potencia (por la corriente de inserción deltransformador)

2. Que actúen rápidamente cuando ocurre uncortocircuito en los bobinados del transformador o enlas barras de media tensión

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ELECIN



3. Que no actúen cuando ocurre un cortocircuito despuésdel interruptor principal de BT pues el encargado dedespejar la falla debe ser este elemento

4. Que actúen en menos de 3 segundos cuando la falla ocurreen el lado de baja tensión, entes de interruptor general deeste lado, o sea en los bobinados de baja tensión deltransformador y los bornes de entrada al interruptor de BT

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ELECIN


Los fusibles del Seccionador de Potencia NO se debenemplear para la protección contra SOBRE CARGAS deltransformador.

El Seccionador de Potencia puede dotarse de Bobina deDesconexión para ser activada por: Mando a Distancia;Desconexión por Alta Temperatura (comando desde eltermómetro del transformador), etc.

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ELECIN

Aisladores superioresCon ducto de aire

Cilindros con pistonesPara soplo de aire

Contactos rompe arco

Contactos móviles

Leva de aperturaPor fusibles

Seccionador tripolarde Línea

Bloqueo mecánico

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Seccionador de Potencia en SF624 KV, 630 A, 20 KA

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Celda de salida con Seccionador de Potencia en SF624 KV, 630 A, 20 KA

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FUSIBLES

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LOS FUSIBLES LIMITADORESDE MEDIA TENSION

1. Los fusibles deben dimensionarse entre 1.5 y 2 vecesla corriente nominal del transformadorcorrespondiente, o de la suma de las corrientesnominales de los transformadores si es que existenvarios en paralelo. De lo contrario existe el peligro quelos fusibles se “quemen” por la CORRIENTE DEINSERCION DE LOS TRANSFORMADORES la cualpuede alcanzar hasta 15 veces la corriente nominal deestos.

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ELECIN

LOS FUSIBLES LIMITADORESDE MEDIA TENSION

2. Los fusibles NUNCA deben trabajarpermanentemente con una corriente cercana a sucorriente nominal. Se recomienda que trabajen a un 70% de dicha corriente, como máximo. Esto se debe aque existe una zona que algunos fabricantesdenominan “ZONA NEGRA” ; cuando los fusiblestrabajan permanentemente dentro de esta zona es muyprobable que sufran fuertes recalentamientos, inclusivepueden explotar sin que su filamento necesariamentese hubiera quemado. Otro consecuencia grave es elrecalentamiento de las mordazas porta fusibles con laconsecuente falla final.

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ELECIN

TIEMPOS DE APERTURA DE FUSIBLES HRC 68

ELECIN

Imáx asimétrica= 1.8 2 x Icc

Imáx simétrica= 2 x Icc

LIMITACION DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO CON FUSIBLES HRC 69

ELECIN

SELECCIÓN DE FUSIBLES HRC(CONSULTAR CON EL FABRICANTE) 70

ELECIN

INTERRUPTOR AUTOMATICO

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ELECIN

CELDA DE LLEGADA CON INTERRUPTOR AUTOMÁTICO

En subestaciones de 2000 KVA o de mayor potencia, serecomienda el uso de un Interruptor Automático con reléscomo elementos de maniobra y protección, Las razonespueden atribuirse a:

1. Se requiere una mejor coordinación entre los relés de laSubestación del Usuario y los relés de la Celda de Salidaen la cabina del Concesionario debido a que, por el nivel depotencia contratado, esta cabina puede estar ubicadaen una Subestación de Distribución Principal (en barrasde una Subestación de Potencia)

ELECIN


2. La Corriente de Inserción del o de los transformadores esmuy elevada de manera que requerirían de fusibles dealto amperaje no disponibles en el mercado

3. La tensión nominal del sistema es de 4.16 KV (MINERIA).Entoces la corriente nominal de los transformdores esrelativamente alta. Ejempo para 500 KVA sería de 70 A ypor tanto los fusibles recomendados serían de 125 A,límite máximo para la mayoría de seccionadores depotencia.

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ELECIN


4. Que el usuario tenga motores de gran potencia con unacorriente de arranque elevada y prolongada que puedaoriginar la actuación indeseada de los fusibles de mediatensión

5. Que los transformadores dispongan de un Relé Buchholzcon mando de desconexión (el cual sólo puedeactuar sobre un Interruptor Automático)

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ELECIN

INTERRUPTOR AUTOMATICO EN VACIO, 24 KVMONTAJE LATERAL 75

ELECIN

CELDAS MODUALRES

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ELECIN

ELECIN

VENTILACION DE SUBESTACIONES ELECTRICAS

(CON TRANSFORMADORES SECOS)

ELECIN

Nivel cero

SUB ESTACION DE SUPERFICIE

H

A = 0.188 P / H

A: Area de las ventanas en m2P: Pérdidas totales en KwH: en m

WBS

ELECIN

Extractor centrífugo

Nivel cero

SUB ESTACION SUBTERRANEA

WBS

ELECIN

Extractor axial

Nivel azotea

SUB ESTACION EN AZOTEA

70 cm

WBS

ELECIN


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ELECIN

FUENTE: Zoppetti

WBS

SUB ESTACIONES ELECTRICAS

SUBTERRANEAS

ELECIN

PUESTOS DE SUMINISTRO

SUBTERRANEOS

ELECIN

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MUCHAS GRACIAS !!!

ING. WILFREDO BOTTO SIFUENTES

[email protected]

INFORMACION ADICIONAL EN

www.elecinperu.comTeléfonos

715116922435715233165

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