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• Daniel David

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INTRODUCCIÓN La Subestación El Indio de 230/115/34.5/13.8 KV es del tipo reductora y de paso que surte de energía eléctrica a todo el Estado Monagas, el Estado Sucre y el Estado Nueva Esparta. El patio de 230 kV está diseñada con un esquema de barra simple y barra de transferencia conformando un sistema de anillo a través de las líneas: línea N°1 El Furrial–El Indio, línea N°2 El Furrial–El Indio, línea El Indio-Juana la Avanzadora, línea El Indio–Casanay con una capacidad instalada de dos (02) Autransformadores de 230/115/13.8 kV, 100/100/5 MVA y un (01) autotransformador de 230/115/13,8 kV, 200/200/40 MVA. Con el paso de los años muchos de estos seccionadores fueron reemplazados por envejecimiento, deterioro o fallas, los cuales fueron suplidos por equipamiento de nueva generación con accionamiento motorizado, al igual que los interruptores fueron reemplazado y se incorporaron otros dispositivos de supervisión, alarma, protección, control y medición. Todo esto trae como consecuencia un impacto considerable en la red de alimentación de corriente continua y corriente alterna, ya que estos nuevos equipos tienen un mayor consumo de corriente continua u corriente alterna. Por lo que en la actualidad se hacen necesario rediseñar todos los servicios auxiliares de corriente continua y corriente alterna de la S/E El Indio. Lo que permitirá garantizar la confiabilidad de los servicios auxiliares logrando evitar el colapso de la red de corriente continua que es prioritaria para las actuación de todas las protecciones, control, mando y alimentación de los motores de accionamiento de los equipos de maniobras, al igual que la red de corriente alterna que permite mantener un suministro confiable de alimentación en 440/208/120 VCA, la cual es utilizada para operar las bombas de aceite de los Autotransformadores, motores de los grupo de refrigeración de los autotransformadores y transformadores de potencia,

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alimentación de las resistencia de calefacción, que son importantes para mantener la integridad de los componente eléctricos y electrónicos que se encuentran en los armarios de control o armario de agrupamiento, iluminación de toda las instalaciones, entre otros equipos y componentes ubicados en los patios de 230/115/34.5/13.8 kV de la S/E El Indio. Implementar mejoras en los servicios auxiliares AC/DC alimentados por el terciario de los autotransformadores N°2 y N°3, en la Subestación El Indio 230/115/34.5/13.8 kV del Municipio Maturín, Estado Monagas. Basado en estas informaciones, el presente proyecto de investigación esta desarrollado de la siguiente manera. El capítulo I: se expone el planteamiento del problema, el cual da lugar al objetivo general, objetivos específicos, se formula justificación, delimitación y alcance entre otros aspectos. El capitulo II: se presenta una revisión históricas de los antecedentes de la investigación, base teóricas y legales que tienen relación con los objetivos del capitulo anterior. El capitulo III: contiene el marco metodológico utilizado para desarrollar la obtención del objeto de estudio de este proyecto de investigación. Este incluye modalidad de la investigación, tipo de investigación de acuerdo al nivel, unidad de estudio, técnicas e instrumentos de recolección de datos, técnicas y análisis de datos. El capitulo IV se exponen los resultados de la investigación. El capitulo V: propuesta de adecuación de los servicios auxiliares de la subestación El Indio. Por ultimo las Conclusiones, Recomendaciones, Referencias y Anexos.

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CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

Contextualización del problema Desde finales del siglo XX e inicios del siglo XXI a nivel mundial se ha incrementado la generación de grandes bloques de energía. Con el crecimiento constante y acelerado de la población se ha producido un aumento considerable en la construcción de nuevas instalaciones eléctricas, lo cual permite satisfacer la demanda de la población. Es indudable que sin fuentes energéticas abundantes no hubiera sido posible sostener el ritmo de crecimiento económico mundial y alcanzar el grado de calidad de vida actual. Las Naciones Unidas estiman que la población mundial, que en la actualidad es de casi 7.000 millones de personas, aumentará a 9.100 millones para el año 2050. Es fácil comprender que mayor cantidad de personas en el mundo conducirán a un mayor consumo de energía. Un consumo que será, en cierta medida, independiente del desarrollo económico de las naciones, ya que estará asociado a la mayor cantidad de energía que cada persona utilizará a diario. Siendo la energía un elemento clave para el desarrollo económico del mundo, constituye una variable decisiva para la generación de crecimiento y empleo, por lo que tiene un significativo papel en la riqueza de las economía en los países, que por otro lado, requieren un suministro eficiente, incorporando los menores costos posibles, todo ello para permitir el desarrollo de los diferentes sectores productivos, posibilitando de esta manera mayores mejoras en las condiciones de vida.

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Venezuela es el país con mayor generación de energía eléctrica per cápita en América Latina. También es la nación de la región con mayor demanda de electricidad, lo que motivó al Ejecutivo a implementar un plan para estabilizar el sistema eléctrico y una campaña de concienciación sobre el uso racional de este servicio. "Si todos los venezolanos no asumimos una nueva cultura el uso racional y eficiente de la energía eléctrica no importará cuánto se invierta en los procesos de generación, transmisión y distribución, siempre la demanda superará la generación". (Ministro de Energía Eléctrica Jessi Chacón. Fecha 26/03/2015) Sin embargo, para mitigar la problemática han tratado de aplicar procedimientos, viendo que en otros países vecinos los resultados han sido favorables. No es más que la implementación de nuevos puntos de generación para tener una mejora en el sistema de transmisión y así poder cumplir con la gran demanda energética. La Subestación El Indio de 230/115/34,5/13,8 kV es del tipo reductora y entrega energía eléctrica a todo el Estado Monagas, el Estado Sucre y el Estado Nueva Esparta. Los patios de 230 kV, 115kV, 34,5kV y 13,8 kV están diseñados con un esquema de barra simple y barra de transferencia y capacidad instalada de dos (02) autotransformadores de 230/115/13,8 kV, 100 MVA, un (01) autotransformadores de 230/115/13,8 kV, 200 MVA, dos (02) transformadores de potencia N°1

a 115/13,8 kV, 36 MVA., un

transformadores de potencia N° 2 a 115/13,8 kV., 30 MVA. Los

servicios

auxiliares

estaban

conformados

por

dos

(02)

transformadores de 13,8/0,44 kV, 300 KVA. Actualmente estos dos transformadores están indisponibles y se instaló uno nuevo de 13,8/0,44 kV, 1MVA dos (02) transformadores tipo seco de 440/208 VCA, con transferencia manual a nivel de 440 VCA, un (01) banco de trasformación de servicios auxiliares de 34,5 kV, 300 KVA, (el cual está indisponible), una (01) sala de acumuladores con un (01) banco de baterías de 110 VCC, 500 A/H, un (01) Generador diesel de 440 VCA, 200 KVA.

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Para la época en la que se construyó esta subestación todo los seccionadores del patio de 230 kV y 115 kV, eran de accionamiento manuales y los interruptores instalados en los patios de 230/115/34,5/13,8 kV eran de poco consumo de corriente continua, por lo que el diseño para estas instalaciones funcionaba perfectamente. Con el paso de los años muchos de estos seccionadores fueron reemplazados por envejecimiento, deterioro o fallas, utilizando equipamiento de nueva generación con accionamientos motorizados; así mismo los interruptores fueron suplidos y se incorporaron otros dispositivos de supervisión, alarma, protección, control y medición. Todo esto trae como consecuencia un impacto considerable en la red de alimentación de corriente continua y corriente alterna, ya que estos nuevos equipos tienen un mayor consumo de corriente. Por lo que en la actualidad se hace necesario

rediseñar todos los servicios auxiliares de

corriente continua y corriente alterna de la S/E El Indio, lo que permitirá garantizar la confiabilidad de los servicios auxiliares, logrando evitar el colapso de la red de corriente continua que es prioritaria para las actuación de todas las protecciones, control, mando y alimentación de los motores de accionamiento de los equipos de maniobras. A igual que la red de corriente alterna que permite mantener un suministro confiable de alimentación en 440/208/120 VCA, la cual es utilizada para operar las bombas de aceite de los autotransformadores, motores de los grupo de refrigeración de los autotransformadores y transformadores de potencia, alimentación de las resistencia de calefacción, que son importantes para mantener la integridad de los componente eléctricos y electrónicos que se encuentran en los armarios de control o armario de agrupamiento, iluminación de toda las instalaciones, entre otros equipos y componentes ubicados en los patios de 230/115/34,5/13,8 kV de la S/E El Indio. Debido al plan de sustitución de equipos de potencia de 230 kV y 115 kV en la S/E el Indio, se ha incrementado la red de los servicios auxiliares de

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corriente continua y corriente alterna, es por eso que se requiere un nuevo diseño de red la cual garantice las expansiones futuras, permitiendo un incremento inmediato de cargas suprimida de corriente continua que no se han podido conectar por mencionar alguna alimentación de los motores de accionamiento de los seccionadores del patio de 230 kV y 115 kV; por otra parte, la red deberá satisfacer las expansiones que se requiera en los años próximos, en la medida que se reemplacen equipos de potencia, medición, control, supervisión y protección. El proyecto tendrá un estado final que permitirá alimentar las cargas existentes, nuevas y futuras, inicialmente se harán parte de las obras para se tenga un óptimo servicio y se dejarán las previsiones para acompañar el desarrollo a medida que el consumo lo exija. Debido a las condiciones actúales de los servicios auxiliares de AC/DC de la Subestación el Indio es que se propone realizar un nuevo diseño de los mismo donde se tomando como fuente principal de alimentación los terciarios de los autotransformadores de potencia N° 3 y autotransformador N° 2. Por todo lo antes expuesto es que se requiere la realización del presente Trabajo de Grado, el cual tiene como propósito realizar una propuesta para Reubicación de los servicios auxiliares de ac/dc alimentado por el terciario de los autotransformadores N° 2 y N° 3 en la subestación el indio 230/115/34.5/13.8 kV perteneciente a la empresa CORPOELEC del Municipio Maturín Estado Monagas, instalación estratégica del Sistema Interconectado Nacional, específicamente para la zona Oriental del país, siendo un aporte de mejoras que beneficiaría a la empresa y a los usuarios.

Objetivos de la investigación

Objetivo general Reubicación de los servicios auxiliares AC/DC alimentados por el terciario de los autotransformadores N° 2 y N° 3, en la Subestación El Indio

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230/115/34.5/13.8 KV perteneciente a la empresa CORPOELEC del Municipio Maturín, Estado Monagas con la finalidad de mejorar la eficiencia en la distribución de la carga. Objetivo específicos 1. Diagnosticar el estado actual de los servicios auxiliares de corriente

alterna

y

corriente

continua

en

la

Subestación

El

indio

de

230/115/34,5/13,8 kV. Con la finalidad de evaluar el funcionamiento de los mismo. 2. Identificar las necesidades de alimentación y capacidad de operación de

los servicios auxiliares de AC/DC, con la finalidad de establecer los requerimientos necesarios para el nuevo diseño y distribución de la carga. 3. Aplicar la modernización de los servicios auxiliares de AC/DC alimentados

por el terciario de los autotransformadores N° 2 y N° 3 en la Subestación El Indio, con el fin de lograr mejoras en la distribución de los servicios auxiliares. 4. Proponer el mejor diseño en los servicios auxiliares de la Subestación El

indio con la finalidad de mejorar la calidad de la red de corriente alterna y corriente continua.

Justificación de la investigación Actualmente en la Subestación El Indio de 230/115/34,5/13,8 kV se están

realizando

reemplazos

de

seccionadores,

interruptores,

autotransformadores, transformadores, protecciones, equipos de medición, equipos de control y supervisión, por lo que la demanda de los servicios auxiliares de corriente continua y corriente alterna se ha incrementado considerablemente. Se ha evidenciado que la red de suministro actual de corriente continua y corriente alterna no está diseñada para soporta estas nuevas cargas, ya que ésta tiene más de 45 años de construida.

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Es por eso, que la confiabilidad de esta red se ha visto afectada por la obsolescencia de sus equipos y componentes eléctricos: tableros de transferencia, tableros de distribución, transformadores y conductores, hasta el punto de que la mayoría de los seccionadores que se han reemplazado son de accionamiento motorizado. Una parte de estos seccionadores no se han puesto en servicio por las condiciones actuales de la red de corriente continua. Lo cual ha sido la razón principal para realizar este trabajo de investigación debido al incremento del consumo de los servicios auxiliares de corriente continua y corriente alterna debido al plan de modernización que se está implementando en la Subestación El Indio de 230/115/34,5/13,8 kV, trayendo como consecuencia que la confiabilidad de los servicios auxiliares sea cada vez más deficiente. La modernización de los servicios auxiliares implica un diseño completamente nuevo, tomando como fuente principal de alimentación los terciarios de los autotransformadores de potencia N° 3 y autotransformador N° 2, instalación de dos (02) nuevos transformadores de servicios auxiliares de 13,8/0,44 KV, 1 MVA, nuevos tableros de trasferencias de 440VCA, 208VCA y nuevos tableros de fuerza de servicios esenciales, servicio no esenciales y tablero de distribución de polaridad, las cuales serán reubicadas en una nueva casa de adquisición de datos que se construirá en el patio de 230 kV y otra en el patio a 115 kV. ya que la casa de mando actual no cumple las condiciones física para la instalación del nuevo diseño de los servicios auxiliares de AC/DC. Es importante implementar la optimización de los servicios auxiliares de AC/DC en la subestación el indio, debido que actualmente se corre el riegos de que la red existente falle por presentar un diseño que no esta acorde con los requerimientos de la carga y sus componentes y equipos que tienen un avanzado estado deterioro y obsolescencia. También es importante tener en cuenta que con el diseño actual no permite conectar nuevas carga y cargas

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futuras lo cual esta limitando la modernización del sistema de control, mando, medición, protección y los patios de alta tensión de 230/115/34,5/13,8kV. De la subestación el indio. Con la implementación de este proyecto se podrá obtener una distribución más eficiente de los servicios auxiliares de AC/DC y además con la incorporación de los nuevos proyectos como son: modernización del sistema de control, reemplazo de los armarios de agrupamiento de los patios de 230 kV y patio de 115 kV, construcción de dos nuevas casa de adquisición de datos en los patios de alta tensión, con la incorporación de todos ellos traerá como beneficio contar con una subestación moderna y confiable la cual va a permitir por muchos años más transmitir grandes bloques de energía eléctrica a los Estados Monagas, Estado Sucre, Estado Nueva Esparta y Delta Amacuro.

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CAPÍTULO II

MARCO REFERENCIAL.

Antecedentes de la Investigación Los antecedentes están referidos a las investigaciones, estudios previos y trabajos especiales de grado que guarden relación con la contextualización del problema; para la cual se tomaron en consideración los siguientes: T. Fernando (2012). “Análisis técnico económico de la funcionabilidad de los Servicios Auxiliares en la Subestación del Sistema Nacional de Transmisión”. Trabajo especial de grado para optar el Titulo de Ingeniero Electricista de la Universidad Politécnica Nacional de Quito. El objetivo principal fue el estudio presenta alternativas de optimización de los Servicios Auxiliares que tiene que ver con los siguiente campos. Automatización, optimización del consumo donde se incluye principalmente la iluminación de los patios y aires acondicionado, optimización de los recursos, mejoras del factor de potencia, se realizara un análisis de los costos actuales que se deberían pagar por consumo de auxiliares, este servicio como referencia importante para proponer soluciones que permitan disminuir el pago por servicios auxiliares. La contribución que ofrece este proyecto es la introducción teórica sobre los servicios auxiliares AC/DC, las diferentes formas de alimentarlos y como se pueden clasificar, adicionalmente incluyen la metodología a aplicar para obtener los resultados deseados. M. Nicolás (2011). “Estudio para la optimización del centro de control de Motores y sus respectivas cargas de la planta potabilizadora ubicada en la comunidad de San Vicente, Municipio Maturín”. Trabajo de grado para optar

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el titulo de Ingeniero Electricista, I.U.P. Santiago Mariño, Extensión–Maturín. El presente trabajo de grado consiste en la optimización del centro de control de motores y las cargas asociadas equipos electromecánicos que intervienen en el proceso de potabilización), los resultados se basaron en una serie de cálculos eléctricos para la determinación de los elementos de arranque y de protección que deben llevar los centros de control de motores para su correcto funcionamiento. El aporte de este T.E.G. Es demostrar que para la implementación de un nuevo diseño de CCM, es necesario aplicar las normas eléctricas específicas, para determinar las protecciones, los sistemas de arranque y conductores alimentados con el fin de reducir al mínimo los costos del ciclo de vida de los equipos y aplicar una apropiada instalación. F. Noel (2011). “diseño del sistemas eléctrico del CCM para la planta de tratamiento de agua potable en el sector las Cocuiza Municipio Maturín, Estado Monagas”. Trabajo de grado para optar el titulo de Ingeniero Electricista, I.U.P. Santiago Mariño, Extensión–Maturín. El propósito de esta investigación consiste en hacer mas eficaz y automatizable el funcionamiento de la planta de agua potable, para ellos es necesario diseñar un sistema eléctrico del CCM y realizar una serie de análisis con el fin de establecer con que fabricante se trabajara y determinar los componentes y elementos necesarios para el diseño. La contribución de este trabajo de grado permite establecer claramente que existe una serie de consideraciones a tomar ante la selección de un CCM, entre las mas resaltantes se encuentran, que estos equipos deben al meno soportar la corriente de cortocircuito prevista por cálculos en el lugar donde será instalado para evitar de esta manera su destrucción o daño ante una falla de cortocircuito que supere su capacidad, estos equipos deben tener un grado de protección según el ambiente donde este vaya a ser instalado así como la resistencia del mismo, este grado de protección según la norma europea IEC se le conoce como grado de protección IP.

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Bases Teóricas Subestación Eléctrica Conjunto de equipos utilizados para dirigir y redistribuir el flujo de energía en un Sistema de potencia garantizando la seguridad de éste por medio de equipos de protección.

Figura 1. Subestación Juana la Avanzadora. Casetas y Sala de Control Lugar donde se encuentran los equipos que deben ser protegidos de los agentes climáticos, tales como instrumentos de medición, indicación, maniobra, protección y servicios auxiliares de la subestación. La subestación Juana La Avanzadora cuenta con una caseta para albergar los paneles de control, protección, medida para el patio de 230kV y una caseta para los equipos del patio de 115kV, los servicios auxiliares asociados a toda la subestación así como el controlador de la subestación y las dos (2) IHM se encuentran en la sala de control.

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Figura 2. Casa de Adquisición de Datos de la Subestación Juana la Avanzadora. Patio de Conexiones Según área física en la cual están instalados los diferentes equipos de alta tensión de una subestación eléctrica, tales como interruptores, seccionadores,

transformadores

de

instrumentación

para

medida

y

protección, Descargador de sobretensión, trampas de onda, barras, estructuras de soporte de los equipos, pórticos de barraje y de llegada de línea. En el patio de conexiones se tienen paneles de agrupamiento donde se recogen todas las señales de los equipos de patio, señales de control, alimentación y distribución AC y DC, señales de corriente y tensión, etc., asociadas a cada uno de las bahías de la subestación. Bahía de Conexión Es el conjunto de aparatos y conexiones que unen eléctricamente un circuito, un transformador de potencia, un reactor o un acoplamiento de barras. El patio de 230 kV tiene topología de barra principal y transferencia cada bahía consta de tres (3) seccionadores uno conectado a la barra principal, otro a la barra de transferencia y el otro a la salida de línea, además de un interruptor, una cuchilla de puesta a tierra, un juego de transformadores de corriente, un descargador de sobretensión y un transformador de potencial. El patio de 115 kV tiene topología de barra

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principal y transferencia cada bahía consta de tres (3) seccionadores uno conectado a la barra principal, otro a la barra de transferencia y el otro a la salida de línea, además de un interruptor, una cuchilla de puesta a tierra, un juego de transformadores de corriente, un descargador de sobretensión y un transformador de potencia.

Figura 3. Bahía N° 1 del Patio de 230 kV. de la Subestación Juana la Avanzadora. Circuito

Unión entre dos subestaciones compuesta por tres conductores o haces que conforman una conexión trifásica. Generalmente, los circuitos se encuentran acompañados por un cable de guarda para protección ante descargas atmosféricas directas. Seccionador de Puesta a Tierra

Es el equipo integrante de la subestación, que mediante el accionamiento manual, permite conectar a la malla de tierra, en un punto fijo, una instalación o parte de ella (línea o transformador) para mantenimiento. También es llamado cuchilla de puesta a tierra.

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Puesta a Tierra Temporales

Corresponde a equipos formados por cables y conectores que, con la ayuda de una pértiga, facilitan la conexión de un equipo en cualquier punto de la red con la malla de puesta tierra, con el fin de permitir labores de mantenimiento en los equipos de patio. Equipos De Maniobra

Son los equipos ubicados en el patio de conexiones de la subestación que pueden operarse mecánica y eléctricamente, tales como interruptores y seccionadores. Seccionador

Dispositivos que aíslan el interruptor para la operación o para labores de mantenimiento. No tienen la capacidad de interrumpir o establecer corrientes, salvo en casos o condiciones especiales. La selección del tipo de seccionador a utilizar depende de las características del sistema y de la función a desempeñar, además del tipo de instalación que tendrá el seccionador (uso interno o intemperie). Transformadores de Instrumentación

Dispositivos de monitoreo que miden mediante acople capacitivo o inductivo, el cambio de estado de los parámetros del sistema, generalmente corriente y tensión.

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Descargadores de Sobretensión

Dispositivo utilizado para impedir que las sobretensiones del sistema de potencia afecten la integridad de las personas y los equipos al interior de la subestación eléctrica. Diagrama de Operación

Son los planos, que en un esquema unifilar, muestran la ubicación eléctrica de los equipos instalados en una Subestación. En estos diagramas se incluyen la nomenclatura operativa de los equipos componentes de una bahía, campo o derivación. Servicios Auxiliares en Subestaciones

Son los servicios que permiten suministrar la energía necesaria para el control,

mando,

señalización,

protección,

registros,

comunicaciones,

mediciones, etc., de los equipos de potencia, tanto en condiciones normales de funcionamiento de la energía principal como en las condiciones de emergencia por desconexión o falla de la misma, (José Raúl Martín, 1990). Esta información es aplicable a las estaciones transformadoras y de maniobras diseñadas para operar en tensiones nominales de 230/115 kV. entre otras, concebidas para funcionar en servicio normal como estaciones totalmente controladas o no, es decir que no pudiesen contar con personal permanente para atención y vigilancia.

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Clasificación de los Servicios Auxiliares

Corriente Alterna

Corriente Continua

Figura 4. Servicios Auxiliares de 440/208 VCA y 110/48 VCC de la Subestación Juana la Avanzadora.

Sistema de Comunicación

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Sistema de Aire Acondicionado. En la figura 5, se muestra la simbología tipo utilizada para la señalización de los servicios auxiliares.

Figura 5. Simbología Empleada para la denominación de Servicios Auxiliares. Tomado de Pfeil Rodulfo.1994

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Servicios Auxiliares de Corriente Alterna (S.A.C.A.)

La función de los Servicios Auxiliares de Corriente Alterna es suministrar la energía necesaria, para alimentar a los demás sistemas, como son iluminación, aire comprimido, aire acondicionado y adicionalmente alimentar los sistemas de refrigeración de los Auto-transformadores, Transformadores, tomas para mantenimiento, entre otros. En los servicios auxiliares de corriente alterna (S.A.C.A.) se encuentran los siguientes:

Sistema de Iluminación:

Estos sistemas son de tipo interior y exterior, y se consideran en condiciones normales y de emergencia.

Transformadores de Servicios Auxiliares (TSA):

Reducen la tensión a niveles de operación de las cargas. Generalmente se instalan dos Transformadores alimentados de fuentes diferentes, con la finalidad de mantener la continuidad de servicio en caso de que uno de ellos falle. Estos Transformadores pueden ser bancos monofásico, bancos trifásico, y su capacidad depende de la carga de S.A. de la Subestación.

Tableros de Distribución de Corriente Alterna:

Se encuentran a la salida de cada banco de transformación de TSA. La función principal de estos tableros es distribuir las cargas hacia los equipos

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que conforman las Subestaciones. Esta barra de Distribución puede ser de 480V. y 208V., generalmente en las Subestaciones Radiales, Nodal III y Nodal II (115T), se utiliza 208V. Y en las Subestaciones de Nodal I (230T) y Nodal 400T, se utilizan 480/208V.

Generador diesel:

Este se utiliza en las Subestaciones y Plantas. Para suplir la falta de energía en los Servicios Auxiliares de Corriente Alterna (S.A.C.A.) en caso de pérdida total de tensión en los S.A.C.A. La capacidad de estas Plantas depende de la carga de los Servicios Auxiliares de C.A. de cada instalación. Estas plantas se encargan exclusivamente de alimentar cargas esenciales como son Refrigeradores, autotransformadores, Cargadores de Batería, alguna iluminación interior y exterior, Compresores y Sistema de Mando de Disyuntores.

Figura 6. Generador Diesel de la Subestación Juana la Avanzadora. En la figura 7, se muestra un diagrama unifilar tipo de los servicios auxiliares de corriente alterna.

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Figura 7. Diagrama unifilar típico de Los S.A.C.A. Tomado de Pfeil Rodulfo .1994

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Niveles de Tensión de los S.A.C.A. Los niveles de tensión de los servicios auxiliares de corriente alterna son los siguientes: Nodal III Nodal II ( 115T)  208V  120V SUB  ESTACIONES  Nodal I ( 230T)  Nodal 400T . 440V 208V 110V

PLANTAS GENERADORAS  440V, 6,6 KV .  208V .  110V .

Enclavamientos:

En los servicios auxiliares de corriente alterna existe enclavamiento entre los disyuntores principales, del lado de baja de los transformadores de S.A. y el disyuntor de la planta de emergencia, de tal forma de que siempre energice la barra un solo transformador y en caso de pérdida de tensión de ambos transformadores entre a barra la planta de emergencia. Estos se logran utilizando un sistema utilizando denominado transferencias, que impide que entren ambos transformadores y la planta al mismo tiempo.

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Asimismo en algunas Subestaciones y la planta de generación existen sistemas de sincronización, para conectar a barra la planta de emergencia.

Servicios Esenciales y no Esenciales:

Los servicios esenciales son aquellos que en caso de que fallen pueden acarrear problemas en el funcionamiento y prestación del servicio de la subestación y plantas generadoras. Estos son los sistemas de refrigeración de transformadores, generadores, alimentación de cargadores de baterías, alguna

iluminación

exterior,

compresores,

sistemas

de

válvulas

y

alimentación a los mandos de los Disyuntores. En las plantas generadoras la barra de lubricación y rotación del rotor de los generadores. Por otra parte se tiene que los servicios auxiliares no esenciales: Son aquellos que en caso de que fallen no tienen ninguna influencia en la prestación del servicio, como la iluminación, toma corrientes y aires acondicionados.

Servicios Auxiliares de Corriente Continua (S.A.C.C.)

Función:

Suministran la energía necesaria para los sistemas de control, mando, señalización, protección, registros, comunicaciones y medición (algunos), así como alimentar los mandos de los disyuntores que trabajan con corriente continua. Componentes:

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Los Servicios Auxiliares de Corriente Continua están conformados por: 

Rectificador

 Cargadores de Baterías  Barras y  Banco de Baterías.

Rectificador:

Están constituidos básicamente por un transformador trifásico, un puente rectificador y un filtro LC, para eliminar los ruidos a la salida de este, pues puede traer como consecuencia la mala actuación de las protecciones electrónicas numéricas, así como la mala actuación de los sistemas de comunicación. Las subestaciones normalmente operan con un solo rectificador, teniendo el otro disponible para cualquier eventualidad.

Cargadores de Batería:

La función primordial de los cargadores es alimentar la barra distribuidora y mantener cargados el banco de baterías. Generalmente en las subestaciones se cuenta con dos cargadores de 110 VCC. y otro de 48 VCC. Los cargadores de 110 VCC, son para la barra distribuidora de ese nivel de tensión que alimentan todos los equipos de protección de la subestación y el banco de baterías. Los cargadores de 48 VCC. Son para alimentar los equipos de comunicación y por supuesto para alimentar el banco de baterías de 48 VCC.

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Figura 8. Cargador de 110 VCC de la Subestación Juana la Avanzadora.

Barra Distribuidora de C.C.:

Las barras distribuidoras de corriente continua están alimentada por los rectificadores y por el banco de baterías en caso de perder los rectificadores, mientras estos están en servicio este banco es parte de la carga de dicha Barra. Generalmente las barras de distribución de corriente continua en las subestaciones son de 110 VCC, que alimenta a todos los sistemas. La barra de 48 VCC alimenta los armarios de comunicaciones y equipos de HF para las protecciones de control y mando de los equipos de potencia que conforman las subestaciones.

Banco de Baterías:

Las baterías son los elementos de acumulación de energía eléctrica, tienen por finalidad cubrir las cargas más importantes de los servicios de corriente Continua, como son protecciones, comunicaciones, medición y mando, cuando falla totalmente la alimentación en barra de los servicios de corriente alterna y en todas las circunstancia, como podría ser cargadores

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fuera de servicio, pérdida total de tensión de la subestación. Existen dos tipos de Baterías, Plomo-Ácido y Alcalinas, dependiendo del Electrolito y partes constructivas. Tal como se muestra en la figura 9.

Figura 9. Banco de Baterías de 110 VCC de la Subestación Juana la Avanzadora. En la figura 10 se muestra la disposición de un diagrama unifilar tipo parra servicios auxiliares de corriente continua.

Figura 10. Diagrama Unifilar Tipo de S.A.C.C.

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Tomado de Pfeil Rodulfo.1994

Bases Legales

Para el desarrollo del presente proyecto es necesarios revisar algunas leyes, incluyendo las que hacen referencia al uso de las tecnologías de la información, tales como: La Constitución Nacional, Ley Orgánica de Ciencia e Innovación, entre las más destacadas, A continuación se realizara una descripción resumida de cada una de ellas. Constitución Nacional de la República Bolivariana de Venezuela | Gaceta Oficial Nº 5.354 Ext. 24-3-2000. Ley Orgánica del Sistema y Servicio Eléctrico, LOSSE | Gaceta Oficial Nº 39.573 14-12-2010. Ley Orgánica de Reorganización del Sector Eléctrico | Gaceta Oficial Nº 39.493 23-8-2010. Ley de Uso Racional y Eficiente de la Energía | Gaceta Oficial Nº 39.823 19-12-2011. Reglamento General del Servicio Eléctrico | Gaceta Oficial Nº 5.510 Ext. 14-12-2000. Normas de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad

|

Gaceta Oficial Nº 37.825 25-11-2003. Normas de Desarrollo del Servicio Eléctrico | Gaceta Oficial Nº 35.010 21-7-1992. Reglamento de Servicio | Gaceta Oficial Nº 37.825 25-11-2003. Decreto de Creación del Ministerio del Poder Popular para la Energía Eléctrica | Gaceta Oficial Nº 39.414 30-4-2010. Compilación Legal en el Marco de Creación del Ministerio del Poder Popular para la Energía Eléctrica (2009-2011).

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Normativa Legal de Ahorro de Energía 2009-2011. Normas Técnicas para la Operación del Sistema Eléctrico Nacional | Gaceta Oficial Nº 39.919 del 10-5-2012.

NORMA CADAFE (Compañía Anónima De Administración y Fomento Eléctrico) NS–P–371

Especificación Técnica para el Diseño de Servicios Auxiliares de Corriente Alterna.

NS–E–251

Especificación Técnica para cables aislados de baja tensión.

NS–E–190

Especificación Técnica para grupos electrógenos.

NS–E–201

Especificación Técnica para tableros y Gabinetes.

NS–E–250

Especificación Técnica para cables aislados de Alta Tensión de 13,8 kV y 34,5 kV.

NC–E

Normas para equipos de cables de alta tensión.

NC–M

Normas para montaje, inspección y pruebas de cables de Alta Tensión.

NS–P–208

Especificación Técnica para el sistema de control y alarmas.

NS–P–106

Especificación Técnica para el diseño y nomenclatura del sistema de cables.

NS–P–109

Especificación Técnica para la identificación de fases).

NS–P–281

Especificación Técnica para el diseño de enclavamiento y avisos de maniobra.

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160-05

Servicios auxiliares de corriente continua. Criterios para el diseño.

COVENIN (Comisión venezolanas de Normas Industriales) 200

Código Eléctrico Nacional.

541

Alambres y cables con aislamientos termoplástico para la Transmisión y Distribución de energía eléctrica.

IEEE (Institute Of Electrical And Electronics Engineers) STD–48

High Voltage AC cable terminator.

CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

Modalidad de la investigación El desarrollo de la metodología, será ubicada de la modalidad de proyecto factible. Según la UPEL (2002), señala que el proyecto factible consiste en: “la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupo sociales; puede referirse a la formulación de políticas, programas, tecnologías, métodos o procesos”, (p.7).

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En este orden de ideas, la investigación se inclina a esta modalidad, debido que consiste en la propuesta de un modelo funcional viable, y de una solución posible a un problema de tipo practico, con el objetivo de satisfacer necesidades de entes especifico, siendo esta que permitirá la incorporación de las cargas viejas, cargas nueva y futuras en los servicios auxiliares de AC/DC de la Subestación El Indio.

Tipo de Investigación de Acuerdo al Nivel

Hurtado (2008) señala el tipo de Investigación descriptiva de la siguiente manera “tiene como objetivo la descripción precisa del evento de estudio, este tipo de investigación se asocia al diagnóstico. En la investigación

descriptiva

se

hace

enumeración

detallada

de

las

características del evento de estudio”. (p.27). De acuerdo a lo anterior en ese sentido basado en la observación directa se realizara un diagnóstico para luego determinar la carga de los servicios auxiliares de AC/DC de la Subestación El Indio, ubicada en Maturín, Estado Monagas, y de esta manera hacer referencia a todo lo relacionado al tema de estudio para así recabar toda la información necesaria que lleven al logro de los objetivos planteados.

Unidad de Estudio

Es importante considerar el problema planteado y los objetivos específicos propuestos, a los fines de establecer cuál es la fuente de información que va a permitir conseguir todos los datos necesarios para procesarlos y lograr así los resultados que proporcionarán la solución a dicha investigación.

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Según Hurtado de B. (1998), define la Unidad de Estudio de la siguiente manera: “se refiere al contexto, al ser o entidad, poseedores de las características eventos, cualidades o variables que se desea estudiar”. (p.141). de allí que la unidad de estudio, se encuentra representada en este caso, por los autotransformadores de potencia Nª2, Nª3 y los servicios auxiliares AC/DC de la subestación El Indio perteneciente a la empresa socialista CORPOELEC.

Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos

Todo trabajo de investigación requiere una medición que permita observar sus alcances, logros y resultados. Dice Hurtado (2000): que “la medición es un proceso mediante el cual se perciben las características de los eventos y se clasifican, categorizar e interpretar dichas percepciones en función de una serie de reglas o convenciones previamente establecidas” (p. 427). El proceso de medición requiere de la utilización de técnicas e instrumentos que permitan acceder a los datos necesarios durante la investigación.

Las

técnicas

según

Hurtado

(2000),

“comprenden

procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la información necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigación” (p. 427),

a

través

de

las

mismas

se

puede

descubrir

cualitativa

y

cuantitativamente los datos, también facilitan las mediciones experimentales de los datos cuantificados, es decir, que los datos pueden ser calificados, ordenados y comparados.

Observación Directa

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La observación es un elemento fundamental de todo proceso investigativo, en ella se apoyó la investigación para obtener el mayor número de datos. Es definida por Hurtado (2000) de la siguiente manera: “constituye un proceso de atención, recopilación, selección y registro de información, para el cual el investigador se apoya en sus sentidos (vista, oído, sentidos kinestésicos, cinestésicos, olfato, tacto…)” (p. 449). La misma permitirá analizar los eventos dentro de una visión global y con un alto grado de actualidad. Teniendo como instrumento: cámara fotográfica, video cámara, agenda, lápiz, permitiendo recabar directamente desde el lugar o fuente que se presenta el problema. A través de la observación se identificaran las condiciones que presenta los servicios auxiliares de AC/DC de la subestación El Indio, de los cuales se alimenta el sistema de protecciones, control, mando, alarma, telemedidas, resistencia de calefacción, motores, bombas y sistema de aire acondicionado entre otros.

Entrevista no Estructurada

La entrevista no estructurada se trabaja con preguntas abiertas, sin un orden preestablecido, adquiriendo características de conversación. Esta técnica consiste en realizar preguntas de acuerdo a las respuestas que vayan surgiendo durante la entrevista. Es definida por Pelayo (1998) como: un “tipo de encuesta que tiene como fin establecer la relación de comunicación verbal entre el entrevistado y el entrevistador, con el objeto de recoger las informaciones y opiniones” (p. 395). Este tipo de entrevista se aplicará en el transcurso y desarrollo del presente proyecto, destinándolo a un mínimo de cuatro técnico destacado en las áreas operativas de las subestaciones El Indio y otras relacionadas con el proyecto. Los

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instrumentos de recolección de datos fueron lápiz, papel, cámara, los cuales sirvieron de soporte para el análisis.

Revisión Documental

Una de las primeras cosas que realizamos cuando iniciamos una investigación es la revisión documental, en este documento encontramos que no todos los Una de las primeras cosas que realizamos cuando iniciamos una investigación es la revisión documental, en este documento encontramos que no todos los Una de las primeras actividades que se realizan cuando se inicia una investigación es la revisión documental, no todos los documentos revisten la misma importancia. Por ello, es común que aunque la mayoría de las revisiones se realizan en torno a un tópico, se llegue a tener una tendencia a favorecer ciertos documentos, sin que con ello deje de ser importante este paso; finalmente el propósito de nuestra revisión juega un papel central de cómo los autores se expresan del tema en estudio. Dice Hurtado (2000), refiriéndose a la revisión documental: “Es una técnica en la cual se requiere información escrita, ya sea bajo la forma de datos que puedan haber sido producto de mediciones hechas por otros, o como textos que en si constituyen los eventos de estudio” (p. 427). Es decir, más propiamente la revisión se convierte en nuestra visión y deja de ser objetiva, en el sentido de la imparcialidad y se convierte no sólo en

la presentación de lo relevante que cada autor mencionó, sino que

además nuestro conocimiento influye en la crítica de la obra .Las consultas se realizaron por diferentes medios impresos, contándose entre ellos: libros, revistas, leyes, código, registros electrónicos, revisión de planos, pendrive normas CADAFE, tesis, páginas web y manuales de procedimientos de CADAFE.

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Técnicas y Análisis de Datos

Referente a las técnicas para realizar el análisis de los datos recolectados, Hurtado de Barrera (2000) define las técnicas de análisis como: “conjunto de estrategias y técnicas que le permiten al investigador obtener el conocimiento que estaba buscando, a partir del adecuado tratamiento de los datos recogidos”. (p. 181). El primer paso para el análisis fue el procesamiento de los datos. Posteriormente se tabularán. La tabulación implica “el ordenamiento de la información que al ser procesada y cuantificada por ítems y agrupada por variables permitiendo la presentación en tablas” (Méndez, C., 2001, p. 206). Esto quiere decir que el enfoque habitual es comenzar con los análisis descriptivos, explorar y lograr “sentir” los datos. Luego se dirigirán la atención a las preguntas específicas planteadas en los objetivos o hipótesis de estudio, de los hallazgos y planteos informados en la literatura y de los patrones sugeridos por los análisis descriptivos.

Análisis de Contenido

La técnica del análisis de contenido está destinada a formular, a partir de ciertos datos, inferencias reproducibles y válidas que puedan aplicarse a su contexto, según define Klaus Krippendorff. Como técnica de investigación, esta herramienta proporciona conocimientos, nuevas intelecciones y una representación de los hechos, estos resultados deben ser reproducibles para que sean fiables. El análisis de contenido se caracteriza por investigar el significado simbólico de los mensajes, los que no tienen un único significado, puesto que según menciona el autor, "los mensajes y las comunicaciones

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simbólicas tratan, en general, de fenómenos distintos de aquellos que son directamente observados" Esta técnica ha sido generalizada y alcanza a analizar incluso las formas no lingüísticas de comunicación, claro que para que sea fiable, debe realizarse en relación al contexto de los datos.

Análisis cualitativo

Según arias (2004). “en este punto se describen las distancias operaciones a las que serán sometidos los datos que se obtengan” (p. 99). En virtud de ello se tomo en cuenta el análisis cualitativo, que se realizo para caracterizar las situaciones y expresar la calidad de los hallazgos de la investigación, considerando las repuestas que no pueden ser expresadas como un análisis interpretativo; este se efectuó en función de las variables para si evaluar los resultados en forma parcial, que facilito la comprensión global de la información, para emitir juicios críticos y conclusiones. Azcuaje (1977), expone que el análisis cualitativo, consiste en “la búsqueda de significados y sentido a la información con relación al contexto dentro del cual se desarrolla el estudio” (p. 119). Permitiendo de esta manera tener una idea clara de lo que se tendrá que hacer para lograr los objetivos propuestos, a fin de determinar su veracidad. Ellos reafirmaran la interpretación de la información obtenida en la realidad objeto de estudio.

Análisis Cuantitativo

En cuanto al análisis cuantitativo, Sabino (2001), “plantea que en este caso se efectúa naturalmente, con toda la información numérica resultante

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de la investigación. Mostrando la información recolectada en cuadros y medidas, calculando sus porcentajes”. Permitiendo de esta manera realizar los cálculos necesarios para determinar los nuevos calibres de los conductores que se emplearan en el nuevo diseño de los servicios auxiliares.

CAPÍTULO IV

RESULTADOS

Diagnostico del Estado Actual de los Servicios Auxiliares de Corriente Alterna y Corriente Continua AC/DC de la Subestación El Indio La Subestación Eléctrica de Transmisión y Distribución El Indio 230/115/34,5/13,8 kV se encuentra ubicada en la Zona Industrial de Maturín, carretera vía San Jaime, Municipio Maturín, Parroquia Santa Cruz, Estado

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Monagas. Es del tipo nodal I (230T). y nodal II (115T)., cuenta con dos autotransformadores 230/115/13,8 kV, con una potencia aparente de 100/100/5 MVA y un autotransformador de 230/115/13,8 kV, 200/200/40 MVA, dos transformadores de potencia de 115/34,5 kV, 30 MVA, un transformador de potencia de 115/13,8 kV, 36 MVA, un transformador de potencia de 115/13,8 kV, 24 MVA y un transformador de potencia de 115/13,8 kV, 16 MVA, tal como se aprecia en la figura 12 (pág. 36). Se alimenta de la subestación El Furrial, que beneficia a los Estados Monagas, Anzoátegui, Sucre y Nueva Esparta, incorporando 436 MVA al sistema de transmisión oriental; se interconecta con la subestación Furrial de 400/230/115/34,5/13,8 kV y la Subestación Juana la Avanzadora de 230/115/34,5/13,8 kV, se anilla de forma nodal de las siguientes líneas: Furrial Nª 1-Indio, Furrial Nª 2-Indio, Indio-Casanay e Indio-Juana la Avanzadora de 230 kV y las líneas Muscar-Indio, Jusepin-Indio, Indio-Maturín I, Indio-Maturín II, Indio-La Paz, Indio-Parque, Indio-San Jaime e Indio Temblador/San Jaime de 115 kV. En la figuras 11 y 12 (pág. 38) se muestra la valla que identifica la subestación y una panorámica de la misma.

Figura 11. Valla de Identificación de la S/E El Indio.

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Figura 12. Panorámica de la S/E El Indio. Maturín. Estado Monagas. La subestación El Indio está en proceso de modernización con reemplazos

de

equipos

de

potencia

tales

como:

interruptores

y

seccionadores en los patios de alta tensión de 230 kV, patio de 115 kV, patio de 34,5 kV, patio de 13,8 kV. y sustitución de autotransformadores de potencia de 230/115/13,8 kV y transformadores de potencia de 115/13,8 kV., lo que hace que se incremente la carga de los servicios auxiliares de corriente continua y servicios auxiliares de corriente alterna. Los

servicios

auxiliares

estaban

conformados

por

dos

(02)

transformadores de 13,8/0,44 kV., 300 KVA tal como se aprecia en la figura 13. Actualmente estos dos transformadores están indisponibles y se instaló un nuevo.

38

Figura 13. Transformador de los Servicios Auxiliares 300 kVA Transformador de servicios auxiliares actual de 13,8/0,44 kV, 1000 kVA, 41,8/1312,2 Amp. tal como se aprecia en la figura 14.

Figura 14. Transformador de los Servicios Auxiliares 1000 KVA Dos (02) transformadores con aislamiento aceite dieléctrico de 440/208/120 Vac, 150 KVA, 196,8/416 Amp. tal como se aprecia en la figura 15.

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Figura 15. Transformador de los Servicios Auxiliares 150 kVA Transferencia manual a nivel de 440/208 Vac tal como se aprecia en la figura 16.

Figura 16. Tablero de transferencia y distribución 440/208 Vac Banco de trasformación de servicios auxiliares de 34,5 kV., 300 KVA tal como se aprecia en la figura 17 (pág. 41)., (el cual está indisponible).

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Figura 17. Banco transformadores 34,5/0,44 Vac Sala de batería con un (01) banco de baterías de 110 VCC, 500 A/H tal como se aprecia en la figura 18. Dos (02) rectificadores de 208 Vac a 110 Vdc tal como se aprecia en la figura 19 (pág. 42).

Figura 18. Banco de Baterías 110 Vdc.

41

Figura 19. Rectificador 208/110 Vac/Vdc Generador diesel de 440 Vca, 200 KVA 526 Amp. tal como se aprecia en la figura 20.

Figura 20. Generador Diesel 440 Vac, 200 KVA

42

Debido al incremento de la red de los servicios auxiliares de corriente continua y alterna es que se requiere un nuevo diseño de la misma, el cual garantice las expansiones futuras, en la medida en que se reemplacen equipos de potencia, medición, control, supervisión y protección, permitiendo un incremento inmediato de carga suprimida de corriente continua. No se han podido conectar algunas de las cargas, tales como las alimentaciones de los motores de accionamiento de los seccionadores del patio de 230 kV. y 115 kV. Debido a que las canalizaciones existentes no fueron diseñadas para soportar estas cargas. Necesidades de alimentación y capacidad de Operación de los Servicios Auxiliares de Corriente Alterna y Corriente Continua AC/DC. A través de la realización de entrevistas al personal de la subestación objeto de estudio, supervisores y operadores se obtuvo la información técnica y documental de todos los equipos que se encuentran en dicha instalación y de las operaciones que se deben realizar para reubicar los servicios auxiliares. Como punto de partida para proponer un nuevo diseño de los servicios auxiliares se deben realizar modificaciones al sistema, que incluye la construcción de instalaciones civiles e instalación de equipos de maniobras, tal como se describe a continuación: Como ya se mencionó esta subestación recibe energía desde la subestación el Furrial a través de las líneas Furrial Nº1-Indio y Furrial Nª 2Indio, lo que energiza la barra de 230 kV y posteriormente los tres autotransformadores de 230/115/13.8 kV y energizar la barras principal de 115 kV. De la barra principal de 115 kV se energizan todas las salidas de líneas de 115 kV y todos los transformadores de potencia de 115/34,5 kV y 115/13,8 kV. Al proponer utilizar el terciarios del autotransformadores Nª 2 de 230/115/13,8 kV, 100/100/5 MVA, 251/502/209 Amp. y autotransformadores

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Nª 3 de 230/115/13,8 kV, 200/200/40 MVA, 502/1004/1676 Amp., se consideró utilizar un transformador que tenga la capacidad para cubrir la demanda requerida para alimentar los servicios auxiliares de corriente continua y corriente alterna con relación de 13,8/0,440 kV. Lo que se sugiere es instalar una celda de media tensión de 13,8 kV a la intemperie, que incluye los siguientes equipos de potencia: un interruptor de 13,8 kV, 2000 Amp. tres transformadores de corriente de 13,8 kV, tres transformadores de potencial de 13,8 kV, un seccionador tripolar de 13,8 kV, seis cortacorriente de 13,8 kV, protección y canalización con conductores de potencia hasta la nueva caseta de transformadores y caseta de adquisición de datos. De esta forma se energiza la barra de 440 Vac, donde se encuentran los transformadores de servicios auxiliares con relación de transformación de 440/208/120 VAC, 150 KVA. El sistema de 440 Vac se utiliza para garantizar el funcionamiento del sistema de enfriamiento de los autotransformadores, como son las bombas de aceite, las que permiten la circulación de aceite entre la cuba del autotransformador y los radiadores y toma de potencia para instalar planta de tratamiento de aceite, que se emplea en el mantenimiento mayor de los autotransformadores y transformadores. En lo que respecta a la red de 208 Vac, se encuentran los motores de los ventiladores de los autotransformadores y transformadores 230/115/13,8 kV, 115/34,5 kV y 115/13,8 kV, la red de 120 Vac alimentan sistema de iluminación de los patios de alta tensión, tomacorrientes de fuerza y las resistencia de calefacción, que son importantes para mantener la integridad de los componentes eléctricos y electrónicos que se encuentran en los armarios de control o armario de agrupamiento, iluminación de toda las instalaciones. En cuanto a la red de 208 Vac, alimenta los rectificadores los cuales convierte la energía de corriente alterna a corriente continua (AC/DC) formando la red de los servicios auxiliares de 125 Vdc, esta tiene incorporado dos bancos de batería de 500 A/H y ambos energizan la barra de 125 Vdc.

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La red de corriente continua es prioritaria para la actuación de todas las protecciones, control, mando, señalización y alimentación de los motores de accionamiento de los equipos de maniobras los cuales permiten despejar de cualquier falla de tramos eléctricos con problemas o ejecución de maniobras. Es importante destacar que existe un respaldo mediante un control automático de transferencia para el accionamiento de un generador a diesel marca Tritón de 200 KVA, 525 Amp., de esta manera operan los servicios auxiliares de corriente alterna suministrando la energía necesaria a los servicio auxiliares de corriente continua que accionan el control para la apertura y cierre de los interruptores de potencia, protección de líneas, protección de los autotransformadores y transformadores mando a distancia mediantes señalizaciones luminosa en los tablero de control. Es importante resaltar que dada las carencias del Sistema Eléctrico Nacional en la actualidad se requieren frecuentemente realizar transferencias de cargas entre subestaciones, lo que se trasgrede en múltiples maniobras para los operadores a través de las instrucciones que se generan desde el despacho de carga nacional y despacho de carga oriental, aunado a las fallas recurrentes que se presentan en el sistema de potencia por diversas causa. Lo cual incrementa las operaciones en los equipos de maniobras interruptores y seccionadores lo que repercute en un creciente consumo de los servicios auxiliares, los cuales en los actuales momento no cuenta con una red de distribución en optimas condiciones que permita suplir esta carga y mas aun la transferencia de los servicios auxiliares se realiza de forma manual y no se cuenta con un transformador de servicios auxiliares de respaldo. Esta situación refleja pérdidas en cuanto a la regularidad de servicio, pues la subestación tiene que evitar la interrupción total originada por fallo de interruptores o defectos en las barras y debe estar dispuestas de forma que la reanudación del servicio después de un fallo sea rápida En la figura 21, se

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muestra un esquema unifilar de las condiciones actuales de operación de los servicios auxiliares.

Figura 21. Diagrama Unifilar Actual de la S/E El Indio. Aplicación de la Modernización de los Servicios Auxiliares de AC/DC Alimentados por el Terciario de los Autotransformadores N° 2 y N° 3 en la S/E El Indio En los servicios auxiliares de corriente continua (S.A.C.C) es posible normalizar algún esquema de alimentación, pero esto es casi imposible en los servicios auxiliares de corriente alterna (S.A.C.A). Cada subestación es un diseño particular que debe ser cuidadosamente estudiado, con el objetivo de obtener la más alta confiabilidad justificable desde el punto de vista económico. Al seleccionar la disposición de tableros que contienen las barras y demás componentes que permiten las conexiones de los servicios auxiliares (S.A), hay que considerar diversos factores para satisfacer todos los requisitos del Sistema.

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La alimentación de los S.A debe funcionar con regularidad, debe ser económica, segura y lo más sencilla posible. Debe estar concebida de modo que permita un alto nivel de continuidad en el servicio; Además, debe prever su futura ampliación y permitir un funcionamiento flexible, con costos iníciales y finales reducidos. Hay que disponer los medios necesarios para hacer los mantenimientos

de

las

líneas,

interruptores

y

seccionadores

sin

interrupciones de servicio, ni peligro para el personal.

Figura 22. Autotransformador 230/115/13,8 kV, 200 MVA con celda de media tensión. Para garantizar la confiabilidad de los S.A.C.A. y S.A.C.C. se debe disponer de un sistema redundante que permita tener un respaldo y un sistema de transferencia de carga que sea automático lo cual permitirá mantener en todo momento los S.A. Esta propuesta requiere la utilización de dos de los tres autotransformadores existentes de 100/100/5 MVA y 200/200/40 MVA tal como se aprecia en la figura 22 (pág. 46)., los cual tiene capacidad para regular la tensión y en su devanado terciario presenta una tensión regulada y constante de 13,8 kV. De esta forma se permitirá la energizacion de los transformadores que darán vida a los servicios auxiliares. Todo ello sin la necesidad de ejecutar gran cantidad de maniobras y operando en forma automática.

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Tal como puede apreciarse en la figura 23 (pág. 48) que muestra el diagrama unifilar simplificado actual de la subestación El Indio, los transformadores que alimentan los servicios auxiliares en la actualidad es de 1000 kVA con relación de transformación 13,8/ 0,44 kV, y en la figura 14 (pág. 39) se evidencia que no se cuenta con otro transformador de respaldo. 115 kV

115/13,8 kV 24 MVA 13,8 kV

1 MVA 13,8/0,44 kV

G

440 VCA

150 Kva 440/208/120 V 208 V

Consumidores Tipo III

Consumidores Tipo II

Consumidores Tipo I

Figura 23. Diagrama Unifilar Simplificado Subestación El Indio. El esquema unifilar de los servicios auxiliares para esta subestación que da la mayor disponibilidad es el de barra simple seccionada con interruptor. De manera que esa será la configuración de barras a usar en la instalación de 13,8 kV tal como se aprecia en el anexo B. La alimentación para los servicios auxiliares de la subestación El Indio se da producto de la energización del autransformador N° 2 y N° 3 con capacidad de potencia aparente de 100/100/5 MVA, 251/502/209 Amp. y

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200/200/40 MVA, 502/1004/1676 Amp. con relación de tensión 230/115/13,8 kV. Este a su vez energiza la barra de 13,8 kV donde se ubican los transformadores de los servicios auxiliares denominados TSA1 y TSA2 con capacidad de 1 MVA, 48,1/1312,2 Amp cada uno y relación de transformación 13,8/ 0,44 kV. Este sistema cuenta con un conmutador que permite el funcionamiento en forma manual, automática y en paralelo de dichos transformadores. Asociado a ellos, aguas abajo se encuentra la barra de 440 Vac, de allí se alimentan los sistemas de enfriamiento de los autotransformadores, motores de ventiladores de los autransformadores de potencia. En igual sentida a esta barra se conectan dos transformadores con capacidad de 150 kVA y relación de transformación 440/208/120 Vac. Del sistema de 208 Vac se alimentan los rectificadores que convierte energía AC/DC la cual conforman la red de corriente continua conjuntamente con dos bancos de batería de 125 Vdc la cual permite garantizar los Mando, señalización, comunicaciones, entre otros. Para

la

realización

del

rediseño

se

empleó

la

norma

IEC

correspondiente y las normas americanas ANSI, las normas NS-P de CADAFE: Normas para Proyectos de Subestaciones, el Código Eléctrico Nacional. En base a la información expuesta hasta ahora y considerando las características básicas de los equipos dispuestos que conforman la subestación El Indio, las cuales se presentan en detalle más adelante, se ha elaborado el plano definitivo del Diagrama Unifilar General de la Subestación El Indio, el cual se ubica en el Anexo A, bajo el N° E-001. Premisas de Diseño Para la alimentación de los servicios auxiliares se consideraron el actuales autransformadores de potencia aparente de 100/100/5 MVA el cuales se emplea trabajando a su máxima capacidad en el devanado terciario (Sn = 5MVA en 13,8 kV y autotransformador de potencia aparente de

49

200/200/40 MVA el cuales se emplea trabajando a su máxima capacidad en el devanado terciario (Sn = 40MVA en 13,8 kV con secundario selectivo. Se consideran las condiciones ambientales para el diseño del cuadro1. Cuadro Nª 1 Condiciones ambientales de diseño. [PDVSA, 2008] DESCRIPCIÓN Tipo de servicio

UNIDAD PARÁMETRO Continuo

Temperatura ambiente máxima Temperatura ambiente mínima Temperatura ambiente promedio anual Altitud sobre el nivel del mar. Humedad relativa media Radiación solar máxima Velocidad máxima (Vientos) Velocidad con ráfagas (Vientos) Contaminación por depósito de sal sobre la superficie aislante Sismos

°C °C °C M % MJ/m2 km/h km/h

45 15 30 1000 95 17.34 110 120 0,056

Mg/ cm2

Clima Temperatura promedio interna en edificaciones con aire acondicionado. Temperatura interna de tableros y gabinetes de uso externo

°C

Zona tipo 4 según norma NS-P- 420 Tropical 20

índice Pluviométrico

mm/afio

No sobrepase el rango de equipos instalados 700-1500

Nivel único Densidad Regional de Descargas

Días/año Descargas /Km2/año mbar

Presión atmosférica

Cálculo o Dimensionamiento de la Alimentación en 13,8 kV Los conductores se calcularán por:  Por Capacidad de Corriente.  Por Caída de Tensión.  Por Capacidad de Cortocircuito. Datos: kVA = 5000

50

60 6,4 1015

kV = 13,8 L = 0,002 km (longitud) a) Por capacidad de corriente In 

KVA kV x 3

(7)

In = 209,18 A (8)

Donde: Ft: Factor de corrección por temperatura (tabla 310-16 del CEN, Anexo .E). IC = 261,47 A. De acuerdo a la Tabla No. 2 (Anexo D), el conductor seleccionado es igual al # 300 kcmil, XLP, 15kV, 75 C, monopolar, pero de acuerdo a las premisas se considerará por conductor comercial el # 350 kcmil. b) Por caída de tensión Conductor # 350 kcmil, 75 C, 15kV. R = 0,1191 / km X = 0,128 / km

V 

KVA x L R x Cos  X x Sen  10 kV 

(9)

2

51

V 

5000 x 0,002  0,1191 x 0,8  0,128 x 0,6 10 13,8

V  0,0009035% 

2

3%.

c) Por cortocircuito Para

determinar

los

requerimientos

de

capacidad

mínima

de

cortocircuito para conductor 350 kcmil, se tomarán en cuenta los siguientes factores: a. kVA fuente = 5000 b. Impedancia del transformador de 5000 kVA; 13,8 kV; Z = 0,8%. Esta fue tomada de la placa característica del autotransformador. Se estimó para el lado de MT utilizando el Método de Barra Infinita (considerando un valor de reactancia típico del transformador de potencia de 0,8% y una resistencia igual a 0 Q para la puesta a tierra) (10)

Z = 0,8% Icc 3φ = 45.289,85 A Icc 3φ= 1,3 * 45.289,85 A = 58.876,81 A Por ende se recomienda que las celdas tengan una capacidad de interrupción de 60kA.

52

Según capacidad de cortocircuito del conductor # 350 kcmil, este puede soportarlo en 4 ciclos. Ver Anexo G.

Rediseño de los Servicios Auxiliares de la Subestación

Análisis de Cargas Eléctricas Asociadas a los Servicios Auxiliares Tensión de Operación 208/120 V Cuadro Nª 2 Demanda Requerida de los Servicios Auxiliares Subestación El Indio

ITEM 01 02 03 04 05 06 07 07 08 09

mayor

carga

DESCRIPCIÓN Aire acondicionado 5Ton Aire acondicionado 1 Ton Aire acondicionado de 12 BTU Iluminación Exterior Iluminación Interior Rectificador Motores de los grupos de refrigeración Tomacorrientes de Uso General Tomacorrientes de Uso Especial Otros Servicios TOTAL

está

representada

por

los

POTENCIA EN kVA 8,09 3,20 4,5 36,57 23 38 30 15 10 10,14 178,5

equipos

de

La

iluminación,

tomacorrientes de uso general y especial, rectificador, motores (incluye acondicionadores de aire para las oficinas) con un total de 178,5 kVA que representa el 72 por ciento de la carga total normal operando en 208 V. Transformadores El transformador para los servicios auxiliares tendrá una capacidad igual a:

53

Cap. Transf. = 223,125 kVA. Pero si se considera que este transformador no deberá superar el 75 por ciento de su capacidad de diseño, el empleado actualmente se encuentra por debajo de su límite, por ende se escogerá por valor de confiabilidad un transformador trifásico seco de 300 kVA, el cual será de tres arrollados, tipo seco, con cubierta a prueba de intemperie si son instalados en exteriores. Los transformadores tendrán primario con conexión delta y secundario con conexión estrella con neutro puesto a tierra. Deberán tener tomas de ± 2 x 2,5% del voltaje nominal. No deberán exceder los niveles de ruido indicados en las Normas NEMA TR-1. Nivel de Voltaje 13,8/0,440kV Se tiene que la carga total en 440 Vac, considerando el estudio de demanda máxima que requerirá el sistema, será de dos transformadores trifásico, en aceite, 1000 kVA, 13.800 V–480 Vac, para uso como secundario selectivo, ofreciendo seguridad y confiabilidad al sistema. Los cuales estarán en capacidad de cubrir la demanda de los transformadores ubicados aguas abajo en los niveles de tensión 208-120 Vac. Para la protección del lado de alta de cada transformador de servicios auxiliar de 13,8/440 KV, 1000 KVA se utilizara un interruptor de potencia de 2000 amp. Cálculo del Alimentador Para el Transformador de 1000 kVA 440/208 V Tipo de Cable: El cable será de cobre, tipo THW, 600 V, 75 C, monopolar

Datos

54

kVA = 1000 kV = 0,480 L = 0,060 km (longitud) a) Por capacidad de corriente In 

KVA kV x

(7)

3

In = 1202,81 A Luego: (8)

Donde: Ft: Factor de corrección por temperatura (tabla 310-16 del CEN, Anexo .E). IC = 1503,51 A. De acuerdo a la Tabla No. 2 (Anexo E), el conductor seleccionado es igual al

cuatros (04) conductores # 500 AWG, THW, 600 V, 75 ªC,

monopolar. b) Por caída de tensión Conductor # 500 AWG, THW, 600 V, 75 ªC. R = 0,002225 / km X = 0.0032 / km V 

KVA x L R x Cos  X x Sen  10 kV 

2

(9)

55

V 

1000 x 0,060  0,002225 x 0,8  0,032 x 0,6 10  0,480

V  0,000546 % 

2

3%.

El conductor # 500 AWG, THW, 600 V, 75 C, monopolar, cumple con los requerimientos de caída de tensión (3%).

Cálculo Alimentador Para el Transformador de 300 kVA 440/208 V

Tipo de Cable: El cable será de cobre, tipo THW, 600 V, 75 C, monopolar. Datos: kVA = 300 kV = 0,208 L = 0,030 km (longitud) c) Por capacidad de corriente In 

KVA kV x

3

(7)

In = 832,71 A Luego: (8)

Donde: Ft: Factor de corrección por temperatura (tabla 310-16 del CEN, Anexo .E).

56

IC = 1040,89 A. De acuerdo a la Tabla No. 2, el conductor seleccionado es igual al tres (03) conductores # 500 AWG, THW, 600 V, 75 °C, monopolar. d) Por caída de tensión Conductor #500 AWG, THW, 600 V, 75 C. R = 0,02966 / km X = 0,04266 / km KVA x L R x Cos  X x Sen 

V 

10 kV 

V 

2

300 x 0,030  0,02966 x 0,8  0,04266 x 0,6

V  1,026 % 

10  0,208

(9)

2

3%.

El conductor # 500 AWG, THW, 600 V, 75 C, monopolar, cumple con los requerimientos de caída de tensión (3%). Cálculo del fusible de protección para el Alimentador de 0,48 kV In 

KVA kV x

3

(7)

In= 1202,81 A (9)

Ic=1503,51 A

57

Para la protección del lado de alta se consideran fusibles y una impedancia del transformador no superior al 6 %. La tabla 450.3(A) del CEN Anexo F, establece que los fusibles serán de 300% la corriente de diseño, llevados al valor comercial cercano.

(10)

Itx = 4510,53 Cuadro Nª 3 Resumen de Alimentadores CIRCUITOS 1 2 3

POTENCIA DEL TRANSFORMADOR (kVA) 5000 1000 300

TENSIÓN (kV) 13,8 kV 0,480 kV 0,208 kV

CONDUCTOR SELECCIONADO 350 kcmil 15 kV 4 x 500 kcmil 600V 3 x 500 kcmil 600V

Determinación del Transformador de Corriente TC: Para la determinación la relación de transformación de un TC y su carga se debe tener en cuenta:

Il 

KVA 3 xV

Il 

300 3 x 0,48

(11)

Il = 360,84 A La corriente nominal con sobre carga Isob= Il x 1,25 Isob = 451,05 A

58

(12)

TC’s lado BV (0,48kV) será 500/5 según IEC I0,48kV= 451,05 x (5/500) = 4,51 A KVA V 300000 Il  240 Il 

Il = 1250,0 A La corriente nominal con sobre carga Isob= Il x 1,25 Isob = 1562,5 A TC’s lado BV (0,24kV) será 1600/5 según IEC I0,48kV= 1562,5 x (5/1600) = 4,88 A KVA 3 xV 1000000 Il  3 x 0,48 Il 

Il = 1202,81 A La corriente nominal con sobre carga Isob= Il x 1,25 Isob = 1503,51 A TC’s lado MV (0,48kV) será 1600/5 según IEC I0,48kV= 1503,51 x (5/1600) = 4,69 A

Il  Il 

KVA 3 xV 1000000 3 x 13800

Il = 41,83 A

59

La corriente nominal con sobre carga Isob= Il x 1,25 Isob = 52,28 A TC’s lado MV (13,8kV) será 200/5 según IEC I13,8kV= 52,28 x (5/200) = 1,307 A

Cuadro N° 4 Alimentadores para los Servicios Auxiliares CIRCUITOS Alimentador Principal Tomacorrientes 1 Tomacorrientes 2 Tomacorrientes 3 Tomacorrientes Usos Especiales 1 Tomacorrientes Usos Especiales 2 Rectificador / Cargador Protecciones 1 Protecciones 2 Comunicaciones Iluminación Exterior 1 Iluminación Exterior 2 Iluminación Interior 1 Iluminación Interior 2 Iluminación Interior 3 Reserva Equipada Reserva Equipada

COND. FASES 1#750 kcmil 1#12 THW 1#12 THW 1#12 THW 1#8 THW 1#8 THW 2#12 THW 1#12 THW 1#12 THW 1#12 THW 1#8 THW 1#8 THW 1#12 THW 1#12 THW 1#12 THW 1#12 THW 1#12 THW

COND. NEUTRO 1#750 kcmil 1#12 THW 1#12 THW 1#12 THW 1#8 THW 1#8 THW _____ 1#12 THW 1#12 THW 1#12 THW 1#8 THW 1#8 THW 1#12 THW 1#12 THW 1#12 THW 1#12 THW 1#8 THW

Cálculo del Rectificador-Cargador

Figura 24. Diagrama Rectificador-Cargador de Baterías Banco de Baterías: El valor nominal de amperios-hora del banco de baterías requerido, se calculará a partir de la siguiente ecuación:

60

A  H   N1xI1xK 1  8  N2 xI2  .

(16)

Dónde: A-H: Valor nominal mínimo Amperios-Hora, en base a 5 horas. N1: Número de interruptores en tableros de baja tensión que reciben tensión de control desde el Sistema DC. I1: Corriente del motor de carga del resorte (Amp.) K1: Factor de conversión. N2: Capacidad de cargas continúas. I2: Corriente Continua consumida por cada carga continúa. Descripción de la Carga Continua Instrumentación: 2 Amp Panel de Señalización: 1 Amp Unidad Transmisión: 4.2 Amp Unidad de Radio: 4.2 Amp Reserva microondas: 3 Amp Reserva: 5 Amp Total: 19.4 Amp ≈ 20 Amp Factor de seguridad: 1.25 Total carga continua = 1.25 x 20 Capacidad inicial de la Batería: De acuerdo a la tabla del anexo 7, el consumo del período de descarga para una hora es de 50% A – H (inicial) = A – H (anexo 7) / 0.5 A – H (inicial) = 50 / 0.5

61

A – H (inicial) = 100 A – H Capacidad Nominal de la Batería Factor de Consumo: 0.8 A – H (nominal) = A – H (inicial) / Fs A – H (nominal) = 125 A – H Capacidad del Cargador CC = (SF x L) + (BLF x A–H/RT) Donde: CC: Capacidad del Cargador (Amp) SF: Factor de Servicio del Cargador L: Carga Continua DC (Amp) BLF: Capacidad de pérdida de la batería A–H: Consumo período de descarga de la batería RT: Tiempo de carga (H) CC = (1.1 x 25)+(1.15 x 50 )/4 CC = 42 Amp El rectificador seleccionado será de 50 A, 208 VCA de entrada y 125 VDC de salida, con un banco de baterías de 125-0 A-H, para 5 horas de autonomía, para un total de dos rectificadores con dos bancos de baterías (60 celdas por banco).

CAPÍTULO V

PROPUESTA

62

Propuesta de Adecuación de los Servicios Auxiliares de la Subestación El Indio Objetivo General de la Propuesta Mejorar la operatividad de la subestación a través del rediseño de los servicios auxiliares obteniendo una solución óptima que considera los parámetros: eléctricos, económicos y de fiabilidad.

Justificación de la Propuesta

Esta propuesta tiene como fin modernizar los servicios auxiliares de la subestación El Indio debido que en la actualidad presenta muchas deficiencias desde el punto de vista de capacidad de la red de corriente alterna y corriente continua, no cuenta con transformador de respaldo y mucho meno cuenta con un sistema de transferencia automática. Esta propuesta tiene como finalidad mejorar la operatividad de los servicios auxiliares tanto de corriente alterna como los de continua, garantizando seguridad para los equipos y personal que allí labora, de esta forma se brindará continuidad y confiabilidad al sistema. Es importante resaltar que al aprovechar los transformadores existentes se reducen los niveles de inversión a realizar, pues en los almacenes de CORPOELEC a nivel Nacional se cuenta con disponibilidad de equipos de potencia como transformador de servicios auxiliares de 13,8/0,44 kV, 1000 KVA interruptores de 13,8 kV, 2000 Amp., seccionadores tripolar de 13,8 kV, transformadores de potencial 13,8 kV, transformadores de corriente de 13,8 kV, cortacorriente de 13,8 kV y conductores de potencia aislado en 13,8 kV y en caso de requerirlo se solicitará para posteriormente ser enviado para cubrir la necesidad del momento. En igual sentido se destaca que esta propuesta de adecuación de

63

los servicio auxiliares es factible ya que se utilizan los recursos disponibles en la empresa sacándole provecho a los equipos y materiales que poseen las instalaciones proyectando de esta manera el servicio prestado a la creciente población de las zonas aledañas; aumentando la vida útil de servicio de la subestación.

Descripción de la Propuesta

Generalidades La presente será una propuesta de rediseño del Sistema de Servicios Auxiliares la cual tiene por objeto una solución económica que a la vez mantenga el nivel de calidad y confiabilidad del resto de las instalaciones de la subestación El Indio. La propuesta considera:  Las condiciones ambientales de instalación del equipamiento de servicios auxiliares.  Los requerimientos mecánicos, de

aislación y de compatibilidad

electromagnética.  Las características de la red o de la instalación y la de los equipos primarios.  Los criterios de confiabilidad, redundancia y de respaldo a considera. Características del Sistema de Transmisión Como base de partida, se obtuvieron los siguientes datos del sistema: 

Diagrama unifilar. (Anexo A)



Diagrama unifilar general de la red en la que está incorporada la instalación. (Anexo B)



Características de las instalaciones a las que se vincula: (Anexo A) equipamiento de maniobras y medición de MT y AT,

64

sistemas de control, sistemas de protecciones, sistemas de comunicaciones, sistemas de iluminación, toma corrientes y fuerza motriz.

Entorno Físico Características: Los equipos de servicios auxiliares serán instalados en una nueva casetas de adquisición de datos y caseta de transformadores debido que las instalaciones existente no cuenta con suficiente espacios físico para este nuevo equipamiento. En general, sus dimensiones y condiciones serán adecuadas para el alojamiento de equipamientos de instalación interior. Condiciones Ambientales: El rango de temperaturas ambientes que deberá poder soportar el equipamiento durante el almacenamiento es de –30º C a + 75º C. Instalación: Los equipos de servicios auxiliares estarán instalados dentro de armarios modulares, auto soportante y compartimentado. Los armarios estarán completamente cerrados, dispondrán de una puerta frontal y eventualmente una posterior, contarán con el fácil acceso a todos los componentes durante la operación y el mantenimiento. Cuando la naturaleza de los equipos lo haga aconsejable, la puerta frontal estará provista con ventana de material transparente que permita ver los elementos montados sobre el frente, sin necesidad de abrir la puerta. Los armarios serán auto portantes deberán cumplir con el grado de protección mecánica IP42, de acuerdo con las normas IEC 60529 / IRAM 2444.

Parámetros del Diseño

65

Descripción del Sistema de Servicios Auxiliares El sistema de servicios auxiliares es el conjunto de elementos destinados a cubrir los requerimientos de alimentación en corriente alterna (CA) y corriente continua (CC) de los sistemas de iluminación, de los tomacorrientes y de la fuerza motriz y los sistemas de control, protecciones y comunicaciones de la estación transformadora. Forman parte de un sistema de servicios auxiliares todos los dispositivos, circuitos, etc. correspondientes a: 

Protección de los circuitos.



Automatismos para la transferencia de los equipos y alimentaciones

redundantes. 

Señalización y medición del sistema. Las partes se integrarán en forma adecuada para tener las funciones

operativas y las características de confiabilidad requeridas. Servicios Auxiliares de CA

El sistema de servicios auxiliares de CA se diseñó con neutro rígidamente puesto a tierra, para operar nominalmente a 3 x 440/208Vac. Los límites de servicio serán de Un +10%, -15%. Servicios Auxiliares de CC

El sistema de servicios auxiliares de CC de control se diseñó con ambos polos aislados de tierra, para operar preferentemente en tensión nominal de 125 VDC. Los límites de servicio serán de Un  10%.La capacidad de descarga de las baterías se ajustará a las necesidades del

66

proyecto, respetando una autonomía mínima de 5 horas, hasta la tensión final por elemento correspondiente al tipo de baterías adoptado.

Servicios Auxiliares de Telecontrol

El sistema de servicios auxiliares de CC de telecomunicación se diseñó con ambos polos aislados de tierra, para operar preferentemente en tensión nominal de 48 Vdc. Los límites de servicio serán de Un  10%. La capacidad de descarga de las baterías se ajustará a las necesidades del proyecto, respetando una autonomía mínima de 5 horas, hasta la tensión final por elemento correspondiente al tipo de baterías adoptado. Esta tensión deberá ser obtenida en forma independiente de las fuentes del sistema de control. El servicio de 48 Vdc a que se refiere este sistema es independiente de otros similares de igual tensión que puedan existir en la estación transformadora para la alimentación de equipos de comunicaciones o telefonía. Compatibilidad Electromagnética

El equipamiento de control, protección, automatización y medición, integrante del sistema de servicios auxiliares, deberá poder aprobar los siguientes ensayos de compatibilidad electromagnética: Cuadro N° 5 Ensayos de Compatibilidad Electromagnética ENSAYO Surge WithstandCapability (SWC) ElectrostaticDischarge (ESD) Radio Frequency Interference Withstand

VALOR DE ENSAYO TIPO 2,5 kV 8 kV 10 V/m, (25-100) MHz

67

NORMA DE REFERENCIA IEC 60255-22-1, Clase III ANSI C37.90.1, IEC 61036/61326 IEC 60255-22-2, Clase II, IEC 61036/61326 IEC 60255-22-3, Clase III, ANSI C37.90.1, IEC 61036/61326

(RFI) FastTransientDisturbance

IEC 60255-22-4, Clase IV, ANSI C37.90.1, IEC 61036/61326

4 kV

Requerimientos de Aislación

El equipamiento de control, protección, automatización y medición, integrante del sistema de servicios auxiliares, deberá poder aprobar los siguientes ensayos de aislación: Cuadro Nª 6 Ensayos de Aislamiento ENSAYO

VALOR DE ENSAYO TIPO

Dielectric test

2 kVac, 1 min.

Impulse voltage test InsulationResistance

NORMA DE REFERENCIA IEC 60255-5, ANSI C37.90 IEC 61036/61326

5 kV, 1,2/50 us, 0,5J >100 Mohm a 500 Vdc

IEC 60255-5, ANSI C37.90 IEC 61036/61326 IEC 60255-5;IEC 61036/61326

Requerimientos Mecánicos El equipamiento de control, protección, automatización y medición, integrante del sistema de servicios auxiliares, deberá poder aprobar los siguientes ensayos mecánicos: Cuadro N° 7 Requerimientos Mecánicos ENSAYO

VALOR DE ENSAYO TIPO

Vibration

Clase I

NORMA DE REFERENCIA IEC 60255-21-1 IEC 61036/61326

68

Shock and bump Sismic

IEC 60255-21-2

Clase I

IEC 61036/61326 IEC 60255-21-3

Clase I

IEC 61036/61326

Servicios Auxiliares de Corriente Alterna 3 x 440/208V-60Hz

Esquema Básico de Alimentación y Salidas del Tablero de Servicios Auxiliares. El tablero de servicios auxiliares de CA identificado tal cual el anexo B (N00+W00) estará conformado por dos barras acopladas longitudinalmente mediante un interruptor de enlace de barra Q04. Las barras (Barras A y B) estarán alimentadas desde los transformadores de servicios auxiliares (TR1 y TR2 de 1000 kVA c/u)). En la barra A se conecta la alimentación de una fuente segura G Generador diesel 200 KVA a través de interruptor Q02. Alimentación Normal: El punto de conexión en media tensión de 13,8 kV de los transformadores TR1 y TR2 no será el mismo. El arrollamiento terciario de 13,8 kV de los autotransformadores N°2 y N°3 será la fuente normal de alimentación. La potencia nominal de los transformadores TR1 y TR2 se determinó de acuerdo con las necesidades, debiendo ser posible alimentar a pleno los servicios auxiliares de 440 Vac donde se conectan las carga esenciales y no esenciales desde un único transformador; como valor de 13,8/440 Vca, 1000 kVA De igual modo los servicios auxiliares de 208 Vac. donde se conectan las carga esenciales y no esenciales desde un único transformador de 440/208 Vac, 300 kVA Alimentación de Emergencia: La alimentación segura o de emergencia G provendrá de una fuente confiable: un generador diesel de arranque automático existente de capacidad 200 kVA. Tal como se aprecia en anexo B  Los interruptores Q01, Q02, Q03 y Q04 de la barra de 440 Vac, los cuales comprenden la barra A servicios auxiliare esenciales y barra B servicios

69

auxiliares no esenciales estarán, equipados con un comando eléctrico con mecanismo de cierre mediante resortes recargables con motor de 125 Vdc.  Los interruptores Q01, Q02, Q03 y Q04 de la barra de 208 Vac, los cuales

comprenden la barra A servicios auxiliare esenciales y barra B servicios auxiliares no esenciales estarán, equipados con un comando eléctrico con mecanismo de cierre mediante resorte recargables con motor de 125 Vdc. Los interruptores D11, D12, D21 y D22 de barras S1 y Barra S2 de 125 Vcc no poseerán protecciones primarias ni secundarias. Las alimentaciones de baja tensión 440 Vca correspondiente al lado de baja tensión de TR1, TR2 y G estarán equipadas con relés de falta de tensión temporizados (UA, UB y UE) y relés de sobrecorriente (I>A, I>B e I>E). Las salidas esenciales serán todas duplicadas y las salidas no esenciales serán generalmente duplicadas, empleándose exclusivamente las barras B. Configuración del Sistema en Servicio Normal y de Emergencia El tablero de los servicios auxiliares identificado “N00+W00” contará con transferencia automática y enclavamiento de los interruptores principales para obtener, en forma automática o manual, a partir de las configuraciones en servicio normal, las distintas alternativas de emergencia. El criterio general de las secuencias automáticas será: 

Mantener a las dos barras A y B permanentemente energizadas, siempre

que los interruptores Q01 Y Q02 no hayan sido desconectados por actuación de sus respectivos relés de sobrecorriente y estado en posición abierto el interruptor de enlace de barra Q04 y interruptor del generador diesel Q02. 

Ante la falta de alimentación a través del TR1 se dará servicio enlazando

la barra A y la Barra B a través del interruptor Q04 y abriendo el interruptor Q01. 

Ante la falta de alimentación a través del TR2 se dará servicio enlazando

la barra A y la Barra B a través del interruptor Q04 y abriendo el interruptor Q03.

70



Ante la falta de alimentación a través del TR1 y TR2 se dará servicio

enlazando la barra A y a través del interruptor Q02 y abriendo los interruptores Q01 y Q03. Alimentando exclusivamente a las cargas esenciales ubicada en la barra A, pasando a la configuración de emergencia. 

La alimentación de la barra A y barra B podrá realizarse desde un solo

transformador, dándole servicio a las cargas esenciales y carga no esenciales. Señalizaciones y Mediciones Señalizaciones: El estado de posición de los interruptores de baja tensión se señalizará a nivel de control de la estación y también se enviará al centro de operaciones, por telecontrol. Mediciones en el N00+W00: Por cada una de las alimentaciones se incluirán las siguientes mediciones directas:  Tres tensiones fase-tierra, mediante un único instrumento para CA y conmutador voltimétrico de tres posiciones.  Tres corrientes de fase, mediante un único instrumento de CA y conmutador automático de tres posiciones.  Energía activa, mediante medidor de tres sistemas. c) Mediciones a Nivel Control de la Estación: Para cada una de las alimentaciones se incluirán las siguientes mediciones en forma analógica, mediante convertidores:  Tres tensiones fase-tierra, mediante tres convertidores instalados en el N00+W00. 

Tres corrientes de fase, empleando tres convertidores.



Potencia activa, mediante un convertidor de tres sistemas.

d) Medición al Centro de Operaciones, por Telecontrol Para cada una de las alimentaciones se incluirán las siguientes mediciones analógicas:

71

 Una tensión de fase.  Una corriente de fase.  Potencia activa.

Distribución General de los Servicios Esquema Básico de Distribución En

este

punto

se

desarrollaron

los

aspectos

fundamentales

relacionados con el diseño de la distribución de CA a las cargas esenciales y las cargas no esenciales. Las fuentes de alimentación no podrán, en ningún caso,

conectarse

en

paralelo

la

configuración

establecida

es

un

transformador de servicios auxiliar TR1 que alimenta las cargas esenciales y otro transformador de servicios auxiliares TR2 para las carga no esenciales los cuales estarán separados por un interruptor de enlace de barra Q02. Cuando falla el TR1 de forma automática se cierra el interruptor de enlace y toda la carga la asume TR2 y si falla el TR2 de forma automática se cierra el interruptor de enlace y toda la carga la asume el TR1 y si falla los dos TR1 y TR2 de forma automática arranca el generador diesel y se cierra el interruptor Q02 manteniendo por la barra A únicamente que las cargas esenciales. Las cargas esenciales y las cargas no esenciales que requieran disponer de energía eléctrica sin necesidad de presencia personal deberán contar con un sistema de detección de falla de tensión trifásica, con alarma. Serán considerados como consumidores esenciales los siguientes:  Alimentación rectificadores de 208 Vac tanto para los rectificadores de 125 Vdc y 48 Vdc.  Alimentación a fuentes CC/CC del sistema de control.  Alimentación a servicios auxiliares de transformadores principales.

72

Todos los consumidores esenciales poseerán doble fuente de alimentación: una desde el TR1 y otra desde el generador diesel y están ubicado en la barra A de 440 Vca y barra A de 208 Vca. Se distinguirán dos tipos de cargas:

Carga esenciales 440 Vac Son cargas provistas con doble fuente de alimentación y de entradas independientes para cada alimentación. La posición normal de trabajo será una alimentación TR1 a la barra A y en esta misma barra se conectara una fuente segura de alimentación un generador diesel en forma independiente. En esta barra se conectan las carga tales como: las bombas y motores de los grupos de refrigeración, rectificadores y sistema de iluminación del patio de alta tensión. La conmutación del TR1 con el generador diesel ambos conectado en la barra A se realizará de forma manual y automática. Los elementos de conmutación automática o manual se instalaran en el tablero de servicios auxiliares y deberán ser diseñados respetando la prohibición de puesta en paralelo de las fuentes.

Carga no esenciales 440 Vac Son

cargas

provistas

con

alimentación

única

y

de

entradas

independientes para cada alimentación. La posición normal de trabajo será una alimentación TR2 a la barra B. En esta barra se conectan las carga tales como: sistema de iluminación del patio de alta tensión y toma para planta de tratamiento de aceite. La conmutación del TR1 con el generador diesel ambos conectado en la barra A se realizará de forma manual y automática. Los elementos de conmutación automática o manual se instalaran en el

73

tablero de servicios auxiliares y deberán ser diseñados respetando la prohibición de puesta en paralelo de las fuentes. Tableros en Casetas de adquisición de datos 208 Vac En la subestaciones eléctricas se instalará, en cada uno de ellos, un tablero de distribución de 208Vca para segregación de los servicios de las salidas de líneas, AT correspondientes, que se detallan a continuación:  Fuerza motriz para accionamiento de los motores del los grupos de refrigeración de los transformadores.  Alimentación de los cambiadores de toma de los transformadores de potencia  Alimentación

de

calefacción

y

iluminación

de

los

armarios

de

agrupamiento y tablero de control de los transformadores.  Estos tableros serán alimentados desde el tablero de servicios auxiliares identificado N00+W00 y se conectan las cargas esenciales y las carga no esenciales. La decisión sobre el número de casetas a alimentar se deberá tomar basándose en las distancias involucradas y a las secciones de los cables de alimentación necesarias para no superar una caída de tensión máxima del 5 % entre el tablero general y el equipo más alejado, suponiendo a todos las casetas conectados sobre el mismo alimentador. Las salidas a las cargas estarán protegidas mediante interruptores termomagnéticos que poseerán un contacto auxiliar libre de potencial, para alarma.

Servicios Auxiliares de Corriente Continua 125 Vcc.

Esquema Básico de Alimentación-Operación: La utilización de los servicios auxiliares de CC estará reservada básicamente para el sistema de

74

control, protecciones y el accionamiento de los equipos de maniobra. El esquema de doble batería y de doble cargador será empleado en las estaciones de EAT, provistas con sistemas duplicados e independientes de protecciones, definidos como "Sistema 1" y "Sistema 2".La forma normal de operación será con ambos sistemas funcionando en forma independiente, vale decir, cargador 1 y batería 1, alimentando al Sistema 1 y cargador 2 y batería 2, alimentando al Sistema 2. Esto implica:  Llave conmutadora de baterías CM, en posición 1.  Interruptores automáticos DA11 y DA22, cerrados.  Interruptores automáticos DA12 y DA21, abiertos.  Los sistemas serán aislados y no se preverán conmutaciones automáticas.  Las conmutaciones que fueran necesarias en caso de falla o mantenimiento se realizarán en forma manual, desde el frente del TGSACC. Los interruptores automáticos estarán enclavados de a dos (DA11 con DA12 y DA21 con DA22), de modo que para cerrar uno de ellos deberá abrirse el otro previamente. Estos interruptores permitirán conectar ambos "sistemas" sobre una batería, en caso de emergencia. La llave conmutadora CM no intervendrá en las maniobras comunes de conmutación para mantenimiento y estará prevista para ser operada exclusivamente sin carga, en el eventual caso de falla cruzada (indisponibilidad simultánea de cargador 1 y batería 2 o viceversa). La conmutación de la llave CM implicará la desconexión momentánea de ambas baterías y, por lo tanto, una interrupción total del servicio al Sistema 1 y del Sistema 2 durante el breve lapso necesario para realizar las maniobras. En casos especiales, cuando es necesario evitar la interrupción momentánea manteniendo el servicio de los Sistemas 1 y 2 mediante el rectificador sano, cada batería deberá ser equipada con llaves manuales, aptas para corte bajo carga, que

permita que ambas puedan ser

desconectadas previamente al accionamiento de la llave conmutadora CM. Las llaves de baterías deberán contar con un contacto auxiliar para alarma,

75

en caso de estar desconectadas. La llave conmutadora CM deberá ser operada sólo por personal idóneo y será prevista para ser accionada desde el interior del tablero. En servicio normal, la falla seguida de desconexión o fusión de fusible de un cargador y/o batería provocará la pérdida del sistema al que están conectadas. Para la normalización inmediata del sistema desconectado bastará con cerrar el interruptor DA que corresponda, de modo que ambos sistemas

queden

momentáneamente

conectados

con

el

conjunto

cargador/batería que permanezca en servicio. Esta misma conexión de emergencia será utilizada en los casos en los que se desee dejar fuera de servicio, para mantenimiento o reparación, a un conjunto cargador/batería. El tablero de Servicios Auxiliares de CC, además de los elementos de maniobra y protección deberá contar con instrumentos de medición local de tensión y corriente. Selectividad

de

las

Protecciones:

En

general,

los

interruptores

termomagnéticos de las salidas de distribución, los elementos de protección de las alimentaciones, el calibre de los fusibles de bornes de baterías y de salida de cargadores (a consumo y batería), deberán seleccionarse para obtener una adecuada selectividad ante fallas en diversos puntos de los circuitos de alimentación. En los cálculos de coordinación se deberá tener en cuenta que el aporte a cortocircuitos de los cargadores está en general limitado a valores determinados mientras el de las baterías sólo por su resistencia interna y la de los circuitos de conexión. Señalizaciones y Alarmas. No se preverán señalizaciones de posición del sistema de servicios auxiliares de CC a nivel de control de la estación. La información

correspondiente

de

alarmas

se

canalizará

para

su

protocolización y envío al centro de operaciones, por telecontrol. Se preverán, como mínimo, las siguientes señales:  Alarmas de estar desconectados, simultáneamente, ambos interruptores automáticos DA11 y DA12 o DA21 y DA22.

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 Alarmas de falta de tensión en barras del TGSACC.  Las alarmas especificadas para los cargadores. Especificaciones Básicas de las Baterías: Las baterías serán del tipo alcalino (Níquel-Cadmio) o tipo ácida (Plomo-Calcio), herméticas, de tal manera que no produzcan gases corrosivos. Su capacidad de descarga se ajustará a las necesidades de la subestación, respetando un tiempo mínimo de descarga de 5 horas, para una tensión final por elemento que asegure la no inversión de polaridad de algún elemento. La tensión nominal de la batería es Un=125 Vcc; estos valores serán considerados, a su vez, como tensiones nominales del servicio auxiliar y todos sus equipos. Especificaciones Básicas de los Cargadores: Los rectificadores serán del tipo puente trifásico con diodos de silicio y estabilización de la tensión de salida por medio de reactores saturables o tiristores. El transformador de alimentación será del tipo de aislación seca. La tensión de salida deberá mantenerse constante, admitiéndose variaciones de  2% del valor estabilizado, para variaciones de carga entre 0 y 100% de la corriente nominal y con variaciones de la tensión y frecuencia de la fuente de alimentación de CA de +10%, -15% y  2%, respectivamente. La corriente de salida deberá estar limitada automáticamente por los cargadores, al 100% de la corriente nominal. Los cargadores permitirán la carga de la batería a "fondo" y a “flote” (control I-U); la conmutación de posiciones de carga deberá poder hacerse en forma manual y automática. Con el cargador en "automático" la posición de carga habitual será en "flote" y se pasará automáticamente a "fondo" por baja tensión de batería o con posterioridad a una falta de tensión de entrada. Completada la carga de la batería se retornará automáticamente a "flote". La duración de la carga a fondo será controlada por un temporizador. En la derivación al consumo, los cargadores deberán contar con filtros para mantener el ondeo residual (ripple) dentro de los siguientes valores:  Con batería conectada = 2% eficaz.

77

 Con batería desconectada = 5% eficaz. También en la derivación al consumo deberán preverse dispositivos adecuados para que, cualquiera sea la condición de carga de la batería, la tensión de consumo se mantenga dentro de los límites  10% de su valor nominal (valor estabilizado).Ante una baja de tensión en los cargadores deberá evitarse la descarga de la batería sobre ellos. El cargador contará con detección de puesta a tierra de polo positivo y negativo. Todas las anormalidades de los cargadores contarán con indicación local y con un contacto libre de potencial para poder implementar su protocolización. Cada cargador contará, básicamente, con las siguientes alarmas:  Falta tensión de alimentación 480/208Vcc (con indicación de fase).  Falta tensión de CC, en salida a batería.  Falta tensión de CC, en salida a consumo.  Falla en cargador.  Baja tensión de CC en salida a consumo.  Alta tensión de CC en salida a consumo.  Puesta a tierra de un polo de CC.

Distribución General de los Servicios Esquema Básico de Distribución: En este punto se desarrollan los aspectos principales a tener en cuenta para el diseño de la distribución de CC a los distintos tipos de consumidores. Serán diferenciados tres tipos de consumidores: Consumidores tipo 1: Son consumidores provistos de doble alimentación pero ambas desde el Sistema 1. Aplicaciones típicas: alimentación a kioscos

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de AT, celdas de MT de terciarios de transformadores y, en general, todas aquellas instalaciones que cuentan con un sólo sistema de protección. Consumidores tipo 2: Son consumidores previstos con alimentación única desde fuentes alternativas (luz de emergencia) o desde fuentes principales con alimentación alternativa, o consumidores cuya ubicación o importancia no exige doble alimentación. Consumidores tipo 3: Son consumidores equipados con doble alimentación desde cada sistema. Se aplica a las alimentaciones de kioscos de EAT de salidas equipadas con Sistema 1 y Sistema 2 de protección. En las figuras 25 (pag.85) se muestran los diagramas unifilares para las disposiciones en Corriente continua. Las llaves de conmutación de las alimentaciones dobles serán manuales. Poseerán una posición para desconexión total de la barra de consumo. Todos los interruptores del TGSACC y los de las salidas a consumos poseerán un contacto auxiliar libre de potencial para iniciación de una alarma por interruptor desconectado. Las barras de distribución de los consumidores tipo 1 y 3 poseerán relés de falta de tensión con contactos disponibles para la iniciación de una alarma. Las corrientes nominales y calibres de protección que se adopten para los interruptores termomagnéticos, tanto del TGSACC como de las salidas a consumos, deberán permitir una adecuada selectividad en el caso de falla en distintos puntos. Las alimentaciones que partan del TGSACC, sean éstas dobles o únicas, podrán ser exclusivas para un tablero de distribución a consumidores o alimentar en guirnalda a dos o más de ellos. La cantidad de tableros a alimentar por cada guirnalda será determinada en función de las distancias y consumos en juego, debiéndose respetar las siguientes premisas: 

Los consumidores alimentados por una guirnalda deberán ser del mismo

tipo.

79



Cuando

se

utilicen

alimentaciones

dobles

en

guirnalda

para

consumidores tipos 1 ó 3, éstos serán distribuidos, en servicio normal, entre los dos alimentadores, posicionando adecuadamente las respectivas llaves de conmutación. 

Cuando se utilicen "kioscos para dos salidas" su alimentación podrá

hacerse mediante guirnaldas que abarquen dos o tres de ellos. La decisión sobre el número de celdas a alimentar se tomará basándose en las distancias involucradas y las secciones del cable de alimentación que resulten, para no superar una caída de tensión máxima del 5% entre el TGSACC y el equipo más alejado, suponiendo a todos los kioscos conectados sobre el mismo alimentador. Segregación de Circuitos para Comando, Señalización y Alarmas: En las estaciones equipadas con dos sistemas de protecciones la segregación de circuitos se realizará en los tableros de servicios auxiliares de 125 Vcc, que contendrán todos los elementos correspondientes a la totalidad de las salidas. Todas las salidas a consumidores estarán protegidas con interruptores termomagnéticos de capacidad adecuada, provistos con un contacto auxiliar libre de potencial para la iniciación de una alarma de interruptor abierto. La ubicación de los interruptores en sus respectivos paneles se realizará en forma organizada, agrupándolos por "salida" para su rápida visualización y serán provistas con placa de identificación: una general para todos los interruptores de una salida y otra individual, por función. Estaciones Transformadoras con Dos Sistemas de Protecciones: En el tablero de servicios auxiliares de CC de kiosco se segregarán como mínimo los siguientes circuitos para cada salida:

Sistema 1 A. Comando. Accionamiento de interruptores y seccionadores.

80

B. Protecciones. Alimentación al Sistema 1 de protección. C. Señalizaciones y alarmas. Accionamiento

de

relés

repetidores

de

contactos

auxiliares

de

interruptores y seccionadores para señalización. Accionamiento de relés repetidores de alarmas, cuyos contactos de iniciación deban operar en 125 Vcc. D. Fuerza motriz de CC. Alimentación de motores de CC de interruptores y seccionadores. E. Control (circuito único). Alimentación de la fuente redundante de la UP de kiosco del Sistema de Control. F. Tomas de CC (circuito único). G. Iluminación de emergencia (circuito único).

Sistema 2 A. Comando. Accionamiento del Sistema 2 de interruptores. B. Protecciones. Alimentación al Sistema 2 de protecciones. C. Control (circuito único). Alimentación de la fuente redundante de la UP de kiosco del Sistema de Control. Estaciones Transformadoras con Dos Sistemas de Protecciones: En el tablero de llaves de tramo se segregarán como mínimo los siguientes circuitos para cada salida: Sistema 1

A. Comando. B. Protecciones.

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C. Señalizaciones y alarmas. D. Fuerza motriz de CC.

Sistema 2 A. Comando. B. Protecciones.

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BATERIA 1

EVENTUAL CONEXION EN GUIRNALDA A CONSUMIDORES DEL MISMO TIPO

BATERIA 2

V

A

ELEMENTO DE CONEXION AUTOMATICA

E

ENCLAVAMIENTO

A

CARGADOR 1

CARGADOR 2

CM 1 2

TGSACC

DA11

E

V

DA12

DA21

E

DA22 U