diseño de una subestacion de intermperie 132 45 kv

Diseño de una Subestación de Intemperie 132/45 KV

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ÍNDICE A vaya

1.- Características De La Subestación ........................................................................................ 5 2.- Planos Y Esquemas .............................................................................................................. 6 2.1.- Unifilar ........................................................................................................................ 7 2.2.- Alzado Y Planta ........................................................................................................... 8 2.3.- Conexión De Relés De Protección Y Elementos De Accionamiento................................ 9 2.4.- Esquema De Medida................................................................................................... 11 3.- Cálculos Justificativos ........................................................................................................ 12 3.1.- Cálculo De La Red De Tierra ..................................................................................... 12

3.1.1.- Resistencia De Tierra ........................................................................................... 12 3.1.2.- Tensiones De Paso Y Contacto ............................................................................. 13 3.1.3.- Cálculo De Hilos De Guarda ................................................................................ 14

3.2.- Autoválvulas .............................................................................................................. 16 3.3.- Intensidad De Corriente De Las Líneas ....................................................................... 18 3.4.- Secciones De Cable ............................................................................................. 213kjn 3.5.- Batería De Condensadores .......................................................................................... 22 3.6.- Batería De Corriente Continua .................................................................................... 23 3.7.- Elección De Las Cadenas De Aisladores ..................................................................... 24 3.8.- Nivel De Aislamiento ................................................................................................. 25 3.9.- Soporte Mecánico....................................................................................................... 26 3.10.- Distancias De Seguridad ........................................................................................... 27 3.11.- Intensidades Y Potencias De Cortocircuito ................................................................ 29 4.- Características De La Aparamenta ..................................................................................... 31


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En una subestación de intemperie de 132/45 KV, se conocen las siguientes características: • Dos posiciones de entrada de 132 KV; ▪ Con neutro rígidamente a tierra; ▪ Previstas para 150 MVA cada una de ellas; • Cuatro posiciones de salida de 45 KV; ▪ Con neutro rígidamente a tierra; ▪ Previstas para 50 MVA cada una de ellas; • Dos transformadores 132/45 KV de 75 MVA; ▪ Xcc = 10%; • Servicios auxiliares: ▪ Alumbrado interior; ▪ Alumbrado exterior; ▪ Aire acondicionado; ▪ Cargador de baterías para relés y disyuntores;


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DISEÑAR: 01.- Esquema unifilar de potencia ▪ Seccionadores ▪ Disyuntores ▪ Transformadores de intensidad y tensión ▪ Transformadores de potencia ▪ Medida y protección simplificado 02.- Plano de planta 03.- Planos de alzado ▪ Longitudinal ▪ Transversal 04.- Plano de tierras 05.- Plano de hilos de guarda 06.- Plano de zanjas 07.- Plano de detalle, dimensiones de la aparamenta y elementos 08.- Esquema de conexiones ▪ Relés ▪ Equipos de medida ▪ Interruptores 09.- Esquema de servicios auxiliares ▪ Alumbrado interior ▪ Alumbrado exterior ▪ Tomas de usos varios ▪ Climatización ▪ Baterías de corriente continua 10.- Cálculos justificativos ▪ Potencias de las líneas ▪ Transformadores ▪ Intensidades nominales ▪ Hilos de guarda ▪ Intensidad y potencia de cortocircuito ▪ Autoválvulas ▪ Red de tierras ▪ Tensiones de paso y contacto ▪ Batería de condensadores ▪ Batería de corriente continua ▪ Potencia y clase de los trafos de medida y protección ▪ Esquemas de medida y protección


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1.- CARACTERÍSTICAS DE LA SUBESTACIÓN Las características de la subestación son las mencionadas anteriormente: • Dos posiciones de entrada de 132 KV; ▪ Con neutro rígidamente a tierra; ▪ Previstas para 150 MVA cada una de ellas; • Cuatro posiciones de salida de 45 KV; ▪ Con neutro rígidamente a tierra; ▪ Previstas para 50 MVA cada una de ellas; • Dos transformadores 132/45 KV de 75 MVA; ▪ Xcc = 10%; • Servicios auxiliares: ▪ Alumbrado interior; ▪ Alumbrado exterior; ▪ Aire acondicionado; ▪ Cargador de baterías para relés y disyuntores;


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2.- PLANOS Y ESQUEMAS


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2.1.- UNIFILAR


2.2.- ALZADO Y PLANTA En el siguiente esquema se puede ver la representación del alzado y la planta de una de las posiciones de entrada de 132 KV, el doble embarrado, una posición de trafo 132/45 KV, doble embarrado y posición de salida de 45 KV:

Diseño de una Subestación de Intemperie 132/45 KV 2.3.- CONEXIÓN DE RELÉS DE PROTECCIÓN Y ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO


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2.4.- ESQUEMA DE MEDIDA El equipo de medida consta de tres amperímetros, tres voltímetros, un herziómetro, un cosfímetro, un contador de activa y un contador de reactiva:


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3.- CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS 3.1.- CÁLCULO DE LA RED DE TIERRA

Para el cálculo de la red de tierra de la subestación suponemos que ésta tiene unas dimensiones de 120 metros de longitud por 80 metros de anchura, dimensiones más que suficientes para la instalación de la aparamenta correspondiente en los dos niveles de tensión y mantener las distancias de seguridad y pasillos de maniobra exigidos por el Reglamento sobre Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de Transformación.

Como en cualquier subestación la red de tierra será un mallazo de conductores de

hilo de cobre de 95 mm2, que cubrirá toda la superficie de la subestación. Los conductores de ésta estarán separados unos de otros una distancia de 1 metro.

Todos los elementos sometidos a tensión irán conectados a esta red, por lo que se

utilizarán grapas debidamente protegidas contra la corrosión, como método de unión debido a que, aún siendo un método menos eficaz que el de soldadura aluminotérmica, supone un ahorro importante en el presupuesto.

Igualmente se respetarán las tensiones de paso (VP) y de contacto (VC) para

evitar cualquier tipo de accidente que pudieran ser perjudiciales tanto para la aparamenta de la subestación como para las personas que estuvieran en ésta (realizando cualquier tarea de mantenimiento, reparación, etc.).

3.1.1.- RESISTENCIA DE TIERRA

LrR

4

Donde

L = Longitud total de conductor enterrado r = radio equivalente de la superficie de la subestación ρ = resistividad del terreno (200 Ω·m)

mBmA

80120

2960080·120· mBASm

mrSrS mc 279,559600· 2

Sm ≡ Superficie de la malla Sc ≡ Superficie de la circunferencia

mddAB

dBAL

1

··

mL 192001

120·80180·120


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Lr

R

m

4

·200

9149,0

19200200

279,554200R

9149,0TR 3.1.2.- TENSIONES DE PASO Y CONTACTO

Toda instalación eléctrica deberá disponer de una protección o instalación de tierra diseñada de tal forma, en cualquier punto normalmente accesible del interior o exterior de la misma donde las personas puedan circular o permanecer, éstas queden sometidas como máximo a las tensiones de paso y contacto (durante cualquier defecto de la instalación eléctrica o en la red unida a ella).

• Tensión máxima de contacto aplicada (en voltios) que se puede aceptar:

VtKV nca 360

2,072

1

siendo

t = duración de la falta en segundos (t = 0,2s)

Si t < 0,9 s 172

nK

• Máximas tensiones de paso y contacto admisibles en una instalación:

Tensión de paso

Vt

KV np 7920000.120061

2,07210

000.16110

1

Vp = 7920 V

Tensión de contacto

VtKVc n 468

000.12005,11

2,072

000.15,11 1

Vc = 468V


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Una vez hecha la red de tierras y construida la subestación se deberán tomar los

aparatos de medida correspondientes y comprobar que los valores de las tensiones de paso y contacto no son superiores a los calculados, ya que son los máximos permitidos por el Reglamento para la subestación que se está diseñando. 3.1.3.- CÁLCULO DE HILOS DE GUARDA

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12164 222 ahhhH

1503,5 máselevadaUmh

Siendo h = distancia de conductores al suelo 2·a = 10 m

• Nivel de 132 kV

mh 26,61501453,5

• Nivel de 45 kV

mh 65,5150523,5

Se toma como valor de h el inmediatamente superior al del nivel de tensión más desfavorable: h = 7m y se introduce en la expresión para el cálculo de la distancia de los hilos de guarda al suelo:

mH 38,8

6571271674 222

Se toma un único valor de H para simplificar la estructura de la subestación y

para ello elegimos la mas desfavorable que es H = 8,38m. Sin embargo, y para evitar colocar hilos de guarda en lugares en los que no hay aparamenta, y a su vez, siga cumpliendo las exigencias del Reglamento, fijaremos este valor sobredimensionando el más desfavorable (por si el suelo no es completamente liso, etc.) en 9 metros de altura.

H = 9 metros


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3.2.- AUTOVÁLVULAS

Las autoválvulas que se han seleccionado para el diseño de la subestación son de óxidos metálicos.

• Nivel de 132 kV

VN = 132 KV Vmás elevada = 145 KV Nivel de aislamiento = 650 KV Neutro rígidamente a tierra

1.- Id= 10KA

2.- KV98KV875,972,1

81,0·KV145T

81,0·VVC

MásElevadaC

3.- Margen de protección:

Tensión de maniobra: 278 kV

Tensión máx. al frente de onda (1,2/50µs): KV26,29815,1KV343

Tensión residual máxima (8/20µs - 10KA): 336 KV

%30%45,9310013366501001

NPNAPM

Como su valor es superior al 30% exigido por el reglamento esta autoválvula sería correcta.

• Nivel de 45 kV

VN = 45KV Vmás elevada = 52 KV Nivel de aislamiento = 250KV Neutro rígidamente a tierra

1.- Id= 10KA

2.- KV36KV1,352,1

81,0·KV52T

81,0·VVC

MásElevadaC


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3.- Margen de protección:

Tensión maniobra: 99,5 KV

Tensión máx. al frente de onda (1,2/50µs): KV82,10715,1kV124

Tensión residual máxima (8/20µs - 10KA): 126 KV

%30%41,9810011262501001

NPNAPM

Como su valor es superior al 30% exigido por el reglamento esta autoválvula sería correcta.


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3.3.- INTENSIDAD DE CORRIENTE DE LAS LÍNEAS

• Nivel de 132 kV

En primer lugar se va a determinar el valor de la potencia prevista en las posiciones:

SPrevista = 150 MVA

Esta potencia es la que corresponde a una sola de las entradas de 132 KV. A partir de esta potencia se deduce el valor de la intensidad de la línea en la posición de 132 KV:

AKV

MVAKV

PI KV 079,6561323

1501323132

Seccionador:

- MESA - SGCT 145/1800 - VN = 145 KV - IN = 1800 A - VRayo = 650 KV - VF.I. = 275 KV

Disyuntor:

- ABB - LTB D1/B - VN = 72,5/170 KV - IN = 3150 A - IRuptura = 40 KA - tRuptura = 2 Hz

Transformadores de Tensión:

- Arteche - UTF 145 - P = 520 Kg - VN = 145 KV - VEnsayo = 275/650 KV - NºMáx.Sec. = 3


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Transformadores de Intensidad:

- Arteche - CA-145E - P = 300 Kg - Icc = 100 · IN - VN = 145 KV - VEnsayo = 275/650 KV - NºMáx.Sec. = 3

Autoválvulas Pararrayos:

- ABB - EXLIM P145 - VMáx. = 145 KV - Vr = 132 KV - Vc = 92 KV - 8/20 µs, 10 KA, VCresta = 301 KV - 30/60 µs, 3 KA, VCresta = 274 KV

• Nivel de 45 kV

En primer lugar se va a determinar el valor de la potencia prevista en las posiciones:

SPrevista = 50 MVA

Esta potencia es la que corresponde a una sola de las salidas de 45 KV. A partir de esta potencia se deduce el valor de la intensidad de la línea en la posición de 45 KV:

A5,641KV453

MVA50KV453

PI KV45

Disyuntor:

- ABB - EDF SK - VN = 36/84 KV - IN = 2500 A - IRuptura = 31,5 KA - tRuptura = 2,5 Hz


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Transformadores de Tensión:

- Arteche - EMFC 52 - VN = 52 KV - 1,2/50 µs, 250 KV

Transformadores de Intensidad:

- Arteche - CXE 52

Autoválvulas Pararrayos:

- ABB - EXLIM P52 - VMáx. = 52 KV - Vr = 60 KV - Vc = 48 KV - 8/20 µs, 10 KA, VCresta = 137 KV - 30/60 µs, 3 KA, VCresta = 125 KV


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3.4.- SECCIONES DE CABLE Para calcular las secciones de cable necesarias en la Subestación, es necesario recordar los cálculos anteriores de las corrientes en los distintos niveles de tensión: • Nivel de 132 kV

A79,0,656KV1323

MVA150KV1323

PI KV132

• Nivel de 45 kV

A5,641KV453

MVA50KV453

PI KV45

Según el Artículo 22 del R.A.T., se tiene que:

Sección Nominal

(mm2)

Densidad de Corriente (A/mm2)

Corriente Máxima

(A) Aluminio

250 2,3 575

300 2,15 645

400 1,95 780 Por la tanto, se elige para ambos niveles de tensión, un cable de 400 mm2 de sección. El cable comercial más próximo es el CONDOR, que tiene las siguientes características: ST = 455,1 mm2 Nº Hilos: 54 + 7 Peso: 1522 Kg/Km Carga mínima de rotura, Q: 12950 Kg R(20ºC) = 0,072 Ω/Km


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3.5.- BATERÍA DE CONDENSADORES Suponiendo un factor de potencia de 0,75 en la Subestación, se procede a calcular la batería de condensadores necesaria para corregir dicho factor de potencia hasta 0,95. Condiciones Iniciales:

75,0CosMVA150ST

MVAr2,9966,0·MVA150Sen·SQMW5,11275,0·MVA150Cos·SP

TT

TT

Condiciones Finales:

95,0'CosMVA150ST

MVAr8,4631,0·MVA150'Sen·S'QMW5,14295,0·MVA150'Cos·S'P

TT

TT

Con estos datos ya es posible determinar la batería de condensadores necesaria: Batería = QT – Q’T = 99,2 – 46,8 = 52,4 MVAr Será necesaria una batería de condensadores que sea capaz de proporcionar a la Subestación 52,4 MVAr. Como se trata de una potencia muy elevada, se recomienda buscar 3 baterías de 17,5 MVAr cada una de ellas.


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3.6.- BATERÍA DE CORRIENTE CONTINUA Para el cálculo de la batería de corriente continua, es necesario saber cuántos relés y cuántos motores hay a lo largo de la instalación: Relés: 28 Disyuntores motorizados: 10 Seccionadores: 26 CÁLCULO DE LA INTENSIDAD DE LA BATERÍA:

lés

VAP lé

Re2810Re1 VAVAP lé 28028·10Re1 AI 54,2

110280

La autonomía de los relés se considera de 10 horas:

AhhorasAI lés 4,2510·54,2Re

Motores

WP Motor

362301

AI 27,75110

36·230 (Se considera Cosφ = 1)

Se considera que el muelle de los motores tarda 1 minuto en cargarse y permite la realización de 4 maniobras:

horasmaniobrashmotorest aMotoresC 4,24·min60

1min·1·36arg

AhhorasI Motores 64,1804,2·27,75

La batería necesaria para la subestación debe cumplir la siguiente especificación:

AhAhAhIII MotoreslésBatería 048,20664,1804,25Re Según catálogo, el modelo recomendado para la subestación es:

CASA: BP Solar MODELO: Baterías Fulmen PowerBlock, S240 I = 240 Ah R = 1,4 mΩ Peso: 15,2 Kg Medidas: 206 x 103 x 403 mm


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3.7.- ELECCIÓN DE LAS CADENAS DE AISLADORES

Nivel de 132 kV:

KVVN 132 Aislador: Ø x P = 280 x 170 mm KVVMásElevada 145

KVVRayo 650 KVV IndFec 275..

4 Elementos, Columna D: 400 KV > VF.I. = 275 KV

mV

D Max 066,11501451,0

1501,0

Cadena de 7 Aisladores

727,617,0

066,1º mm

PDN Aisladores

Nivel de 45 kV:

KVVN 45 Aislador: Ø x P = 280 x 170 mm KVVMásElevada 52

KVVRayo 250 KVV IndFec 95..

2 Elementos, Columna D: 230 KV > VF.I. = 95 KV

mV

D Max 446,0150521,0

1501,0

Cadena de 3 Aisladores

362,217,0446,0º

mm

PDN Aisladores


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3.8.- NIVEL DE AISLAMIENTO

El nivel de aislamiento se obtiene de la tabla “Características eléctricas de las cadenas”, buscando el valor de C (en kV).

Nivel de 132 kV:

Ø x P: 280 mm x 170 mm nº aisladores: 7

Se obtiene a partir de estos datos que C = 680 KV. Según el Reglamento la tensión soportada nominal a los impulsos

tipo rayo para la tensión de 132 KV es de 650 KV como mínimo (y la tensión soportada nominal de corta duración a frecuencia industrial = 275 KV), por lo que, el nivel de aislamiento calculado anteriormente sí es válido.

Línea 45 kV:

Ø x P: 280 mm x 170 mm nº aisladores: 3

Se obtiene a partir de estos datos que C = 330 KV. Según el Reglamento la tensión soportada nominal a los impulsos

tipo rayo para la tensión de 45 KV es de 250 KV como mínimo (y la tensión soportada nominal de corta duración a frecuencia industrial = 95 KV), por lo que, el nivel de aislamiento calculado anteriormente sí es válido.


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3.9.- SOPORTE MECÁNICO

Aislador de paso 170 mm Tensión máxima de rotura = 15000 kg. Coeficiente de seguridad = 3 (mínimo) Tensión de rotura del cable CONDOR = 12950 kg

Coeficiente de seguridad =CableMáx

Ruptura

TT

.

KgeSeguridadCoeficient

TT eRoturaCablCableMáx 66,4316

312950

.

Coeficiende de Seguridad = 3475,366,4316

15000

.

. CableMáx

AisladorMáx

TT

Luego se cumple con todas las medidas de seguridad.


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3.10.- DISTANCIAS DE SEGURIDAD

Nivel de 132 kV: la tensión más elevada según reglamento es de 145 kV.

Según la Instrucción Técnica Complementaria MIE-RAT 14, para un nivel de tensión de 132 KV, d = 110 cm.

Distancia de valla exterior a aparatos con tensión:

G = 150 cm + d = 150 + 110 = 260 cm Se toma G = 3 m.

Distancia de la valla interior a aparatos con tensión: C = 10 cm + d = 110 + 10 = 120 cm. Se toma C = 1,5 m.

Distancia de bornes con tensión al suelo:

H = 250 cm + d = 250 + 110 = 360 cm. Se toma H = 4 m.

Distancia de cables de embarrado al suelo: H = 520 cm + 1,2 cm/kV · V (kV) = 520 + 1,2 · 145 = 694 cm.

Se toma H = 7,5 m.

Distancia mínima entre fase y tierra: VN = 132 KV VMás = 145 kV VRayo (1.2/50 µs) = 650 kV Dmín = 130 cm (según ITC MIE-RAT 12). Se toma D = 2 m.

Distancia mínima entre 2 fases:

VN = 132 KV VMás = 145 kV VRayo (1.2/50 µs) = 650 kV Dmín = 130 cm (según ITC MIE-RAT 12). Se toma D = 2 m.


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Nivel de 45 kV: la tensión más elevada según reglamento es de 52 kV.

Según la Instrucción Técnica Complementaria MIE-RAT 14, para un nivel de tensión de 45 KV, d = 38 cm.

Distancia de valla exterior a aparatos con tensión: G = 150 cm + d = 150 + 38 = 188 cm. Se toma G = 2 m. Distancia de la valla interior a aparatos con tensión: C = 10 cm + d = 10 + 38 = 48 cm. Se toma C = 0,5 m. Distancia de bornes con tensión al suelo: H = 250 cm + d = 250 + 38 = 288 cm Se toma H = 3 m. Distancia de cables de embarrado al suelo: H = 520 cm + 1,2 cm/kV · V (kV) = 520 + 62,4 = 582,4 Se toma H = 6 m. Distancia mínima entre fase y tierra:

VN = 45 KV VMás = 52 kV VRayo (1.2/50 µs) = 250 kV Dmín = 48 cm (según ITC MIE-RAT 12). Se toma D = 0,5 m.

Distancia mínima entre 2 fases:

VN = 45 KV VMás = 52 kV VRayo (1.2/50 µs) = 250 kV Dmín = 48 cm (según ITC MIE-RAT 12). Se toma D = 0,5 m.


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3.11.- INTENSIDADES Y POTENCIAS DE CORTOCIRCUITO Para calcular las potencias e intensidades de cortocircuito, se han elegido los 4 puntos que están marcados en el siguiente esquema de reactancias modelizado de la subestación:

Para realizar los cálculos, se han tenido en cuenta 4 Km de distancia de la línea de 132 KV desde el punto de enganche y otros 4 Km de distancia en las líneas de salida. Se ha tomado como potencia base 500 MVA y como Xpu Red = 1. Los resultados de los cálculos son los siguientes:

LADO IZQUIERDO LADO DERECHO

Pcc (MVA) Icc (KA) Ich (KA) Pcc (MVA) Icc (KA) Ich (KA)

PUNTO 1 496 2,169 5,521 1805 7,895 20,097

PUNTO 2 992 4,338 11,042 699 3,058 7,783

PUNTO 3 427 5,479 13,948 10277 132 336

PUNTO4 8319 107 272 2569 33 84

Estos cálculos, son necesarios para el diseño de la subestación, aunque por otro lado, según norma ENDESA, se aceptan como válidos para el diseño de subestaciones a la intemperie, los siguientes valores por defecto:


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Nivel de 132 kV

Según MIE-RAT 13 y Noma ENDESA, para un nivel de tensión de 132 KV, cuya tensión más elevada es 145 KV, se considera:

MVAP

KAI

Diseño

Diseño

CC

CC

7000

5,31

KAII

DiseñoCCCC 1,444,1

Nivel de 45 kV

Según MIE-RAT 13 y Noma ENDESA, para un nivel de tensión de 45 KV, cuya tensión más elevada es 52 KV, se considera:

MVAP

KAI

Diseño

Diseño

CC

CC

2000

25

KAII

DiseñoCCCC 354,1

Luego, según Norma ENDESA, tenemos que para una subestación de intemperie 132/45 KV, ICC y PCC valen:

Nivel 45 KV Nivel 132 KV

ICC (KA) 35 44,1

PCC (MVA) 2000 7000


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4.- CARACTERÍSTICAS DE LA APARAMENTA

Nivel de 132 kV SECCIONADORES

DISYUNTORES


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TRANSFORMADORES DE CORRIENTE


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TRANSFORMADORES DE TENSIÓN


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Nivel de 45 kV SECCIONADORES

DISYUNTORES


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TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD


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TRANSFORMADORES DE TENSIÓN


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AUTOVÁLVULAS 45 / 132 KV

diseño de una subestacion de intermperie 132 45 kv

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