charla magistral "perspectiva de la tecnología de alta tensión"
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Electrical Markets DivisionPerspectiva de la Tecnología de Alta TensiónIng. Julio Ruiz RomeroElectrical Markets DivisionContenidoIntroducción (Retrospectiva en el tiempo) Sistemas de extra alta tensión Proyecto Perú Perspectiva de la Tecnología de alta tensión El conocimiento (Ingeniería, gestión y know how) La infraestructura eléctrica-Líneas y cables de transmisión y subestaciones Operación y monitoreo del sistema- La tecnología de la información Mantenimiento Conclusiones2ElectTRANSCRIPT
Electrical Markets Division
Perspectiva de la Tecnología de Alta Tensión
Ing. Julio Ruiz Romero
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Electrical Markets Division
Contenido
� Introducción (Retrospectiva en el tiempo)
� Sistemas de extra alta tensión
� Proyecto Perú
� Perspectiva de la Tecnología de alta tensión
�El conocimiento (Ingeniería, gestión y know how)
�La infraestructura eléctrica-Líneas y cables de transmisión y
subestaciones
�Operación y monitoreo del sistema- La tecnología de la información
�Mantenimiento
� Conclusiones
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Electrical Markets Division
Introducción
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Electrical Markets Division
Sistemas de extra alta tensión ( EHV )Historia ( con ABB)
� 1883 Sistemas de Iluminación y Generadores
� 1893 El primer sistema de transmisión trifásico para una aplicación
industrial
� 1952 El primer sistema de transmisión de 400 kV
� 1954 El primer sistema de transmisión HVDC
� 1965 El primer sistema de transmisión de 800 kV
� 1965 El primer sistema GIS de 110 kV
� 1976 El primer sistema GIS de 500 kV
� 1982 El primer sistema de 600 kV HVDC
� 1987 El primer sistema GIS de 800 kV
� 2003 El primer sistema trifásico GIS 145 kV 63 kA
� 2003 El primer Interruptor de generador SF6 ,160 kA …
� 2008 El primer Interruptor de 500 kV sin condensadores de repartición
(63 kA)
� ...
© ABB Group
Largest 500 kV GISItaipu (BR)
First 170 kV GISSempersteig (CH)
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Electrical Markets Division
Sistemas de extra alta tensión ( EHV )Algunos Proyectos en Europa
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Electrical Markets Division
Sistemas de extra alta tensión ( EHV ) Interconexión Eléctrica España-Marruecos
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q Características Generales
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Electrical Markets Division
Interconexión Eléctrica España-Marruecos
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q 2 circuitos de 700 MW cada uno
q 28 km cable submarino
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Electrical Markets Division
Interconexión Eléctrica España-Marruecos
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q Tendido cables submarinos
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Electrical Markets Division
Sistemas de extra alta tensión ( EHV )Algunos ejemplos de nuestros hermanos mayores-Colombia
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Electrical Markets Division
Sistemas de extra alta tensión ( EHV )Algunos ejemplos de nuestros hermanos mayores-Colombia
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Electrical Markets Division
Sistemas de extra alta tensión ( EHV )Algunos ejemplos de nuestros hermanos mayores-Colombia
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Electrical Markets Division
Sistemas de extra alta tensión ( EHV )Algunos ejemplos de nuestros hermanos mayores: Brasil-Paraguay� Se lleva usando mas de 20 años
� Ejemplo: Hidroeléctrica de Itaipú (1984)
� Turbinas: 20 × 700 MW
� Capacidad Instalada: 14,000 MW
� Red de transmisión a Brasil:
�Largo total: 800 kilómetros
�Capacidad instalada: 6300 MW x circuito
�Voltaje AC: 345 and 500 kV
�Voltaje DC: 600 kV
�2 circuitos
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Electrical Markets Division
Proyecto Perú- Sistemas EHV
Amarillo: 500KV
Azul: 220KV
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Proyecto Perú- Sistemas EHV Retos: Altura en la sierra y Corrosión, costa
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Electrical Markets Division
Perspectiva de la tecnología de alta tensión
Conocimiento
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Electrical Markets Division
Perspectiva de la tecnología EHVConocimiento
� Ciencias puras
� Ingenierías Mecánica, Eléctrica y Electrónica
�Sistemas de Potencia
�Coordinación de Aislamiento
�Estabilidad de Sistemas
�Electrónica y electrónica de Potencia
� Ingeniería Informática y Electrónica
�Telemetría
�Hardware y Software de operación y control
� Gestión
�Gerencia de proyectos y construcción
�Operación de sistemas
�Gestión de mantenimiento
�Finanzas
� Know how de la empresa
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Electrical Markets Division
ConocimientoIngeniería eléctrica: Coordinación del aislamiento y
protección contra sobretensiones
� En voltajes mayores a 345 kV las sobretensiones de maniobra son
más peligrosas para los equipos que las mismas sobretensiones por
descarga atmosférica.
� La coordinación se lleva a cabo considerando tres aspectos
1. Selección de un adecuado aislamiento el cual es función de la clase
de voltaje de referencia
2. El diseño adecuado de los equipos de manera que la tensión de
ruptura o de contorneo de todos los aislamientos de la estación
igualen o excedan el nivel seleccionado
3. Selección de equipos de protección que suministren una buena
protección justificado económicamente
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Electrical Markets Division
ConocimientoIngeniería eléctrica: Coordinación del aislamiento y
protección contra sobretensiones
� Los sobrevoltajes se deben a causas externas e internas.
� Contra sobrevoltajes externos se emplean sistema de apantallamiento (shielding): cables de guarda y puestas a tierra. También se puede hacer uso de pararrayos.
� Contra voltajes internos se emplea pararrayos y descargadores devoltaje (non shielding methods)
� Los pararrayos se colocan lo más próximo a los equipos a proteger
� Los cables de guarda usados deben ser mecánicamente resistentes y localizados en la parte superior de la estructura para que brinden el adecuado apantallamiento.
� Especial cuidado en las distancias entre conductores y con tierra.
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Electrical Markets Division
ConocimientoIngeniería eléctrica: Coordinación del aislamiento y
protección contra sobretensiones
� La resistencia eléctrica de las patas de la torre deberían ser tan baja
como se pueda justificada económicamente
� Un ejemplo para sistemas de 60 kV la resistencia de la pata de la torre
es aceptable 10 Ohm. Este valor incrementa con la tensión, así para
400 kV tenemos 95 Ohm como valor aceptable.
� Si no se consigue este valor se debe trabajar con varillas de puesta a
tierra una o mas de longitud de 3 a 5 m o con contrapesos.
� Reducir la resistencia reduce la sobretensión producida por la descarga
que inyecta una corriente a la estructura ya que V= I.R
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Electrical Markets Division
Coordinación de aislamiento: Análisis de curvas de equipos a ser protegidos comparado con curva del pararrayo
� Sobretensión continua - Sobretensión temporal � Sobretensión de maniobra
� Sobretensión atmosférica
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Electrical Markets Division
Infrastructu
ra
Subestacion
es
Redes
Infraestructura-Subestaciones
En Subestaciones encontramos equipos como:
� Transformadores
� Compensación reactiva
� Interruptores
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Electrical Markets Division
© ABB Group
Air Insulated Switchgear
(Subestaciones aisladas en aire)
Gas Insulated Switchgear
( Subestaciones aisladas/ encapsuladas en gas )
GIS
AIS
Tecnologias en Subestaciones de Alta Tensión
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Electrical Markets Division
Subestaciones Aisladas en gasstaciones aisladas en gas
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Electrical Markets Division
Infraestructura: Transformadores de potencia
�Transformadores o autotrasformadores: transformador de red
�Tipo de unidades: monofásicas o trifásicas
�Devanado terciario: cargable o devanado de compensación
�Cambiador de tomas bajo carga: pasos y tamaños de estos
�Unidad de reserva: cambio rápido
�Sistema de extinción contra incendios: pros y contras
�Formas de mitigar contingencias
•Muros cortafuegos
•Foso de recolección de aceites
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Electrical Markets Division
� Shunt o en derivación
�Capacitiva
�Reactiva
� En serie
�Capacitiva
Las líneas largas de AC requieren compensación shunt (reactores)
para absorber KVA de carga de la línea ( momentos de baja
demanda) y compensación serie (capacitores) por razones de
estabilidad
Subestaciones: Compensación reactiva
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Electrical Markets Division
BaterBateríía de a de
condensadores con condensadores con
fusible externofusible externo
BaterBateríía de a de
condensadores con condensadores con
fusible internofusible interno
Compensación reactiva: ejemplos aplicación
Condensadores en derivación
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Electrical Markets Division
Reactor en aireReactor en aireReactor en aceiteReactor en aceite
Compensación reactiva ejemplos de aplicación
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Electrical Markets Division
Reactores en derivación
XXLLRRLLUU11 UU22
XXLiLi
II22IILL
IIii CargaCarga
Compensación reactiva-diagrama fasoriales
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Electrical Markets Division
Reactores de neutro
� Los reactores de neutro se utilizan
para contrarrestar el acople
capacitivo entre las fases y así
eliminar el arco secundario durante
la apertura monopolar de una falla.
Reactor de neutro
Compensación reactiva: ejemplos de aplicación
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Electrical Markets Division
Compensación reactiva: Ejemplo de aplicación
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Electrical Markets Division
II
UU’’22
U2U2
--IIcc
U1U1
IIXXLL
IIRRLL
Compensación serie
XXLLRRLLUU11 UU22UU’’22 XXCC
CargaCarga
Compensación reactiva:diagrama fasorial
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Electrical Markets Division
Equipos :Tipos de interruptores ABB
© ABB Group
October 11, 2010 |
HV Breakers & SystemsHV Breakers & Systems
HV ComponentsHV Components
High Current SystemsHigh Current Systems
Diferentes soluciones utilizadas en 500 kV !!
GIS Híbrido DTB LTB
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Electrical Markets Division
Equipos: Interruptores ABB
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Electrical Markets Division
Redes de Transmisión
�Líneas de Transmisión
�AC/DC
�Cables aislados
Infrastructu
ra
Subestacion
es
Redes
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Electrical Markets Division
Lineas de Transmisión: Estructuras
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Electrical Markets Division
Conductores de alta ampacidad ACCR
Permite temperatura de
trabajo hasta 220 C
Empleados en la repoten-
ciación de líneas,
Mayores cargas de rotura por
lo tanto menor flecha
Suministro con accesorios
adecuados
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Electrical Markets Division
Líneas de transmisión: conductores de alta ampacidad
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Electrical Markets Division
Conductores de alta ampacidad ACCR: ejemplos aplicación
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Electrical Markets Division
LINEAS DC
� Se clasifican en monopolares, bipolares y homopolares.
� Normalmente opera con polaridad negativa para reducir pérdidas
corona y radiointerferencia.
� Una línea monopolar es mas económica que una línea bipolar.
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Electrical Markets Division
VENTAJAS LINEA DC VS AC
�Construcción más simple DC vs AC (un conductor se
compara a 3)
�Una línea bipolar DC tiene mismo índice de confiabilidad
que 2 circuitos AC con 6 conductores.
�Potencia por conductor es mayor en DC vs AC.
�No hay corriente de carga.
�No requiere compensación reactiva. Recordemos que
líneas largas de AC requieren compensación shunt
(reactores) para absorber KVA de carga de la línea
(momentos de baja demanda) y compensación serie
(capacitores) por razones de estabilidad
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Electrical Markets Division
VENTAJAS LINEA DC VS AC
�Menor pérdida corona y menor radio
interferencia (son proporcionales a f +25)
�Es posibles mayores voltajes de operación.
(menores sobretensiones de maniobra para
EHV DC)
�Menores corrientes de cortocircuito.
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Electrical Markets Division
Desventajas líneas DC
�Alto costo de los convertidores (AC to DC) y
necesidad de filtros para reducir armónicos.
�La transformación de voltaje no es fácil.
�Difícil apertura de circuito para multi líneas
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Electrical Markets Division
Redes de transmisión con cables aislados
� Transmisión AC en cables es limitada por la corriente de carga, así
tenemos los kVA correspondiente:
� 1250 kVA a 132 kV (por kilómetro)
� 3125 KVA a 220 kV
� 9375 KVA a 400 kV
� Esto limita distancias de tendido con cable a
� 64 km a 132 kV
�40 km a 220 kV
�24 km a 400 kV
� En caso de DC con cables no hay limitación debido a la ausencia de
corriente de carga
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Electrical Markets Division Cables aislados
XLPE-insulated Cable
� More than 25 years commercial experience at HV levels (110-150 kV)
� More than 10 years experience at 400 kV – longest system (40 km of 500
kV - Japan)
� Current state of the art technology
� Easier installation and jointing
� Environmentally low risk
� Almost maintenance free
� Life expectancy: mininum 30-40 years for XLPE cables
Innovative & Reliable Technology
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Electrical Markets Division
Innovative & Reliable Technology
Examples of major 400kV projects in Europe
Location Project Cable circuits x length (km) Cables per
phase
Time
period
Copenhagen Elimination of overhead lines in urban area 1x22,1x12 1 1996
1999
Berlin Connect West/East system 2x6;2x6 1 1998
2000
Vale of York Area of outstanding beauty 4x6 2 2000/1
Madrid Barajas Airport Expansion 2x13 1 2002/3
Jutland Area of outstanding beauty, waterway & semi
urban areas
2x14 1 2002/3
London London Ring 1x20 1 2002/5
Rotterdam Randstad waterway crossings 2x2.1 1 2004/5
Vienna Provide power to centre of city 2x5.5 1 2004/5
Milan Section of Turbigo-Rho line 2x8.5 2 2005/6
Switzerland/
Italy
Mendrisio – Cagno 1x8 1 2007/8
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Electrical Markets Division
Operación y monitoreo del sistema
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Electrical Markets Division
Operación : Ejemplo de Centro de Control
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Electrical Markets Division
Monitoreo en campo
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Electrical Markets Division
� Durante la maniobra de equipos de EHV se producen efectos
transitorios, resultando en esfuerzos electrodinámicos y dieléctricos
sobre los equipos que conforman el sistema, causando sobrevoltajes o
corrientes de magnetización elevadas.
Ejemplo de Mando Sincronizado
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Electrical Markets Division
Aplicaciones generales
inductiva • Transformer• Reactor
Apertura ReigniciónSobre voltajes
Cierre Corriente de
magnetización
ReigniciónSobre voltajes
Apertura
Cierre
• Banco Capacitor• Línea deTransmisión• Cables• Filtros
capacitiva
Sobre voltajes
Corriente de
magnetización
Clase de carga Operacion Stress evitado
Reducción de corrientes de magnetización Disminuyendo el esfuerzo electromagnético sobre los equipos ����
Incrementa la vida util de los equipos
Minimización de sobre voltajesDisminución de esfuerzos dieléctricos ���� Menor envejecimiento
Sustitución de resistencias de cierre ���� Alta confiabilidad
Siemens
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Electrical Markets Division
VT/CT
Ejemplo de operación con Unidad de control PSD : flujo de datos
zero-crossingdetector
calculationmodul
solid stateoutput
PSD
PC interface
manual tripping/
closing commandstatus
signals
control room
circuit-breaker
- temperature
- auxiliary voltage
- aux. contacts
- (hydr.pressure)
stand by
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Electrical Markets Division
Unidad de control PSDFlujo de datos
zero-crossingdetector
calculationmodul
solid stateoutput
PSD
- temperature
- auxiliary voltage
- aux. contacts
- (hydr.pressure)
- reference contact
PC interface
manual tripping/
closing commandstatus
signals
control room
VT/CT
switching
circuit-breaker
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Electrical Markets Division
VT/CT
Unidad de control PSDFlujo de datos
zero-crossingdetector
calculationmodul
solid stateoutput
PSD
manual tripping/
closing commandstatus
signals
control room
circuit-breaker
- temperature
- auxiliary voltage
- aux. contacts
- (hydr.pressure)
PC interface
service
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Electrical Markets Division
Operación ejemplo: Sistemas SCADA
Control Center
� Spectrum PowerCC
� SINAUT Spectrum
Station control & automation
� SICAM PAS
� SAT 1703
Power Quality
� SIMEAS
RTU’s
n SAT 1703
n SICAM eRTU / miniRTU
n TG 805 / TG 5700Protection / Bay Control
� SIPROTEC
� REYROLLE
� BC 1703 ACP
� AM 1703
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Electrical Markets Division
Gestión de la operación
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Electrical Markets Division
Gestión del Mantenimiento
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Electrical Markets Division
Mantenimiento preventivo
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Electrical Markets Division
Mantenimiento en caliente
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Electrical Markets Division
Mantenimiento en caliente: Distintos Enfoques
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Electrical Markets Division
Conclusiones
�La perspectiva de la tecnología de alta tensión en el Perú,
es un asunto muy auspicioso.
�Además es una necesidad para poder seguir con un
crecimiento sostenido durante los siguientes 20 años.
�El nivel de EHV que trabajaríamos lo podemos considerar
como una tecnología madura a nivel mundial, con el
añadido de las últimas novedades que están haciendo la
tecnología de materiales, la electrónica y la tecnología de
la información para la operación y monitoreo del sistema.
� .Contamos con el know how de empresas operadoras y
fabricantes mundiales de prestigio de equipos y materiales
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Electrical Markets Division
Conclusiones� El reto a nivel nacional lo constituye la altura sobre el nivel del mar y el ambiente altamente corrosivo de la costa peruana.
� La universidad peruana tiene que ponerse al día con las nuevas tendencias que son ya una realidad.
� Debemos de fomentar la investigación científica como una preocupación tanto del ámbito de los organismos privados como público.
� También desde el ámbito político debe de incentivarse la investigación y desarrollo tecnológico para poder contar con los recursos necesarios y sostenidos en el tiempo
� Las organizaciones profesionales y técnicas deben de promover el intercambio de experiencia, foros tecnológicos y seminarios, como lo vienen haciendo.
� Los peruanos tenemos que mentalizarnos y entender que el desarrollo del país no se puede detener por prejuicios o falsos conceptos. Es tarea de todos
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Electrical Markets Division
Conclusiones� El Perú tiene que prepararse para la interconexión eléctrica regional con
otros países, viendo en ello beneficios técnicos, sociales y económicos.
� Para ello debemos asegurar que se trabajarán los proyectos con
criterios de sostenibilidad, midiendo el impacto ambiental.
� Compartimos la visión de 3M respecto a sostenibilidad (sustainability).
Our vision is simple: we want to help meet the needs of society
today while respecting the ability of future generations to meet
their needs.
“Deseamos ayudar a satisfacer las necesidades de la
sociedad hoy en día respetando la capacidad de las
futuras generaciones de poder cumplir con sus
necesidades.”
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Electrical Markets Division
Referencias empleadas
� Apoyo en presentaciones anteriores del CIP de
� Isa
� REP
� ABB
� Siemens
� Ing Jorge Enrique Millones/Luis velasco
� Coes
� 3M
� Electrical Power Systems C.L. Wadhwa-New Age
� High Voltage Engineering C.L Wadhwa-New Age
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