guia energia sub estaciones vesda

GUIA DE INDUSTRIA

SUBESTACIONES ELECTRICAS

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�� DETECCION DE HUMO POR ASPIRACION

IMPORTANTE Esta publicación es únicamente una guía. Como referencia para el cumplimiento reglamentario por parte del diseño del sistema, debe utilizarse los códigos y estándares que sean de aplicación local-mente. Salvo expresa autorización escrita de Vision Systems, con ningún fin puede ser reproducida esta documentación en todo o en sus partes, ni ser transmitida de ninguna forma, ya sea electrónica o mecánicamente, incluyendo las operaciones de grabación y copia. Para disponer de una información más precisa, póngase en contacto con la Delegación o el Distribuidor de Vision Fire & Security más próximo.

��®�� Subestaciones eléctricas��

Marzo, 2002 GUIA DE DISEÑO 3 © Vision Fire & Security. Reservados todos los derechos.

CONTENTS

1. INTRODUCCION ........................................................................................................... 4

2. CONSIDERACIONES INICIALES................................................................................. 4

3. AREAS DE OPERACIÓN EN UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA.............................. 4

4. DISEÑO DE UN SISTEMA CONFORME A NORMAS ................................................. 5 4.1. DISEÑO BASADO EN PRESTACIONES ..................................................................... 5

5. EXIGENCIAS DE LOS SISTEMAS DE DETECCION................................................... 6

6. DISEÑO DE RED DE TUBOS DE MUESTREO PARA DETECCION DE HUMO........ 7

6.1. MUESTREO NORMAL DEL LOCAL ............................................................................ 7

7. SALAS DE CONMUTACION......................................................................................... 8

8. SALAS DE CONTROL .................................................................................................. 9

9. PROTECCION DE ARMARIOS................................................................................... 10

10. SALAS DE BATERIAS................................................................................................ 12

11. CONDUCCIONES ENTERRADAS – ZANJAS DE CABLES ..................................... 14

12. GLOSARIO .................................................................................................................. 15



1. INTRODUCCION

La transmisión y distribución son funciones importantes en el ciclo de generación y suministro de energía eléctrica. La potencia generada en la central eléctrica se transforma a alto voltaje (normalmente entre 66,000 a 500,000 voltios) para conseguir una transmisión a distancia eficiente. La potencia se transmite a la red para su posterior distribución. En el punto final de suministro, la tensión se reduce a la tensión de distribución, normalmente 23,000 voltios. A esta tensión se suministra directamente a grandes consumidores industriales o se transfor-ma nuevamente a tensiones de 4,100 o 2,300 voltios para distribución a usos comerciales, industriales o de uso doméstico. El objeto de una subestación es actuar de interfaz en la red eléctrica para convertir la tensión de la energía generada a la requerida para su transporte. En el otro extremo de la línea, otra subestación transforma de nuevo la tensión a la adecuada para su distribución. El sistema de detección incipiente de humo, no solamente reduce el riesgo de incendio en la planta, sino que también previene la incidencia de falsas alarmas, que pueden dar lugar a costes importantes por la interrupción de la generación de energía. Los sistemas VESDA ofrecen una alerta fiable en las plantas de energía hidroeléctrica, detectando un fuego en su estado más incipiente (precombustión). Esta Guía de Industria, ha sido desarrollada por un equipo de ingenieros de VESDA, con amplios co-nocimientos en el diseño e instalación de generación y transmisión de energía. El contenido de esta documentación es para ser utilizado por proyectistas y consultores cuando espe-cifiquen un sistema VESDA. Trata importantes aspectos de diseño y recomienda el método correcto para la instalación de un sistema de detección de humo por aspiración, en una subestación eléctrica. NOTA: Esta Guía de Diseño, se ha editado como una referencia de tipo general, y debe utilizarse jun-to con las reglas técnicas y normas de protección contra incendios nacionales. 2. CONSIDERACIONES INICIALES

En el proceso de diseño y especificación de un sistema de detección por aspiración en una subesta-ción eléctrica, deben considerarse los siguientes aspectos: •••• Reglamentación y normativa que sean de aplicación. •••• Reglas Técnicas específicas para este tipo de industria. •••• Riesgos de incendio clave, en las diferentes áreas de operación. •••• Características de los flujos de aire en las diferentes zonas. •••• Niveles de ocupación y lejanía del lugar. 3. AREAS DE OPERACIÓN EN UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Las subestaciones tienen normalmente cuatro áreas de operación con equipo específico, procesos de operación y requisitos ambientales. Adicionalmente cada área de operación presenta diversos grados de riesgos de incendio. Es necesario que la especificación del sistema de muestreo de aire se haga adaptándose a los requisitos de operación de cada una de estas áreas. Las siguientes recomendacio-nes se han editado como ayuda a proyectistas y consultores, para conseguir el alto nivel de protec-ción exigido en cada una de las zonas de operación. Siempre deben tomarse en consideración las reglas técnicas, normas y estándares internacionales que sean de aplicación. Los niveles de alarma y de respuesta se definen de acuerdo a cada entorno en particular y no se indi-can en esta Guía de Industria. La Tabla 1 indica las áreas de operación de una subestación, en donde pueden utilizarse los sistemas VESDA.



Areas Esencial Recomendado Salas de Conexión/Conmutación - Muestreo en la sala - Muestreo en armarios

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Salas de Control - Muestreo en la sala - Muestreo en armarios - Muestreo en falso suelo

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Protección de Armarios ��

Salas de Baterías - Muestreo en la sala

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Galería de Cableados - Muestreo del espacio/zona

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Tabla 1 - Areas de protección

Las secciones siguientes secciones derriben las recomendaciones de diseño aplicables a cada una de las áreas indicadas. Todos los diseños de trazado de los tubos de muestreo, deben verificarse con el programa VESDA ASPIRETM de Modelado de Tubos de Muestreo. Este programa ilustra la influencia de los distintos parámetros de un sistema de detección por aspiración, de tal forma que pueda aplicar-se el diseño más apropiado en cada caso. 4. DISEÑO DE UN SISTEMA CONFORME A NORMAS

La elección del tipo y nivel de protección depende de los riesgos característicos de la planta de ener-gía, y de los requisitos reglamentarios que sean de aplicación. La posibilidad de VESDA para ofrecer soluciones basadas en prestaciones, permite adaptarse a los requisitos específicos de la planta; adi-cionalmente a la facilidad de instalación de los tubos de muestreo para sustituir a los detectores pun-tuales convencionales y los lineales de haz infrarrojo.

4.1. DISEÑO BASADO EN PRESTACIONES

El diseño basado en prestaciones determina el mejor sistema de protección contra incendios, esti-mando los riesgos y el concepto de protección en el momento del diseño global. Tradicionalmente, la reglamentación prescriptiva y las normas que la sustentan ofrecen un adecuado nivel de protección con un razonable margen de seguridad. Sin embargo, al avanzar en el desarrollo de herramientas y en experiencia en la industria, la estrategia de la protección en muchas instalaciones se diseña siguiendo los principios del riesgo y del diseño basado en prestaciones. Esto puede incluir la utilización de herramientas de modelos informáticos, por ejemplo, programas de modelado de dinámica de fluidos y análisis de pruebas realizadas “in situ” (pruebas reales con humo) para conocer los flujos de aire generados, la carga de fuego, ventilación, fuentes de ignición y otras condiciones físicas que pueden afectar la posibilidad de desarrollo de un incendio. Los sistemas VESDA complementan los diseños basados en prestaciones, detectando el incendio y permitiendo la respuesta en las plantas de carbón, mucho antes que los sistemas de detección con-vencionales. El sistema VESDA permite su fácil incorporación al Plan de Emergencia General (res-puesta al incendio), y pueden realizarse pruebas de verificación para confirmar que el sistema instala-do ofrece la protección especificada. Las siguientes secciones indican las condiciones y riesgos que se dan en una subestación.



5. EXIGENCIAS DE LOS SISTEMAS DE DETECCION

El ambiente Una subestación eléctrica se considera generalmente como un ambiente “limpio”, comparado con uno “sucio/de polvo”. La zona tiene áreas de operación que presenta exigencias específicas a los sistemas de detección de humo. (Ver Figura 1). Por ejemplo, las conducciones de cables enterradas en zanjas, están situadas normalmente bajo la subestación y concretamente bajo la sala de interruptores/conmutación. Si se genera un incendio, lo confinado del espacio y su limitada accesibilidad puede impedir la identificación del mismo por los sis-temas de detección convencionales. Riesgos de incendio Los principales factores de riesgo consisten en la red de cables de cables de alta tensión, equipo de conmutación de alta y baja tensión y equipo de control (normalmente alojado en armarios), y los ban-cos de baterías de gran capacidad utilizadas como fuente de suministro eléctrico de emergencia para los sistemas. Las fuentes de ignición típicas de una subestación eléctrica son: •••• Cargas y descargas de electricidad estática. •••• Sobrecalentamiento de equipo eléctrico de control, como interruptores y cables.

Figura 1 – Disposición típica de una subestación eléctrica

Conducciones de cable enterradas

Sala de interruptores y conmutación

Armarios

Sala de baterías

Sala de control

Arm

arios

Cables a las torres de alta tensión

Cables a las torres de alta tensión



6. DISEÑO DE RED DE TUBOS DE MUESTREO PARA DETECCION DE HUMO

6.1. MUESTREO NORMAL DEL LOCAL

El muestreo en un local, se instala típicamente en disposición de malla, de tal forma que la situación de cada orificio de aspiración corresponde (como mínimo) a la situación que tendría un detector con-vencional puntual. (Ver Figuras 2 y 3). Deben tomarse como referencia las normas que sean de apli-cación.

Figura 2 - Disposición de malla Figura 3 - Disposición estándar del muestreo



7. SALAS DE CONMUTACION

La Sala de Conmutación es un espacio que dispone de una gran concentración de armarios electróni-cos y equipos de conmutación automática. El equipo situado en el interior de los armarios, mantiene las funciones primarias de la subestación, y es la interfaz de conmutación entre la Sala de Control y el resto del equipo de campo. Adicionalmente, la zona dispone de una gran cantidad de instrumentación de registro y de medida.

Aunque el riesgo de incendio pueda considerarse bajo, es imperativo instalar sistemas de detección incipiente, por la naturaleza crítica del equipo y la exigencia de continuidad de operación de la sala de conmutación. Hay varias dificultades impuestas a la detección de un fuego en una sala de conmutación. La presen-cia de tensión eléctrica en los equipos de los armarios es el mayor riesgo y la causa primera de un posible incendio. Caso de fuego en un armario, la baja energía térmica en el interior del armario, puede afectar la de-tección de humo desde el exterior, durante la etapa de desarrollo incipiente (precombustión). La míni-ma ventilación de los armarios puede afectar también la detección del humo por elementos externos, durante la etapa crucial de desarrollo incipiente. Otro aspecto a tener en cuenta es que el tipo de equipo que alojan los armarios puede requerir de grandes caudales de aire de ventilación para mantener en su interior una adecuada temperatura de operación. La ventilación forzada del interior de los armarios puede aumentar el riesgo de la dilución de humo y en consecuencia limitar la posibilidad de una detección eficaz en el interior de los armarios utilizando detectores convencionales. Se recomienda que en la sala de conmutación, se instale ambos sistemas de aspiración tanto para proteger el interior de la sala, como para proteger el interior de los armarios. La protección del interior de los armarios elimina el riesgo de un retardo en la detección de humo, a lo que puede dar lugar la baja energía térmica y/o una dilución del humo. Instalación de los tubos de muestreo en el techo: Este tipo de instalación con los orificios sobre los tubos, depende de la configuración y disposición en planta de la Sala de Conmutación. Debe tomarse como referencia las normas que sean de aplicación para determinar la correcta situación y distancia entre orificios de muestreo (puntos de detección). Muestreo de armarios: La configuración de los armarios es el principal aspecto a considerar para determinar el método más adecuado para la protección de armarios. Dependiendo de su construcción, se recomienda o bien la aspiración directa en el interior del armario, o bien desde su parte superior. El muestreo desde su parte superior se realiza situando el tubo directamente sobre la rejilla de venti-lación del armario. Se recomienda que cada armario tenga por lo menos un orificio propio de aspira-ción de aire, orientado directamente hacia la dirección del flujo de aire del armario. La protección del interior de armarios se realiza, instalando tubos capilares o bien a través de su parte superior o bien desde su base (utilizando el falso suelo). Ver en sección 9: Protección de Armarios, una explicación más en detalle de ambos métodos.



8. SALAS DE CONTROL

La sala de control es el centro de mando de la subestación. Toda la operación de la planta se supervi-sa, mantiene y ajusta desde este puesto central. La sala de control merece una consideración espe-cial debido a la alta concentración de equipos de control, dispositivos de conmutación electrónicos y cables en el falso suelo. Aunque el riesgo presente de incendio sea bajo, las consecuencias de un fuego en la sala de control, hace necesaria una detección incipiente de humo. Una sala de control puede estar constituida por una pequeña sala, y normalmente no ocupada, hasta un centro de control y mando de alta tecnología con aire acondicionado y con operadores controlando cada función de la subestación. Las salas de control presentan una dificultad a los sistemas tradicionales de detección debido a que la mayoría del equipo informático está alojado en armarios, lo que puede impedir que el humo llegue al nivel del techo. La posibilidad de que una detección convencional detecte un fuego puede verse afec-tada también por la dilución del humo causada por los sistemas de aire acondicionado. El diseño del sistema VESDA ofrece varios métodos para evitar la incidencia de la dilución y/o com-partimentación del humo. Con la situación de tubos de muestreo a nivel de techo y en el falso suelo, se tiene la detección de humo en estado más incipiente posible, en caso de un incendio en una sala de control. (Ver Figura 4)

Figura 4 – Muestreo de falso suelo y de la sala.

Adicionalmente, la existencia de armarios y consolas puede hacer necesaria la toma de muestras de aire directamente de su interior. La alta sensibilidad del sistema VESDA y la concentración de humo en las muestras aspiradas, permite de forma incipiente, la identificación de bajos niveles de humo. Ver en sección 9: Protección de Armarios, indicaciones adicionales sobre los anteriores méto-dos de toma de muestras de aire.

Tubos de aspiración en techo

Muestreo en falso suelo



9. PROTECCION DE ARMARIOS

Normalmente los equipos eléctricos, de mando y de comunicaciones, se colocan sobre chasis que se montan en el interior de armarios. Estos armarios pueden ser totalmente cerrados o bien disponer de un sistema de ventilación. La ventilación puede ser natural a través de una rejilla situada en la parte superior del armario, o forzada con ventiladores y rejillas situadas en diferentes puntos del mismo. El sobrecalentamiento del equipo o las conexiones eléctricas del interior del armario, puede suponer un riesgo de incendio. El humo del interior del armario puede no detectarse en el exterior hasta que el incendio ya ha progresado mucho o se han producido importantes daños. La protección de armarios puede mejorarse considerablemente con el sistema VESDA Laser, diseñado para detectar sobreca-lentamientos en cables y equipos eléctricos en el estado de precombustión (incipiente). Caso de que se produzca un incendio en un armario, el bajo nivel de energía térmica generado en el armario, la baja energía térmica en el interior del armario, puede afectar la detección de humo desde el exterior, durante la etapa de desarrollo incipiente (precombustión). Además, la poca ventilación (ventilación natural por convección) de los armarios puede afectar la de-tección en el exterior del humo durante esta etapa tan crucial en el desarrollo de un incendio. Otro aspecto a tener en cuenta es que el tipo de equipo que alojan los armarios puede requerir de grandes caudales de aire de ventilación para mantener una adecuada temperatura de operación. La ventilación forzada del interior de los armarios puede aumentar el riesgo de la dilución de humo y en consecuencia limitar la posibilidad de una detección eficaz. El sistema VESDA Laser puede proteger equipo en armarios, tomando muestras de aire del interior del armario de forma continua. Esto se consigue con muestreo en el interior del armario o en su parte superior exterior. (Ver Figura 5). Para supervisar el aire del interior del armario, se insertan tubos capilares o colgantes en el armario desde su parte superior o a través del falso suelo. Muestreo del armario: Para supervisar el aire del interior del armario, se insertan tubos capilares o colgantes en el armario desde su parte superior o a través del falso suelo. Muestreo del armario – Instalado en su parte superior: Se sitúa el tubo sobre el armario y se le conectan a intervalos adecuados, tubos colgantes o capilares. Se recomienda que salvo especificación en contra, los tubos se introduzcan en el armario entre 25 mm y 50 mm (1” – 2”). Muestreo del armario – A través de falso suelo: El tubo de muestreo se instala en el interior del falso suelo y a intervalos adecuados se le conectan tubos capilares o montantes. Se perforan orificios en el falso suelo y en el fondo del armario y se sub-en los tubos capilares o los montantes hasta la parte superior donde se fijan mediante abrazaderas. Se recomienda que el orificio se oriente hacia abajo, y salvo especificación en contra, se sitúe entre 25 mm y 50 mm (1” – 2”), desde la parte superior del armario. Muestreo desde la parte superior, desde el exterior del armario: Este tipo de muestreo se realiza colocando el tubo directamente sobre la rejilla de ventilación del ar-mario. Mediante soportes, se monta el tubo de muestreo entre 25 mm – 200 mm (1” - 8”) sobre la reji-lla (dependiendo del movimiento de aire). Cada armario debe tener, por lo menos, un orificio propio de aspiración de aire, orientado directamente hacia la dirección del flujo de aire del armario.



Figura 5 – Toma de muestras mediante capilares y sobre el armario

Muestreo capilar

Muestreo sobre el armario

Flujo de aire

Detector VESDA



10. SALAS DE BATERIAS

En esta sala de dispone de las baterías de plomo ácido o de níquel cadmio que son parte del sistema de alimentación eléctrica ininterrumpida de la planta (UPS). La UPS se utiliza como fuente de alimen-tación secundaria para el caso de un fallo en el suministro eléctrico en la central térmica y para su puesta en marcha. El tamaño y configuración dependen de la energía necesaria para la UPS.

El diseño del sistema VESDA permite detectar el resultado de cualquier calentamiento en los elemen-tos de las baterías y sus conexiones, así como los fallos en los cables y barras de intensidad.

En la sala de baterías puede generarse un ambiente explosivo debido a la formación de altas concen-traciones de gas hidrógeno.

Para proteger la sala de baterías se recomienda utilizar la aspiración de aire con tubos montados en el techo y/o tomar muestras del aire que sale de la sala por el sistema de ventilación. Muestreo en el techo: Los tubos se montan aproximadamente 25 mm a 100mm (1” a 4”) debajo del techo. Su situación, diá-metros de los orificios, y el diámetro del orificio del tapón final se definen utilizando el programa ASPI-RE. Muestreo del aire de extracción: El análisis del aire de extracción del sistema de ventilación de la sala puede hacerse o bien en la rejilla de salida (muestreo en rejilla) o bien el conducto de extracción (muestreo en conducto). Muestreo en rejilla de salida: El humo incipiente tiende a desplazarse con las corrientes de aire. Colocando los tubos con los orifi-cios de muestreo a través de la rejilla del sistema de salida del aire de ventilación, el humo generado en el interior de la sala de baterías se detecta en su estado incipiente. (Ver Figura 6)

Figura 6 – Muestreo en rejilla de salida



Muestreo en conducto: La toma de muestras de aire en conducto, se realiza situando un tubo en todo el ancho del conducto, y a lo largo de su eje central. En este tipo de aplicación, normalmente el tubo se identifica como una “sonda”. (Ver Figura 7).

NOTA: La ilustración no está a escala Figura 7 – Muestreo en conducto Los orificios se sitúan en la sonda y se posicionan 0o a 20o por encima o por debajo del eje central del flujo de aire. Una vez analizada la muestra el aire, desde el detector, se retorna al conducto. Para evitar turbulencias en el aire que se aspira la sonda debe desplazarse diagonalmente por lo menos 300 mm (1 ft). Normalmente la sonda se introduce hasta un tercio del ancho del conducto. NOTA: Es importante asegurarse de que los puntos donde se introducen las sondas estén perfec-

tamente sellados y estancos al aire.

NOTA: Es necesario utilizar detectores separados para la detección en la sala y en los conductos.

Sonda de muestreo

Flujo de aire



11. CONDUCCIONES ENTERRADAS – ZANJAS DE CABLES

Las zanjas de cables alojan los de comunicación, control y potencia que su utilizan para conectar las diferentes áreas de operación de la subestación; también se colocan en ellas los que transportan al exterior, la energía a las torres de alta tensión. La información que se distribuye a través de la red de cables es fundamental para la operación ininterrumpida de la subestación. Diversas conducciones enterradas unen la sala de control, sala de conmutación y sala de baterías. Normalmente están situa-das bajo la sala de interruptores/conmutación. Estas conducciones enterradas constituyen un importante riesgo de incendio, debido a la permanente e importante potencia eléctrica en las mismas. Generalmente considerados como ambientes hostiles, presentan con un alto grado de contaminación. Adicionalmente, la configuración y localización de estas zanjas, además de impedir un fácil acceso, influyen en la respuesta y control del incendio por parte de sistemas de detección convencionales. El sistema más eficiente de proteger una zanja de cables, consiste en situar un tubo de muestreo en su parte superior a un 10% de su altura. (Ver Figura 8).

Figura 8 – Conducción de cables enterrada, con tubo de muestreo

600 mm – 1 m , aprox. (23.6 ” – 3.2 ft)

10% de la altura de la zanja



12. GLOSARIO

Torres de Alta Tensión Torres de transporte para la transmisión de la energía eléctrica a vol-

tajes elevados.

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�� www.vesda.com

Australia y Asia

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