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Calculo de servicios auxiliares
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7/17/2019 Servicios Auxiliares en estaciones transformadoras
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1
URSO
Diseño de Estaciones Transformadoras
Servicios auxiliares en
Estaciones Transformadoras
Prof. Ing. Roberto Campoy
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SERVICIOS AUXILIARES
Los servicios auxiliares, consisten sistemas complementarios y en
consumos de energía diversos dentro de las instalaciones de las
EETT, no vinculados en forma directa con el circuito de potencia ode suministro de las mismas, pero que en algunos casos colaboran y
en otros son indispensables para el funcionamiento de estas.
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NECESIDADES
Alimentaciones NO esenciales
Pueden faltar durante largos períodos sin afectar el servicio
Alimentaciones esenciales
No pueden ser interrumpidas sin inconvenientes en el suministro
Ej. aire acondicionado e iluminación, tomas de
playa, etc.
Ej. alimentación auxiliar para relés de protecciones ycomunicaciones de datos, etc.
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FUENTES DE ENERGIA PARA
LOS SERVICIOS AUXILIARES
Corriente alterna de 380/220 V
Aire comprimido centralizado
Corriente continua
De la red pública externa a la ET, para servicios NO esenciales
Del terciario de un transformador , para servicios NO esenciales
Corriente alterna de UPS (unidades de potencia no interrumpible),
para servicios esenciales
Corriente alterna de generadores autónomos (grupos electrógenos)
Para accionamiento de interruptores (poco utilizados actualmente)
Con bancos de baterías, para cargas esenciales
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SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE
ALTERNA
Consumos más comunes en la ET en corriente alterna de
380/220 V y frecuencia industrial de 50 Hz
Servicios NO esenciales
Fuerza motrizCalefacción y aire acondicionado
Tomacorrientes de playa
-Iluminación general de interiores, de playa y perimetral
Su ausencia por períodos prolongados, en principio no compromete
el suministro de energía
Ej.:
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SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE
ALTERNA (cont.)
Servicios esenciales
Ventilación de transformadores de potencia
Regulación del transformador
-Alimentación en condiciones normales de cargadores de
baterías
Estas cargas pueden quedar sin alimentar por períodos de tiempo
breves, pero se consideran de máxima prioridad
Ej.:
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ESQUEMAS TIPICOS DE ALIMENTACION DE LOS SERV. AUX. CA
Desde el terciario de un transformador o autotransformador de potencia
Máquina Diesel
500 Kv
13,2 Kv
132 Kv Transformador de servicios
auxiliares 13,2/0,4-0,231 Kv
Grupo electrógeno
SERVICIOS
ESENCIALES (EN CA)
380/220 V
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ESQUEMAS TIPICOS DE ALIMENTACION DE LOS SERV. AUX. CA
De un transformador de servicios auxiliares y Reactor de Neutro separado de la
máquina principal o desde la red pública
ESQUEMAS TIPICOS DE A IMENTACION DE OS SERV AUX CA
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Transformador de
servicios auxiliares
13,2/0,400-0,231 Kv
SERVICIOS
ESENCIALES (EN CA)
13,2 Kv
UPS
INDUSTRIAL
380 V
132 Kv
13,2 Kv
ESQUEMAS TIPICOS DE ALIMENTACION DE LOS SERV. AUX. CA
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SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE
CONTINUA
Corriente continua segura de 110 V
Alimentación de hardware de protección, comando y supervisión, tales
como relés de protecciones, elementos de comando y señalizaciónsobre tableros de sala de control y playa, elementos de automatización
y control, unidades terminales remotas. También exploración en campo
(playa) de estado contactos auxiliares (imágenes) de interruptores y
seccionadores, comando de relés auxiliares para elementos de
maniobra y también como alimentación de motores de carga de
resortes de interruptores y motores de seccionadores (estos últimos
por lo general en CA) y comando de bobinas de apertura y cierre de
interruptores. También se puede utilizar para la iluminación de
emergencia, pero implica mayor consumo para el parque de baterías.
En general para cargas esenciales
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SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE
CONTINUA (cont.)
Corriente continua segura de 48, 24 o 12 V
Para alimentación de hardware de comunicaciones y
equipos de control como PLC, comando de relés auxiliares
y manejo de señales digitales dentro de sala d control,exploración de contactos en campo, etc.
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NORMAS
IRAM
IIIE 1115
Puesta a tierra de sistemas eléctricos:
IRAM 2281-1, 2282-2, 2282-4, 2309, etc.
Transformadores de potencia secos:
IRAM 2276, 2277, 2464.Tableros eléctricos de maniobra y comando en BT
IRAM 2181, 2195, 2200
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NORMAS (cont.)
Recomendaciones de laIEEE
IEEE Std. 485-1983: IEEE Recommended practice for
sizing large lead storage batteries for generating stations
and substations
IEEE Std. 485-1997: IEEE Recommended practice for
sizing lead – acid batteries for substations applications
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380 V
Transformador de
servicios auxiliares
13,2/0,400-0,231 Kv
SERVICIOS
ESENCIALES (EN CC)
13,2 Kv
RECTIFICADOR –
CARGADOR DE BATERIAS
SERVICIOS AUXILIARES (EN CA Y CC)
110 Vcc
24 o 12
Vcc
Convesor DC/DC132 Kv
13,2 Kv
ESQUEMA
GENERAL DE
SISTEMA DESERVICIOS
AUXILIARES
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A
V U< U>
CARGADOR
DE BATERIAS
BANCO DE
BATERIAS
TABLERO DE SERVICIOS AUXILIARES
DE CORRIENTE CONTINUA
COMPONENTES
DEL SISTEMA DE
CORRIENTECONTINUA
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TABLERO DE SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE
CONTINUA (distribución de corriente continua)
Diseño:
Simple: con un solo cargador y un solo banco de baterías
Redundante: con dos cargadores y dos bancos de baterías
completamente independientes, inclusive conectado cada cargador adistintos tramos de barra del TSACA.
Esquema de conexión de puesta a tierra del banco de baterías
Componentes del tablero de servicios auxiliares de CC:
Protección de entrada al tablero (seccionador - fusible o interruptor),
detector de polo a tierra, elelementos de medición de tensión y
corriente, relé de sobretensión, protecciones de salidas (fusibles o
termomagnéticas)
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TABLERO DE SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE
CONTINUA (cont.)
Dimensionamientos varios:
Fusible o interruptor de entrada al TSACC por cortocircuito con aporte
de banco de baterías y cargador de baterías
Protecciones de cada circuito de salida del TSACC.
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BATERIAS
Tipos
Plomo - ácido de placas planas: duración estimada 5 años con
mantenimiento considerable. Bajo costo.
Plomo ácido de placas tubulares: duración estimada 10 añoscon mantenimiento considerable. Aceptan mayor frecuencia de
ciclos de carga-descarga sin deteriorarse.
Alcalinas (Niquel-cadmio): duración estimado 20 a 25 años con
bajo mantenimiento. Recomendadas para lugares desatendidos.
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REFERENCIA A TIERRA DE BANCOS
DE BATERIAS
La importancia de la referencia a tierra de los bancos de batería de
los sistemas auxiliares de corriente continua, radica en el
comportamiento de los mismos en caso de falla.
Según la conexión elegida, será posible que el sistema pueda
quedar en servicio o no en caso de fallas a tierra.
Según el esquema de protecciones seleccionado, será más o
menos difícil la detección y el reemplazo o reposición de
protecciones actuadas.
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REFERENCIA A TIERRA DE BANCOS
DE BATERIAS (cont.)
+ -
Negativo a tierra
Polo negativo a tierra, fusible del
lado positivo, si se ponen fusibles
en ambos polos, cuando se
presenta una falla es necesario
cambiar ambos fusibles (no
lográndose determinar el estado del
fusible que no actuó, lo que afecta
la confiabilidad), frecuentemente seprefiere también un seccionamiento
del lado tierra
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REFERENCIA A TIERRA DE BANCOS
DE BATERIAS (cont.)
Positivo a tierra
+ -
Polo positivo a
tierra, similar al
anterior
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REFERENCIA A TIERRA DE BANCOS
DE BATERIAS (cont.)
Negativo a tierra a través de una
resistencia y detector de corriente de
fuga
+ -
Negativo a tierra a través de
una resistencia de tierra,
requiere fusible del lado
positivo, la principal ventaja dela resistencia es que la
corriente de falla esta muy
limitada, y el sistema puede
quedar en operación con falla a
tierra del positivo. Es
fundamental no ignorar laprimera falla, ya que una
segunda falla en el polo
negativo causa la fusión de los
fusibles
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REFERENCIA A TIERRA DE BANCOS
DE BATERIAS (cont.)
Circuito aislado con detector de polo a tierra
(Ground fault monitor – Medidor de resistencia
de aislación)
+ -
Ground
faultmonitor
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PROTECCIONES EN TABLERO DE
SERVICIOS AUXILIARES DE CC
Sobre-corriente
Sobre-tensión
Sub-tensión
Detector de polo a tierra
Detector de corriente a tierra
Descargadores de sobre-tensiones
a) Generales
b) Particulares de cada circuito de salida
Sobre-corriente
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CARACTERISTICAS PRINCIPALES
DE BANCO DE BATERIAS
Capacidad de carga del banco:
Se determina en función de la necesidad de alimentación en caso
extremo y un período estimado de descarga razonable.
Tensión nominal de trabajo:
110 o 220 VDC.
Intensidad nominal de trabajo:
Ejemplo: 15 A. Es la capacidad que el banco de baterías puede entregar
durante el período de descarga normal o solicitado. Es común, que se
aclare la corriente que puede entregar el banco, con distintos tiempos de
descarga, por ejemplo en 10 horas, en 5 horas, en 2 horas, siempre hasta
llegar a la tensión mínima por elemento.
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Tensión admisible mínima de trabajo:
Se determina en función de los requerimientos para un funcionamiento
seguro de los equipos a alimentar . Se presenta en la condición de
funcionamiento con la mínima carga que debería alcanzar el banco en
condiciones normales.
Tensión admisible máxima de trabajo:
Se determina en función de los requerimientos para un funcionamiento
seguro de los equipos a alimentar . Se presenta cuando el banco alcanza
plena carga en el ciclo normal de funcionamiento.
CARACTERISTICAS PRINCIPALES
DE BANCO DE BATERIAS (cont.)
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CARACTERISTICAS PRINCIPALES
DE BANCO DE BATERIAS (cont.)
Tensión nominal mínima de trabajo:
Se relaciona con la tensión admisible mínima de trabajo, el número de
celdas del banco de baterías para alcanzar la tensión nominal del sistema
auxiliar de CC y el tipo de celda, por ejemplo para PB-ácido 1,81 V porcelda o elemento o para Niquel-Cadmio 1,14 V por celda o elemento.
Tensión nominal máxima de trabajo:
Se relaciona con la tensión admisible máxima de trabajo, el número deceldas del banco de baterías para alcanzar la tensión nominal del sistema
auxiliar de CC y el tipo de celda o elemento. Ejemplo: para baterías de
PB-ácido, es común considerar una tensión máxima recomendable de 2,7
V por elemento.
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CARACTERISTICAS PRINCIPALES
DE BANCO DE BATERIAS (cont.)
Período normal de descarga (autonomía de servicio):
Ej. 2 horas
Representa la autonomía del sistema y determina el tiempo mínimo de
descarga a pleno consumo, hasta alcanzar la mínima tensión admisible
de servicio.
Período máximo de carga:
Ej. 15 horas
Representa tiempo máximo admitido para recuperar la tensión nominaldel sistema, partiendo con el banco totalmente descargado.
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Ciclo de carga y descarga o régimen normal de
funcionamiento:
Representado normalmente por un diagrama Tensión –
Tiempo, desdeel estado de plena carga del banco de baterías o estado de máxima
tensión admisible (o programada), hasta el de mínima carga de trabajo
del banco admisible (o programada).
CARGADOR DE BATERIAS
La tensión en bornes del banco de baterías, se relaciona directamente
con el estado de carga del mismo (carga almacenada).
Máxima carga en el banco, implica máxima tensión en bornes y mínima
carga implica mínima tensión.
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CARGADOR DE BATERIAS (cont.)
Tensión nominal:
Calculada para atender la suma de los consumos máximos de cada carga en
el sistema de servicios auxiliares de corriente continua con un factor de
simultaneidad y la corriente de carga de mantenimientos del banco de
baterías.
Intensidad de Corriente continua nominal:
110, 220 VDC.
Calculada para atender la suma de los consumos máximos de cada carga en
el sistema de servicios auxiliares de corriente continua con un factor de
simultaneidad y la corriente de carga del banco de baterías en estado de
totalmente descargado.
Intensidad de Corriente continua máxima:
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Períodos característicos durante el ciclo de carga ydescarga:
Funcionamiento en carga a fondo.
Funcionamiento en carga a flote.
CARGADOR DE BATERIAS (cont.)
Uso actual: cargadores de batería regulados.
Regulan tensión y corriente según el estado de carga del banco de
baterías.
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CARGADOR DE BATERIAS (cont.)
Carga a fondo:
El banco de baterías no tiene carga, o ha alcanzado el estado mínimo de
carga admisible, caracterizado por la tensíon mínima de funcionamiento
seguro. Este modo de carga, implica máxima corriente de carga (valor pre-
seteable desde 0 a 100% In), generalmente a un 100% de In e implica
mantener una tensión constante máxima en bornes del banco de baterías.
Este valor máxima de tensión, depende del tipo de celdas, por ejemplo para
Pb-ácido es de 2,7 V por celda y para NI-Cd es de 1,65 V por celda. Con estemodo de carga, se pretende alcanzar rápidamente la tensión nominal del
sistema.
Carga a flote:
El banco de baterías tiene una tensión en bornes superior a la nominal del
sistema y por lo tanto recibe una Intensidad de corriente desde el cargadorque permite mantener el sistema en esas condiciones con el estado de carga
actual. Generalmente se diseña para mantener la tensión un 10% por encima
de la tensión nominal del sistema y serían valores típico 2,25 V por celda de
Pb-ácido y de 1,4 V para celda de NI-Cd.
La carga se inicia a corriente constante (máxima programada) en modo fondo
y termina a tensión constante en modo flote.
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CARGADOR DE BATERIAS (cont.)
Alarmas típicas:
Falla en la alimentación de corriente alterna (entrada del cargador de
baterías), ya sea falta total de tensión o falta de fase.
Falla del cargador de baterías (cargador fuera de servicio).
Falla a tierra de baterías (polo a tierra).
Baja tensión de continua en consumo.
Baja tensión de continua en banco de baterías.
Alta tensión de continua en banco de baterías.
Alta tensión de continua en consumo.
Indicación de fusible quemado (puente de diodos, salidas, circuitos de
control, circuito de comando).
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CARGADOR DE BATERIAS (cont.)
Mantenimiento preventivo:
Limpieza: Los cargadores de batería, son refrigerados en muchas ocasiones
por convección natural, por lo que deben limpiarse ventilas. Igualmente una
vez al año debería aspirarse placas electrónicas.
Verificación de conexiones evitar falsos contactos de terminales por falta de
ajuste de tornillos, especialmente si hay vibración.Verificar que no haya terminales sulfatados o corrídos, especialmente en la
conexión a bornes de banco de baterías.
Verificar tensiones de entrada y salida del cargador.
Verificar ripple en la tensión de salida a cargas.
Verificar estado de lámparas e indicadores luminosos en frente del cargador.
Verificar que no haya terminales sulfatados o corrídos, especialmente en la
conexión a bornes de banco de baterías.
Verificar el correcto funcionamiento de los comandos en el frente del panel
(carga en modo flote manual, carga en modo fondo en manual, cargador en
servicio, apagado o modo prueba, señales de indicaciones locales y remotas
coincidentes, etc).
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METODOLOGÍA DECÁLCULO
IEEE 1115
Elemento a tener en Funcionamiento Funcionamiento en
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cuenta normal emergencia
LEM salida ET PIP.
1) Motor resortes
900W
2) BC y BA 150 W c/u
3) R calefacción 50 W
Pot total= 50 W, 0,45
A.
Pot total= 50 W, 0,45
A.
Pot total= 50 W, 0,45
A.
Compact Salida ET
PIP
Motor drive,
unitripolar.
1) Motor resortes
1760W
(10 a 12 seg)
2) BC y BA 150 W c/u
3) R calefacción 50 W
Pot total= 50 W, 0,45
A.
Pot total= (1750 x
3)+50 W= 5300 W, 48
A.
Pot total= (1750 x
3)+50 W= 5300 W, 48
A.
LEM salida ET BSM.
1) Motor resortes
900W
2) BC y BA 150 W c/u
3) R calefacción 50 W
Pot total= 50 W, 0,45
A.
Pot total= 50 W, 0,45
A.
Pot total= 50 W, 0,45
A.
Compact Salida ET
BSM, unitripolar.
1) Motor resortes
450W
(10 a 12 seg)
2) BC y BA 200 W c/u
3) R calefacción 70 W
Pot total= 70 W, 0,64
A.
Pot total= (450 x
3)+70 W= 1420 W, 13
A.
Pot total= 70 W, 0,64
A.
LO PRIMERO
ACONFORMAR
, ES UN
CUADRO
DONDE
FIGUREN
TODOS LOSCONSUMOS
QUE TENDRÁ
QUE
ALIMENTAR
LA BATERÍA
.1) Motor resortes 900W , , 900+210=1110W, 10 A
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37
(10 a 12 seg)
2) BC y BA 200 W c/u
3) R calefacción 70 W
4) Termostato 140 W
Pot total=
900+210=1110W, 10 A
Compact Salida T2.
1) Motor resortes 900W
(10 a 12 seg)
2) BC y BA 200 W c/u
3) R calefacción 70 W
4) Termostato 140 W
Pot total= 210 W, 1,9 A Pot total=
900+210=1110W, 10 A
Pot total= 210 W, 1,9 A
Nota: Los carros de
extracción no se tienen en
cuenta para T1 y T2.
Celdas
Motor IAP 500 W
BA y BC 200 W c/u
Relé auxiliares 1,4 W
R calefacción 100 W
Luz 100 W
Pot total= 19x201,4
W=3826,6 W, 34,78 A
Pot total=
(500x3)+(19x201,4)=5326
,6 W, 48,42 A
Pot total=
(500x3)+(19x201,4)=
5326,6 W, 48,42 A
Protecciones
14 P123 84 W
2 P632 58 W
2 P442 52 W
2 p/ Bat C 40 W2 p/ Reactor 40 W
Pot total= 274 W, 2,49 A Pot total= 274 W
Pot total= 274 W
Telecontrol y
comunicaciones
2000 W
Pot total= 2000 W, 18,18
A
Pot total= 2000 W
Pot total= 2000 W
Otros consumos
1500 W
Pot total= 1500 W, 13,63
A
Pot total= 1000 W
Pot total= 1000 W
POTENCIA TOTAL 8240,6 W, 74,91 A 15390,6 W, 139,91 A
LO PRIMERO
ACONFORMAR
, ES UN
CUADRO
DONDE
FIGUREN
TODOS LOSCONSUMOS
QUE TENDRÁ
QUE
ALIMENTAR
LA BATERÍA
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Consid erando la desc arga en 2 ho ras, se verif icarán dos t ipo s dis t into s
de element os , con pos ibil i dad d e descarga de 110 A/h y 60 A/h. El cálcu lo
se duplic a a fin d e con segu ir la mejor co nd ición técn ica y económ ica.
Lo s elemento s o celd as, serán SAFT – NIFE, Tipo SBM, cuya cu rva de
descarga respo nde a lo sigu iente:
IEEE 1115
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IEEE 1115
IEEE 1115
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40
IEEE 1115
IEEE 1115
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IEEE 1115
IEEE 1115
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IEEE 1115
IEEE 1115
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43
Cálcu lo d el cargado r
El consumo de corriente en funcionamiento normal es de 74,91 A.
La batería de 86 elementos tiene 112 A/h, que para un tiempo de carga de
10 hs, es:
Tensión de red 3x380 V ± 10 %
Hz 50 ± 3 %
KVA 6
Corr iente de entrada 10 Aca
Tensión cc f lo te 120 Vcc ± 2 %
Carga profund a 146 Vcc ± 2 %Lim itación de corr iente 25 Acc
Con equipo de regulación de tensión
IEEE 1115
7/17/2019 Servicios Auxiliares en estaciones transformadoras
http://slidepdf.com/reader/full/servicios-auxiliares-en-estaciones-transformadoras 44/44
44
MUCH S
GR CI S