Manual de Instalación del Sistema de Protección Eléctrica
DIGETE V1.2014
MANUAL DE INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN Y ENERGÍA FOTOVOLTAICA
(Conceptos, Técnicas de Instalación, Materiales)
2014 DIGETE - Ministerio de Educación Dirección de Informática y Telecomunicaciones Equipo de Telecomunicaciones Diseño y Elaboración: Ing. CIP. Julio Mera Casas
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INTRODUCCIÓN
El objetivo de este manual, es brindar la información necesaria al Docente de Apoyo Tecnológico (DAT) y Docente del Aula de Innovación Pedagógica (DAIP), CRT de la DIGETE, con el propósito que pueda realizar la instalación y mantenimiento de sistemas de protección como es el caso de los pararrayos y puesta a tierra, así como también para los sistemas de energía fotovoltaica en las instituciones educativas que cuenten con equipamiento VSAT y fotovoltaico.
Se explica en forma práctica, con imágenes que le ayudarán a comprender el procedimiento de la implementación del Sistema de Pararrayos, Sistema de Puesta a Tierra (SPAT) y Sistemas de Energía Fotovoltaica (SFV) y realizar el mantenimiento respectivo.
El presente trabajo se ha dividido en 03 capítulos, tales como Capítulo I: Instalación y Mantenimiento de Sistema de Pararrayos, Capitulo II: Instalación y Mantenimiento de Sistema de Puesta a Tierra, y Capitulo III: Sistemas de Energía Fotovoltaica.
Para la realización de los trabajos de instalación y mantenimiento de estos sistemas se deberá coordinar con la Unidad de Telecomunicaciones de la DIGETE.
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CAPITULO I INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMA DE PARARRAYOS
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1. CONCEPTO DE RAYO: •
El rayo es la unión violenta de las cargas positivas y negativas, constituyendo una descarga eléctrica a través de gases de baja conductividad, las descargas pueden ocurrir de nube a nube o de nube a tierra. Éstas últimas son a las que nos referiremos por ser las que provocan daños en tierra.
•
Las descargas pueden ocurrir de nube a nube o de nube a tierra. Esta última la más peligrosa, pues es la que puede producir daños a estructuras, animales y personas.
•
Simultáneamente con el rayo se produce la luz (relámpago) y sonido (trueno).
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2. Efectos de los rayos: Mecánicos: destrucción de elementos afectados. Térmicos: incendios, volatilización de metales por fusión. Fisiológicos: quemaduras, parálisis y a menudo la muerte. Eléctricos: generación de tensiones de paso y de contacto
3. Sistema de Pararrayos Son elementos, metálicos cuya función es ofrecer un punto de incidencia para atraer un rayo y canalizar la descarga eléctrica hacia tierra, de modo tal que no cause daños a las instalaciones de telecomunicaciones como por ejemplo en las estaciones repetidoras de microondas, TVRO, VSAT, equipos de radio y equipos de cómputo en general. Además lo más importante proteger a los seres humanos.
3.1 Tipos de Pararrayos: Pararrayos tipo Franklin Pueden ser de una y de cuatro puntas (tetrapuntal), este último es el que usamos en las instalaciones de los Sistemas de Pararrayos en las instituciones educativas que cuentan con sistema VSAT y fotovoltaico.
Pararrayos tipo Radiactivo Usa un material radioactivo en el captor, el cual tiene la prioridad de ionizar la atmósfera, multiplicando en decenas y centenas de millones de veces su conductividad. Los radio isótopos más comunes que se emplean en los captores de estos pararrayos radioactivos son el Radio 226, el Americio 241, etc. Lo importante es que en todos los casos se garantice la no contaminación del medio ambiente.
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3.2 Componentes de un Sistema de Pararrayos: •
Captor. Llamado Es un elemento conductor de una terminación aérea, capaz de atraer una descarga atmosférica, para desviarla de alguna parte vulnerable de una estación de telecomunicaciones, escuelas, viviendas, etc.
•
Torre. Es la estructura metálica donde el la parte superior se instala el captor, es el que da altura y define el área de protección.
•
Cable de bajada. Es aquel que conecta al captor (pararrayos) y el Sistema de Puesta a Tierra (SPAT). A través de él circula la descarga eléctrica de un rayo hacia tierra.
•
Puesta a tierra (SPAT). Es la encargada de dispersar con rapidez y confiabilidad cualquier corriente de descarga.
3.4. Campo de Protección de un Pararrayos: •
Tipo Franklin, está determinado por un cono, teniendo como vértice el punto más alto del pararrayos y cuya generatriz forma un ángulo de 60° con relación al vértice. Correctamente instalado, un sistema de Pararrayos puede brindar un ángulo de Protección de aproximadamente de 45 a 60 grados. Estadísticamente se ha comprobado que su campo de protección se debe calcular aproximadamente con un radio igual a su altura.
•
Tipo Radiactivo, es mucho mayor que el de un pararrayos tipo Franklin, existe una buena diferencia de costos entre pararrayo Franklin y un Radioactivo; este último, ofrece mayores ventajas y cuesta mucho más.
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3.5. Instalación de un Sistema de Pararrayos:
El pararrayos estará al menos dos metros por encima de cualquier otro elemento dentro de su radio de protección.
El conductor de bajada se instalará de forma que su recorrido sea lo más directo posible, evitando cualquier acodamiento brusco o remonte
A continuación se muestra un esquema general de una instalación de un sistema de pararrayos en una estación remota VSAT.
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Instalación en suelo
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Instalación en azotea
3.7 Normatividad de los Sistema de Pararrayos El objetivo de las normas actuales de protección contra el rayo es salvaguardar la vida de las personas e instalaciones y remarcan que en mayor o menor grado, aceptan que no existe una protección absoluta contra el rayo, sino sólo una protección adecuada. IEC 62305: Norma internacional NFC-17102 - UNE 21186: Norma internacional
3.8 Mantenimiento de los Sistema de Pararrayos El mantenimiento del sistema de pararrayos tipo Franklin en particular se refiere a la limpieza del captor los pararrayos, cambio de los elementos de fijación, ajuste de conectores, protección con grasa para contactos revisión del recorrido del cable de bajada hasta el pozo a tierra, revisión periódica de pozo a tierra, revisión y ajuste de los vientos de la torre del pararrayos.
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CAPITULO II INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
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SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA
1. Concepto
Es un conjunto de elementos formados por electrodos, cables, conexiones, platinas y líneas de tierra física de una instalación eléctrica, que permiten conducir, drenar y disipar a tierra una corriente no deseada.
Un sistema de puesta a tierra consiste en la conexión de artefactos eléctricos y electrónicos a tierra, para evitar que sufran daño, tanto las personas como nuestros equipos, en caso de una corriente de falla.
2. Finalidad de las Puestas a Tierra Brindar seguridad a las personas. Proteger las instalaciones, equipos y bienes en general, al facilitar y garantizar la correcta operación de los dispositivos de protección. Establecer la permanencia, de un potencial de referencia, al estabilizar la tensión eléctrica a tierra, bajo condiciones normales de operación. Mejorar la calidad del servicio eléctrico, disipar la corriente asociada a descargas atmosféricas y limitar las sobre tensiones generadas. Mantener los potenciales producidos por las corrientes de falla dentro de los límites de seguridad de modo que las tensiones de paso o de toque no sean peligrosas para los humanos
2.1 ¿Porqué instalar un Sistema de Puesta a Tierra? Se debe instalar un sistema de puesta a tierra porque ante una descarga atmosférica o un corto circuito, sin tierra física, las personas estarían expuestas a una descarga eléctrica, los equipos tendrían errores en su funcionamiento. Si las corrientes de falla no tienen un camino para disiparse, por medio de un sistema de conexión correctamente diseñado, entonces éstas encontrarían caminos no intencionados que podrían incluir a las personas. 1. Seguridad Humana 2. Seguridad de los Equipos eléctricos ó electrónicos 3. Buen funcionamiento de los equipos
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3. Características geoeléctricas del suelo Todo sistema de puesta a tierra, involucra el conjunto (electrodo – suelo), es decir la efectividad de toda puesta a tierra será la resultante de las características geoeléctricas del terreno y de la configuración geométrica de los electrodos a tierra. Los suelos están compuestos principalmente, por oxido de silicio y óxido de aluminio que son muy buenos aislantes, sin embargo, la presencia de sales y agua contenidas en ellos mejora notablemente la conductividad de los mismos. Los factores que determinan la resistividad de los suelos son: • La naturaleza de los suelos • La humedad • La concentración de sales disueltas • La temperatura
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4. Métodos aplicados para la elaboración de Sistema de Puesta a Tierra (SPAT) 4.1 Método tradicional (aplicando Aditivo Thor Gel o similar)
Se emplea aditivos químicos del tipo GEL Ejemplos: THORGEL. Laborgel, Tierra Gel. Requieren mantenimiento cada 4 a 6 meses Se recomienda repotenciarlo cada 2 a 3 años Sufren pérdidas de su conductividad eléctrica al paso de los años.
4.1.1 Materiales a emplear para un pozo de Puesta a Tierra 01Caja de registro con tapa ( 40x40cm) 01 Electrodo principal (varilla de cobre puro de 3/4 “ x 2.40 m) 03 Conectores desmontable ( conector pico de loro de 3/4 “ ) Conductor de conexión (cable Nº 6 AWG, color amarillo-verde o amarillo ) desde el pozo a tierra hasta el tablero eléctrico de distribución que será ubicado dentro del aula de cómputo VSAT (solo para puesta a tierra para equipos) 06 m de cable de cobre denudo de 50 mm2 o 1/0 ) utilizado como Electrodo auxiliar Pozo vertical ( 1m de diámetro x 3m de profundidad) u horizontal 3 m3 de tierra de cultivo , totalmente tamizada en malla de 1/2 “ Aditivo ( 02 dosis química de Thorgel, Tierragel, Protegel, Laborgel o similar) 01 balde de plástico de 20 litros de capacidad 01 compactador o pizón de 40 kilos (para compactar la tierra dentro del pozo) 01 escalera de 3 metros. Herramientas varias, palanas, picos carretillas, etc. 4.1.2. Consideraciones técnicas para la elaboración de Sistemas de Puesta a Tierra
Es necesario contemplar la construcción de pozos ( o arreglos de pozos ) de tierra de electrodo vertical u horizontal con arreglo de electrodos auxiliares en forma de lazo sobre el electrodo principal (varilla de cobre) con la finalidad de soportar la totalidad de la red eléctrica para los equipos de cómputo de las instituciones educativas.
El arreglo de pozos de tierra a construir en cada local deberá ser rellenado con tierra de cultivo previamente zarandeada en malla de 1/2 pulgada mezclada y tratada con dosis químicas del compuesto químico Thorgel, Laborgel ó similar . Los pozos deberán tener 3 metros de profundidad por 1 metro de diámetro (pozo vertical).
Se debe dejar caja(s) de registro de 40 X 40 cms con tapa(s) para inspección y mantenimiento ( puede también aplicarse caja de registro de PVC tipo bóveda. Asimismo se debe considerar la elaboración de por lo menos 2 puntos de medición con sus respectivas tapas metálicas sobre piso de concreto.
El valor óhmico del sistema de puesta a tierra debe ser menor o igual a 8 ohmios.
Debe existir un solo sistema de puesta a tierra.( 2 o más pozos interconectados con cable de cobre desnudo de 50 mm2)
La separación entre cada pozo debe como mínimo ser 6 metros y máximo 10 metros.
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4.1.2 Preparación de la Puesta a Tierra Pozo vertical Son las que más se aplican por el mínimo de espacio que necesitan. Primer Paso: Excavar un pozo de 1mt de diámetro por una profundidad de 3mt desechando todo material de alta resistencia, piedra, hormigón, cascajo, etc. Preparar el arreglo de la varilla de cobre con electrodo auxiliar ver figuras
15cm conector pico de loro de 3/4"
20 cm
20 cm
electrodo principal (Varilla de cobre de 3/4 " x 2.40 m)
electrodo auxiliar (6m de cable de cobre desnudo de 50mm2)
20 cm
20 cm
Fig.Arreglo con electrodos auxiliares
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Segundo Paso Para rellenar el pozo se utilizará tierra de cultivo tamizada en malla de 1/2 “llene los primeros 0.30 mts y compacte con un compactador y coloque la barra de cobre de 3/4 “de diámetro y de 2.40 mts de longitud (con arreglo de electrodo auxiliar. Ver figura), llene los siguientes 0.20mt y vuelve a compactar, repita la operación no olvidando que la tierra debe estar húmeda hasta completar la mitad del pozo.
30 cm
15 cm
3m
mitad del pozo
"camita" con tierra de cultivo compactada
30 cm
1m
Tercer Paso (Utilizando dosis química Thorgel) Disuelva el contenido de la bolsa azul de la primera caja de dosis de Thorgel en 20 Lts de agua y viértala en el pozo ,espere que todo sea absorbido, luego disuelva el contenido de la bolsa crema de la dosis Thorgel en 20 Lts de agua ,viértala sobre el pozo y espere que sea absorbido totalmente.
NOTA: Cuando se utilice otros aditivos químicos como por ejemplo el compuesto químico Tierragel, se tendrá que mezclar una de las bolsas con tierra de cultivo totalmente zarandeada y las dos bolsas restantes se mezclarán con agua (ver instrucciones dentro de la caja del aditivo químico a emplear) Después de absorver el contenido de la bolsa azul ,mezcalr 20 lt de agua + contenido de bolsa crema
Mezclar 20 lt de agua + contenido de bolsa azul
30 cm
15 cm
3m
1/2 del pozo
14 "camita" con tierra de cultivo compactada 1m
30 cm
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Cuarto Paso Repita la aplicación con la segunda caja de dosis de Thorgel, hasta culminar el pozo, coloque una caja de registro de concreto con tapa, por medio de la cual se realizarán las mediciones del pozo y facilitará el la mantenimiento periódico ( cada 2 o 4 años para la renovación del pozo ) y para la conservación del mismo (cada 4 o 6 meses echar al pozo 30 litros de agua) .
caja de registro de 40 x40 cm
Tapa de registro 40 x 40 cm
30 cm cable de descarga 6 AWG,en tubo de 1/2" ,va conectado a la platina de cobre del tablero eléctrico del laboratorio de cómputo
15 cm
3m
"camita" con tierra de cultivo compactada
30 cm
1m
4.2 Método aplicando- Cemento Conductivo
Ofrece menor resistencia de puesta a tierra a diferencia de los métodos tradicionales. Libre de mantenimiento No contamina el medio ambiente Es adecuado en cualquier lugar y es particularmente eficaz en áreas en las que la resistividad del terreno es muy alta.
4.2.1 Preparación de la Puesta a Tierra Horizontal
Excavar una zanja de 0.40x0.80x4.00m de largo Echar abundante agua para humedecer el terreno Cernir la tierra, retirar las piedras y proceder a humedecer con agua toda la zanja. Colocar una primera capa de tierra de cultivo, luego compactar. Colocar la primera capa de cemento conductivo ERICOGEM (01 bolsa) en el fondo de la de la zanja, la mayor cantidad de material conductivo al centro de la zanja, pues sobre este lugar es donde se colocara la platina de cobre. Colocar la platina de cobre sobre la capa de ERICOGEM, agregar la segunda dosis de ERICOGEM y cubrir nuevamente con más tierra de cultivo, siempre pisonear la tierra que se ha colocado y volver a humedecer con más agua a fin de mantener húmedo el material conductivo.
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Colocación de la platina de cobre
Aplicación Del Érico GEM 01 Bolsa
Aplicación de tierra tamizada
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Aplicación Del Érico GEM 01 Bolsa
Fijación de la caja de registro y fraguar todo el área de la superficie con concreto evitar que la platina con la tierra + Unión Split bolt
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5. Medición de Puestas a Tierra Nos permite verificar la capacidad de evacuación y dispersión de corriente a tierra en el sistema instalado (una puesta a tierra será eficiente cuando su medición arroje valores pequeños, menores a 8 Ohmios) Para verificar las condiciones de resistencia de una puesta a tierra se debe tener presente los siguientes requerimientos: La instalación debe estar desenergizada Se deben retirar todas las conexiones de la puesta a tierra La medición se efectúa por 2 métodos: Directo (utilizando el medidor de tierra) o indirecto.
Proceso de ejecución: 1. Prepare el medidor de puesta a tierra, conectando los puntos de prueba en sus respectivos terminales. 2. Verificar el estado de las baterías ( con el botón check battery del medidor de pozo a tierra) 3. Coloque las picas auxiliares, tratando que se encuentren en un mismo eje con la varilla de la puesta a tierra, colocando cada pica auxiliar a una distancia de 5 a 10 m una de otra. 4. Las picas auxiliares deberán quedar ajustadas de modo que hagan un buen contacto. 5. Debe humedecerse el terreno donde se ha fijado las picas. 6. Efectué la medición, seleccionando el rango adecuado ( R X1 ó RX10 ), Observe y anote el valor indicado 7. Repita el procedimiento en otra dirección y anote la medición
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CAPÍTULO III SISTEMAS DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA EN LAS AIP Y CRT
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1.
DESCRIPCION DE UN SISTEMA DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA: El sistema de energía fotovoltaica, es un conjunto de componentes que interactúan entre sí, con la finalidad de convertir la energía solar (rayos solares) en energía eléctrica (electricidad), para ser suministrada adecuadamente a una serie de equipos que trabajan con corriente eléctrica como por ejemplo luminarias, televisor, laptops, reproductor de DVD, servidor de bajo consumo, equipo de comunicación satelital, etc.
2.
KIT DE SISTEMA DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA : 1. Paneles solares.- Sirve para convertir la energía solar en energía eléctrica 2. Regulador de Carga.- Sirve para controlar la carga y la descarga de la batería 3. Banco de baterías.- Sirve para acumular la energía eléctrica proveniente de los paneles solares y ser aprovechado para usarla en las noches o en días nublados. 4. Inversor.- Sirve para convertir la energía eléctrica DC en energía eléctrica AC a 220 Voltios 5. Tablero eléctrico.- Sirve para distribuir correctamente la energía eléctrica paras el funcionamiento de los equipos electrónicos. 6. Sistema de Puesta a tierra.- Permite la protección de las personas y equipos ante descargas atmosféricas, corrientes por fallas de aislamiento, etc. 7. Sistema de pararrayos.- Permite minimizar los efectos de los rayos protegiendo a los equipos y a las personas. 8. Enrejado.- Permite la protección de los paneles solares ante el tránsito de las personas 9. Luminarias LED.- Permite ofrecer la iluminación necesaria durante las noches.
3.
BUEN USO A continuación se dan las instrucciones para el buen uso y cuidados del Sistema de Energía Fotovoltaica: 1. No golpee los paneles ni dejen que lo rayen o le tiren piedras. 2. Evitar que los insectos como avispas y abejas formen sus nidos o panales en los paneles solares y su estructura, así mismo en la caseta o aula donde estén alojados los equipos. 3. No colocar ningún tipo de objeto sobre la superficie del banco de baterías. 4. No colocar cordel en la torre del pararrayos ni usar como tendedero de ropa en los paneles solares. 5. Queda terminante prohibido la conexión de equipos ajenos a los utilizados en las AIP y CRT tales como: • Cocina eléctrica • Taladro • Plancha eléctrica • Hervidor • Lámpara incandescentes • Equipo de sonido de alta potencia, etc 6. No realizar conexiones fuera de lo recomendado en el manual de usuario brindado por la empresa instaladora en cada instalación.
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4.
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MANTENIMIENTO PREVENTIVO Limpiar periódicamente la caseta de equipos y la superficie de los paneles solares con paño suave y húmedo (puede usar detergente y agua), tener cuidado de no rayarlos ni quebrarlos.Es preciso hacerlo al amanecer o atardecer cuando los paneles no estén calientes. Verificar que no se produzcan sombras sobre los paneles solares y que estén limpios o libres de hojas. Podar la maleza y arbustos del entorno de la caseta de equipos y estructura de paneles solares. Limpiar del polvo e insectos a los equipos electrónicos ubicados en la caseta de equipos (inversor y controlador de carga), también las cajas de conexiones, evitar el derrame de elementos de tipo líquido sobre ellos. Mantener húmedo los pozos a tierra en ausencia de lluvias como medida de prevención y repotenciar los mismos con dosis química Thorgel o similar cada 2 ó 3 años. En el caso de usar cemento conductivo este no requiere mantenimiento. Limpiar con paño seco el banco de baterías, evitar tener contacto con los bornes de cada batería. Revisión periódica del techo de la caseta ambiente especial de equipos para evitar posible ingreso de agua y humedad en épocas de lluvia a los equipos como las baterías, inversor y regulador de carga.
5.
SEGURIDAD Restringir el acceso de personas no autorizadas a la caseta de equipos y paneles solares. Cambiar la cerradura de la puerta de la caseta o ambiente especial para los equipos de ser el caso de estar dañado. Implementar sistemas de seguridad ante posible robo de paneles solares y/o partes del sistema fotovoltaico. Los paneles solares estará protegido con un enrejado el cual no deben permitirse el ingreso de animales y/o personas, deberá tener una puerta con cerradura para el ingreso de personal autorizado para realizar los mantenimientos. La manipulación de ciertos elementos de la instalación puede invalidar la garantía, al igual que las modificaciones del trazado eléctrico o el puenteo del regulador de carga. El primer punto importante es la vigilancia, una operación que realizada con una frecuencia periódica permite detectar anomalías en la instalación que podrían a largo plazo producir fallos producidos por suciedad en los paneles solares. Esta actividad deberá ser realizada por personal de la institución educativa que en su oportunidad fue capacitada en el uso de los mismos por la empresa que realizó la instalación.
6.
SOPORTE TECNICO Cada uno de los equipos que conforma el Sistema Fotovoltaico, tiene una garantía por un determinado tiempo respecto a su buen funcionamiento. Por tanto, el director de cada IE es el responsable de cualquier anomalía en el funcionamiento del equipo. Ésta deberá ser reportada a la Dirección de Informática y Comunicación de la DIGETE. El reporte respectivo es importante para la ejecución de las garantías. Para los reportes de fallas o cualquier indicio de inoperancia del equipamiento se empleará cualquier medio de comunicación (teléfono, fax, correo, etc). En forma paralela se deberá presentar un documento escrito a la Dirección General de Tecnologías Educativas - MED, en el que se detalle a groso modo los diagnósticos de mal funcionamiento de los equipos fotovoltaicos. Está terminantemente prohibido cualquier intento de reparación, o manipulación del equipo ante cualquier falla en su funcionamiento, ya que traería como consecuencia la pérdida de la garantía. Para los equipos que ya no están en garantía, la institución educativa beneficiaria deben gestionar la reparación, mantenimiento o reposición de equipos que contiene la Estación Remota VSAT.
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7.
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DE LA RESPONSABILIDAD: La Dirección General de Tecnologías Educativas es responsable sólo por la entrega del equipamiento fotovoltaico, una vez entregado, instalado y puesto en funcionamiento, señalado en el presente documento, el Director de cada institución Educativa, es la persona responsable del cumplimiento de las disposiciones presentes, tanto de uso como de seguridad, garantizando, de esta manera, la cautela de los bienes entregados. Para el cumplimiento de la presente, el Director de la Institución Educativa deberá hacer partícipe y promover la colaboración de los padres de familia y de todos los involucrados de la población o localidad donde se encuentre instalada el Sistema fotovoltaico.
CONTACTOS Unidad de Telecomunicaciones - DIGETE Teléfono
: 01- 6155800 anexos 22031, 21277
Ing. José Vidal Huarcaya Ing. Julio Mera Casas Ing. Raúl Bravo Ganoso Ing. Daymo Chávez Ing. Luis Díaz Patiño Ing. Miguel Bautista Ing. Cesar Ríos Ing. Daniel Cabello
:
[email protected] : jmera@ minedu.gob.pe :
[email protected] :
[email protected] :
[email protected] :
[email protected] :crí
[email protected] :
[email protected]
ANEXO COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ENERGIA FOTOVOLTAICA:
PANELES SOLARES
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CONTROLADOR DE CARGA
BANCO DE BATERIAS
INVERSOR
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EXPERIENCIAS:
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