18/08/2015 1 INTRODUCCION AL CURSO [email protected]Msc Ing. HUBER MURILLO M UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO • En una red de distribución eléctrica pueden producirse PERTURBACIONES (alteraciones) por: – Descargas atmosféricas. – Maniobras de los dispositivos de corte – Fallos del material: aislantes de las máquinas y cables. – Factores humanos: falsas maniobras, malos ajustes. • Principales perturbaciones: – Sobrecargas y cortocircuitos, – Corrientes de fuga a tierra, – Sobre y subtensiones, – Sobre y subfrecuencias. INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS [email protected]Msc Ing. HUBER MURILLO M PERTURBACIONES ELECTRICAS
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PERTURBACIONES ELECTRICAS
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• Las sobrecargas excesivas provocan los cortocircuitos y
estos ocasionan riesgos eléctricos (el calor generado
puede encender los materiales circundantes).
• El punto al cual la corriente en un conductor excede la
temperatura de régimen de su aislamiento es llamado
punto crítico.
carga
tem
pe
ratu
ra
AISLANTE PELIGRO
PUNTO CRÍTICO
¡ Por lo tanto, es importante contar con
dispositivos que detecten
oportunamente las sobrecargas y las
eliminen ! INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS [email protected] Msc Ing. HUBER MURILLO M
EFECTOS DE LAS SOBRECARGAS
• Si dos conductores de un
circuito se unen en forma
imprevista esto permite
que se presenten en el
circuito sobrecorrientes
muy peligrosas. A este
elevado flujo de electrones
se le denomina corriente
de cortocircuito.
M
Gran corriente
Un cortocircuito puede ocurrir si el aislamiento
entre dos conductores se corta y permite que la
corriente pase directamente entre ellos.
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EFECTOS DE LOS CORTOCIRCUITOS
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Para la protección de los cables y demás equipos eléctricos
se utilizan:
Fusibles:
• Son dispositivos que tienen un elemento que se funde
con el paso de la corriente y de este modo corta el paso
de la corriente eliminando la falla (cortocircuito).
• Se utilizan para la protección contra cortocircuitos
Interruptores automáticos:
• Son aparatos que disponen de elementos que
detectan las sobrecorrientes (sobrecargas y
cortocircuitos) y abren automáticamente el circuito
eliminando la sobrecorriente.
• Se utilizan para la protección contra sobrecargas y
cortocircuitos.
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DISPOSITIVOS DE PROTECCION
• Interruptor automático IEC 947 - 2: “ Aparato
mecánico de conexión capaz de establecer,
soportar durante un determinado tiempo e
interrumpir corrientes en condiciones
ANORMALES del circuito (corrientes de
cortocircuito).
• De acuerdo al National Electrical Code (NEC):
“ Un dispositivo diseñado para abrir y cerrar un
circuito por medios no automáticos y para abrir el
circuito automáticamente a una determinada
sobrecorriente sin que se dañe cuando es aplicado
apropiadamente dentro de su capacidad”.
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INTERRUPTOR AUTOMATICO
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Están divididos básicamente:
• De acuerdo a su capacidad de apertura, se
clasifica en categorías :
–Baja capacidad de apertura
(Residencial)
–Capacidad de apertura Normal
–Alta capacidad de apertura (industrial)
–Muy alta capacidad de apertura
(Limitadores)
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TIPOS DE INTERRUPTOR AUTOMATICO
• Interruptores automáticos miniatura (Miniature Circuit Breaker – MCB): son pequeños interruptores modulares (unipolares o multipolares ), destinados a la protección de cables, especialmente para instalaciones residenciales.
Los interruptores automáticos también se designan de acuerdo a su tamaño y construcción en:
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TIPOS DE INTERRUPTOR AUTOMATICO
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• Interruptores de caja moldeada (Molded Case Circuit Breaker – MCCB): Son los que tienen una caja soporte de material aislante moldeado que forman una parte integral del interruptor automático.
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TIPOS DE INTERRUPTOR AUTOMATICO
Las unidades de disparo termomagnéticas
• elemento térmico, encargado de la protección contra sobrecarga y
• elemento magnético encargado de la protección contra cortocircuito.
• Se disponen de unidades de disparo para:
– Protección de cargas genéricas,
– Protección de generadores y cables de gran longitud
– Protección de motores en coordinación con contactores y relés térmicos
250 A
225
200
212 237 1 2 1875
1250
1550
2500 A
2220
LTM
FET Ir Im
Ir
Im
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INTERRUPTORES EN CAJA MOLDEADA MCCB
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Las unidades de disparo electrónicas
Requieren de una fuente de alimentación, pero ofrecen
una serie de ventajas:
Precisión del valor de disparo entre 1.05 y 1.20 In
Insensibilidad a la variación de temperatura ambiente.
Obtención de varios tipos de curvas características
Control y monitoreo de carga, mediciones, indicación de
la causa del disparo (sobrecarga, cortocircuito o falla a
tierra), mediciones, transmisión de datos y test.
Sensor Procesador Disparador
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INTERRUPTORES EN CAJA MOLDEADA MCCB
• Interruptores en aire (Air Circuit Breaker - ACB): son interruptores del tipo abierto para protección de instalaciones con rangos de corriente superiores a 400 A.
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• Interruptores
automáticos para
uso residencial: que
están regidos por la
Norma IEC 898 e
incluye básicamente
a los interruptores
automáticos
miniatura y son
modulares (MCB).
Se puede hacer otra clasificación desde el punto de vista normativo:
• Interruptores automáticos para
uso industrial: que están regidos
por la Norma IEC 947-2 y que
incluye a los interruptores de
caja moldeada (MCCB) y a los
interruptores automáticos en
aire (ACB)
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TIPOS DE INTERRUPTOR AUTOMATICO
• Interruptores automáticos de caja moldeada (Molded Case
Circuit Breaker – MCB): dentro de estos hay otro tipo de
interruptor, el interruptor automatico en caja aislada
(Insulated Case Circuit Breakers – ICCB). Normas
aplicables: NEMA AB-1 y UL 489-1991
• Interruptores automáticos de Potencia de Baja Tensión
(Low-Voltage Power Circuit Breaker – LVPCB): Son los
interruptores de bastidor abierto. Las normas aplicables
Los interruptores automáticos de Baja Tensión, BAJO NORMAS AMERICANAS (ANSI, IEEE, UL) se clasifican en dos tipos principales:
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TIPOS DE INTERRUPTOR AUTOMATICO
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Normalmente los interruptores están formados por 2 partes fundamentales para su funcionamiento:
– La caja (frame)
– Los elementos de protección
La caja (frame), donde los
elementos principales son:
– Sistema de contactos principales
– Mecanismo de operación
– Cámara de arco
– Bornes de conexión
Borne superior
Borne inferior
Contacto fijo
Contacto móvil
Cámara de arco
Mecanismo
de operación
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PARTES DEL INTERRUPTOR AUTOMATICO
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PARTES DEL INTERRUPTOR AUTOMATICO
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1 Corte de arco rápido.
2 Contactos duales repulsivos.
3 Conductores en forma de U.
RESULTA MUY IMPORTANTE E IMPRESCINDIBLE CONTAR CON UNA CAMARA DE EXTINCION DEL ARCO QUE SE PRODUCE AL PRENDER ó APAGAR EL INTERRUPTOR AUTOMATICO
PROPORCIONA
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MECANISMO DE CORTE RAPIDO MODERNO
• Con el incremento del grado de automatización, es necesario utilizar una protección selectiva en los circuitos de control y mando
• Los accesorios
adicionales ayudarán a complementar la OPERATIVIDAD, SELECTIVIDAD Y PROTECCION DE LOS CIRCUITOS DE CONTROL.
Contactos
auxiliares
contactos principales
alarma
Bobinas de
disparo
mínima tensión
Máxima tensión
Operadores
eléctricos
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CIRCUITOS DE CONTROL
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• Los requerimientos de seccionamiento
, para realizar operaciones de
mantenimiento u otros trabajos,
exigen que el interruptor principal
pueda ser bloqueado mediante UN
CANDADO o en otros casos bloquear
el acceso (bloquear la puerta) si están
conectados.
• La protección de personas contra
contactos accidentales (directos o
indirectos)
• Los interruptores cumplen plenamente
con estos requerimientos con la
adición de los accesorios adecuados
Manija rotativa para montaje directo
Manija rotativa para montaje en puerta
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EL ITM Y LA SEGURIDAD DE LAS PERSONAS
Un interruptor automático tiene las siguientes funciones:
– Maniobra: permite cerrar y abrir un circuito por medios no
automáticos.
– Protección contra sobrecargas o cortocircuitos : asociados a
una unidad de disparo, produce la apertura automática del
interruptor.
– Seccionamiento: permiten acceso a los circuitos alimentados
sin riesgo para los operarios
– Control a distancia: apertura y cierre remoto
– Señalizaciones: estado de los contactos principales y alarmas
La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), publicó la
IEC 947-2 para interruptores automáticos, teniendo en cuenta el
desarrollo tecnológico
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FUNCIONES DE LOS INTERRUPTORES AUTOMÁTICOS
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• La Norma que se aplica a los interruptores automáticos
de Baja tensión hasta 1000 VAC y 1500 VDC, es la IEC
947-2
• Esta norma fija:
- Las características de los interruptores automáticos
- Las condiciones a las que deben responder.
- Su funcionamiento y comportamiento en servicio normal.
- Su funcionamiento y comportamiento en caso de
sobrecarga y cortocircuito, incluida la selectividad.
- Sus propiedades dieléctricas.
- Los ensayos y métodos para realizarlos.
- Las información que hay que marcar en los aparatos
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NORMA APLICABLE A LOS ITM INDUSTRIALES IEC
Tensiones
• Tensión de empleo asignada (Ue)
• Tensión de aislamiento asignada (Ui)
• Tensión soportada al impulso asignada (Uimp)
Intensidades
• Intensidad térmica convencional al aire libre (Ith)
• Intensidad térmica convencional bajo envolvente (Ithe)
• Intensidad asignada (In)
Intensidades de cortocircuito
• Poder nominal de cierre de cortocircuito (Icm)
• Poderes nominales de corte en la corriente de cortocircuito
(último - Icu, de servicio - Ics)
• Intensidad nominal de corta duración admisible (Icw)
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INTERRUPTORES
...
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Tensión de empleo asignada
(Rated operational voltage) (Ue):
“Valor de tensión, el cual combinado
con la corriente asignada de empleo
determina la aplicación del equipo y a
la cual se refieren los ensayos y la
categoría de utilización”
– Se expresa generalmente como la
tensión entre fases: 480V
– En USA y Canadá se expresa
también con la tensión fase-tierra
(3, 4h, neutro a tierra): 277/480V
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INTERRUPTORES
...
Tensión de aislamiento asignada
(Rated insulation voltage) (Ui):
“Valor de tensión al cual son
referidos los ensayos dieléctricos y
las líneas de fuga”
• En ningún caso el máximo valor de
la tensión de empleo asignada debe
exceder la tensión de aislamiento
asignada.
• El máximo valor de la tensión de
empleo asignada puede
considerarse como tensión de
aislamiento asignada, si ésta no es
especificada
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INTERRUPTORES
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Tensión soportada al impulso asignada (Rated
impulse withstand voltage) (Uimp):
• Valor pico de la onda de impulso de forma y polaridad
determinada, que es capaz de resistir el equipo sin falla,
bajo condiciones especificadas de ensayo y a la cual son
referidas las distancias de aislamiento.
• Esta tensión debe ser igual o superior a los valores
dados para las sobretensiones transitorias que se
produzcan en el sistema en el que esta instalado.
• La forma de onda es la simulación de una onda
provocada por un fenómeno atmosférico.
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INTERRUPTORES
Corriente térmica convencional al aire libre (Conventional free
air thermal current) (Ith):
• Valor máximo de corriente, definida por el fabricante, a utilizarse
en los ensayos de los equipos instalados al aire libre.
Corriente térmica convencional bajo envolvente (Conventional
enclosed thermal current) (Ithe):
• Valor máximo de corriente, definida por el fabricante, a utilizarse
en los ensayos de los equipos instalados dentro de una envolvente
especificada.
– Ambos valores deben ser, por lo menos igual al valor máximo
de la corriente de servicio asignada, para el servicio de 8 horas
– Estos valores siempre se ven afectados por la temperatura y
la altitud de trabajo
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INTERRUPTORES
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Corriente asignada (Rated current) (In):
• Valor de corriente, definido por el fabricante, que puede conducir el interruptor en servicio ininterrumpido, este valor es igual a Ith.
Corriente de servicio asignada (Rated operational current) (Ie):
• Es la corriente establecida por el fabricante, tomando en cuenta la tensión de empleo asignada, la frecuencia asignada, el servicio asignado, la categoría de utilización y el tipo de envolvente de protección si fuera necesario.
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INTERRUPTORES
Poder de ruptura asignado
último en cortocircuito (Icu):
• Es el valor de interrupción de la
corriente en cortocircuito fijado por
el fabricante para la tensión de
empleo asignada correspondiente y
condiciones de ensayo
especificadas. Se expresa como el
valor eficaz de la corriente de
interrupción presunta, en kA (valor
eficaz de la componente simétrica).
¡ La Icu es la que se compara con
Icc trifásica prevista, en el punto de
instalación del interruptor !
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INTERRUPTORES
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¿Como se define el poder
de ruptura asignado de
servicio en cortocircuito
(Ics)?
• Es el valor de interrupción de
la corriente en cortocircuito
fijado por el fabricante para la
tensión de empleo asignada
correspondiente y condiciones
de ensayo especificadas.
• Se expresa en kA o en % de
Icu (valores a escoger por el
fabricante: 25%, 50%, 75% ó
100%)
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INTERRUPTORES
Corriente asignada de corta duración admisible (Icw):
• Es el valor de corriente más elevada que el interruptor puede
soportar por un tiempo determinado sin que se altere en forma
irreversible las características del material que lo constituye.
• En corriente alterna, el valor de esa intensidad es el valor eficaz
de la componente periódica de la intensidad prevista de
cortocircuito, supuesta constante durante el retardo de corta
duración.
• Los valores preferentes son los siguientes: 0.05 – 0.1 – 0.25 –
0.5 – 1 s Tabla 3. Valores mínimos de intensidad asignada de corta duración admisible
Intensidad asignada
In
(A)
Intensidad asignada de corta duración admisible Icw
Valores mínimos (kA)
In 2500 El mayor de los dos valores, 12In o 5kA
In > 2500 30 kA
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INTERRUPTORES
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Categoría A:
Categoría de los interruptores
automáticos no temporizados a
la apertura, en condiciones de
cortocircuito.
Categoría B:
Categoría de los interruptores automáticos con retardo a la apertura, en condiciones de cortocircuito.
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CATEGORÍAS DE UTILIZACIÓN
El término coordinación implica la aplicación adecuada
de dos conceptos:
• Uno muy conocido, la selectividad, cada vez más
buscada en las instalaciones de distribución eléctrica
de baja tensión.
• Otro, menos conocido, llamado filiación o protección
de acompañamiento. La filiación consiste en instalar
un aparato C2, (cuyo poder de ruptura Icu2 es inferior
a la corriente de cortocircuito trifásico en sus bornes
Icc2) y que está protegido o ayudado por otro aparato,
el C1, ante los cortocircuitos de corriente comprendida
entre Icu2 e Icc2.
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La coordinación de disparo
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C1
C2
C3
Aguas
arriba
Aguas
abajo
Alimentación a
otros tableros
de distribución
Alimentación a
otros circuitos
F
Al producirse una falla en F
Si solo abre C3
1 circuito sin alimentación
Si abren C2
3 circuitos sin alimentación
Si abren C1
Varios tableros con varios
circuitos sin alimentación
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SELECTIVIDAD/DISCRIMINACIÓN
Es la coordinación de
los dispositivos de corte
para que un defecto
producido en cualquier
punto de la red, sea
eliminado por el
interruptor automático
colocado
inmediatamente aguas
arriba del defecto y solo
por él
A
B
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SELECTIVIDAD/DISCRIMINACIÓN
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Discriminación absoluta
Si el valor máximo de ICC en B no excede el ajuste de disparo del interruptor A
Discriminación parcial
Si el valor máximo de ICC en B excede el ajuste de disparo del interruptor A
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SELECTIVIDAD/DISCRIMINACIÓN
Esta característica ofrece la posibilidad de instalar aguas abajo interruptores automáticos con menores poderes de corte.
Los interruptores aguas arriba juegan el papel de barrera ante las fuertes intensidades de cortocircuito
A, Icu A
B, IcuB
IccB
IS IcuB IcuA IccB
Solo abre B A y B abren
Zona de selectividad Zona de filiación
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FILIACIÓN
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D400L
400 A
100kA/380V
D250L
200 A
100kA/380V
70 kA
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FILIACIÓN
• Las instalaciones eléctricas pueden verse sometidas
a sobretensiones, producidas por muy diversas
causas:
Sobretensiones atmosféricas.
Sobretensiones de maniobras
Sobretensiones causadas por un defecto
Sobretensiones debidas a una conexión MT/BT,
etc
• El estudio de estas sobretensiones (origen, valor,
localización...) y las reglas a aplicar para
protegerse de ellas es lo que se conoce con el
nombre de coordinación de aislamiento.
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LA COORDINACION DE AISLAMIENTO
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Conocido como
seccionamiento plenamente
aparente, debe cumplir con
los ensayos que garanticen:
– La fiabilidad mecánica de
la indicación de la
posición.
– La ausencia de corrientes
de fuga.
– La resistencia a las
sobretensiones entre
aguas arriba y aguas
abajo.
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INTERRUPTOR AUTOMÁTICO-SECCIONADOR
• Los interruptores automáticos destinados a las
instalaciones finales, especialmente de los que se
utilizan en el ámbito doméstico (usuarios “no
expertos”); de ahí la norma IEC 898.
• Los interruptores automáticos “IEC 898”, son más
fáciles de instalar (por ejemplo, no tienen
posibilidad de regulación).
• La IEC 898 es de 1987 y hay notables diferencias
con la IEC 947-2. Es interesante conocerlas ya
que, con frecuencia, se usan interruptores
automáticos miniatura en la distribución final de
las industrias. INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS [email protected] Msc Ing. HUBER MURILLO M
IEC 898. ITM AUTOMÁTICOS DE USO DOMESTICO
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Comparación entre la Norma IEC 947-2 e IEC 898
Característica IEC 947-2 IEC 898
Tensión Un (V) < 1000 < 440
Corriente In (A) No prevé los límites 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63,
100 y 125
Térmico 1.05 a 1.3 In 1.13 a 1.45 In
Magnético No fija límites Define las curvas B: 3 a 5 In, C: 5
a 10 In, D: 10 a 20 In
Poder de corte
Prevé un poder de ruptura último
Icu que corresponde a un ensayo
A-CA
Prevé un poder de ruptura
asignado Icn que corresponde a
un ensayo A-CA (PdC 25 kA)
Poder de corte
en servicio
Prevé un poder de corte de
servicio Ics cuyo valor porcentual
de Icu, lo fija el fabricante y
corresponde a un ensayo A-CA-
CA
Prevé un poder de corte de
servicio Ics cuyo valor porcentual
de Icu, lo fija la norma y
corresponde a un ensayo A-CA-
CA
Seccionamient
o Si En estudio
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