gestión de la potencia en media tensión
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Gestión de la Potencia en Media Tensión
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Schneider Electric 2
El dilema de la energía
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El dilema de la energía está para quedarse
vs Demanda energética hasta 2050
Demanda Energía Eléctrica hasta 2030
Emisiones de CO2 para evitar cambios climáticos drásticos
Los hechos Las necesidades
Fuente: IEA 2008 Fuente: IPCC 2007, figure (vs. 1990 level)
La Gestión integral de la energía es la clave para abordar el dilema
Schneider Electric 3
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Schneider Electric
Schneider Electric 4
Producción & transmisión de Energía
Uso de Energía
Especialista global en gestión de Energía
Cubre el
Del consumo Mundial de
Energía
Hacer energía: •Segura •Confiable •Eficiente •Productiva •Verde
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Ciclo para hacer gestión Energía
Schneider Electric 5
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Definir y medir
● Que medir y como medir lo difícil
● Requiere una clara comprensión del consumo de energía actual y en particular del consumo excesivo
● Requiere un pronóstico preciso para identificar el consumo excesivo
● Datos de tiempo de inactividad y producción son necesarios para predecir con exactitud
Schneider Electric 6
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Analizar y comprender
● Los datos deben ser recolectados para un análisis detallado de las causas de los picos de energía
● Los datos confiables permiten a los administradores tomar decisiones que estén alineadas con los objetivos de los KPIs corporativos y consumo de energía
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Mejorar
●Una solución energética debe apoyar la evaluación comparativa del consumo de energía, hecha en varios sitios y plantas de procesamiento, una clave de mejoramiento
●Datos confiables, validados y oportunos son necesarios para reportes y realización de mejoras
●El consumo de energía debe ser visible por departamento, shift or facility
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Operar y Controlar
● Se requiere información para apoyar: � El Tiempo Real de la acción correctiva � El seguimiento de los resultados de la acción
● Para mantener la mejora continua, se necesitan procesos automatizados para: � Capturar de datos � Visualizar los datos
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Schneider Electric 10
De la gestión de Energía a Smart Grid
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Hidro
nfra estructura
Industria
Evolución del transfer de energía a Grid Amplia generación Consumidores
Centrales eléctricas
Fabricas
Residencial Construcción
Power Flows
Construcción Industrial
I
Red de Transmisión
Red de Distribución
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an as
Evolución del transfer de energía a Grid
Generación distribuida Amplia generación Consumidores
Parque Eólicos
Centrales eléctricas
Plantas Diesel
Fabricas CHP
Residencial
Construcción Industrial Micro-generación
Almacenamiento Energía
Pl t generación virtual
Power Flows
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Sou
rce:
EU
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Nueva ecuación de Grid - detallada
aceleradores conductores
Creciente demanda eléctrica
Necesidad de reducir emisiones CO2 Gobierno & reguladores activos
Usuarios finales Activos
Disponibilidad de Tecnología
Restricción en redes existentes
Hacer que Smart Grid sea una realidad
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Transmisión sobrecargada & infraestructura obsoleta• Apagones• Pico de situaciones criticas • Volatilidad de Precio• Problemas de Cyber-seguridad
Creciente demanda de energía… y perdidas• Pico de situaciones criticas• Robo de energía
Creciente demanda de energía
•Creciente consumo•Congestión en Transmisión •Emisiones de CO2
No regulación & Distribución de Generación• Competencia en el suministro• Integración de fuentes de energía renovables• Redes cada vez mas restringidas
Modernización infraestructura de Distribución• Redes subterráneas• Perdidas• Competencia en el suministro• Automatización
Los parámetros de la ecuación varían en el
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Transmisión sobrecargada & infraestructura obsoleta • Apagones • Pico de situaciones criticas • Volatilidad de Precio • Problemas de Cyberseguridad
Creciente demanda de energía… y perdidas • Pico de situaciones criticas • Robo de energía
Creciente demanda de energía
•Creciente consumo •Congestión en Transmisión •Emisiones de CO2
No regulación & Distribución de Generación • Competencia en el suministro • Integración de fuentes de energía renovables • Redes cada vez mas restringidas
mundo. Que es Smart ? Que necesitamos?
Modernización infraestructura de Distribución • Redes subterráneas • Perdidas • Competencia en el suministro • Automatización
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SmartGrid : 5 aéreas claves para SE
Soluciones Automatización
Transmisión Distribución
Comercial & Industrial
Residential Efficient Home
Empresas Eficientes
Generación centralizada
Utilidad de la red Consumidores
Plantas Energía renovable
Distributed Generation
Industria
Buildings
Data Centres
Residential
Infrastructure
Utilidad de la red
Empresas Eficientes (incl. EV charging
infrastructure)
Smart Generación (bulk, distributed & renewable)
Demanda-respuesta
Viviendas Eficientes (incl. EV charging
infrastructure)
Distribución Flexible
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Fu
ncc
ion
es
Funcionalidades de Smart Grid serán implementadas gradualmente
Fase 3 : De 5 a 10 años
�Gestión distribuida completa & Apertura del mercado
Fase 2 : Próximos 5 años
�Integración & flexibilidad de red
Fase 1 : Pasado para países maduros Presente para los emergentes
� Confiabilidad
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PRESENT FUTURO EPASADO
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En resumen, hoy tenemos en smart grid …
Hoy, Smart Grid significa:
Flexible Distribution Energy Efficiency
Renewable integration Electric Vehicle charging
Schneider Electric 18
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Protección contra arco
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Concepto de Protección de Arco
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Citar IEC University y publicaciones de IEEE:
“Entre cinco y diez veces al día ocurre explosiones de
arco en los Estados Unidos” “Cada año, mas de 2000 personas son tratados en
centros de quemaduras con daños severos de ARC
flash”
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Contenido:
• Introducción: Fenómeno del ARCO y causas de falla de ARCO
• Protección de Sobrecorriente vs. Protección de ARCO
• Ejemplos de aplicación
• Experiencias de usuarios
• Conclusión
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El fenómeno del ARCO
Cortocircuito a través del aire entre una parte viva y tierra, o entre
partes vivas.
La resistencia del cortocircuito de ARCO puede variar
El cortocircuito de ARCO resulta en alta radiación tanto de luz
invisible como visible
La falla del ARCO está moviéndose con muy alta velocidad, hasta
100m/s (360 km/h) Schneider Electric 25
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El fenómeno del Arco
CCteirroCnóisnT
nóiserolaalor PPrresiónTeensión Corrienntee
LLuuzz
• Crecimiento rápido de la Presión y Temperatura
• La temperatura del plasma puede alcanzar 20,000 K
• Calor extremo conduce a quemadura de metal y crea gases tóxicos
• Ondas de alta presión es como una explosión
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El fenómeno del Arco El ARCO crece en tiempo de un milisegundo.
La Resistencia durante la descarga del ARCO puede variar.
La Energía liberada es proporcional a ~ I² x t. (véase IEEE 1584)
I²t, kA² s
Incendio de Acero (~1550°C)
Incendio de Cobre (~1100°C)
Incendio de Cables
Tiempo total para cortar (~600°C) con protección de ARCO: 7 + (50 .. 80) ms
0 100 200 400 ms
Schneider Electric 27
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El daño causado por el ARCO depende de la corriente del ARCO y
del TIEMPO y otros tipos como tipo de celdas, PPE, etc. Daño extensivo al equipo y heridas al personal
I²t, kA² s
Poco o ningún daño para el equipo o herida para el personal
Personal y equipos sufren heridas y daños
0 100 200 500 ms
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Consecuencias
Muchas veces el daño para los
equipos es extenso:
• Pérdida del Proceso
• Daño a los Equipos
• Heridas
TENAGA BLAST: una persona fue asesinada y otra fue herida cuando una celda en
Tenga Nasional Berhad’s 33 kV en Sungei Petani, Kedah, explosionó cuando se llevaba un trabajo de inspección el Martes.
Las noticias informaron que el Sr. Balraj
Singh, 29 años, ingeniero, falleció por
quemaduras serias en el hospital de Sungei
Petani, mientras que el Sr. Jamaludin Isamil,
44 años, sufrió quemaduras en su rostro.
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Daños extensivos de celdas es posible
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CAUSAS TIPICAS del Arco Malas conexiones
• Conexión floja, Vibración • Dimensiones mecánicas insuficientes • Aislamiento / grado de protección reducido
Animales, suciedad, líquidos… • Resulta en cortocircuito de ARCO entre
Compartimiento de cables… • De acuerdo a IEC 62271-200 � el lugar de mayor riesgo
de falla (sin operadores)
una parte viva y tierra o entre partes vivas
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Origen de fallas – Arco Interno
�� OOllvviiddoo ddee uunnaa hheerrrraammiieennttaa ddeessppuuééss ddeell mmaanntteenniimmiieennttoo
�� AAmmbbiieennttee mmuuyy ccoorrrroossiivvoo
�� FFoorrzzaarr llooss iinntteerrbbllooqquueeooss
�� SSoobbrreetteennssiioonneess
�� FFaallllaa ddeell ssiisstteemmaa ddee pprrootteecccciióónn
�� FFaallllaa ddee uunn ccoommppoonneennttee
�� CCiieerrrreess ffoorrzzaaddooss
Schneider Electric 32
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Consecuencias de fallas – Arco Interno
�� SSoobbrreeccaalleennttaammiieennttoo iimmppoorrttaannttee ((2200,,000000 °°CC))
�� CCrreeaacciióónn ddee ggaasseess ccaalliieenntteess yy ddee ppaarrttííccuullaass iinnccaannddeesscceenntteess
�� EElleevvaacciióónn ddee llaa pprreessiióónn
�� DDeetteerriioorroo yy ddeessttrruucccciióónn ddee ppiieezzaass
�� EExxppuullssiióónn ddee eelleemmeennttooss ((ggaasseess,, ccoommppoonneenntteess))
�� RRaaddiiaacciióónn ttéérrmmiiccaa IInntteennssaa
�� VVaappoorriizzaacciióónn ddee ccoommppoonneenntteess aaddyyaacceenntteess.. EEll ccoobbrree ssee eexxppaannddee 6677,,000000 vveecceess
�� IIggnniicciióónn ddee MMaatteerriiaalleess FFllaammaabblleess
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![Page 34: Gestión de la Potencia en Media Tensión](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051507/589d7c4f1a28ab724a8b9aaa/html5/thumbnails/34.jpg)
CAUSAS TIPICAS del Arco Errores humanos
• servicio de mantenimiento de celdas
• “puente” con herramientas en la celda
• herramientas olvidadas
• errores trabajando con partes vivas, retirando / insertando objetos
… noticias de accidente
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Sobresaltan preguntas tales: • Cual es el nivel de riesgo? • Como se podría comparar diferentes métodos de protección?
Energía incidente (IEEE 1584™-2002) • La energía incidente se define como la cantidad de energía
sobre una superficie, a una cierta distancia de la fuente, generada durante un evento de arco eléctrico.
• La energía incidente se mide en Joules por centímetro cuadrado [Cal/cm²].
La energía incidente depende de la tensión del sistema, distancia de trabajo, corriente y del tiempo de arco.
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Métodos para mitigar las consecuencias de falla de arco o prevenirlo Sistemas de monitoreo (hot-spots)
• sensores de rayos infrarrojos, cargas parciales - raramente usados • no hay protección
Aumentar la distancia de trabajo • generalmente es difícil
Uso de equipos protectivos del personal (PPE)
Uso de celdas resistivas al arco • Con puertas cerradas proporcionan barrera mecánica • Es posible daños en los equipos • Con puertas abiertas no hay protección
Reducción de corriente • reactores, filtros limitadores de corriente
Reducir el tiempo de arco = disminuir el tiempo de operación de protección ���� normalmente el medio mas eficiente y práctico
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Métodos para disminuir el tiempo de arco:
• Protección convencional de sobrecorriente
• Protección diferencial de barras (87B)
• Protección basada en detección de Luz (& Corriente)
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Subestación típica de MT/BT con protección convencional
Ipre Ifault Ipost
• Muestreo 1530 ms
• Contacto 5 ms
• Retardo 30 350 ms
• Interruptor 50 80 ms
Tiempo completo de interrupción: Salida 15+5+30+80 = 130 ms + AR Entrada 15+5+350+80 = 450 ms
Red aterrizada con resistencia:
Tiempos de operaciones elevados!
50/51, 50/51N
50/51, 50/51N
50/51, 50/51N
50/51, 50/51N
87
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Protección de Barras de alta impedancia (87B)
• TCs Extras y cableado • Ingeniería complicada incluyendo dimensionado de resistores
• Tiempo de operación típicamente :15 – 50 ms
Tiempo total típico de eliminación de la falla: 15 ms (prot)+ 80 ms (CB) = 95 ms
50/51, 50/51N
50/51, 50/51N
50/51, 50/51N
50/51, 50/51N
87
87B
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Uso de sensores ópticos para la protección contra el arco eléctrico
Operación basada en • Luz & Corriente
& L >
I > Trip
&L > Trip
• Luz solamente
Tiempo de Operación • 2 – 7ms / sistema dedicado de protección contra arco • 15 ms / integrado en los relés numéricos de protección
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Protección de sobrecorriente convencional
(400ms + 50ms)
Detección por Luz & Corriente, y Dispositivo de extinción (2ms)
Enclavamiento zona selectiva
(100ms + 50ms)
Detección por Luz & Corriente (7ms + 50ms)
Comparación de Energía incidente Breaker time 50ms
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
Energy: cal / cm²
U = 0,48 kV I = 65 kA Distancia de trabajo = 610 mm Grounded
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Experiencia en campo, Eskom África del Sur:
ANTES de implementar protección de arco
Interruptor y sección de barras dañados
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Experiencia en campo, Eskom África del Sur:
DESPUÉS de implementar protección de arco
Daño limitado a compartimento de cables
Schneider Electric 43
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Pruebas en laboratorio de Kema / USA:
50 kA 500 ms corto circuito sin protección de arco
Schneider Electric 44
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Pruebas en laboratorio de Kema / USA:
50 kA 500 ms corto circuito sin protección de arco
Schneider Electric 45
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Pruebas en laboratorio de Kema / USA:
50 kA 500 ms corto circuito sin protección de arco
Schneider Electric 46
![Page 47: Gestión de la Potencia en Media Tensión](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051507/589d7c4f1a28ab724a8b9aaa/html5/thumbnails/47.jpg)
Pruebas en laboratorio de Kema / USA:
50 kA corto circuito con protección de arco (57 ms)
Schneider Electric 47
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Pruebas en laboratorio de Kema / USA:
50 kA corto circuito con protección de arco (50 ms)
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Conclusión:
•La Falla de arco es el peor tipo de falla en sistemas de potencia
• La Protección de sobrecorriente no protege contra arco
• La Protección de arco es simple y económica de aplicar
• La Protección de arco provee protección de barras de MT
•La Protección de arco es aplicable para MT y BT
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Sistema de protección de arco VAMP
Schneider Electric 50
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Características de VAMP 221:
•Disparo por Luz y Sobrecorriente o solamente Luz
•Medición de corriente de fases y neutro
•Operación en zonas
•Conexión hasta 16 unidades esclavos
•Tiempo de operación 7 ms con relé
de disparo electromecánico
•Display informativo
•Supervisión Interna Completa •Puede ser combinado con otros relés de VAMP
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VVAAMMPP 222121 2 Incomers 3 ARC Zones
B AA B
i t) (L> & I> ext)CCBBFFPP ((LL>> && II>> innt) CC BBFFPP (L> & I> ext)
4c4c 3L3L33LL
VVXX00 00 11 VVXX00 00 11 001VV XX001
X4XX44 XX44XX11XX11 XX22 XX33ZZoonnee 11 ZZoo nnee 22 ZZoo nn ee 33
Zone 1 Zone 2 Zone 3
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• Selectividad para sistemas de varias entradas
• Sensor puntual, fácil instalación y reemplazo, localización de falla • Sensor fibra óptica p.e. para celdas de BT y ductos de barras
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Principio de protección basado en “Luz & Corriente” Selectividad
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Sensor de Arco
• La sensitividad del sensor es
volumétrico y constante en la parte
frontal
• En el lado posterior decrece
• La Luz causada por el arco se
refleja de las paredes internamente
en la celda
• Un brusco aumento intensificado de
la intensidad de la Luz se interpreta
como una falla de Arco
La sensitividad del sensor de Arco para Luz de diferentes ángulos.
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Ejemplo de instalación de los sensores
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Sensor Portátil
Seguridad Extra durante el trabajo
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Sensores de humo pueden ser conectados a las
entradas de los relés de arco
Schneider Electric 59
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Protección de Arco en el relé de protección
Schneider Electric 60
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El sensor transfiere la información de luz al relé en 1ms.
El flujo de corriente de falla.
Luz y corriente :DISPARO!
La falla de arco sucede en elcompartimiento de cables
Situación normal: El transformador principal
alimenta la barra.
I> &
Solamente se
dispara el
alimentador fallado.
La barra y otros
alimentadores
continúan
energizados. Ejemplo 1
Schneider Electric 61
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interruptor transfiere la información de luz al relé en 1 ms.
uz y corriente:ISPARO!
falla. Entonces, la información de luz es transferida a la entrada principal.
u o e corr en e de falla.
I> &
Ejemplo 2 Situación normal: alimenta la barra. El transformador principal
La falla sucede en el
interruptor de salida
El sensor de
compartimiento de
LEl relé de salida no
Dmide la corriente de
El fl j d i t
Se dispara el
interruptor principal
por que el
interruptor de salida
falló.
Schneider Electric 62
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El sensor transfiere la información de luz a la unidad maestro vía la unidad de esclava en 1 ms.uz y corriente:DISPARO!
sucede en la barra.
l flujo de corriente e falla.
I> &
L La falla de arco
E
d
Se dispara el
interruptor de la
entrada principal
porque la falla esta
en la barra. Ejemplo 3 Situación normal:
El transformador principal
alimenta la barra.
Schneider Electric 63
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CONCLUSIONES:
•Disparo por Luz y Sobrecorriente o solamente Luz •Medición de corriente de fases y neutro
•Operación en zonas
•Tiempo de operación 7 ms con relé de disparo electromecánico
•Display informativo
•Supervisión Interna Completa •Puede ser combinado con otros relés de VAMP
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Fiabilidad �Auto- supervisión total del sistema:
• Unidades • Sensores de arco !!! • Cables • Indicación en caso de falla
�Selectividad: • Alimentador • Zona
�Localización de falla: • Indicación de posición
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CONCLUSIONES en general:
•La Falla de arco: Peor tipo de falla en sistemas de potencia
•El tiempo de arco es el factor más crítico
•Combinación de detección “Luz & Sobrecorriente” ���� método eficiente.
•Sensores ópticos son fáciles de aplicar e instalar, instalaciones de retrofit
•Método basado en “Luz & Corriente” - sistema dedicado de protección contra arco - protección numérica con la opción de protección contra el arco
Schneider Electric 66
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