Siemens - Correccion del factor de potencia

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Que es el Cos ?

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Teora Bsica de la CFPElb Victor Manuel3

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Cuales son los diferentes tipo de Cargas?Cargas Ohmicas

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Cargas Inductivas

RED

Cargas Capacitivas

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Cargas OHMICASCargas OhmicasU e I en Fase Desfase = 0 Sin Penalidad

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I - Corriente

= 0SIEMENSElb Victor Manuel

U - Tensin

5

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Cargas INDUCTIVASCargas InductivasU Retrasada 90 a I Desfase = 90 Penalidad !!!

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U - Tensin

= 90I - Corriente

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Cargas CAPACITIVASCargas CapacitivasI Adelantada 90 a U Desfase = 90 Sobre compensacin es riesgoso !!

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I - Corriente

= 90U - Tensin

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Que es la Potencia Activa?Es la parte de la potencia de entrada que se convierte en potencia de salida y se indica con la letra P. La Potencia Activa se define por la siguiente frmula.

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P = 3 U I cos

[W]

Lo ideal, sera que toda la potencia de entrada se convirtiera en potencia de salida til. Por ejemplo: El calentamiento de un horno, movimiento de un motor, luz de una lmpara, etc..

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Que es la Potencia Reactiva?Las mquinas elctricas trabajan basadas en el principio de conversin de energa electromagntica como los motores, transformadores, etc. Una parte de la energa de entrada se consume para crear y mantener el campo magntico. Otra parte de la energa de entrada no puede ser convertida en energa activa y es retornada a la red elctrica al removerse el campo magntico. Esta potencia se conoce como Potencia Reactiva y se denomina con la letra Q , y se define del siguiente modo:

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Q = 3 U I sin [VAr]SIEMENSElb Victor Manuel9

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Que es la Potencia Aparente?Las aplicaciones de los equipos elctricos se basan en convertir la energa elctrica en alguna otra forma de energa. La potencia elctrica tomada por un equipo desde un suministro se conoce como la Potencia Aparente, se denomina con la letra S y est formada por la potencia activa y la reactiva. La corriente medida con una pinza amperomtrica nos va a indicar la potencia aparente. Se define como:

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S = Elb Victor Manuel 3 U I

[VA]10

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Principio de la CFP S= P2 + Q2 S1 S22 1

Q= QC Q1

S 2 P2

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Q2 = Q1 - QC

P P= S2 Q2 S = Potencia Aparente (kVA) S = Potencia Aparente (kVA) P = Potencia Activa (kW) P = Potencia Activa (kW) Q = Potencia Reactiva (kVar) Q = Potencia Reactiva (kVar)Elb Victor Manuel11

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Que es el Cos ?

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65 0 95 Energa Activa

Trabajo mecnico o calor Generacin de campos magnticos

Corriente Corriente Suministro

Energa Reactiva

Carga Capacitor

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Influencia en el Sistema Elctrico Energa Activa Energa Reactiva

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Generar

SIEMENS

Transportar

Elb Victor Manuel

Distribuir

Carga13

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Como mejorar el Sistema Elctrico Energa Activa

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Generar

Transportar

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Distribuir

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Porque mejorar el Factor de Potencia??

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Reduccin del costo de energa (Amortizacin: 6-8 meses) Reducir la generacin, transporte y distribucin. Aprovechar la capacidad de distribucin interna. Reducir perdidas elctricas. Evitar penalidades por bajo Factor de Potencia. Mejorar la calidad de energa.

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Como mejorar el factor de Potencia??

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Capacitores de CFP. Reducir la cantidad de carga inductiva. Con medidores de Energa Activa y Reactiva. Con anlisis del costo Energtico. Con estudios de calidad de energa.

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Que se requiere para Corregir el Factor de Potencia?

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Conocimiento tcnico especializado. Anlisis de la red y la carga. Diseo de Aplicacin. Seleccin de Equipo. Diseo de panel.

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Conocimiento TcnicoElb Victor Manuel18

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EjemploPregunta: Una fbrica textil con una carga total de 390 kW tiene un factor de potencia de 0.55 (phi=56.6) La distribuidora de energa local requiere un PF=0.98 (phi=11.5 ) Que potencia de capacitores se requiere para evitar penalidades por bajo FP ?

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HV Red

Transformador 630 kVA, uk = 5 %

M 3~

400 kW cos = 0.55

Banco de CapacitoresQc = ?? kvar20

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EjemploSolucin: P= 390kW Cos actual = 0.56 Cos deseado = 0.98 Factor Tabla = 1.28 Qc= P x Factor Qc= 390 x 1.28 Qc= 499.20 kVAR

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Se Recomineda: Banco Automtico con una configuracin: 10 pasos de 50 kVAR Dependiendo del tipo de cargas, por ej. convertidores de frecuencia, se debera usar un banco de capacitores desintonizado.

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Componentes para Banco AutomticoBanco AutomticoQc Un Uc Pasos Controlador Termo 500 440 480 10 12 986 Pasos ADescripcion catalogo B32344C4202A080 kVAR 25 Uc 480 In Pasos

kVAR V VCapacitores 1 Paso Fusible Contactor

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kVAR 50

A 132

kVAR 50

cant capacitores 1 Paso 2

fusible base/fusible contactor Interruptor Controlador

1 1 1 1 1 1

3NA3136 3NH3230 3RT16471AR61 NXD63B100 BR6000-R12 50 440

160

1000 1222

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Elb Victor ManuelGabinete 8MU64 F900

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Factor de PotenciaFbrica FP Tpico No Compensado

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Cerveceras Carniceras Plantas de cemento Compresores Gruas Plantas de secado Maquinaria, gran tamao Maquinaria, pequeo tamao Plantas de papel Molinos Fbrica de acero Azucar Tabaco Bombas de agua Elb Victor Manuel Transformadores de soldadura

0,6..0,7 0,6..0,7 0,6..0,7 0,7..0,8 0,5..0,6 0,8..0,9 0,5..0,6 0,4..0,5 0,6..0,7 0,6..0,7 0,6..0,7 0,8..0,85 0,6..0,7 0,8..0,85 0,4..0,523

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Anlisis de la Red y CargaElb Victor Manuel24

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Sobrecarga de CorrienteCargas + Capacitor

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I1 I5 I7 I11 Corriente IRMS RealIRMS= (I1)2+(I5)2+(I7)2++(IN)2

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Tensin de Operacin RealSuministro VRed = 440 V VReal = 480 V Carga

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U1 U5 U7 U11

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VReal es la tensin RMS real, medida cuando los Capacitores estn conectados.

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VNominal = 480 V26

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Redes con Armnicas y Bajo FP ALsc + LT In

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O

cargas

Impedancia sin Capacitores

Z (Ohm)

f (Hz)SIEMENS

f1

Elb VictorEspectro de Corrientes Manuel

Armnicas existentes

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Redes con Armnicas y Bajo FP ALsc + LT

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C O

InImpedancia con Capacitores

cargas

Z (Ohm)

f (Hz)SIEMENS

f1

Elb VictorEspectro de Corrientes Manuel

fr

Armnicas existentes

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Redes con Armnicas y Bajo FP ALsc + LT

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LIn

Ccargas O Z (Ohm)Impedancia con filtro desintonizado

f (Hz)SIEMENS

f1

fr

s Elb VictorEspectro de Corrientes Manuel Armnicas existentes

f

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Factor de Desintona Factor de Desintonap% 5,67% 7% 14% 50Hz fs = 210 Hz fs = 189 Hz fs = 134 Hz

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p=60Hz 267Hz 252Hz 161Hz

XL (%) Xc f1

Frecuencia de SintonaSIEMENSElb Victor Manuel

fs =

f1 p30

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Ejemplo de CFP-FDNc = 25kVar, Tensin = 440V, P = 7% Sobre Tensin en el capacitor Uc=UN x 100/100 p Uc=440V x 100/100 (7) Uc=473V 480V Calculo de la potencia nominal del capacitor Qc especificada para Uc=480V y obtener una potencia efectiva de 25 kVar en 440V con p=7%QC = 1 p . UC UN 100 2 . NC = 1 2 7 . 480 . 25 kVAr = 27 kVAr 100 440 Elb Victor Manuel31

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Diseos de AplicacinElb Victor Manuel32

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Mtodos de CFP

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Correccin Individual Correccin en grupo Correccin automtica centralizada

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Correccin Individual

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Correccin en Grupo

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MSIEMENS

M

MElb Victor Manuel35

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Correccin Centralizada

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controlador

MSIEMENS

M

MElb Victor Manuel36

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Seleccin de ComponentesElb Victor Manuel37

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Que ofrecemos para CFP??

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Capacitores Premium Componentes especficos

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PhiCapCapacitor para Correccin de Factor de Potencia

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Trifsicos Potencia: 5-25 kVAr Tensiones: 240-480V 60Hz

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PhiCapCapacitor para Correccin de Factor de Potencia

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CaractersticasTecnologa SH-MKP Tipo Seco-Encapsulado en resina flexible Desconectador de seguridad por sobrepresin SIGUT sistema de clemas Potencia 5-25kVar, 240/480V Clase de temperatura -25 C a 55 C Standard IEC 831-1/2 CE - UL

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PhiCapCapacitor para Correccin de Factor de Potencia

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VentajasCapacidad de sobre corriente 1.3 In (1.5 Mx.) Corriente de Insercin 200 In Expectativa de vida 100 000 Horas Diseo compacto para menor espacio de panel. Alta confiabilidad y seguridad. Aptos para filtros desintonizados de PFC.

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PhiCapCapacitor para Correccin de Factor de Potencia

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SIGUT Clema Terminal block: Gran capacidad de sobrecarga Elb Victor Manuel42

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PhiCapCapacitor para Correccin de Factor de Potencia

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Desconectador trifsico por sobrepresin.Elb Victor Manuel43

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PhaseCapCapacitor para Correccin de Factor de Potencia

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CaractersticasTecnologa SH-MKK y WaveCut Tipo seco - Impregnado en Gas de Proteccin Desconectador de seguridad por sobrepresin Terminal SIGUT Potencia 5-30kVAR, 240-480 V Temperatura admisible -25C a 55C

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PhaseCapCapacitor para Correccin de Factor de Potencia

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VentajasAlta capacidad de sobre corriente: 1.5 In Corriente de Insercin 200 In Expectativa de vida 115 000 Horas Diseo compacto para menor espacio de panel. Alta confiabilidad y seguridad. Aptos para filtros desintonizados de PFC.

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PhaseCapCapacitor para Correccin de Factor de Potencia

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SIGUT Clema Terminal block: Gran capacidad de sobrecarga Elb Victor Manuel46

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PhaseCapCapacitor para Correccin de Factor de Potencia

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Desconectador trifsico por sobrepresin.Elb Victor Manuel47

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PhaseCapCapacitor para Correccin de Factor de Potencia Los PhaseCap pueden ser montados en cualquier posicin (vertical u horizontal) debido a su diseo compacto y de tecnologa tipo-seco. La tecnologa tipo-seco evita la perdida o derramamiento de aceite aun en caso de montar el capacitor acostado o colgando. El montaje horizontal mejora la ventilacin debido a la mayor superficie activa de disipacinElb Victor Manuel48

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Capacitor para Correccin de Factor de Potencia

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Expectativa de Vida Nominal:Basadas en anlisis estadstico en condiciones nominales: Tensin Nominal. Corriente Nominal, sin armnicas. Atenuando las corrientes de insercin. Con menos de 5000 maniobras por ao. Dentro de los limites de temperatura.

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Capacitor para Correccin de Factor de Potencia

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Expectativa de Vida Nominal EVn = 100 000 Horas En condiciones nominales

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Capacitor para Correccin de Factor de Potencia Expectativa de Vida en funcin de la Tensin

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EV = EVn . XvU = 1,10 Un U = 1,05 Un U = 1,00 Un U = 0,95 Un U = 0,90 Un Xv = 0,50 Xv = 0,70 Xv = 1,00 Xv = 1,25 Xv = 1,50

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Capacitor para Correccin de Factor de Potencia Expectativa de Vida en funcin de la Temperatura

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EV = EVn . XTTProm Anual = 42C Tprom Anual < 35C Tprom Anual < 28C XT = 0,50 XT = 1,00 XT = 2,00

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Capacitor para Correccin de Factor de Potencia Expectativa de Vida en funcin de num. maniobras

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EV = EVn . XNManiobras con atenuacin < 5000/ao Maniobras con atenuacin < 10000/ao Maniobras sin atenuacin < 5000/ao Maniobras sin atenuacin < 10000/ao XN = 1,00 XN = 0,70 XN = 0,40 XN = 0,20

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Capacitor para Correccin de Factor de Potencia

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Desclasificacin de EV teniendo todo en cuenta:

EV = EVn . XV . XT . XNCompensar en la seleccin del capacitor en aquellos factores que no se pueden control en aplicacin.

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BR6000Controlador de CFP de Alta Tecnologa Versin: 6 y 12 pasos Controlador Inteligente Analizador de Armnicas hasta la 19 Registra nmero de maniobras Registra tiempos de desconexin

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3RT16Contactores para Capacitores Incrementan la vida de los Capacitores Evitan desgaste de los Capacitores No afecta la calidad de energa Capacidad de maniobra: 12.5-2550 kVar Tensin de operacin 240/440V 60Hz

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3RT16Contactores para Capacitores

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Limitacin de Corrientes de Insercin

I = 1200 A I = 300 A

Sin Contactor

Con ContactorElb Victor Manuel57

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3RT16Contactores para Capacitores

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Sin Contactos

Con ContactosElb Victor Manuel58

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Reactores para CFP-FDTensiones standard: 440-480V 60Hz Potencias standard: 25-50-75-100 kVar Perdidas muy bajas Alta linealidad Incluyen proteccin trmica

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Reactores para CFP-FDSeleccionar de acuerdo a la potencia efectiva a 60 Hz y a la primera armonica predominante a filtrar

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Para filtrar 3 armnica (p=14%) Para filtrar 5 armnica (P=7%)

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Componentes para Filtros DesintonizadosLos componentes son seleccionados de acuerdo a: Potencia efectiva deseada Contenido armnico Factor de Desintona deseado Sobre tensin en los Capacitores Tener especial cuidado con: Anlisis previo, diseo de aplicacin. Diseo del panel Disipacin del calor

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Seleccin del tipo sistema para CFP1. Hay armnicas, THDIsc> 10% THDVsc >3% ?? SI: CFP Desintonizado NO: CFP Normal 2. Hay 3 armnica, THDI3 > 20% THDI5 ?? SI: Usar p =14% NO: Usar p =7% 5.67% 3. Es THDIsc < 20%?? SI: Usar p =7% NO: Usar p =5.67%Elb Victor Manuel62

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Construccin de Filtro DesintonizadoCapacitores preferentemente montados en posicin horizontal, en bandeja sin conduccin trmica al reactor y en distinta lnea vertical. Reactor montado sobre perfiles para permitir circulacin de aire entre los ncleos. Ventilacin forzada abundante. Termo-Switch en serie con el circuito de comando del contactor.

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Ejemplos de AplicacionesElb Victor Manuel64

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ESTE ES EL

FINSiemens Mxico A&D CD Tel.: (0155) 5328 2000 Ext. 3059 E-mail: [email protected] Victor Manuel72

Vctor Manuel Hernndez Daz

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