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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA MÁQUINAS ELÉCTRICAS II TEMA SISTEMAS DE ACCIONAMIENTO INTEGRANTES - ARROYO RAMIREZ, Christopher Adrian 1113120094 - BENITES ESPINOZA, Jimmy Frank Andy 1023120709 - FLORES ÁLVAREZ, Alejandro 1023120103 - GAMBOA QUISPE, Geanfranco André 1113120343 - ISIDRO NÚÑEZ, Julio 052491F - TELLO AGUILAR, Víctor Giovany 1023120219 CALLAO - PERÚ

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

MÁQUINAS ELÉCTRICAS II

TEMASISTEMAS DE ACCIONAMIENTO

INTEGRANTES- ARROYO RAMIREZ, Christopher Adrian 1113120094- BENITES ESPINOZA, Jimmy Frank Andy 1023120709- FLORES ÁLVAREZ, Alejandro 1023120103- GAMBOA QUISPE, Geanfranco André 1113120343- ISIDRO NÚÑEZ, Julio 052491F - TELLO AGUILAR, Víctor Giovany 1023120219

CALLAO - PERÚ2014

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ÍNDICE

SISTEMAS ACCIONAMIENTO 02

I. NORMATIVIDAD 02

II. FUNDAMENTO TEÓRICO 05

1. RELÉS TÉRMICOS 05 2. CONTACTOR 063. INTERRUPTORES DE CAJA MOLDEADA 074. INTERRUPTORES DE RIEL DIN 08 5. GUARDAMOTOR 09 6. DIMENSIONAMIENTO Y/O DISEÑO DE BANCO DE

CONDENSADORES 097. CONDUCTORES 11

III. ESQUEMAS DE ARRANQUES 12

IV. HOJAS TÉCNICAS 14

DATOS DEL PROBLEMA

I. DATOS DEL MOTOR: 19II. INGRESO DE DATOS: 20III. RESULTADOS 20

III.1. COORDINACIÓN TIPO 1 20III.1.1. Arranque Directo

20III.1.2. Arranque Estrella - Triangulo

22

III.2. COORDINACIÓN TIPO 2 24III.2.1. Arranque Directo

24

III.3. BANCO DE CONDENSADORES 25

BIBLIOGRAFÍA 27

MAQUINAS ELECTRICAS II - 2014 APágina 1

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SISTEMAS ACCIONAMIENTO

I. NORMATIVIDAD

Normas para la selección y fabricación de relés térmicos, contactores, interruptores de CAJA MOLDEADA y RIEL DIN y guarda motores:

La norma IEC 947-4-1-1 responde a esta necesidad definiendo tres tipos de disparo para los relés de protección térmica.Para los contactores tenemos las normas internacionales:

Internacional:IEC947-4-1

Europa:EN60947-4-1

Alemania: VDE0660 U.S.A.: NEMA - ICS

Para los interruptores termo magnéticos CAJA MOLDEADA tenemos:

Para fijación a perfil, DIN EN 50022 para los interruptores S1-S2, DIN EN 50023 para S3-S4-S5

Los interruptores automáticos SACE Isomax y sus accesorios responden a las normas internacionales IEC 60947-2, EN 60947-2 (armonizadas en 17 países del CENELEC), CEI EN 60947 e IEC 61000.

Para los interruptores termo magnéticos RIEL DIN tenemos:

Los equipos cumplen con las normas IEC/EN 60898 e IEC/EN 60947-2, así como con las regulaciones locales vigentes.

IEC 60898 IEC 60898 IEC 60898

Para los guarda motores tenemos las normas:

DIN EN 50 022 IEC/ EN 60947- 1 DIN EN 50 022 35

CÓDIGO NACIONAL DE ELECTRICIDAD (CNE)160-106 Conductores, Motores Individuales(1) Los conductores de un circuito derivado que alimenta a un motor utilizado con un régimen de servicio continuo, deben tener

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una capacidad de conducción no menor que el 125% de la corriente nominal a plena carga del motor.

NORMA NEC (Artículo 430: Motores, Circuitos de motores y controladores)Sección 430-22Los conductores de los circuitos de motores de uso contínuo deben dimensionarse por lo menos a 125% de la corriente de plena carga del motor.

NORMA IEC 34Es muy importante que se observe la correcta alimentación de energía eléctrica. La selección de los conductores, sean los circuitos de alimentación, terminales o de los de distribución, debe ser orientada por la corriente nominal de los motores, conforme NORMA IEC 34.Cuando el régimen de utilización del motor no sea contínuo, los conductores deben tener una capacidad de conducción igual o superior al producto de su corriente nominal por el factor de servicio dependiendo de la utilización del motor en la tabla 4.

NTP 370.252-2010 CONDUCTORES ELÉCTRICOS. Cables aislados con compuesto termoplástico y termoestable para tensiones hasta e inclusive 450/750 V. Esta Norma Técnica Peruana se aplica en cables aislados con compuesto: Termoplástico de PVC sin cubierta o con cubierta de PVC o

nylon.

MAQUINAS ELECTRICAS II - 2014 APágina 3

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Termoplástico libre de halógeno sin cubierta o con cubierta libre de halógeno.

Termoestable XLPE. Termoestable libre de halógeno.

Para tensiones hasta inclusive U0 / U =450/750 V.

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Norma IEC 60502-1 Cables Para tensiones 450/1000V, con aislamiento de PVC cables de acuerdo con la norma IEC 60502-1 (blindados). Estos cables se utilizan para el suministro de energía eléctrica en el sistema de instalación de baja tensión, son adecuados para su instalación en interiores como en exteriores, en los canales de cable, bajo tierra, en el poder y estaciones de conmutación, las distribuciones locales de energía, plantas industriales, donde no hay riesgo de mecánica daños.

NORMA UL-44: Alambres y Cables Termo-Aislantes. Esta norma específica los requisitos para un solo conductor y conductor de múltiples hilos termo-aislantes y cables clasificados 600 V, 1000 V, 2000 V y 5000 V, para su uso de acuerdo con las normas del Código Eléctrico Canadiense (CEC), Parte 1, CSA C22.1, en Canadá, Norma para Instalaciones Eléctricas, NOM-001-SEDE, en México, y el Código Eléctrico Nacional (NEC), NFPA-70, en los Estados Unidos de América.

Norma UL 1277: Norma para la energía eléctrica y cables de control con la bandeja.Estos requisitos se refieren a la energía eléctrica y los cables de control consistentes en dos o más conductores de cobre de corriente, de aluminio, o revestidos de cobre conductores del circuito de aluminio, o uno o más pares de cables de termopar - extensión. Cables de termopar de extensión y conductores de circuito no se pueden mezclar en el mismo cable.

MAQUINAS ELECTRICAS II - 2014 APágina 5

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II. FUNDAMENTO TEÓRICO

1. RELÉS TÉRMICOS Son los aparatos más utilizados para proteger los motores contra las sobrecargas débiles y prolongadas. Se pueden utilizar en corriente alterna o continua.

1.1. Relés térmicos de SobrecargaLos relés térmicos de sobrecarga se utilizan en conexión con los contactores A, AF, AE, TAE, BC y TBC para proteger los motores con tensiones nominales de empleo de hasta 690 V CA y 800 V CC.Los relés térmicos de sobrecarga son relés de tres polos. Tienen relevadores bimetálicos (1 por fase) a través de los que fluye la corriente del motor y se calientan indirectamente.Los relevadores bimetálicos se doblan debido a la influencia del calor, y esto da como resultado la interrupción del relé. Los contactos auxiliares cambian su posición de conmutador.Los relés presentan una escala de regulación en Amperios. De acuerdo con normas internacionales y nacionales, la corriente de regulación es la corriente nominal del motor y no la corriente de interrupción (sin interrupción a corriente de regulación 1,05 x I, interrupción a corriente de regulación 1,2 x I). 

1.2. Todo los Relés presentan Mecanismo libre: No se evita la interrupción en caso

de fallo, incluso si se presiona el botón de reinicialización (Reset).

Compensación de temperatura Protección contra interrupción de fases de acuerdo

con IEC 60947-4-1: Este dispositivo acorta los tiempos de interrupción en caso de interrupción de fase y, de este modo, mejora la protección del motor dentro de los límites del rango de ajuste.

Categoría de interrupción: 10 A, en el caso de relés térmicos de sobrecarga TA... DU 30, en el caso de relés térmicos de sobrecarga TA... SU.

Funciones de reinicialización y prueba

Contactos auxiliaresLos relés presentan dos contactos auxiliares integrados un contacto NC, marcado con 95 - 96 un contacto NA, marcado con 97 - 98

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Los dos contactos están aislados eléctricamente y, por lo tanto, son adecuados para utilizarlos en dos circuitos diferentes (circuito de mando y circuito de señalización). 

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1.3. NovedadesEl relé electrónico de sobrecarga E16DU es la alternativa al relé térmico de sobrecarga. El E16DU ofrece una protección fiable y rápida en caso de sobrecarga del motor o interrupción de fase.Los relés y los accesorios cumplen las principales normas internacionales (IEC), europeas (EN) y nacionales (DIN-VDE, NFC-UTE, BS, etc.) y las reglas de homologación y autorización necesarias a nivel mundial. 

1.4. Amplio campo de aplicaciónFácil de utilizar como un relé térmico de sobrecarga y compatible con las aplicaciones estándar de motor, el E16DU convence, sobre todo, por su amplio rango de ajuste. Sólo cinco tipos del nuevo relé electrónico de sobrecarga, cubriendo un rango de 0,1 A a 18,9 A, evitan con seguridad la sobrecarga del motor. Las unidades E16DU pueden utilizarse opcionalmente con los contactores ABB A9 a A16 o con los contactores miniatura ABB B6 y B7. Los relés de sobrecarga se conectan directamente a los contactores para formar un reóstato de arranque del motor acoplado. 

2. CONTACTOR Es un componente electromecánico que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se de tensión a la bobina (en el caso de ser contactores instantáneos). Un contactor es un dispositivo de conmutación controlado eléctricamente que funciona de forma muy parecida a un relé, pero para intensidades mayores. A diferencia del interruptor automático, que constituye otro tipo de dispositivo de conmutación, el contactor no puede cortar las corrientes de cortocircuito, aunque puede realizar muchas otras operaciones. Tradicionalmente, los contactores se utilizan para poner en marcha y detener maquinaria eléctrica. El tipo de contactor más común es el de tres polos, utilizado para establecer, conducir e interrumpir la corriente de un sistema trifásico.

2.1. Cierre de los contactosCuando se cierran los interruptores, a veces se producen pequeños rebotes antes de que los contactos se queden fijos en la posición de cerrado. Este denominado rebote del contacto hace que se formen arcos menores, erosivos. Puesto que la intensidad es pequeña en este

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momento, el rebote del contacto no está importante. Mucho más importante es el levantamiento del contacto. El levantamiento del contacto se produce un poco después, cuando la intensidad es alta.Los contactos están entonces normalmente en la posición correcta pero hay otros factores, como la corriente de conmutación elevada, que los puede separar y formar arcos. Cuando circulan intensidades elevadas, la erosión es grave.Además, las vibraciones, que provienen del electroimán del contactor que se cierra, pueden interactuar con las fuerzas de separación para producir el levantamiento del contacto.

2.2. Apertura de los contactosCuando se cortan intensidades elevadas (más de 100 A), el arco tiene que separarse rápidamente del material de contacto de plata para limitar la erosión. La erosión también tiene que estar distribuida tan uniformemente como sea posible entre las distintas fases.Para separar el arco de los contactos, se utiliza una tecnología convencional. Una placa de acero rodea el contacto y aleja el arco. Los diseños se calculan ahora con cuidado y se optimizan utilizando herramientas de simulación.Desgraciadamente, el circuito de control, junto con la bobina y el imán, pueden hacer que las fases del contactor sufran cargas irregulares ya que la tensión en el circuito de control está frecuentemente relacionada con el circuito principal y se puede producir una cierta sincronización entre el momento de la conmutación y la fase de la tensión.

2.3. Novedad en los circuitos de controlLos nuevos contactores AF de ABB emplean un circuito controlado por microprocesador con algoritmos patentados que aseguran que la corriente en la bobina es siempre correcta, independientemente de las fluctuaciones de tensión.En consecuencia, tanto el flujo magnético como las fuerzas de contacto están optimizados.El circuito convierte asimismo la CA en CC. Esto reduce las necesidades de potencia, proporciona una fuerza magnética más suave y obvia la cuestión de los pasos por cero. También permite utilizar un imán más pequeño, más sencillo y fiable. Se ha minimizado el desgaste mecánico y eléctrico.

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3. INTERRUPTORES DE CAJA MOLDEADA Son dispositivos provistos de unidades de disparo termo magnéticas fijas, diseñada para la protección de circuitos residenciales y comerciales. Operan en un rango de intensidades de 15-400 A, a tensión de operación de 120-240 Vac y con capacidad de interrupción de 10 kA hasta 22 kA. Los interruptores automáticos en caja moldeada tipo Tmax garantizan un nivel de desempeño extremadamente alto, mientras que son progresivamente más pequeños, fáciles de instalar y capaces de proporcionar al operario mejores garantías de seguridad.Además de ser ideales para instalaciones de distribución secundaria de corriente alterna y corriente continua, la gama incorpora soluciones dedicadas para cualquier requisito de aplicación. Los interruptores en caja moldeada pueden ser utilizados en aplicaciones de baja tensión en instalaciones civiles e industriales con corrientes de empleo desde 1 hasta 3200 A. El sistema de interrupción del arco eléctrico utilizado en lo interruptores Tmax permite cortar con una extrema rapidez corrientes de cortocircuito de valores muy elevados. La notable velocidad de apertura de los contactos, la acción dinámica de soplo ejercida por el campo magnético y la estructura de la cámara de arco contribuyen a extinguir el arco en el menor tiempo posible.

3.1. Temperatura de funcionamientoLos interruptores automáticos Tmax pueden utilizarse en condiciones ambientales en las cuales la temperatura del aire circundante presente unos valores comprendidos entre -25 °C y +70 °C y pueden ser almacenados en locales con temperatura entre -40 °C y +70 °C.

3.2. AltitudHasta 2000 metros de altitud, los interruptores automáticos Tmax no sufren alteraciones en las prestaciones asignadas. Al aumentar la altitud, se modifican las propiedades de la atmosfera en cuanto a la composición, la capacidad dieléctrica, el poder refrigerante y la presión.

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4. INTERRUPTORES DE RIEL DIN Los interruptores termo magnéticos para riel DIN protegen las instalaciones de sobrecargas y cortocircuitos, garantizando fiabilidad y seguridad para las operaciones.  ABB produce una amplia gama de estos equipos, los equipos ofrecidos cumplen con las normas IEC/EN 60898 e IEC/EN 60947-2, así como con las regulaciones locales vigentes.

5. GUARDAMOTOR Un guarda motor es un disyuntor magneto-térmico, especialmente diseñado para la protección de motores eléctricos. Este diseño especial proporciona al dispositivo una curva de disparo que lo hace más robusto frente a las sobre intensidades transitorias típicas de los arranques de los motores. El disparo magnético es equivalente al de otros interruptores automáticos pero el disparo térmico se produce con una intensidad y tiempo mayores.

6. DIMENSIONAMIENTO Y/O DISEÑO DE BANCO DE CONDENSADORESSe calcula la reactancia capacitiva necesaria para el nuevo factor de potencia que por lo general se toma cuando se realizan cálculos con motores o generadores. Esto lo hacemos partiendo del triángulo de potencias que sabemos P, Q, S, de donde calculamos la potencia reactiva debido a los capacitores necesario para corregir el factor de potencia, de esta obtenemos se reactancia capacitiva y de ésta el valor de capacitancia de los condensadores.

6.1. Cómo determinar la cantidad de condensadores necesariosMidiendo la energía activa y reactiva que consumen las instalaciones existentes, se puede calcular la potencia necesaria (KVAR) que deben tener los condensadores para lograr la compensación deseada. Sin embargo, es recomendable la instalación de registradores de potencia durante el tiempo necesario para cubrir (medir) por lo

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menos un ciclo completo de operación de la industria, incluyendo sus períodos de descanso.Por lo general se recomienda realizar registros trifásicos donde se monitoree para cada fase y para el total de la planta: Potencia Activa (KW) y Reactiva (KVAR), Voltaje y Energía (KWH). Los valores de corriente, potencia aparente (KVA) y factor de potencia (FP) se calculan a partir de las lecturas anteriores, sin embargo, si el registrador dispone de la suficiente capacidad podrán ser leídos también.Los intervalos de medición recomendados oscilan entre cada 5 y cada 15 min. Como máximo. Por supuesto, a menores intervalos de medición, tendremos mayor exactitud en cuanto a la curva real de la industria, sin embargo esto dependerá de la capacidad del registrador que se utilice y del tipo de empresa a registrar. Aquellas empresas donde sus ciclos de carga varían lentamente, podría extenderse aún más el intervalo de medición.De esta forma se podrá obtener una curva de carga completa la cual mostrará la máxima capacidad posible de instalar sin el riesgo de caer en sobrecompensación reactiva.También es importante, registrar con las mediciones, el grado de distorsión armónica existente; con el objeto de evitar la posibilidad de resonancia entre estos y los bancos de capacitores a instalar.

6.2. Dónde instalar los capacitoresPara la instalación de los capacitores deberán tomarse en cuenta diversos factores que influyen en su ubicación como lo son: La variación y distribución de cargas, el factor de carga, tipo de motores, uniformidad en la distribución de la carga, la disposición y longitud de los circuitos y la naturaleza del voltaje.Se puede hacer una corrección del grupo de cargas conectando en los transformadores primarios y secundarios de la planta, por ejemplo, en un dispositivo principal de distribución o en una barra conductora de control de motores.La corrección de grupo es necesaria cuando las cargas cambian radicalmente entre alimentadores y cuando los voltajes del motor son bajos, como por ejemplo, 230 V.Cuando los flujos de potencia cambian frecuentemente entre diversos sitios de la planta y cargas individuales, se hace necesario efectuar la corrección primero en una parte de la planta, verificar las condiciones obtenidas y después compensar en la otra. Sin embargo, es más

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ventajoso usar un capacitor de grupo ubicado lo más equidistante que se pueda de las cargas. Esto permite la desconexión de una parte de los capacitores de acuerdo a condiciones específicas de cargas variables.Cuando la longitud de los alimentadores es considerable, se recomienda la instalación de capacitores individuales a los motores, por supuesto se necesitarán varios condensadores de diferentes capacidades, resultando esto en un costo mayor. Sin embargo deberá evaluarse el beneficio económico obtenido con la compensación individual. Considerando que el costo de los capacitores para bajos voltajes es más del doble que los de altos voltajes. Por esto, cuando el voltaje de los circuitos de motores es de 230 V, es más económico usar una instalación de grupo si es que ésta se puede efectuar en el primario a 2.400 ó 4.160 V.Debemos también considerar que, cuando los capacitores se instalan antes del banco principal de transformadores, éstos no se benefician y no se alivia su carga en KVA. Esta es una buena razón para usar capacitores de 230 V a pesar de su alto costo.

6.3. Correcciones aisladasLa corrección aislada del factor de potencia se debe hacer conectando los capacitores tan cerca como sea posible de la carga o de las terminales de los alimentadores.Debe recordar que la corrección se lleva a cabo sólo del punto considerado a la fuente de energía y no en dirección opuesta.Los capacitores instalados cerca de las cargas pueden dejar de operar automáticamente cuando las cargas cesan, incrementan el voltaje y por ende el rendimiento del motor

6.4. Empresas dedicadas a la Fabricación de Banco de Condensadores

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7. CONDUCTORES

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III. ESQUEMAS DE ARRANQUES

III.1. Arranque directo

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III.2. Arranque estrella delta

IV. HOJAS TÉCNICAS

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IV.1. Relé Térmico

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IV.2. Contactores

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IV.3. Interruptor Caja Moldeada

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IV.4. Interruptores Riel Din

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IV.5. Guardamotores - Datos Técnicos

 

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DATOS DEL PROBLEMA

I.- DATOS DEL MOTOR:

Tensión: 460 voltios, 60 Hz, altura 1000 msnm todos los motores son MATJA y de alta eficiencia.

P

kW 50% 75% 100% 50% 75% 100%1 2 1.1 8.5 300 400 27.8 kg 68 1.15 3480 79% 82% 83% 1% 1% 1% DIRECTO S1 IP5523456789

101112131415161718

TIPO ARRANQUE

Régimen IP

CC

M 0

1

Nivel de ruido

F.S. RPM nominal

Eficiencia (%) Factor de PotenciaIp / In Par de

arranquePar

máximoPesoPolos

1 2 1.1 8.5 300 400 27.8 kg 68 1.15 3480 79% 82% 83% 1% 1% 1% DIRECTO S1 IP552 4 11 6.4 250% 250% 149 kg 69 dB(A) 1.15 1760 rpm 90 91 91 0.7 0.8 0.84 DIRECTO S1 IP553 2 15 6.2 190% 250% 162 kg 75 dB(A) 1.15 3515 rpm 90 90 90.2 0.8 0.9 0.89 DIRECTO S1 IP55456789

101112131415161718

CC

M 0

1

CCM 01

13

14

15

16

17

18

145

m

1125

m

75 m

165

m

155

m

80 m

165

m

SERV. AUXILI. 258 KW

380V 60 HZ

68 m

COMPUTO 75 KW

115

m

EDIFICIO 185KW

380 V 60 HZ

95 m

SUBESTACION

Número de Polos: 4 Potencia: 11 kW Corriente con Rotor Trabado: 6.4 Par de Arranque: 250 % Par Máximo: 250 % Peso: 149 kg. Nivel de Ruido: 69 dB (A) Factor de Servicio: 1.15 RPM Nominal: 1760 rpm Eficiencia: 91 % Factor de Potencia: 0.84 Tipo de Arranque: DIRECTO Regimen: S1 IP: 55

MAQUINAS ELECTRICAS II - 2014 APágina 22

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II.- INGRESO DE DATOS:

III.- RESULTADOS

3.1. COORDINACIÓN TIPO 1

3.1.1. Arranque Directo

A. Selección de Interruptores Automáticos

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B. Selección de Contactores Tripolares

C. Selección de Relé Térmico

D. Selección de Transformador de Corriente

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E. Selección de Cables N2XH

3.1.2. Arranque Estrella - Triangulo

A. Selección de Interruptores Automáticos

B. Selección de Contactor Tripolar Principal

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C. Selección de Contactores Tripolares

D. Selección de Relé Térmico

E. Selección de Transformador de Corriente

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F. Selección de Cables N2XH

3.2. COORDINACIÓN TIPO 2

3.2.1. Arranque Directo

A. Interruptores Automáticos

B. Contactores Tripolares

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C. Selección de Cables N2XH

3.3. BANCO DE CONDENSADORES

A. Elección del Banco de Condensadores

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BIBLIOGRAFÍA

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DD81BC50300AB130C12570380025B05B/$File/1SDC210004D0702.pdf

http://www.moellerarg.com.ar/resources/docs/4-HPLCap06Relestermicos.pdf 

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http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-dwa-y-dwb-interruptores- en-caja- moldeada-estandar-iec-50040542-catalogo-espanol.pdf  

https://www.hqs.sbt.siemens.com/lowvoltage/kataloge/LV-10- 1_Spanish_2.pdf  

http://www.gepowercontrols.com/es/product_portfolio/ industrial_component s/moulded_case_circuit_breaker/ mccb_size_fk.htm

http://www.eaton.mx/Mexico/Electrico/Productos/SectorComercial/ Interrupto resenCajaMoldeadaMCCB%C2%B4s/index.htm

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