Calculo de Interruptores

8/19/2019 Calculo de Interruptores

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SERVICIO DE ELABORACION DE EXPEDIENTE TECNICO DELOS INTERRUPTORES DE 220 KV DE LA SUBESTACION DE

CAMPO ARMIÑO Y PATIO DE LLAVES C.H. SANTIAGOANTUNEZ DE MAYOLO

MEMORIA DE CÁLCULO Documento No.:EP-15!"-G#$01

INTERRUPTOR DE POTENCIA Revisión No.: $ Fecha:2015%05%01

Revii!" Nº# A$e%&' (evi)*' +e%,)0 Emisión Inicial 2015/02/26

1 Levantamiento de Observaciones del primer Informe 2015/03/05

2 Informe Final 2015/03/20

3 Levantamiento de Observaciones del Informe Final 2015/05/01

CONTROL DE RESPONSA-LES

N./e(' *e Revii!" 0 1 2 3

Nombre !" !" !" !"

Elaboración Firma

Fec#a

Nombre $%% $%% $%% $%%

&evisión Firma

Fec#a

Nombre %% %% %% %%

'erificación Firma

Fec#a 2015/02/26 2015/03/05 2015/03/20 2015/05/01

CONTENIDO

MEMORIA DE CÁLCULO – INTERRUTOR DE OTENCIA 2


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1( )ENE&%LI*%*E+((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((,1(1( IN-&O*.""IN(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((,1(2( O!$E-I'O(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((51(3( %L"%N"E((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((51(,( "%&%"-E&+-I"%+ *EL +I+-E% EL"-&I"O(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((52( *EFINI"IONE+(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((52(1( IN-E&&.-O& *E O-EN"I%((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((52(2( "ON*I"IONE+ NO&%LE+ *E OE&%"IN((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((62(3( "%&%"-E&+-I"%+ NOIN%LE+(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((62(3(1( -EN+ION NOIN%L -EN+ION %4I% *E *I+EO((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2(3(2( "O&&IEN-E NOIN%L "O&&IEN-E NOIN%L *E IN-E&&."IN *E

"O&-O"I&".I-O(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2(3(3( "O&&IEN-E +O+-ENI*% *E "O&-% *.&%"IN(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((72(3(,( "O&&IEN-E *E "IE&&E EN "O&-O"I&".I-O((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((72(3(5( "O&&IEN-E *E IN-E&&."IN F.E&% *E F%+E((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((72(3(6( F&E".EN"I% NOIN%L((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((72(3(( &E+IN NOIN%L *E OE&%"IN *EL )%+ %&% IN-E&&."IN((((((((((((((((((102(3(8( "O&&IEN-E NOIN%L *E &.-.&% *E "O&-O"I&".I-O(((((((((((((((((((((((((((((((((((102(3(7( +E".EN"I% *E OE&%"IN NOIN%L(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((112(3(10( +I.L-%NEI*%* EN L% OE&%"IN *E LO+ OLO+(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((122(3(11( "O&&IEN-E "%%"I-I'% NOIN%L *E IN-E&&."IN(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((123( %&"O ELE"-&I"O EN IN-E&&.-O&E+(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((123(1( &O"E+O *E IONI9%"IN(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((133(2( &O"E+O *E *E+IONI9%"IN((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((1,3(3( "%*% *E -EN+IN *E %&"O((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((153(,( "OO&-%IEN-O -&I"O(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((163(5( IN-E&&."IN *E "I&".I-O+ *E "(*( "(%(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((13(6( -&%N+I-O&IO+ EL"-&I"O+((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((13(( "OO&-%IEN-O *EL %&"O((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((203(8( -EN+IN *E+.+ *E L% "O&&IEN-E "E&O FIN%L(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((213(7( -EN+IN -&%N+I-O&I% *E &E+-%!LE"IIEN-O(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((223(10( -EN+IN -&%N+I-O&I% *E &E+-%!LE"IIEN-O(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((223(11( &O"E+O *E "IE&&E((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2,3(12( &O"E+O *E %E&-.&%(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((25,( *IEN+ION%IEN-O *IN:I"O *E IN-E&&.-O&E+((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((25( *IEN+ION%IEN-O EL"-&I"O *E IN-E&&.-O&E+(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((27,(1( "ON+I*E&%"IONE+ *E *I+EO(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((27,(2( "O&&IEN-E %4I% E&%NEN-E *EL IN-E&&.-O&((((((((((((((((((((((((((((((((((((((27,(3( "O&&IEN-E *E "O&-% *.&%"IN %*I+I!LE %+I)N%*% I;(((((((((((((((((((((((((((((((30,(,( "%&%"-E&+-I"%+ EL"-&I"%+ *EL IN-E&&.-O& +ELE""ION%*O((((((((((((((31

MEMORIA DE CÁLCULO INTERRUPTOR DE POTENCIA

1# ENERALIDADES

1#1# INTRODUCCIÓN



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*esde o de lacorriente( La primera es red=ciendo a cero el potencial o decorriente(

Esta Bltima opción es la mCs =tiliDada para interr=mpir =n circ=ito elctrico(ara interr=mpir =na corriente es necesario


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1#3# ALCANCE

*efinir las caracterAsticas fAsicas como elctricas de los interr=ptores a instalar en los patios de llaves de los interr=ptores de +% @ +E"%(

1## CARACTER4STICAS DEL SISTEMA ELCTRICO#

C)()%&e(6&i%) 220 7VFrec=encia asi?nada JDK 60=esta a tierra +olidoN=mero de fases 3-ensión asi?nada de e


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sobre el nivel del marK sin marcar diferencia a las condiciones de operaciónpara aplicaciones en interior o intemperie(

ara la IE" JInternational Electrotec#nical "ommissionK sA #ace diferenciaentre aplicaciones para interior o intemperie se establece


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Esta caracterAstica establece el lAmite s=perior de la tensión del sistema parael c=al estC diseGado el interr=ptor( -omando en c=enta las condicionesnormales de operación asA como la tensión del sistema no es constante enlapsos de tiempo el interr=ptor debe de ?arantiDar s= correcta operación a latensión mCHima @ a la tensión mCHima de diseGo(

La tensión mCHima de diseGo de =n interr=ptor es el valor eficaD Jr m sK de latensión entre fases para la e del sistema al c=al el interr=ptor p=ede operar enforma contin=a(

La si?=iente tabla nos describe las tensiones nominales @ mCHimas de diseGose?Bn la Norma IEC 62271-100-2001; High-Voltage Alternating-Current Circuit-rea!ers"

VOLTAE NOMINAL:;V<

VOLTAE MA8IMO DEDISE9O

:;V<2(2 3(6,(16 ,(16

13(18 15(023(0 2,(63,(5 38(067(0 2(5115(0 123(0230(0 2,5(0,00(0 ,20(0

Tabla Nº 02: tensi#n nominal $ m%&ima de dise'o

2#3#2# CORRIENTE NOMINAL Y CORRIENTE NOMINAL DE

INTERRUPCIÓN DE CORTOCIRCUITO

La corriente nominal es el valor eficaD Jr m sK de la corriente eHpresada enamperes para el


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La corriente nominal de los interr=ptores de potencia es la corriente con lai&' :7A<

C'((ie"&e *ei"&e((>$%i!" e"

%)?=e%)(@)*':%)?=e

e" v)%i'< :A<

C'((ie"&e *ei"&e((>$%i!" %'"

=6"e) %)(@)*):=6"e) e" v)%i'<

:A<

25 1 2502025

315125 10

100 1 2502025

315125 20

123

1 2501 600

25315

1,0 3151 6002 000

,0

1,5

1 2501 6002 000

315

160 501 6002 0003 150

,050

10

1 2501 6002 000

315160 63

1 6002 000

,050

2,5

1 2501 6002 0003 150

315

250 125

1 6002 000 ,0

2 000 50

,20

1 6002 000

315

,00 ,001 6002 000

,0

2 000 50

Tabla Nº 03: Corriente nominal de o(eraci#n $ corriente de interru(ci#n

2#3#3# CORRIENTE SOSTENIDA DE CORTA DURACIÓN



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La corriente nominal sostenida de corta d=ración J1 sK es la


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comprimido este comprendida entre 85 @ 100T de la presión nominal dealimentación(

2#3## CORRIENTE NOMINAL DE RUPTURA DE CORTOCIRCUITO

La capacidad interr=ptiva nominal de =n interr=ptor se define como mCHimaintensidad de corriente medida en el instante en e de rec=peración es el valor eficaD de laonda f=ndamental a la frec=encia del sistema del volta>e entre fases


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2#3## SECUENCIA DE OPERACIÓN NOMINAL#

El ciclo de traba>o de =n interr=ptor de potencia consiste en =na serie deoperaciones de apert=ra JdesconeHiónK @ cierre JconeHiónK o ambas a la veD(Los tiempos asociados a las maniobras son de ?ran importancia tanto desdeel p=nto de vista de la estabilidad del sistema como de la demanda trmica(ientras mCs se tarde el interr=ptor en eliminar la corriente de falla ma@or serC el daGo


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Figura Nº 01: Com(onentes del tiem(o de o(eraci#n de un interru(tor

2#3#10# SIMULTANEIDAD EN LA OPERACIÓN DE LOS POLOS#

Los interr=ptores de potencia deben c=mplir las si?=ientes diferencias ensim=ltaneidad de tiempo de operación entre el primero @ el Bltimo polo delinterr=ptor de potenciaQ

aK En operación de cierre ,(16 ms mCHimo(bK En operación de apert=ra 2( ms mCHimo(

2#3#11# CORRIENTE CAPACITIVA NOMINAL DE INTERRUPCIÓN#

En caso


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ara comprender la nat=raleDa del arco elctrico es necesario entender primero la estr=ct=ra de la materia(

La c=al estC formada por Ctomos


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%l iniciar el arco entre los electrodos se liberan s=ficientes electrones delcCtodo con dirección al Cnodo provocando


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3#3# CA4DA DE TENSIÓN DE ARCO

El arco elctrico se representa como =na resistencia conectada entre loselectrodos


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Figura Nº 05: Caída de tensi#n a tra.s de un arco elctrico en ,unci#n a la corriente"

En corriente alterna la intensidad del arco varAa con la frec=encia @ pierde s=carCcter estacionario( La diferencia de potencial entre los eHtremos de =n arcode corriente sin=soidal para =n entre#ierro constante tiene la forma


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interior del tan


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Las condiciones ba>o las c=ales el interr=ptor tiene ar estCn dadaspor las caracterAsticas elctricas del circ=ito al c=al el interr=ptor pertenece(

La apert=ra o cierre de =n interr=ptor en =n circ=ito estC siempre acompaGadopor =na modificación del estado elctrico del circ=ito( Esta modificacióncomprende =na fase transitoria d=rante la =nto provoca el paso de =n estado a otro( Losfenómenos or comprensión de los fenómenos transitorioss=pon?amos


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"=ando el arco se interr=mpe poco antes del cr=ce por cero de la corrientedebido a la acción de los a?entes desioniDantes la tensión del capacitor seincrementa br=scamente prod=ciendo =n transitorio en el circ=ito( Eltransitorio se amorti?=a en f=nción de la resistencia del circ=ito(La tensión aplicada entre los contactos se incrementa #asta el p=nto llamado p=nto de eHtinción c=@a ma?nit=d depende de la ener?Aaelectroma?ntica( La ma?nit=d estC dada por la si?=iente eHpresiónQ

V e=il√ L

C

*ondeQ

il V "orriente en el capacitor en el instante de la interr=pción

V V -ensión de la f=ente

Vc V-ensión entre contactos

La tensión entre contactos oscila alrededor del valor de cresta de la tensión

de la f=ente


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Figura Nº 08: *roceso de interru(ci#n en un circuito /-C con C"A"

3#B# COMPORTAMIENTO DEL ARCO

Las caracterAsticas elctricas del circ=ito a interr=mpir infl=@en en elcomportamiento del arco( La Fi?=ra 07 m=estra el comportamiento del arcoelctrico en =n circ=ito ind=ctivo(

Figura Nº 09: scilograma característico de la descone&i#n de un circuito inducti.o en el

instante de se(araci#n de contactos



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En el instante ! se inicia la separación de contactos del interr=ptor @ seestablece el arco elctrico(

% la tensión del arco se le denomina .! si sta es despreciable encomparación con la tensión de la red o del sistema entonces el arco semantiene #asta


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Figura Nº 10: 3ormas de las ondas del .olta4e de resta5lecimiento $ de recu(eraci#n

3## TENSIÓN TRANSITORIA DE RESTA-LECIMIENTO

Inmediatamente desp=s de la eHtinción del arco se presenta =na tensiónentre los contactos


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cond=ctividad de esta tra@ectoria #asta eHtin?=ir el arco la corriente de>a defl=ir(

or lo tanto la interr=pción de =n circ=ito elctrico comprende dos pasosconsec=tivosQ

En el primero se consi?=e intercalar =n entre#ierro a la tra@ectoria ori?inal @el se?=ndo consiste en eliminar la cond=ctividad del entre#ierro( El principiof=ndamental de este proceso es la velocidad de restablecimiento del mediodielctrico en el entre#ierro(

ara =n entre#ierro con =n medio aislante ?aseoso el ?as es semicond=ctor a altas temperat=ras @ en f=nción de s= enfriamiento se v=elve aislante( or e>emplo el aire cambia de =n b=en cond=ctor J10m#o/cmK a =n aislador confiable J1012 m#o/cmK solamente con variar la temperat=ra de 10000 a1000 M;( "omo se m=estra en la Fi?=ra 11(

Figura Nº 11: Conducti.idad elctrica tem(eratura del aire a (resi#n atmos,rica

EHcept=ando los sistemas an ba>o el principio de ladescar?a de al?=na clase de ?as(



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La Fi?=ra 12 m=estra la cond=ctividad trmica de los ?ases +F6 nitró?eno e#idró?eno en f=nción de la temperat=raS se p=ede ver ores cond=ctividadestrmicas


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El tiempo de cierre de =n interr=ptor es el


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+i la rec=peración dielctrica es mCs rCpida


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Figura Nº 14: *roceso de interru(ci#n de la corriente en un circuito C"A"

*escripción de la fi?=ra 1,(

-1 El interr=ptor en posición de cerrado recibe =na seGal de apert=ra( +einicia la separación de los contactos con la a@=da del resorte deapert=ra(

-2 El interr=ptor abre @ se forma el arco entre el anillo de aro @ el contacto móvil(

-3 El contacto móvil se desplaDa #acia aba>o abriendo aBn mCs( En el cr=cepor cero de la corriente se presenta =n alto valor dielctrico(

-, El arco se eHtin?=e restablecindose completamente el dielctrico(-5 El interr=ptor termina el movimiento de contactos @


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R)"@' *e"ive= *e

Te"i!" U( :7V<

R)"@' *e"ive= *e

C'((ie"&eI(:A<

+>e(F) e&&i%) ,'(iF'"&)=+&,

+>e(F) ve(&i%)=e&&i%) :Ee ve(&i%)=J,)%i) )((i?) K ,)%i)

)?)'<+&v:N<

L'"@i&>*i")=+&,A:N<

T()"ve()=+&,-:N<

522(5 8001250 500 ,00 500522(5 16002500 50 500 5010010 12502000 1000 50 5010010 2500,000 1250 50 10002,5362 1600,000 1250 1000 1250,20800 2000,000 150 1250 1500Tabla Nº 04 E4em(los de ,uer=as hori=ontales $ .erticales est%ticas (ara (rue5a de carga

est%tica en terminales

Figura Nº 15: 3uer=as hori=ontales de un interru(tor de (otencia"

Figura Nº 16: 3uer=as .erticales de un interru(tor de (otencia"

HORIONTAL VERTICAL REMAR;F=erDas debidas al peso propio Ft#% Ft#! Ftv 'er -abla NW 7



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viento @ #ielo en el cond=ctorconectadoF=erDas debido al viento @ el #ieloen dis@=ntor

FR# O"alc=lado por

fabricanteF=erDa res=ltante Fs#% Fs#! FsvLa f=erDa #oriDontal sobre el interr=ptor debido al viento se p=ede mover delcentro de presión para el terminal @ red=ce en ma?nit=d en proporción al braDo depalanca mCs lar?o( JEl momento de fleHión en el parte mCs ba>a del interr=ptordebe ser el mismo(K

Tabla Nº 05: 3uer=as de carga est%tica en terminales

5# DIMENSIONAMIENTO ELCTRICO DE INTERRUPTORES

#1# CONSIDERACIONES DE DISE9O

ara el presente cClc=lo se consideraron los si?=ientes aspectos(

a( El transformador de potencia =tiliDado en el patio de llaves de la "((+antia?o %nt=neD de a@olo es del tipo monofCsico con =na potencia de120 '% de 13(8/220 '

b( ara el cClc=lo de los interr=ptores se analiDaran con la potencia detraba>o(

c( ara todos los pasos de cClc=lo se tomaron en consideración la NormaIEEE +td "3(0101777 %pplication )=ide for %" i?#'olta?e"irc=it!reaers&atedon a +@mmetrical"=rrentP

d( En res=men con las potencias descritas en los Atems a @ c desarrollamosel cClc=lo para la elección de la InP de los interr=ptores considerando losvalores mCHimos(

#2# CORRIENTE MA8IMA PERMANENTE DEL INTERRUPTOR

ara el cClc=lo de la capacidad de corriente =saremos la si?=iente fórm=laQ

8,1

1

)max

(*r

a Ir Ia

θ

θ θ −=

*onde en relación a la normaQ IEEE +td "3(0101777/177 seGalan


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Ia Q "orriente de la car?a admisible a la temperat=ra ambiente(Ir Q "orriente nominal

θmax Q -emperat=ra admisible en #ottestspot Jla norma seGala

105M "Kθa Q -emperat=ra ambiente act=al

θr Q -emperat=ra rise admisible en #ottestspot a corriente nominal

Jla norma seGala 65M "K

"on los parCmetros mCHimos se calc=larC el valor de la corriente nominal conla si?=iente eHpresiónQ

Vn

MVA In

*3=

RESULTADOS DE CÁLCULO

DATOS DE CALCULO TOTAL UNIDAD

"orriente Nominal YInZ 5,5(,5 %

"orriente CHima a Interr=mpir YIrZ 65,(5, %

-emperat=ra %mbiente Esperada Y[aZ 25 M"

-emperat=ra permisible en #ottestspot Y[maHZ 105 M"

-emperat=ra permisible en #ottestspot a In Y[rZ 65 M"

"orriente CHima ermanente del Interr=ptor YIaZ B3#5B %Tabla Nº 06: Valor de corriente asignada de ser.icio contin>o

or los tanto de la -abla NW 03 se p=ede as=mir


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#3# CORRIENTE DE CORTA DURACIÓN ADMISI-LE ASINADA I7

*e los cClc=los de fl=>o @ cortocirc=ito sim=lado ba>o los diferentes escenariospro@ectados al aGo 202, al sistema antaro se obt=vo los si?=ientesres=ltados(

CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO MÁ8IMAS

C!*i@'Di@Si=e"&

2015 201

201B 2020 202

C A S O

0 1

C A S O

0 2

C A S O

0 3

C A S O

0

C A S O

0 1

C A S O

0 2

C A S O

0 3

C A S O

0

C A S O

0 1

C A S O

0 2

C A S O

0 3

C A S O

0

:7A< :7A< :7A< :7A< :7A< :7A< :7A< :7A< :7A< :7A< :7A< :7A< :7A< :7A<

+E"%220%22(8

52(8

31(13

32(622(1

,31(3

32(27

36(0628(3

,35(50

32(,6

36(3328(,

835(

Tabla Nº 08: Corriente m%&ima de cortocircuito

-eniendo para el aGo 202, =n nivel de corriente de cortocirc=ito de 36(06 %(en el caso 02 del 2020(or lo tanto la selección del valor mAnimo tomando como referencia la -abla

NW 03 ba>o =na tensión de diseGo de Interr=ptor i?=al a 2,5 ' serAa de ,0%(

DESCRIPCIÓN TOTAL UNIDAD

"orriente de cortocirc=ito Animo YIZ ,0 %

Tabla Nº 09: Valor ?ínimo de corriente de cortocircuito de un interru(tor

## CARACTER4STICAS ELCTRICAS DEL INTERRUPTOR

SELECCIONADO

*e ac=erdo a los valores establecidos en las -ablas 05 @ 0 se determina o lassi?=ientes consideracionesQ

1( *e la tabla NW 03 recomienda


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trmico para =n nivel de tensión de 220 '( +era de ,50 '% lo

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