propuesta de norma venezolana para el control de armónicos en sistemas electricos

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PROPUESTA DE NORMA VENEZOLANA COVENIN 11:7-001

“CONTROL DE ARMÓNICOS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS”OBJETO, FILOSOFÍA Y LÍMITES

CODELECTRA COMITE DE ELECTRICIDAD

SEMINARIO: “CONTROL DE ARMÓNICOS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN”

Miembro del Subcomité Técnico SC-7 para la Elaboración de la Norma COVENIN 11:7-001 ”Control de Armónicos en Sistemas Eléctricos”

Caracas, 17 y 18 de Julio del 2003

Ponente: Ing . Augusto Abreu M. C.A. ENELVEN DISTRIBUIDORA (ENELDIS)

NORMA VENEZOLANA COVENIN 11:07-11 (Propuesta de Norma)

Agenda.

Que son los Armónicos ?.

Porque Limitar los Armónicos?.

Que es una Norma Técnica ?.

Necesidad de una Norma Venezolana.

La Compatibilidad Eléctromagnetica.

Experiencia de Limites en otros Paises.

Propuesta de Norma COVENIN 11:7-001.

El Futuro de la Norma.

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Que son los Armónicos ?.

Definición.


Que son los Armónicos ? (Cont…).

Equipos que Producen Armónicos.

Convertidores Electrónicos de Potencia:Equipos de Computación.Control de Luminarias.UPS.Variadores Estáticos de Velocidad.PLC´s.Control de Motores.Televisores, Microondas, Fax, Fotocopiadoras, Impresoras, etc.

Equipos con Arqueo de Electricidad:Hornos de Fundición.Balastros Electrónicos.Equipos de Soldadura Eléctrica.Sistemas de Tracción Eléctrica.

Equipos Ferromagnéticos:Transformadores Operando Cerca del Nivel de Saturación. Balastos Magnético.

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Efecto de los Armónicos.

Equipos de Computación.

Incremento de las Pérdidas Técnicas.

Sobrecalentamiento en Transformadores y Motores y Conductores.

Interferencia telefónica.

Falla de Equipos Electrónicos.

Operación Errada de Equipos de Protección.

Errores de Medición de Energía en Medidores Electromecánicos.

Envejecimiento prematuro de bancos de condensadores.

Resonancia.



Efecto de los Armónicos (Cont...).

Las distorsiones armónicas de corriente distorsionan la onda de tensión al interactuar con la impedancia del sistema originando la reducción de la vida util en motores y causando la operación errática de equipos electronicos.

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Interacción con el Sistema.


Que son los Armónicos ? (Cont…).Caracterización.

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Que son los Armónicos ? (Cont…).Caracterización (Cont...).



Caracterización (Cont...).

THDi = 77.6%

Bombillo de 22 W, 120 V.Bombillos de Alta Eficiencia

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Computador Personal

THDi = 67.9%IRMS = 1.13 A




Equipo de Sonido

THDi = 47.3%IRMS = 396 mA

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Comvertidores de 6 pulsos utilizados porla Industria Petrolera.

Convertidor AC-AC

THDi = 32%


Que son los Armónicos ? (Cont…).Caracterización (Cont...).

Convertidores

h= n*q ± 1Donde:

h: orden del armónico.

k: número entero.

q: números de pulsos del convertidor.

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA TRIFASICO

1 3 5

4 6 2

M

+

-

A

B

C

XL

REACTANCIA DE LA FUENTE

ORDEN DE ENCENDIDO 1,2,3,4,5,6

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Que son los Armónicos ? (Cont…).Secuencia.

Armónico Frecuencia (Hz) Secuencia

0 (DC) 0

1 (Fundamental) 60 +

2 120 -

3 180 0

4 240 +

5 300 -

6 360 0

7 420 +

8 480 -

9 540 0

10 600 +

11 660 -


Por que Limitar ?.

Desde la decada de los 70´s el uso masivo de equipos eléctronico en el mundo a sido exponencial.

Luego del embargo petrolero en 1973 y asociado al rápido incremento de los costos de energía, esto creo un interés económico y esencialmente para utilizar convertidores de electrónica de potencia en grandes sistemas industriales yla utilización de compensación reactiva para minimizar los costos de la energía.

El desarrollo de equipos convertidores de potencia eficiente para soportar la evolución de la electrónica, enlazado con la conservación de la energía ha cambiado, y los equipos basados en electrónica cada ves son mas utilizados en instalaciones comerciales y residenciales.

Incremento del uso de equipos electrónicos domesticos basados en electronica en especial los computadores personales.

En la actualidad los niveles de Compatibilidad Electromagnetica han sido sobre pasado por las perturbaciones generado por el tipo de carga utilizado actualmente.

Garantizar que los equipos funcionen correctamente.

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Por que Limitar ?.

Evolución Durante 22 Años de los Armónicos de Tensión en el Reino Unido (UK).


Por que Limitar ?.

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Que es una Norma Técnica.

Es un documento aprobado por una institución reconocida.

Se prevé para un uso común y repetivo.

Establece reglas, directrices ó caracteristicas para los productos, procesos y métodos de producción.

Su apliacación No es Obligatoria y su exigencia se puede establecer mediante contratos Cliente – Proveedor.

Fuente: Ley del Sistema Venezolano para la Calidad.

Reglamento Técnico Obligatorio Sanciones por

Incumplimiento

Norma Técnica

No Obligatorio No Sanciona


La Necesidad de una Norma Técnica.

Durante los últimos seis años en Venezuela se han incrementado los estudios de problemas en instalaciones y redes de distribución, a causa de la presencia de distorsiones armónicas.

Venezolana no cuenta con una norma técnica relacionada al control de armónicos.

Se ha tenido que recurrir a referencia de otros paises siendo la más utilizada en Venezuela la IEEE 519 – 92.

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Compatibilidad Electromagnética.

Compatibilidad Electromagnética: Es la capacidad o aptitud de un equipo para no degradarse ó afectarse, ni afectar a otros equipos por una perturbación electromagnetica bien sea radiada ó conducidad.

Incompatibilidad


Compatibilidad Electromagnética (Cont...).

El nivel de compatibilidad electromagnética puede definirse como el máximo grado de perturbación, que no debe afectar al correcto funcionamiento de cualquier aparato o equipo. El sistema emisor produce perturbaciones electromagnéticas, y el sistema receptor es afectado, en su funcionamiento, por el emisor.

Nivel de Compatibilidad Electromagnética.

Limites de Emisión.Nivel de emisión máxima especificada de una fuente de perturbación electromagnética.

Limites de Planificación.El nivel de una perturbación en un entorno particular, adoptado como un valor referencial de limite para la emisión de grandes cargas e instalaciones, con el fin de coordinar estos limites con todos los limites adoptados para equipos conectados en el sistema eléctrico.

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Tiempo

Magnitud de la Perturbación

Nivel de Compatibilidad


Limite de Planificación


Tiempo

Magnitud de la Perturbación


Ejemplo: THDv para Media Tensión.

Límite de Planificación de la IEEE 519-92: 5% de THDv.

Nivel de Compatibilidad IEC 1000-2-2: 8% de THDv.

Nota: Los límites de planificación pueden ser igual ó menor a los niveles de compatibilidad. Esto dependerá del criterio que se establesca.

Límite de Planificaciónde de la IEC 1000-3-6: 6.5% de THDv.

Límite de Planificación de la Resolución ENRE 0184-2000 (Argentina): 8% de THDv.

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Experiencia de Límites en otros Países.

IEEE 519-1992.

IEC Serie 1000.

G 5/4.

Normas y Recomendaciones

Reglamentos de Calidad de Servicio

EN 50160.

NRS - 048.

Argentina.

Venezuela (Propuesta)


Experiencia de Limites en otros Países (Cont...).

Caso: IEEE 519-1992.

Se basa en establecer límites en puntos comúnes de acoplamiento.

Se establece como límite de planificación THDv ≤ 5% para baja y media tensión.

Con respecto a límites de compatibilidad no se hace ninguna mensión.

Hasta el año 2001 la IEEE estubo desarrollando la recomendación IEEE P1495 “Harmonics Limits for Single – Fase Equipment”.

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Caso: IEEE 519-1992 (Cont...).



Caso: Europa (Antes de la IEC Serie 1000).

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Caso: IEC Serie 1000.



Caso: Europa (IEC Serie 1000 y EN 50160).

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Caso: Europa (IEC 1000-2-2 y EN 50160).

Distorsión Armónica Total de Tensión (THDv)



Caso: Europa (IEC Serie 1000 y EN 50160).

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Caso: G 5/4 Reino Unido.



Caso: IEC 1000-3-2.

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Comparación de Filosofías: IEEE y IEC.

La IEEE se ha “aventurado” a dar limites que todavia la IEC no ha asumido.

La IEEE sugiere los limites mediante recomendaciones avaladas igualmente por la ANSI, enfocados a empresas de distribución de energía.

La IEC define los requsitos de los productos que serán instalados en las redes, a cualquier nivel de tensión, pero fundamentalmente por parte del usuario final bien sea residencial, comercial ó industrial en terminos de emisión y de inmunidad.

La IEC maneja la situación desde la causa.

La IEEE plantea los limites de un sistema es decir, se maneja desde el lado opuesto.

La diferencia de filosofía con respecto al control de Armónico son:

Experiencia de Limites en otros Países.


Como recomendaciones a nuevas normativas sobre el control de armónicos se debe considerar como filosofía:

Considerar todo el panorama (Carga y Red Eléctrica).

Debe ser coherente.

Dar respuesta a las particularidades de cada pais.


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Propuesta de Norma COVENIN 11:7-001.

NORMA VENEZOLANA

“CONTROL DE ARMÓNICOS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS”

COVENIN 11:7-001Anteproyecto “Versión 2”

Elaborado el Subcomité Técnico SC-7 del ComitéCT-11 Electricidad, Electrónica y Comunicaciones


Entes Invitados para la Elaboración de la Propuesta de la Norma

COVENIN 11:7-001.

Propuesta de Norma COVENIN 11:7-001 (Cont...).

CODELECTRA.

CADAFE.

ELECAR.

ELEGUA.

ELECENTRO.

ENELBAR.

ENELVEN.

EDELCA.

FUNDELEC.

ULA.

UCV.

USB.

PDVSA.

FUNDACIÓN INSTITUTO DE INGENIERÍA.

ASINCRO.

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Filosofía de la Norma.


Establecer niveles de compatibilidad.

Establecer limites que apuntes la fuente del problema.

Tomar encuenta los puntos comunes de acoplamiento.

Tomar las mejores practicas de otros paises.

La norma apunta a las diferentes tipos de instalaciones de un sistema eléctrico:

Instalación Industrial.

Instalación Comercial y Oficinas.

Instalación Residencial.

Redes de Distribución de Media y Alta Tensión.

Generadores.



Estructura de la Norma.

1.- OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN.2.- DEFINICIONES.3.- ABREVIATURAS Y SIGLAS.4.- REFERENCIAS NORMATIVAS.5.- LA DISTORSIÓN ARMÓNICA EN LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS.

7.- APLICACIÓN DE LÍMITES.

8.- TÉCNICAS DE CONTROL.

9.- TÉCNICAS Y EQUIPOS DE MEDICIÓN DE ARMÓNICOS.

¿Cuál es el Alcance?¿Qué es y que lo Genera?¿Qué Efecto Causa en los Equipos?¿Qué Respuesta Causa en el Sistema?¿Quién es el Responsable?¿Cuándo se debe Limitar?¿Cuál es al referencia de esta Norma? ¿Cuál son los Limites de

Control?

¿Cómo Aplicar los Limites?¿Cómo Mantener los Niveles en Control?¿Dónde y Como se va a Medir?

6.- LÍMITES DE CONTROL.

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7.1.- INSTALACIONES INDUSTRIALES.

7.2.- INSTALACIONES COMERCIALES Y OFICINAS.

7.5.- GENERADORES.

7.3.- INSTALACIONES RESIDENCIALES.

7.4.- REDES DISTRIBUCIÓN DE MEDIA Y ALTA TENSIÓN.

7.- APLICACIÓN DE LÍMITES.

Cargas No Lineales Típicas en la Instalaciones especifica.Procedimiento para Evaluar los Límites para cada Tipo de Instalación.Consideraciones Especiales para cada Instalaciones.

Caso de Estudio.

Estructura de la Norma (Cont…).

Para cada Aplicación se desarrollan los siguientes puntos:


Objetivos de la Norma.


Regular los niveles de armónicos de corriente y de tensión de un sistema eléctrico mediante el establecimiento de limites, de tal manera que se garantice la compatibilidad electromagnética (CEM), de las cargas y equipos asociados, a los fine de que estos puedan operar satisfactoriamente, sin ser dañados, ni reducir su tiempo de vida útil.

Instruir a los usuarios y diseñadores de instalaciones eléctricas, sobre los efectos de alto contenido de armónicos.

Establecer recomendaciones para la evaluación y diseño de instalaciones eléctricas con presencia de cargas no lineales.

Recomendaciones para la corrección del factor de potencia considerando: evaluación de límites, resonancia, mediciones y direccionalidad de las corrientes armónicas.

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Campo de Aplicación.

Esta norma se aplica a los fenómenos por conducción de baja frecuencia del tipo armónico en sistemas eléctricos en estado de régimen permanente en baja, media y alta tensión.

Esta es aplicable a sistemas eléctricos en 60 Hz con las tensiones normalizadas indicadas en la norma COVENIN 159:1997 “Tensiones Normalizadas”.

Las recomendaciones planteadas en esta norma deberán ser simuladas y validadas técnicamente para cada caso especifico antes de su implantación.



Indices.THD (Total Harmonic Distortión): Distorsión Armónica Total.

Indice usado para medir la distorsión de una onda periódica de tensión, con respecto a una onda sinusoidal de frecuencia fundamental. Este índice se obtiene de la relación entre la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados del valor rms de cada armónico y el valor rms de la fundamental. Se expresa en porcentaje.

Tensión. Corriente.

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Límites Control.

1.- Consideraciones para su Evaluación.

Los limites de control establecidos en esta norma tanto de tensión como de corriente aplicados a un Punto Común de Acoplamiento (PCC) ó un equipo.

El período mínimo recomendado de medición son siete días continuos.

Si los limites establecidos para un sistema son superados más del 5% del período de medición, el sistema evaluado no cumple esta norma.



Límites Control.

1.- Consideraciones para su Evaluación (Cont…).

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Límites Control.

1.- Consideraciones para su Evaluación (Cont…).

NO CUMPLELIMITE DE PLANIFICACIÓN

NIVEL DE COMPATIBILIDAD

Limite de Planificación THDv = 5%

Nivel de Compatibilidad THDv = 8%



Límites Control (Cont…).

2.- Distorsión Armónica de Tensión.

2.1.- Niveles de Compatibilidad.

Esta norma fija los requisitos de niveles de compatibilidad para redes públicas como no públicas e industriales, para una frecuencia de 60 Hz, en baja y media tensión. Para esto se clasifica el entorno elelectromagnético en tres clases.

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2.- Distorsión Armónica de Tensión.

2.2.- Límites de Planificación.

Los límites de planificación se deben cumplir al tanto al momento de realizar estudios de modificaciones e instalaciones nuevas, comoestudios de evaluación de contenidos de distorsiones armónicas.


Propuesta de Norma COVENIN 11:7-001 (Cont...).Límites Control (Cont…).

2.- Distorsión Armónica de Tensión (Cont…).2.2.- Límites de Planificación (Cont...).

Para equipos de generación de energía eléctrica el valor de distorsión armónica de tensión (THDv) a la salida del generador debe ser menor óigual a 2%, estando el generador en vació y bajo carga no debe sobre pasar lo establecido en la tabla anterior.

Por lo general el valor limite de THDv para generadores en vacío se deben establecer con el fabricante del generador al negociar su adquisición.

Existen generadores de rotor cilíndrico con entre hierro, la cual por su característica constructiva pueden llegar a tener un valor representativodel tercer armónico (valor típico 3%) debido a una distribución rectangular de la densidad de flujo en el entre hierro. Este es corregido con la utilización de trasformadores con configuración en delta.

Con respecto al desplazamiento de la onda AC de tensión se establece un limite de 0.1% de corriente CC con respecto a la onda fundamental AC, siendo su valor ideal cero %.

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Propuesta de Norma COVENIN 11:7-001 (Cont...).Límites Control (Cont…).

2.- Distorsión Armónica de Tensión (Cont…).2.2.- Límites de Planificación (Cont...).

El valor de AN para valores mayores de 480 V, debera ser multiplicado por V/480.

*Las aplicaciones especiales incluyen hospitales y aeropuertos.

**Los sistemas dedicados son exclusivamente dedicados a la cargadel convertidor.



Límites Control (Cont…).2.- Distorsión Armónica de Corriente.2.1.- Límites de Emisión.Para ser aplicados a la salida de los puntos de conexión de las cargas con la red eléctrica en baja tensión restringido para 120, 208, 240 y 480V para una frecuencia de 60 Hz.

2.1.1.- Límites para Cargas Monofásicas ≤ 16 A.

2.1.2.- Límites para Cargas Monofásicas y Trifásicas > 16 A.

2.2.- Límites en un Punto Común de Acoplamiento.2.2.1.- Límites para Cargas Trifásicas y Redes de Distribución Basadas en un Punto Común de Acoplamiento ≤ 10 KW. Estos limites son para ser aplicados en baja tensión en 120, 208, 240 y 480V a 60 Hz.

2.2.2.- Límites para Cargas Trifásicas y Redes de Distribución Basadas en un Punto Común de Acoplamiento > 10 KW. Estos limites son para ser aplicados en baja, media y alta tensión a 60 Hz y en cualquier punto del sistema de potencia.

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Límites Control (Cont…).2.1.- Límites de Emisión.2.1.1.- Límites para Cargas Monofásicas ≤ 16 A.

Nota: Su inclución en la norma dependerá de su verificación en 120 V y 60 Hz.



Límites Control (Cont…).2.1.- Límites de Emisión (Cont...).2.1.1.- Límites para Cargas Monofásicas ≤ 16 A (Cont...).

Es un equipo trifásico

balanceado ?

Es un equipoportatil ?

Es un equipo iluminación ?

Clase B

Clase C

Es un equipo con una onda especial

y P ≤ 600 W

Es un control de motor ?

Clase D

No

Si

No

Si

Clase A

Si

Si

Si

No

No

No

Inicio

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Límites Control (Cont…).2.1.- Límites de Emisión (Cont...).2.1.2.- Límites para Cargas Monofásicas y Trifásicas > 16 A.

Donde el factor PWHD se calcula mediante:

n: # de armónico. In: Corriente Armónica. I1: Corriente Fundamental.



Límites Control (Cont…).2.2.- Límites en un Punto Común de Acoplamiento.

El “Punto Común de Acoplamiento” (PCC) es el punto común entre el usuario contaminante y los posibles afectados. Este se puede encontrar en el primario o secundario del transformador. Desde el punto de vista de una carga, el punto común de acoplamiento con otros usuarios diferentes es el punto de conexión con la red de suministro eléctrico a través del medidor de energía.

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Límites Control (Cont…).2.2.- Límites en un Punto Común de Acoplamiento (Cont...).2.2.1.- Límites para Cargas Trifásicas y Redes de Distribución Basadas en un Punto Común de Acoplamiento ≤ 10 KW.



Límites Control (Cont…).2.2.- Límites en un Punto Común de Acoplamiento (Cont...).2.2.2.- Límites para Cargas Trifásicas y Redes de Distribución Basadas en un Punto Común de Acoplamiento > 10 KW.

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Límites Control (Cont…).2.2.- Límites en un Punto Común de Acoplamiento (Cont...).2.2.2.- Límites para Cargas Trifásicas y Redes de Distribución Basadas en un Punto Común de Acoplamiento > 10 KW (Cont...).

Isc: es la corriente de corto circuito en el punto común de acoplamiento. Es conveniente utilizar las condiciones normales del sistema que resulten en el mínimo nivel de cortocircuito en el punto común de acoplamiento que podrían presentarse por períodos prolongados de tiempo.

IL: es la máxima corriente de carga (componente fundamental) en el punto común de acoplamiento. Este se obtiene de la mediante medición en el PCC duarnte un período mínimo de siete (7) dias continuos. Para el caso de instalaciones nuevas este puede ser estimado en función de la carga a ser instalada.

La tabla de límites individuales de componentes armónicas solo son aplicables a los componentes impares. Los componentes armónicos pares están limitados al 25% de los valores reflejados en las tablas, en aquellos casos que impongan condiciones de difícil cumplimiento para el cliente es posible negociar excederse de este límite, siempre que no se produzcan niveles de distorsión armónica de tensión superiores a los permitidos en esta norma.



Límites Control (Cont…).2.2.- Límites en un Punto Común de Acoplamiento (Cont...).2.2.2.- Límites para Cargas Trifásicas y Redes de Distribución Basadas en un Punto Común de Acoplamiento > 10 KW (Cont...).

TDD es la distorsión total de demanda determinada mediante la tabla anterior, si TDD < THDi el sistema evaluado no cumple con el limite de distorsión armónica de corriente. Si TDD ≥ THDi el sistema cumple con los limites establecidos para la distorsión armónica de corriente.

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2.3.- Límites para Generadores Eléctricos.Se debe aplicar los limites de la tabla anterior, y no se debe permitir que el contenido de corrientes armónica de secuencia negativa (2,5,8,11, etc) supere el 5% de la corriente de carga del generador. Esto es de evitar problemas de pérdidas en el cobre y en el hierro, cambios en el torque electromagnético, el cual afecta la eficiencia y causa oscilaciones torsionales de la maquina.



Límites Control (Cont…).3.- Interferencia Hacia los Circuitos de Comunicación.

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3.- Interferencia Hacia los Circuitos de Comunicación.


El Futuro de la Norma.

Nuevas Tecnologías.

Nivel de utilización de la norma por parte de diseñadores y personal de mantenimiento.

Evolución Mundial con respecto al tema.

propuesta de norma venezolana para el control de armónicos en sistemas electricos

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