TECNOLOGÍA ELÉCTRICA

TEMA 5

CANALIZACIONES ELECTRICAS.

1

CANALIZACIONES ELECTRICAS.

?

CONDUCTORES DESNUDOS

Líneas aéreas AT Embarrados Canalizaciones prefabricadas

AISLADOS

?

Instalaciones interiores Distribución: BT, MT, AT

SISTEMAS DE CANALIZACIÓN DE LOS CABLES AISLADOS I.

Al aire

suspendidos de cables fiadores

sobre bandejas ventiladas

sobre aisladores

sobre paredes y muros

en huecos de la construcción bien ventilados 2

1

CANALIZACIONES ELECTRICAS. II.

empotrados o enterrados

directamente empotrado

III.

directamente enterrado

bajo tubo o conducto

tubo plástico corrugado

sobre paredes

tubo plástico liso

tubo rígido (metálico o de plástico)

empotrados en huecos de la construcción 3

ESTRUCTURA DE LOS CABLES AISLADOS

?

UNIPOLARES MULTIPOLARES

Cables AT

Cable unipolar

Cables trenzados en haz

Cable multipolar 4

2

ESTRUCTURA DE LOS CABLES AISLADOS

?

UNIPOLARES MULTIPOLARES

Cables multipolares: 1.- Conductor 2.- Aislante 3.- Armadura, pantalla

Cable multipolar

4.- Cubierta

Cable multipolar apantallado

Cable multipolar armado

Cable multipolar con flejes 5

CANALIZACIONES

canalización de PVC canalización prefabricada

canalizaciones prefabricadas en ángulo

6

3

SELECCIÓN DE CANALIZACIONES: INFLUENCIAS EXTERNAS a- Medio ambiente: -Temperatura ambiente - Sol

- Humedad

- Cuerpos sólidos - Vientos - Agua b- Utilización de la instalación.

- Rayos - Choques

- Corrosión

• Pericia de las personas que utilizarán la instalación. • Contactos entre las personas y suelos conductores. c- Forma de construcción empleada. • Facilidad de combustión del entorno. • Posibles desplazamientos de elementos estructurales.

ESTRUCTURA DEL CONDUCTOR Rígidos de un solo hilo: alambre (S ? 16 mm2) Rígidos de cuerda (n hilos) Clase 1 (n ? . muy flexible Flexibles sección nominal ? sección real

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MATERIALES UTILIZADOS COMO CONDUCTOR COBRE, ALUMINIO Cobre

Aluminio

Almelec

Acero

Resistividad a 20 ºC(? mm2 /m)

0,017241

0,028264

0,0325

0,163

Coef. de resistividad/temperatura a 20 ºC (ºC -1 )

0,00393

0,00403

0,00360

0,0065

Coef. de dilatación lineal C-1

17×10 -6

23×10 -6

23×10 -6

11,2×10 -6

8.970

2.703

2.700

7.800

Densidad

kg/m3

Para la misma capacidad de transportar I (misma R, l) • SAl = 1.65 Scu

? Al = 1.64 ? cu (20º)

• Peso Al = 0.5 Peso Cu

Dens, Al =0.30 dens, cu.

• Precio Al < Precio Cu Utilización Cu: instalaciones interiores Al: líneas de distribución

Comparación Cu: mejores características mecánicas menor espacio ocupado menos problemas de corrosión más caro

Otros materiales: Plomo (pantallas protectoras) Acero (armaduras, tubos)

Problemas de conexión, Cu - Al 8

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AISLANTES TERMOPLÁSTICOS

TERMOESTABLES

• Policloruro de Vinilo (PVC)

• Polietileno Reticulado (XLPE)

• Buenas características mecánicas

• Buenas características aislantes

• Resistencia al ataque de agentes químicos

• Bajas pérdidas

• Elevadas pérdidas dieléctricas; Rais? 50 M? /Km • Utilización: inst. interiores, BT, caract. especiales

• Absorción de agua • Atacable por luz solar • Util.: inst. interiores, BT, redes de distrib. (1KV) • Goma Natural: cables muy flexibles, BT

• Polietileno (PE) • Mejores propiedades aislantes (AT, comunicaciones)

• Goma Butílica: cables muy flexibles, MT • Etileno Propileno (EPR): M T

OTROS AISLANTES • Papel impregnado en aceite: AT aceite fluido, aceite viscoso, no migrantes • Siliconas, Acetato de Vinilo, Politetrafluoroetileno: T? 9

ARMADURAS

? Fleje

Protección mecánica acero (cables multipolares)?

? Malla

PANTALLAS ? Distribución radial de E (MT) ? Evitar transmisión de ruidos eléctricos. ? Hilos o mallas Cu, fundas Pb, hojas Al

CUBIERTAS •Protección del cable (aislante) frente agentes externos (luz, ozono, aceite,...) •Protección frente a da ños mecánicos (abrasión, punzonado) •Facilitar la instalación (bajo coeficiente de rozamiento) •Materiales: PVC, XLPE, poliamidas, policloropreno 10

5

CUBIERTAS ASPECTOS PRÁCTICOS • Secciones máximas para facilitar el montaje: - conductores MULTIPOLARES S ? 35 mm2 (fase) - conductores UNIPOLARES - si S ? 240 mm2 ?

S ? 240 mm2

Varios conductores en paralelo por fase

• Tensión nominal de aislamiento U0 / U

por ej: 450 / 750 V

0.6 / 1 KV

tensión entre fases tensión fase - cubierta • Designación: RZ 0.6/1 KV 3x150/95 Al + 22.0

(UNE 21030)

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RESISTENCIA DE LOS CONDUCTORES ?En continua:

R(? ) ? ? ?

l (m) ? ?mm2 ? ? ( ) S(mm2 ) m

Variación de ? con la temperatura

?Cobre:

? ? ? ? 200

234.5 ? t 254.5

? ? ? ? 200 (1 ? ? ? ? ) ? ? 20 0

?Aluminio:

? ? ? ? 200

?c ? t ? c ? 20

228 ? t 248

12

6

RESISTENCIA DE LOS CONDUCTORES Resistividad del cobre y del aluminio a distintas temperaturas 20ºC

45ºC

60ºC

85ºC

100ºC

160ºC

250ºC

COBRE

0.01724

0.01893

0.01995

0.02164

0.02266

0.02672

0.03282

ALUMINIO

0.02826

0.03111

0.03282

0.03567

0.03738

0.04422

0.05448

Ej: Si t = 900 C (temp . de régimen) ? Cuu, 90 = 1.27 ? Cuu, 20 ? ? Per ? 27 %

? R ? 27 %

? Alu, 90 = 1.28 ? Alu, 20 ?

? R ? 28 %

?U ?

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RESISTENCIA EN C.A. Efecto pelicular Efecto de proximidad La R de cables a 50 Hz puede obtenerse por: R´ = R (1 + ?p) R´: Resistencia corregida R´ = R (1 + ?s ) R: Resistencia en c. continua R´: Resistencia en c. alterna sin tener en cuenta el efecto R: Resistencia en c. continua

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7

REACTANCIA EN CONDUCTORES i(t) ?

? (t) ?

e(t) en c.a.

E ? jX I REACTANCIA POR FASE

X ? w ?L ? 2 ?? ? f ?L X (? )

L (Henrios)

X: Determinada por:

?

características del cable (l, r, d) condiciones de tendido

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REACTANCIA EN CONDUCTORES X en líneas trifásicas ? ? d ?? X ? 6, 28 ? 10 ? 5 ???0, 25 ? ln ? ????l ; ? r ?? ? X ( ? ), l ( m) d ? (2 r + 2 e)

d?

3

d 12 ?d 23 ?d 31

d ? 3 2 ?d1 Datos prácticos: en BT d varia poco, ln d menos r r d1 >> d X ? 80 m? /Km

d1 ? d

X ? 300 m? /Km

X ? 130 m? /Km

líneas aéreas

16

8

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CAIDA DE TENSIÓN EN CONDUCTORES EN CA CIRCUITO EQUIVALENTE MONOFÁSICO (FASE - NEUTRO)

U1 ? U 2 ? ( R ? j X ) I Caída de tensión: ? U ? U 1 ? U 2 ? U1 ? U 2 ? ( R ? j X ) I

? U ? R I cos? ? X I sen? ? A

0

18

9

CAIDA DE TENSIÓN EN CONDUCTORES EN CA Expresiones prácticas: • Líneas trifásicas:

?U ?

3 ( R I cos? ? X I sen? ) V

• Líneas monofásicas:

? U ? 2 (R I cos? ? X I sen? ) V

? U ? R I cos? ? X I sen? ? R I a ? X I b

• Caída de tensión porcentual ? U (%) ?

?U 100 U1

• Cálculo aproximado de ? U ?U ?

3R I

? cos ? ? 1 si ? ? X ?? R

Ejemplo: Cu: S = 70 mm2 S = 185

mm2

? R = 268 m? /Km >> X ? R = 99 m? /Km ? X

Al: S = 150 mm2 ? R = 206 m? /Km 19

DISEÑO DE LÍNEAS POR CAÍDA DE TENSIÓN ITC BT 19- 2.2.2 Caídas de tensión admisibles: ? Viviendas ?? U ? 3 % Instalaciones receptoras alimentadas en B.T. ?? U ? 3 % Alumbrado ?? U ? 5 % Otros usos (Fuerza) ? Instalaciones industriales alimentadas en A.T.(20KV) mediante transformador propio: ?? U ? 4.5 % Alumbrado ?? U ? 6.5 % Otros usos (Fuerza) NOTA: Se considera muy recomendable no llegar hasta estos valores de ? U

20

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CALENTAMIENTO DE LOS CONDUCTORES Qg ? Pg ? R I 2

Qev ? C (Tc ? Ta ) S c

? ? ?

Coef. transmisión térmica global

Equilibrio térmico ?

Qg = Qev

para condiciones dadas (C, Ta ) ? I ? Tc Máxima intensidad admisible en un conductor Imax ?

Tc = T maxad.

Tmax (Reg.. Continuo)

conductor tipo de cable: ? ? aislamiento ? cubierta condiciones instalación

de canalización ? tipo ventilación otros ? proximidad conductores ? tipo de instalación

RI 2 ? CSc (Tc ? Ta ) ? (? ? r 2 ) 2 ? C 2 ? r (Tc ? Ta ) ? r2

r?

? ? ?

?2?

C 2 (Tc ? Ta ) ?r

PVC

70º

? ? densidad de corrienteen A / mm 2

XLPE

90º

? ? resistividad en ? mm 2 / m r ? radio del conductoren mm 21

DISEÑO DE UNA INSTALACION ELECTRICA ? Sistema de protección de los usuarios (cap. 4) ? Sistemas de puesta a tierra (cap. 3) ? Canalizaciones eléctricas (cap. 5) ? Sistemas de protección frente a sobreintensidades y sobretensiones (cap. 6) ? Instalaciones de Alumbrado (cap. 7) ? Sistema de compensación de Energía Reactiva (cap.8) ? Centro de transformación (cap. 9)

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DISEÑO DE LAS CANALIZACIONES DE UNA INSTALACION ELECTRICA DATOS DE PARTIDA • Características de los consumos (Potencias, Nº fases, Tipo...) • Descripción del local: distribución, altura, uso… • Ubicación de los consumos • Ubicación del C.G.B.T, de los Cuadros Secundarios… • Descripción del Proceso Industrial, modo de utilización ... • Condiciones especiales (influencias externas: riesgo de incendio o explosión, humedad, temperaturas elevadas… DEFINICION DEL DIAGRAMA UNIFILAR • Determinación del Nº de Líneas repartidoras (desde el C.G.B.T) • Determinación del Nº de Cuadros Secundarios, Terciarios

DEFINICIÓN DE LAS CANALIZACIONES • Trazado • Tipo • Dimensiones • Líneas que las integran

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DISEÑO DE LAS CANALIZACIONES DE UNA INSTALACION ELECTRICA DEFINICION DE LOS CONDUCTORES DE CADA LINEA • Nº de conductores por línea • Tipo de material conductor • Tipo de material aislante • Tensión nominal de aislamiento • Tipo de cable (unipolares o multipolares) • Recubrimientos protectores (Cubiertas) DIMENSIONADO DE LAS SECCIONES DE LOS CONDUCTORES • Dimensionado de los conductores de fase - Criterio térmico - Criterio de Caída de Tensión • Dimensionado del conductor neutro • Dimensionado del conductor de protección

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DISEÑO DE LAS CANALIZACIONES - DATOS DE PARTIDA ? DESCRIPCION DEL LOCAL ( Planta, alzados, dimensiones…) ? CARACTERISTICAS DE LOS CONSUMOS (CARGAS) - Nº de Fases: Monofásicos (F+N), (F+N+PE) Trifásicos (3F), (3F+N), (3F+N+PE), (3F+PE) - Corriente demandada (In)

? UBICACIÓN DE LOS ELEMENTOS • Cargas • C.T, CGBT, Acometida • Otros elementos constructivos,… ? TIPO (NATURALEZA) DE LOS CONSUMOS ?Alumbrado: Lámparas de descarga IB = 1.8 ?Motores:

PL UN

IB = 1.25 In (Para el motor de Pmáx.)

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DISEÑO DE LAS CANALIZACIONES - DATOS DE PARTIDA ? CONDICIONES ESPECIALES (INFLUENCIAS EXTERNAS) ?Emplazamientos húmedos, mojados, atmósferas corrosivas, temperaturas elevadas (T>50ºC), temperaturas muy bajas, atmósferas polvorientas, Estaciones de Servicio, Garajes…??(ITC BT 030) ?Locales con riesgo de incendio o explosión ??(ITC BT 029) ?Locales de pública concurrencia ??(ITC BT 028)

? CONOCIMIENTO DEL PROCESO (MODO DE UTILIZACION)

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DISEÑO DE LAS CANALIZACIONES - DIAGRAMA UNIFILAR ? NÚMERO DE LINEAS REPARTIDORAS (DESDE EL CGBT) •Una por cada cuadro secundario o consumo de gran potencia ? NÚMERO DE CUADROS SECUNDARIOS Y NIVELES DE DISTRIBUCIÓN NºC.S. Ý

Mayor coste de instalación

Facilita el mantenimiento

NºN.D. Ý

Menor coste de explotación

Limita la repercusión de las averías

? CRITERIO DE AGRUPAMIENTO DE CARGAS (EN UN CUADRO) •Proximidad geográfica •Funcionalidad (cargas que intervienen en un mismo proceso)

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DISEÑO DE LAS CANALIZACIONES - DIAGRAMA UNIFILAR ?DETERMINACION DE LAS CORRIENTES DE DISEÑO DE LAS DISTINTAS LINEAS (IB) - Líneas que alimentan cargas ? IB = K In - Motores: K=1,25 - Lámparas de descarga: K=1,8 - Otras cargas: K=1 - Líneas que alimentan cuadros - Si se conoce el proceso (cargas que pueden conectarse simultáneamente): IB = ? Ii (suma de valores eficaces) - Si desde el cuadro se alimentan motores IB = ? Ii : IB = 1,25 In mot.máx + ? Ii - Si no se conoce el proceso (se desconocen las cargas conectadas simultáneamente): IB =c ? Ii (c: coef. de simultaneidad) - Líneas de acometida

IB ?

S NT

3U

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MÉTODO PRÁCTICO DE DIMENSIONADO DE SECCIONES POR CRITERIO TÉRMICO •Utilización de tablas [ Iad/ s ] dadas por Normas, definidas para:

- tipo de cable. - condiciones de instalación tipo.

Dado

? ? tipo de cable ? ? Tabla ? s / I ad ( s) ? I B cond. instal. ?? IB

Si cond. instalación no coinciden exactamente ? Aplicar coef. de corrección: K (Normas) Int. adm.: Iz = K Itabla 29

MÉTODO PRÁCTICO DE DIMENSIONADO DE SECCIONES POR CRITERIO TÉRMICO • Caso general Dado

Dado

? ? ? ? Tabla; obtener K ? ? ? I ? Sección adecuada : s / I tabla(s) ? B K S ? ? tipo de cable ? ? Tabla; obtener K ? cond. instal. ?? IIB B tipo de cable cond. instal.

? Intensidad admisible : I z ? I tabla(s) ?K

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DIMENSIONADO SEGÚN OTRAS NORMAS • UNE 20-460:

Instalaciones eléctricas en edificios

Parte 523:

Corrientes admisibles

• UNE 20-435: Guía para la elección de cables de Alta Tensión Un ais ? 1000 V EJEMPLO: Con IB = 250 A. y cable tripolar de Cu, aislado con XLPE U0 /U = 0.6/1 KV. Instalado al aire, Ta = 500 C K ? 0.9

IB ? 277 ? Sad ? 120 mm 2 (Itabla ? 300 A) K I Z ? 0.9 ?300 ? 270 A

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DIMENSIONADO DE CONDUCTORES POR C.D.T. EXPRESIONES DE LA C.D.T. EN FUNCIÓN DE LA POTENCIA LÍNEA TRIFÁSICA Relaciones entre la intensidad y la potencia

I?

Expresión de la c.d.t. en función de la potencia

P ; I a ? I ?cos ? ? 3 ?U ?cos ?

? U ? R I cos? ? X I sen? ? R I a ? X I b L ??Ru ?P ? X u ?Q ? U2 Ru, Xu resistencia y reactancia por unidad de longitud U1 ? U 2 ? ? U ?

Para secciones de conductores ? 120 mm2 ?U ?

L ?? ?P U 2 ?S

U 2 ? Un ?

LÍNEA MONOFÁSICA ? ?

P ?Q ; I r ? ? I ?sen ? ? ; 3 ?U 3 ?U

?U ?

L ?? ?P Un ?S

La expresión de la c.d.t. en % queda:

??

?U ?100 Un

??

L ? ? ?P ?100 S ?U n 2

L ?? ?P ?200 2 S ?U n 32

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LÍNEAS DE SECCIÓN UNIFORME CON MÚLTIPLES CARGAS ?

La intensidad I k en cada tramo de la línea será:

Tramo 0 ? 1: ? ? ? ? ? I1 ? I 2 ? I 3 ?.....? I n ? I 01 ? I 01a ? I 01 r ? j ? ? ? ? Tramo 1 ? 2: ? ? ? ? I 2 ? I 3 ? ....? I n ? I 12 ? I12a ? I 12r ? j ? ? ?? ?? ? ? Tramo 2 ? 3: I 3 ? I 4 ? .....? I n ? I 23 ? I 23a ? I 23r ? j La caída de tensión en la LÍNEA TRIFÁSICA será:

? U ? 3 ??Ru ??L1 ?I 01a ? L2 ?I12a ? ....?? X u ??L1 ?I 01r ? L2 ?I 12r ? ... ??? ? 3 ?Ru ??L1 ??I1a ? I 2a ? I 3a ? ....?? L2 ??I 2a ? I 3a ? I 4a ? ....? ? ...?

? 3 ? X u ??L1 ??I 1r ? I 2r ? I 3r ? .... ?? L2 ??I 2r ? I 3r ? I 4r ? .... ?? ....?

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LÍNEAS DE SECCIÓN UNIFORME CON MÚLTIPLES CARGAS Utilizando la siguiente expresión: Ika ?

? ? (aproximando U k por U n), resulta:

Pk 3 ?U n

; I kr ?

? Qk 3 ?U n n

Ru ??L1 ?P1 ? ?L1 ? L2 ??P2 ? ?L1 ? L2 ? L3 ??P3 ? .... . ??? X u ??L ?Q ? ?L ? L ??Q ? ?L ? L ? L ??Q ? ..... ?? 1 1 1 2 2 1 2 3 3 Un Un n X R R ? u ??L01 ?P1 ? L02 ?P2 ? L03 ?P3 ? ..... ? ? X u ??L01 ?Q1 ? L02 ?Q2 ? L03 ?Q 3 ? ... ? Un Un

?U ?

34

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LÍNEAS DE SECCIÓN UNIFORME CON MÚLTIPLES CARGAS Cuando las secciones no son muy grandes, puede despreciarse el sumando correspondiente a la reactancia ?U ?

? ? n ? ??? L0 i ?Pi ? S ?U n ? i ?1 ?

o bien: S?

100 ?? ? n ? ? L0 i ?Pi ? 2 ?? ? ?U n ? i ?1 ?

? c.d.t. porcentual

LÍNEAS MONOFÁSICAS

S?

200 ?? ? n ? ??? L0i ?Pi ? 2 ? ?U n ? i ? 1 ? 35

DIMENSIONADO DE TUBOS Y CANALES PROTECTORES ? Clasificación: - Metálicos rígidos: Blindados. Blindados con aislamiento interior. Normales (Bergman). - Metálicos flexibles: Blindados (IP 7-9 UNE 20 324). Normales (IP 3-5 UNE 20 324). - Aislantes rígidos (PVC): Normales: estancos y no propagadores de la llama. Blindados. - Aislantes flexibles: Normales.

? Diámetro tubos: ITC BT 21 Tablas S ? o nº conductores ? ? Sección libre tubo ? 3 Sección de conductores ? Dimensionado de bandejas o canales similar a la de los tubos. ? Posibilidad de ampliación ? 25% sección realmente ocupada. ? En redes subterráneas bajo tubo, un tubo para cada circuito. ? Tubos metálicos: todos los conductores de una misma línea deben incluirse en el mismo tubo.

? Agrupación de circuitos en un solo tubo o bandeja cuando se cumplen simultáneamente las siguientes condiciones: - Todos los aislamientos son válidos para la máxima tensión de servicio. - Debe existir un aparato general de mando y protección único. - Cada circuito individual está protegido contra sobreintensidades. 36

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ÍNDICES DE PROTECCIÓN (IPXX) - PRIMERA CIFRA CARACTERÍSTICA -

PROTECCIÓN CONTRA LOS CUERPOS SÓLIDOS. Cifra

Significado para la protección del equipo

0

Sin protección

1

Contra el ingreso de objetos extraños sólidos de Ø ? 50 mm

2

Contra el ingreso de objetos extraños sólidos de Ø ? 12,5 mm

3

Contra el ingreso de objetos extraños sólidos de Ø ? 2,5 mm

4

Contra el ingreso de objetos extraños sólidos de Ø ? 1,0 mm

5

Protegido contra el polvo

6

Totalmente protegido contra el polvo

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ÍNDICES DE PROTECCIÓN (IPXX) - SEGUNDA CIFRA CARACTERÍSTICA -

PROTECCIÓN CONTRA LOS LÍQUIDOS. Cifra

Significado para la protección del equipo

0

Sin protección

1

Protegido contra las caídas verticales de gotas de agua

2

Protegido contra las caídas de agua con una inclinación máx. 15º

3

Protegido contra el agua en forma de lluvia

4

Protegido contra las proyecciones de agua

5

Protegido contra los chorros de agua

6

Protegido contra los chorros fuertes de agua

7

Inmersión temporal

8

Inmersión continua 38

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ÍNDICES DE PROTECCIÓN (IPXX) - TERCERA CIFRA CARACTERÍSTICA -

PROTECCIÓN CONTRA LOS CHOQUES MECÁNICOS. Cifra

Significado para la protección del equipo

0

Sin protección

1

Energía de choque: 0,225 Julios

3

Energía de choque: 0,5 Julios

5

Energía de choque: 2 Julios

7

Energía de choque: 6 Julios

9

Energía de choque: 20 Julios

39

20