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8/2/2019 malla_tierra

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TEXTO DE ESTUDIO

ESTUDIO YDISEO DE

MALLA A

TIERRA BT-MT

Debido a que las instalaciones y equiposelctricos habitacionales, comerciales eindustriales son manipuladas por personas,estas deben cumplir con la Norma NCH4-2003en los aspectos esencialmente de seguridad,que eviten contacto elctrico directo eindirecto con el usuario. Por lo anterior lainstalacin elctrica debe ser puesta a unelectrodo elctrico emplazado en un terreno osuelo tal, que permita hacer operar losdispositivos de seguridad de tablero en untiempo dado y limite los niveles de corrientey/o voltaje a valores prescrito en Norma, quebajo ninguna condicin signifique un peligro alusuario final.

DANIEL VCTOR HENRQUEZ SANTANA


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ESTUDIO YDISEO DEMALLA

T

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AUTOR : Daniel Vctor Henrquez Santana,Ingeniero en Electricidad de la Universidad de Santiago de Chile.Diplomado en Evaluacin de Proyectos de Inversin en la U. de Chile Facultad de Economa. Licencia SEC clase A.

Relator externo de la UNIVERSIDAD DE CHILE Cenet en Electricidad avanzada, gestin de proyectos y

administracin de Servicios Tcnicos. Contacto: www.dhsing.cl , dhs [email protected] 08-3524371.

DERECHO DE AUTORDerecho de Propiedad Intelectual N 168.591 vigente desde el 17/1/2008. Ley Chilena sobre Propiedad Intelectual N 17.336.Se prohbe la reproduccin total o parcial de ste texto de estudio para fines comerciales. Como as mismo, su tratamientoinformtico, o la transmisin de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrnico, mecnico, por fotocopias, por

registros u otros mtodos, sin la autorizacin expresa en forma escrita por el autor .

IERRA BT - MT


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ESTUDIO Y DISEO DE MALLA A TIERRA BT-MT

PRLOGO

Debido a que las instalaciones y equipos elctricos habitacionales, comerciales e

industriales son manipuladas por personas, estas deben cumplir con la NormaNCH4-2003 en los aspectos esencialmente de seguridad, que eviten contactoelctrico directo e indirecto con el usuario. Por lo anterior la instalacin elctricadebe ser puesta a un electrodo elctrico emplazado en un terreno o suelo tal, quepermita hacer operar los dispositivos de seguridad de tablero en un tiempo dado ylimite los niveles de corriente y/o voltaje a valores prescrito en Norma, que bajoninguna condicin signifique un peligro al usuario final.

Por tanto, se deben realizar estudio del terreno, clculos de electrodos,comprobacin final de la resistencia puesta a tierra real y este anlisis traducirlo aun Estudio Tcnico para el cliente o empresa.

El Autor

.INDICE MATERIAS

1. NORMA ELCTRICA Y DISPOSITIVOS DE PROTECCIN1.1. Origen del riesgo para las personas......................................................................................................1 1.2. Contacto directo e indirecto Norma NCH4-2003...................................................................................2 1.3. Medidas de proteccin contra contactos elctricos...............................................................................81.4. Medidas de proteccin clase A...........................................................................................................101.5. Medidas de proteccin clase B...........................................................................................................141.6. Condiciones de operacin de disyuntores y fusibles............................................................171.7. Condiciones de operacin de interruptores diferenciales...................................................................181.8. Calculo de la corriente de cortocircuito........................................................................................23 1.9. Componente de la corriente de cto cto...............................................................................................271.10. Perdidas e impedancia porcentual de Subestaciones.......................................................................28 1.11. Cortocircuito monofsico y trifsico...................................................................................................29

.

2. ESTUDIO GEOELECTRICO DEL TERRENO2.1. 362.2. Resistividad del terreno........................................................................................................................36 2.3. Factores que determinan la resistividad del terreno....................... ..................................................... .372.4. Estudio del terreno, Fundamentos Fisicos y Schlumberger.................................................................. 402.5. Mediciones, Estratos, Curvas Orellana y Mooney, Papel Log .482.6. Resistividad equivalente del terreno, segn Yakobs............................................................................592.7. Procedimiento de calculo de Malla a Tierra .........................................................................................60 2.8. Resistencia de un electrodo vertical.....................................................................................................622.9. Resistencia de un electrodo enmallado horizontal...............................................................................63

2.10.. Mtodo de calculo por Laurent..........................................................................................................63

La puesta a tierra.............................................................................................

.............................................................


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2.11.Mtodo de calculo por Schwarz......................................................................................................... .64 2.12.. Seccin minima segn ONDERDONK ............................................................................................. 66 2.13. Estudio geoelctrico del suelo .............................................................................................................672.14. Configuracin y formulas de Schlumberger......................................................................................682.15. Separacin en mts electrodos segn Schlumberger........................................................................70 2.16. Informacin obtenida en terreno .......................................................................................................72

2.17. Resistencia de muestras y resistividad aparente por estratos ).........................................................732.18. Interpretacin de los estratos del terreno ......................................................................................... 75

3. DISEO DEL ELECTRODO MALLA A TIERRA EN BT

3.1. .............................................................................................833.2. Mallas tipicas superficie y resistencia a tierra.....................................................................................85 3.3. Calculo de Resistividad equivalente del terreno ..............................................................................86

3.5. Calculo de un elctrodo vertical..........................................................................................................903.6. Calculo de malla por metodo de Laurent............................................................................................90 3.7. Materiales, uniones y punto de medicin Rpt.....................................................................................923.8.Medicin de resistencia puesta a tierra... 95

3.9. Mejoramiento del terreno y electrodo..................................................................................................97

4. DISEO DE ELECTRODO MALLA EN MEDIA TENSIN4.1. Corriente mxima seguridad segn Dalziel.......................................................................................................1024.2. Norma 4-2003 y gradiente de potencial............................................................................................ 1034.3. Voltaje de paso y voltaje de contacto................................................................................................1034.4. Condiciones de diseo de una malla a tierra MT.............................................................................. 1064.5. Metodologa por Laurent y Koch...................................................................................................... 1064.6. Potenciales de malla y paso mximo...............................................................................................1064.7. Tabla parametros para determinar mallas.........................................................................................1084.8. Ejemplo de calculo resistencia puesta a tierra y electrodo................................................................1104.9. BIBLIOGRAFIA...116

WWW.DHSING.CL INGENIEROS RELATORES

Comparacin de Curvas Orellana &y MooneyFormula de Yakobs y resistividad equivalente del terrenoHoja de resumen toma de datos en terreno2.21

2.20

2.19 ....................................................................................77

................................................................79

......................................................................................80

Anlisis de parrafo y Tabla NCH4-2003

3.4 Calculo por el mtodo de Schwarz ....................................................................................................88

Malla y electrodos verticales. calculos.3.10. .............................................................................................98


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Parte

1Norma Elctrica ydispositivos de proteccin


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ESTUDIO Y DISEO DE MALLA A TIERRA BT Y MT 1


1.1 ORGENES DEL RIESGO PARA LAS PERSONASLa electricidad es una de las energas de ms amplio y variado uso en la actualidad, por lo que

podemos encontrarla en prcticamente todos las aplicaciones. Es limpia, en alguna medida econmica

(si la comparamos con otras fuentes), es fcil de generar, y adems, puede transformarse en otros

tipos de energa (lumnica, mecnica, etc.), pero lamentablemente su uso, conlleva a riesgos tanto para

las instalaciones como para los propios usuarios de estas.

Evitar que la electricidad dae a instalaciones, equipos y fundamentalmente a usuarios, es una de las

premisas principales dentro del diseo de una red interior. La proteccin adecuada y efectiva,

especialmente de los usuarios de las redes elctricas interiores, se realiza por medio del uso de

diferentes elementos siendo mayormente utilizados las puestas a tierra y especialmente

los dispositivos diferenciales, ya que estos contribuyen a lograr la tan necesaria ptima proteccin a

los usuarios contra los accidentes de origen elctrico.

Los accidentes elctricos que pueden sufrir los usuarios de las instalaciones interiores de baja tensin,

pueden ser debidos a negligencia de ellos mismos, o bien, a que la red elctrica sufri una falla de

aislacin, lo que provoca que en la carcaza de un equipo que normalmente no est energizado,

aparezca una tensin peligrosa.

Si analizamos las causas que originan los accidentes por descargas elctricas podremos encontrar que,

en un amplio porcentaje, las medidas de seguridad previstas no fueron suficientes para garantizar la

seguridad de los usuarios, o bien no estuvieron correctamente aplicadas e, incluso, que con el paso del

tiempo su capacidad protectora haba disminuido.

Para poder prevenir los accidentes debidos a la corriente elctrica es necesario adoptar medidas de

proteccin adecuadas a los posibles riesgos que puedan presentarse. Estas medidas implican la

eleccin cuidadosa de los elementos preventivos que hagan a las instalaciones elctricas fiables y

seguras, tanto para las personas como para ellas mismas.

Las instalaciones elctricas interiores podrn dejar de ser seguras para sus usuarios, cuando en ellas se

presenten dos situaciones perfectamente definidas, denominadas contactos elctricos. La primera tiene

relacin con el concepto de la accin insegura, es decir, la persona toca directamente el o los

conductores de alimentacin por alguna causa cuando estos se encuentran energizados; mientras que

la segunda, se relaciona con el concepto de la condicin insegura, es decir, con la situacin en donde

el usuario accede a la fuente de alimentacin por medio de la carcaza de algn equipo que est

accidentalmente puesta bajo tensin. Por todo esto podemos decir, que conceptualmente existen dos

tipos generales de contactos elctricos, los directos, que se relacionan con el propio usuario, y los

indirectos, que se asocian al estado de las instalaciones elctricas.


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WWW.DHSING.CL INGENIEROS RELATORES1.2. CONTACTO DIRECTO E INDIRECTO

El contacto directo se define como la situacin en donde la persona o usuario de una instalacin

interior, toca con alguna parte de su cuerpo, un punto del circuito elctrico de alimentacin que en

condiciones normales se encuentra energizado. Esta unin entre el usuario y la instalacin, puede

presentarse en dos formas distintas, una cuando la persona se encuentra aislada de tierra, y la otra

cuando no lo est.

Persona Aislada del Suelo

Este caso corresponde a una persona que establece contacto entre el neutro y la fase de la instalacin(considerando un circuito monofsico), estando aislado de tierra.

Circuito elctrico del contacto directo aislado del suelo

Si analizamos la situacin mostrada en la figura , podremos darnos cuenta que desde el punto de vista

de circuitos elctricos, el usuario al estar aislado de tierra, se comporta como una carga ms del

sistema.

Circuito elctrico del contacto directo aislado del suelo

Segn se muestra en la figura , las variables elctricas que se asocian a este contacto son:

- La resistencia de la persona Rch


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- La tensin de contacto Vc

- La magnitud de la corriente que circula por el individuo lch

La reglamentacin elctrica nacional establece para el caso de baja tensin, que la resistencia de las

personas en el estudio de los contactos elctricos debe considerarse con un valor de 3.000 ohms

La diferencia de potencial que aparecera entre las manos de la persona, definida como la tensin de

contacto, ser equivalente al valor del voltaje existente en el sistema de alimentacin, que para nuestro

caso de estudio se considera de 220 V.

Con los parmetros de resistencia y voltaje ya definidos en los prrafos anteriores y utilizando la leyde Ohm, podemos determinar tericamente la magnitud de la corriente elctrica que circulara por la

persona afectada por este tipo de contacto elctrico:

La magnitud de la corriente alcanzada en este tipo de contacto es evidentemente daina para la

persona, pero lo que fundamentalmente hace peligroso a este tipo de contacto elctrico, es la no

existencia de alguna falla que pueda ser detectada por algn dispositivo de proteccin que actu en un

tiempo que no permita un desenlace fatal de este accidente.

Persona No Aislada del SueloEste caso corresponde a cuando una persona establece contacto con una fase de la instalacin, estando

conectado a tierra.

Contacto directo conectado al suelo

Si consideramos un contacto directo del utilizador con un conductor de nuestra instalacin, se

generar un flujo de corriente a travs de l, que se cerrar por la tierra con el neutro de laalimentacin, el cual por norma debe estar aterrizado.


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Circuito elctrico del contacto directo conectado al suelo

En este tipo de contacto, el cuerpo del usuario se comporta tambin como una resistencia al paso de la

corriente, con la diferencia respecto al contacto directo anterior, que al cerrar el circuito por tierra y no

directamente por el neutro de la instalacin, se est produciendo lo que denominamos "corriente de

fuga", falla que evidentemente puede ser detectada por algn dispositivo de proteccin.

En el caso mostrado en la Figura , los parmetros mencionados en el tipo de contacto anterior

(persona aislada del suelo), se mantienen, luego:

Nuevamente la magnitud de la corriente que circulara por la persona es suficiente para causar serias

lesiones, las que sern proporcionales al tiempo de permanencia en el contacto, dado por las

caractersticas de operacin del dispositivo de proteccin, por ejemplo, un dispositivo diferencial.

Contacto IndirectoEl contacto indirecto se define como la situacin en donde la persona o usuario de una instalacin

interior, toca con alguna parte de su cuerpo una superficie metlica de un equipo elctrico que en

condiciones normales se encuentra desenergizada pero en condiciones de falla se energiza.

Este tipo de contacto es realmente peligroso debido a que es difcil de prevenir por parte del usuario,


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ya que generalmente corresponde al resultado de una falla interna de los equipos elctricos.

Contacto indirecto

Si consideramos un contacto del utilizador con la carcaza del equipo fallado, se generar un flujo de

corriente a travs del cuerpo de la persona que se cerrar por la tierra con el neutro de la alimentacin,

en forma similar al contacto explicado en el punto anterior.

Circuito elctrico del contacto indirecto

Segn muestra la figura anterior, si ocurre una falla franca de fase a masa, la carcaza se energizar

respecto a tierra con un potencial de 220 V, el que pasara a representar la tensin de contacto, luego

considerando la resistencia de la persona igual al utilizado en los casos anteriores, tendremos que :


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Parmetros que Inciden en un Accidente Elctrico

Existen una serie de parmetros que incidirn en un caso de riesgo de electrocucin. Si consideramos

que el utilizador se encontrar expuesto a una cierta tensin de contacto durante un tiempo

determinado, circulara por su cuerpo una cantidad de corriente que estar acotada por la resistencia

corporal del individuo. Tendremos entonces que el riesgo de electrocucin depender

de :

- Corriente que circula por el cuerpo y tiempo de exposicin.

- Tensin aplicada y resistencia del cuerpo.

Corriente que Circula por el Cuerpo y Tiempo de Exposicin

Dependiendo de la amplitud de la corriente elctrica que circula por el cuerpo de una persona que est

sometida a un contacto elctrico, y del tiempo de exposicin a este, los efectos sobre el individuo

pueden ser imperceptibles, o bien, mortales.

La norma IEC 60479-1 (Effects of current on human beings and livestock Par 1 General aspects),estableci zonas de riesgo en funcin de la magnitud de la corriente y el tiempo de exposicin a esta.

Estas zonas de riesgo son mostradas en la siguiente grfica: GRAFICA DE ZONA DE RIESGO

Zona 1. No se aprecia habitualmente ninguna reaccin, debido a que no se percibe el paso de lacorriente, por lo que no existe lmite de tiempo de permanencia en el contacto.

Zona 2. En esta zona comenzamos a percibir el paso de la comente como un leve cosquilleo pero, queno deja ningn efecto psicolgico grave como secuela, siempre que la magnitud de la seal no exceda

los 10 (mA). Se considera esta curva como el limite inferior de la corriente fisiopatolgicamente

peligrosa.


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Zona 3. En esta zona habitualmente no existe ningn dao orgnico. Existe probabilidad decontracciones musculares y de dificultades de respiracin; tambin perturbaciones reversibles en la

formacin y propagacin de impulsos al corazn, comprendida la fibrilacin auricular y paros

temporales del corazn, sin fibrilacin ventricular, aumentando con la intensidad de la corriente y el

tiempo.

Zona 4. Adems de los efectos de la zona 3, existe la posibilidad de fibrilacin ventricular. Podrnproducirse efectos patolgicos como paro cardiaco y paro respiratorio ocasionado por la tetanizacin o

quemaduras graves. Cave sealar que a mayor corriente de circulacin por el cuerpo humano, menor

es el tiempo de exposicin a esta corriente.

Tensin Aplicada y Resistencia del CuerpoDiversos estudios experimentales demuestran que la impedancia del cuerpo humano es siempre de

caractersticas resistiva pura, por lo que slo se habla de resistencia corporal.

El voltaje al que puede verse sometida una persona en un contacto elctrico, afecta directamente la

resistencia de la piel, la que se comporta como un aislante natural, pudiendo producirse la ruptura del

dielctrico en caso de tensiones superiores al valor nominal de soporte de ella.

A una frecuencia de 50 Hz y un potencial menor a 50V, la resistencia del cuerpo humano no depende

fundamentalmente de la tensin a la que puede quedar sometida, ya que en estas condiciones no se

presenta la ruptura de la piel por lo que la capacidad dielctrica no es afectada generalmente. Bajo

estas condiciones la resistencia de la persona depende particularmente de :

Espesor, estado de humedad y contenido salino de la piel. La resistencia aumenta con el

espesor de la piel (callosidad), disminuye con la humedad (transpiracin), y disminuye con la

salinidad (alteracin nerviosa).

Presin y rea de contacto. Si aumenta la presin y el rea de contacto, disminuye la

resistencia de la piel. La excepcin la constituye la presencia de extremos puntiagudos, que

pueden perforar la piel, llevando el valor de resistencia de esta, a cero.

A una frecuencia de 50 Hz y un potencial mayor a 50V, la resistencia del cuerpo humano no obedece

particularmente la ley de Ohm, si no que su valor depende fundamentalmente de la tensin que

soporte, tratndose por lo tanto de un dipolo no lineal cuya resistencia es funcin decreciente de la

tensin aplicada. Entre 85 y 150V, comienzan a tomar importancia la forma, intensidad, densidad y

duracin de la corriente que circula por el cuerpo, para tensiones mayores a 150 hasta 250V, el

dielctrico de la piel seca se rompe en pocos segundos y en caso de piel hmeda, se rompe en forma

casi instantnea. Es importante mencionar que una vez que la corriente circula por el cuerpo, se


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producirn internamente efectos de elevacin de temperatura y cambios en el balance electroltico,

logrando que aumente la conductividad corporal. Para tensiones sobre 250V, la resistencia de la piel

se hace cero y la resistencia corporal estar dada solo por la resistencia interna.

La Norma NCH Elec 4/2003 en el captulo 9, seccin 9.0.6.3, indica que 50Ves el mximonivel de potencial que un individuo puede soportar en lugares secos, mientras que en lugares

hmedos, este potencial es de 24V . Estos niveles de tensin se denominan tensiones de seguridad yson la base del

dimensionamiento de los sistemas de proteccin contra tensiones peligrosas.

1.3. MEDIDAS DE PROTECCIN CONTRA LOS CONTACTOS ELCTRICOS

Las medidas de proteccin contra los contactos elctricos estn reguladas en nuestro Pas, por la

norma NCH Elec. 4/2003 (especficamente por el captulo 9), en esta, se establecen todas las

medidas de seguridad pertinentes a implementar en toda instalacin elctrica interior, para poder

brindar un ptimo grado de proteccin a los usuarios de estas.

Resulta importante indicar que la primera gran medida de proteccin es evitar que ocurran los

contactos elctricos, que en el caso de los directos, pueden ser fcilmente evitados si los usuarios de

las instalaciones elctricas obedecen las indicaciones al respecto, por ejemplo, a no intervenir algn

equipo o sistema elctrico si est energizado. En el caso del contacto indirecto, este se puede

evitar realizando una adecuada mantencin preventiva a las instalaciones y a los equipos asociados a

esta.

Contra los Contactos DirectosUn usuario de una instalacin elctrica estar protegido contra los contactos directos con partes

energizadas que funcionen a ms de 50V, utilizando alguna de las medidas indicadas a continuacin, o

bien, realizando una combinacin de ellas.

- Ubicando la parte energizada fuera de la zona alcanzable por una persona, la que se considera

medida desde donde sta pueda situarse. Por arriba esta distancia lmite es de 2,50 metros y

lateralmente como hacia abajo es de 1,0 metro.


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Zona alcanzable por una persona

Colocando las partes activas en bvedas, salas o recintos similares accesibles nicamente a personal

calificado.

- Separando las partes energizadas mediante rejas, tabiques o disposiciones similares de modo queninguna persona pueda entrar en contacto accidental con ellas y que slo personal calificado tenga

acceso a la zona as delimitada.

- Recubriendo las partes energizadas con aislantes apropiados, capaces de conservar sus propiedades a

travs del tiempo y que limiten las corrientes de fuga a valores no superiores a una milsima de

Amper.

En general, las medidas adoptadas para evitar la ocurrencia del denominado contacto directo son solo

preventivas, y sern eficaces si el o los usuarios de las instalaciones, cumplen con el rgimen de

seguridad necesario para evitar este tipo de contacto.

Cabe mencionar, que los usuarios de las instalaciones elctricas no solamente son los adultos, sino que

tambin lo nios. Ellos normalmente estn expuestos a contactos elctricos directos en los circuitos de

enchufes, debido a la facilidad de los mdulos comunes de permitir el ingreso de elementos por sus

alvolos hacia los contactos de potencia. Una alternativa para reducir fuertemente e riesgo para los

nios, es el utilizar tomas de corriente con alvolos protegidos, los que no eliminan la ocurrencia del

contacto, pero lo dificultan considerablemente durante un tiempo que puede permitir la supervisin de

un adulto y el consiguiente llamado de atencin.

Toma corriente con alvolos protegidos


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Contra los Contactos IndirectosLa Norma NCH Elec. 4/2003, indica que la primera medida de proteccin es evitar que estos

contactos se produzcan, por medio de conservar la aislacin de la instalacin en sus valores

adecuados, los cuales son como mnimo, 300kohm, para instalaciones hasta 220V, y para tensiones

superiores, 1 kohm por cada Volt en instalaciones de hasta 100 mts. Sobre el valor indicado, la

instalacin debe separarse en extensiones no superiores a este, cada uno de los cuales deber cumplir

con el valor de resistencia de aislacin prescrito. Asumiendo que an en una instalacin en ptimas

condiciones, ante una situacin de falla una parte metlica del equipo puede quedar energizada, se

deben tomar medidas complementarias para proteccin contra tensiones de contacto peligrosas. Estasmedidas se clasifican en dos grupos; los sistemas de proteccin clase A y los sistemas de proteccin

clase B.

1.4. MEDIDAS DE PROTECCIN CLASE A Vase NCH4-2003 prrafo 9.2.6

Las medidas de proteccin clase A, persiguen suprimir el riesgo del contacto elctrico indirecto,

haciendo que estos no sean peligrosos, o bien impidiendo los contactos simultneos entre las masas y

elementos conductores entre los cuales puedan aparecer tensiones peligrosas.

1. EMPLEO DE TRANSFORMADORES DE AISLACIN

Consiste en transformar un sistema elctrico conectado a tierra de servicio, en un sistema aislado de

tierra, intercalando un transformador cuya razn de transformacin es generalmente 1:1 y no

conectando su secundario a tierra de servicio.

Transformador de aislacin

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