Hubbell Wiring Systems - Calidad de Energia

Hubbell Electrical Systems

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Calidad de Energía Power Quality

Recomendaciones Para Espacios Críticos

122 años de Excelencia


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• Introducción:

Este documento tiene como fin primordial informar a los clientes finales , diseñadores e instaladores, sobre las perturbaciones que pueden afectar la calidad de energía que alimentan los espacios críticos de cualquier corporación ( sala de telecomunicaciones , sala de servidores o data centers, sala de equipos, radio bases ) entre estas perturbaciones hacemos referencia a los transitorios de voltaje que ocurren en los circuitos de bajo voltaje, y con el fin de que se tomen medidas correctivas y preventivas en el menor tiempo posible, a través de equipos especiales tales como los TVSS ( Transient Voltage Surge Supresor ), conocidos como supresores de trasientes .

La IEEE en su capitulo IEEE C62.41-1991, Presenta los lineamientos de los parámetros de aplicación y las acciones que deben ser implementadas para llegar a un buen desempeño en la protección contra transitorios.

Con esta información queremos que los usuarios tenga una base para tomar decisiones al momento de elegir un TVSS para proteger sus espacios críticos o cualquier otra área que sea considerada vital para las operaciones de la corporación, y así evitar consecuencias mayores como perdida de activos, dinero y calidad del servicio ante terceros.


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1. Calidad de Energía ( Power Quality )

La calidad de energía puede resumirse como la combinación de las variaciones en la tensión, corriente y frecuencia del sistema eléctrico que afectan adversamente al equipo eléctrico y electrónico.

La IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), en el capitulo IEEE 1100-1992 e IEEE 1159-1995 definen calidad de energía como: “El concepto de energizar y aterrizar el equipo sensible de una manera adecuada para la operación del equipo.”

Haciendo una analogía, el agua y el aire puro son importantes para el cuerpo humano para mantener sanamente la salud y en un buen estado físico. Al igual que el agua y el aire se contaminan, las perturbaciones eléctricas contaminan el servicio eléctrico que alimenta nuestros espacios críticos, esta perturbaciones pueden ser trasientes, sobrecargas, picos, ruidos, altibajos de tensión, y estas perturbaciones pueden ser tanto externas como internas, a la larga este tipo de falla trae como consecuencia el mal funcionamiento de equipos activos y sobre todo aquellos que tienen un fin de procesar y almacenar información.

En estudios realizados en los Estados Unidos por los Laboratorios Bell, se ha mostrado estadísticamente que:

El 85 % de los problemas de los equipos activos en un Data Center son

generados por las perturbaciones tales como trasientes, picos, sobre voltaje, descargas eléctricas, etc.

El 15 % se debe a los apagones.

En general las empresas de hoy en día viven la realidad de operar con estos entes perturbadores, que afectan millones de transacciones diarias en un data center o en una sala de control el cual tiene bajo supervisión cualquier proceso industrial que convive con personas que confían en que su sistema es 100% seguro. Por esta razón se establece como prioridad mantener la continuidad para que sus operaciones sean seguras y no sean afectadas por eventos que no tengan que ver con la actividad comercial u operacional de la organización.


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2. Los aspectos que debemos cuidar para disminuir las pertubaciones en nuestro sistema

eléctrico deben ser los siguientes:

• Instalaciones Eléctricas:

Un alto porcentaje de las fallas que se presentan con el suministro eléctrico hacia los espacios críticos esta en el cableado eléctrico, teniendo relación directa con el sistema de puesto a tierra y otro porcentaje bajo relacionado con el aspecto de la polaridad, el cual trae como consecuencia el incremento de las perturbaciones en toda la red interna de la infraestructura, haciendo que los equipos de tecnología de información o telecomunicaciones presenten problemas operativos.

• Mantenimiento Preventivo y Correctivos:

Se recomienda que las empresas mantengan un

plan de mantenimiento preventivo periódicamente, con el fin de revisar las instalaciones y planificar las nuevas demandas de cargas y equipos de protección conforme pasa el tiempo y la adición de nuevos equipos.

• Protección de Espacios Críticos:

Es muy importante que las empresas mantengan una política de continuidad y de protección de los equipos que residen en los espacios críticos, con el fin de que la calidad del servicio se mantenga al 100% durante los 365 días del año, para esto es recomendable que se usen equipos de continuidad de energía (UPS), protección contra trasientes, picos (TVSS) y acondicionadores de líneas (PLC).

CALIDAD DE

ENERGIA

TVSS

• Transitorios

• Entradas/Ramales

• Protección de datos

Power Line Conditioners

• Ruido, Harmónicos

• Plug & Play

UPS

• Energía Continua


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3. La Realidad:

Los problemas de energía y descargas atmosféricas son las primeras causas más

importantes en la perdida de datos y daños de los equipos de cómputos, de telecomunicaciones y control.

Las perturbaciones en el servicio eléctrico son comunes en algunos países de Latino

América, el cual pueden ser traducido a perdidas ya sean en dólares, equipos, data y productividad. Supongamos que cuantificamos las ventas que produce su empresa por horas y ponemos en una balanza las interrupciones que han tenido en cierto tiempo debido a una descarga atmosférica, llevando picos y trasientes por la red eléctrica hasta su data center, puede que la resultante de este ejercicio sea aterrorizante y la inversión para proteger la tecnología de la cual depende nuestros negocio contra estos elementos perturbantes resultan ser justificable

Según estudios realizados por la empresa IBM en latino América, el promedio de un

equipo activo conectado al servicio eléctrico comercial es atacado por mas de 120 perturbaciones (Trasientes, Picos, Ruido, etc.) al mes, afectando el correcto funcionamiento del hardware y generando el incremento en los costos de servicio y mantenimiento, el cual hace que sean negativos al final para las utilidades de cualquier empresa.

Según el Instituto de Investigaciones Eléctricas de México, una interrupción de 0.7 segundo puede detener un proceso industrial que pueden llegar hasta 6 horas promedio en volver a su normalidad, esta grave interrupción puede conllevar a resultados peores como la perdidas de adquisición de datos, tanto analógicos como digitales, cuando no contamos con un buen sistema de protección. En resumen, el estimado promedio del costo por interrupción por perturbaciones en instalaciones sin ningún tipo de protección superan el $1.000.000.00, y cuando hablamos de la vulnerabilidad de los sistemas no solo nos referimos al ataque de los virus, si no también al de trasientes.

La siguiente grafica representa el promedio de las perturbaciones que viajan a través de la línea eléctrica comercial y que afectan nuestro hardware en cualquier corporación.

PERTURBACIONES ELÉCTRICAS

21%

14%7%37%

14%7%

Impulsos

Picos

Ruidos

Trasientes

Distorsión

Var. DeFrecuencia


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Igualmente deseamos poner de manifiesto que las compañías aseguradoras responden por los daños de hardware. En consecuencia, estas compañías aseguradoras recomiendan la instalación de medidas de protección de acuerdo con el estado actual al código eléctrico nacional, reduciéndose así considerablemente la cuantía del contrato de seguro. De todos los pagos por indemnizaciones se debían a los daños por perturbaciones tales como picos, trasientes, etc.

Las sumas para estas indemnizaciones se encuentran muy por encima de las destinadas a

daños ocasionados por incendios, agua, robo y sabotaje. Las perturbaciones son 5 veces mas frecuentes que los virus en lo que se refiere al ataque del sistema crítico y son la segunda causa más importante de perdidas de hardware después del robo.

En una encuesta realizada a 450 empresas, presentaron un promedio de 9 fallas al

año causada por problemas de energía en sus centros de cómputos o centros de telecomunicaciones.

DAÑOS EN EQUIPOS ELECTRÓNICOS

30%

24%

3% 8%9%

26%

Robos

Negligencia

Agua

Incendio

Otros

PertubaciionesElectricas


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DAÑOS MAYORES POR PICOS Y DESCARGAS EJEMPLOS


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4. Perturbaciones Eléctricas

Las instalaciones eléctricas están sometidas a una gran cantidad de perturbaciones tales como trasientes, picos, subidas, sobré tensiones, etc, con bases de tiempo muy pequeñas con valores de 6000 V / 3000 Amp; según la IEEE 587 cat B. Estos disturbios pueden ser de origen atmosférico o eléctrico y pueden viajar a las instalaciones a través de los conductores de energía, líneas de teléfonos, cables coaxiales, etc. En resumen podemos decir que todo medio guiado de cobre que entra a un recinto de equipos es un potencial generador de perturbaciones, por esta razón debemos tomar las precauciones con equipos especiales como por ejemplo sistemas de supresores de trasientes (TVSS).

5. Perturbaciones mas comunes

I. Transitorios:

DESCRIPCION: También son conocidos como Notch, Impulsos o Picos

Voltajes, es el cambio severo de la tensión y puede llegar a miles de voltios.

DURACION: Microsegundos

CAUSAS: Descargas atmosféricas, arranque de motores externos e internos, fotocopiadoras, corte brusco del servicio eléctrico.

EFECTOS: Daños de equipos electrónicos, como computadores, radio-bases,

discos, centrales telefónicas, perdida de información.

SOLUCION: Supresores de trasientes (TVSS).


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II. Bajadas y Subidas:

DESCRIPCION: También son conocidos como SAW / SWELL, Es el aumento o la disminución de la tensión de entrada en un circuito eléctrico.

DURACION: Milisegundos a Segundos.

CAUSAS: Parada de motores que alimente la red eléctrica, Cortos Circuitos

EFECTOS: Daños de equipos electrónicos, perdida de información en

memorias...

SOLUCION: Uso de reguladores de voltajes, uso de UPS, Planta de eléctricas de emergencias.


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III. Ruido y Distorsión de Armónica:

DESCRIPCION: Es un ruido no deseado en la señal eléctrica y de alta frecuencia que puede provenir de otros equipos, la Armónica es la distorsión pura de la onda sinusoidal.

DURACION: Eventualmente

CAUSAS: Es causado por interferencia electromagnética, como desde equipo

de microondas, radares, radios, fotocopiadoras, impresoras láser, o mal sistema de puesto a tierra, Las Armónicas son generadas por las cargas no lineales como arrancadores suaves de motores, soldadoras, computadoras, PLC’s, equipo robótica y otros equipos electrónicos.

EFECTOS: El ruido y las Armónicas pueden causar errores en sistemas de

procesamiento e instrumentación , permitiendo falsas lecturas y perdida de datos

SOLUCION: Circuitos eléctricos separados para cargas no lineales, transformadores de aislamiento, Acondicionadores de línea (PLC).


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63% Internos

37% Externos

6. Origen de los Transitorios de Voltaje

Sus orígenes tienen dos efectos, el primero de las descargas atmosféricas tanto en forma

directa como indirecta y los segundos son causados por la conmutación de los circuitos eléctricos a través de las empresas generadoras de energía de cada país.

I. Descargas Atmosféricas:

Cuando se produce la descarga cercana de un rayo, se generan campos electromagnéticos

que inducen voltajes en los conductores de los circuitos eléctricos que llegan al espacio crítico. Otra forma que ingresan transitorios a nuestra red eléctrica es cuando cae el rayo a través del pararrayos debido a que habrá un acoplamiento a través de la capacitancía de un transformador y es cuando se producen los transitorios adicionales.


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63% Internos

37% Externos

Cuando la descarga es directa en los circuitos de alta tensión, estas llevan alta corriente que

produce voltaje y que viaja a través de la resistencia de la tierra causando un cambio en el potencial de tierra, fluyendo por los conductores primarios cuyos voltajes están acoplados a los circuitos secundarios y llegando a los sistemas de bajo voltaje, afectando las cargas criticas, en resumen las descargas directas a circuitos de baja tensión llevan altas corrientes y altos voltajes, que pueden superar la capacidad operativa de los equipos.


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II. Por Conmutación de Circuitos: Estos transitorios en su mayoría se producen por conmutación de circuito dentro de

la edificación. Un ejemplo de estos transitorios internos es cuando se produce un corto circuito y que pueden durar hasta de 100 micro-seg.

Cuando se enciende un sistema de aire acondicionado los motores de arranque

generan por la línea altos niveles de transitorios, La conmutación de generación de respaldo como planta eléctricas para mantener la continuidad de energía en un data center o radio base de telecomunicaciones.

7. Transitorios vs. Forma de Onda

Transitorios causados por rayos en sistemas con líneas de distribución comercial son representados por un pico de voltaje de 1.2/50 miro-seg. , y un pico de corriente de 8/20 miro-seg. Siendo descrito como impulso en el documento de la IEC 99 y como onda combinada en la norma IEEEC62.41-1991. Estas formas de onda son una simplificación apropiada del ambiente cercano en las acometidas de construcciones conectadas a sistemas de distribución con líneas aéreas, teniendo una capacidad substancial de energía para provocar esfuerzos al equipo conectado.


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8. Definiciones:

I. Supresor de Voltaje Transitorios – TVSS: Son dispositivos de protección para eliminar los voltajes transitorios por desviación o limitación de picos de corriente. NEC 2002 Art. 285.2

II. Estándares de la Industria: La industria cuenta con varios estándares que regulan la

fabricación y funcionamiento de los TVSS, entre ellos tenemos • El ANSI / IEEE C62.41-1991, Se encarga de especificar la forma de onda y

pruebas de voltajes de funcionamiento operativo de los TVSS como por ejemplo: Categoría A: 6000 volt - 200 amp - 100 Khz. Categoría B: 6000 volt - 500 amp – 100 Khz. Categoría C: 6000 volt - 1.2/50 useg y 3000 amp – 8/20 useg.

• UL 1449 – 2 (Segunda Edición), Determina el “Clamping Volage “el es el voltaje al

cual el TVSS enclava al transitorio, y especifica las condiciones de seguridad al cual deben operar los TVSS, como por ejemplo:

Categorías UL

330V 600V

400V 800V 500V 1000V


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SWT Barrier

0

40

-400

Envelope clamping Barrier

40

0

-

III. Sine Wave Trnacking:

Se refiere específicamente a la forma de trabajar del TVSS, antes se tenía protección tipo "SOBRE" o Envelope, que lo que hacía es que el TVSS se activaba en niveles fijos de voltaje de 400V y -400V lo que pasaba es que esto era poco eficiente y dejaban pasar mucho voltaje residual a las cargas, Sine Wave Tracking es un nuevo sistema, hace que el TVSS sigue la onda senoidal de 60Hz para que se active a un nivel de voltaje constante y más cercano a la onda, haciendo que sea mas eficiente la protección

0

400

-400


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N

G

L

Modo Normal L - N

Modo Común L - G

IV. Modo de Protección:

Los modos de protección se refieren a los tipos de protección que brinda el TVSS en un mismo circuito, o en otras palabras a las diferentes protecciones que brinda el TVSS, el modo NORMAL se refiere a que el TVSS protege el sistema de todos los picos que puedan presentarse entre la línea y el neutro.

Por su parte los modos COMUNES se refiere a que el TVSS protege contra los posibles

picos que podrían ingresar al sistema entre Línea-Tierra o entre Neutro-Tierra, que son precisamente los menos normales.

9. Funcionamiento de los TVSS


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Nuestros TVSS están basados en la tecnología de Varistores de Oxido Metálico MOV´s (Metal Oxide Varistors por sus siglas en ingles), los cuales son dispositivos que bajo condiciones normales presentan una alta resistencia a la corriente, siendo de esta forma virtualmente invisible al circuito.

Cualquier transitorio que exceda el umbral de voltaje del MOV´s, provocara que sus propiedades cambien rápidamente y la resistencia baje, dándole a la corriente un ruta deseable a tierra, de esta forma los MOV´s se comportan como un interruptor que le da paso a la corriente y la desvía a tiene para la protección del equipo al que esta instalado.

Nuestros TVSS cuenta con fusibles térmicos para su protección, ya que si los MOV´s se

sobrecalientan podrían explotar y causar daños al tablero en la que esta instalado... Los TVSS se pueden dañar por varios factores:

Por sobrevoltaje sostenido. Picos Voltajes mayores a su capacidad Mala selección o instalación inadecuada

Por esta razón es recomendable que tengan alarmas visuales y audibles de funcionamiento.

10. Recomendaciones Para la Protección Contra Transientes - Uso de TVSS

Funcionamiento: MOV´s

MOV´s se comportan como un interruptor y desvían la corriente a

tierra!


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Cuando vamos a seleccionar un TVSS de Hubbell Wiring Systems, tenemos que tener las siguientes consideraciones para llegar al nivel aceptable protección contra los transitorios como por ejemplo:

I. Punto de Instalación:

Se han definido 3 categorías por localización del circuito desde la más cercana

hasta la más remota:

• Categoría A: Salida conexión de equipos hasta 15 Kamp. • Categoría B: Tableros de distribución segundarios, hasta 100 Kamp. • Categoría C: Tableros en la facilidades de entrada, hasta 160 Kamp.

Ver ejemplo:

C

B A


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II. Configuración de Voltaje del Tablero:

Se debe seleccionar el TVSS en la misma configuración de voltaje del

tablero en el que será instalado, tomando en cuenta si es monofásico, trifásico y la configuración estrella o delta del mismo.

III. Corriente de Corto Circuito ( SCCR ):

La nueva regulación indica en el capitulo NEC 2002 Art. 285.6 dice, EL

TVSS debe estar marcado con un Nivel de Corriente de Corto Circuito (SCCR) y no debe ser instalado en un punto del sistema donde la corriente de falla disponible sea mayor a ese nivel.

De esta forma el TVSS debe ser seleccionado según sea el de SCCR del

tablero donde se instalara, este valor será dado por el fabricante del tablero, por el ingeniero que especifica el tablero calculado.

Los TVSS de Hubbell ya cuentan con este valor, tal como lo exige la norma

UL 1449-2 y el valor varia según la capacidad del mismo. Cabe destacar que el SCCR no es lo mismo que la capacidad máxima en

amperios que soporta el TVSS, en algunos casos el SCCR puede ser mayor como menor que la capacidad máxima de la corriente.


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11. Procedimiento de Instalación

I. Identificar el mejor punto de conexión al sistema de potencia.

II. EL NEC 2002 en el Artículo 285 especifica que el TVSS se debe instalar por medio de un breaker (Interruptor Termomagnetico). El breaker se selecciona según el calibre del cable que se utilizara para la instalacion de TVSS como se indica en la siguiente tabla.

Depende del Calibre del Conductor Calibre Breaker #10 AWG 30 Amp #8 AWG 50 Amp #6 AWG 60 Amp #4 AWG 100 Amp #3 AWG 100 Amp #2 AWG 125 Amp #1 AWG 150 or 175 Amp 1/0 150 or 175 Amp 2/0 200 Amp


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III. Para Obtener el máximo desempeño de los TVSS de Hubbell se utilizar el cable con la menor longitud y de mayor calibre posible.

IV. No hacer curvas pronunciadas.

V. Revisar todas las conexiones a neutro y tierra

TVSS CON CABLES CORTOS TVSS INSTALADO CORRECTAMENTE “No instalar un TVSS a través de breaker en una violación al NEC 2002 y a las

recomendaciones de Hubbell para la correcta instalación de los TVSS “

INSTALACION CORRECTA INSTALACION INCORRECTA


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12. Consideraciones de Puesta a Tierra

La puesta a tierra es esencial para obtener un desempeño satifactorio en el sistema de potencia, protección contra trasientes y descargas atmosféricas, debiendo cumplir con tres requisitos:

I. Proporcionar una trayectoria de baja impedancia a las corrientes de fallas, de

forma que los TVSS operen oportunamente.

II. Mantener una diferencia de potencial baja entre las partes metálicas expuestas para evitar daños personales.

III. Las líneas de datos transportan señales de alta frecuencia, de forma que las

consideraciones de impedancia en un sistema de puesta a tierra para la alimentación y seguridad en el equipo puede que no suministren la baja impedancia deseada a la frecuencia de la señal.


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ANEXO 01 REFRENCIA DEL NEC 2002, ARTICULO 285


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ANEXO 02 TVSS DE HUBBELL WIRING SYSTEMS TIPO “ C “


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ANEXO 03 TVSS DE HUBBELL WIRING SYSTEMS - TIPO “ C “


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ANEXO 04 TVSS DE HUBBELL WIRING SYSTEMS-TIPO “ C “


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ANEXO 05 TVSS DE HUBBELL WIRING SYSTEMS -TIPO “ C “


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ANEXO 06 TVSS DE HUBBELL WIRING SYSTEMS

REPUESTOS PARA TVSS TIPO “ C “


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ANEXO 09 TVSS DE HUBBELL WIRING SYSTEMS TIPO “ B “


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ANEXO 13 TVSS DE HUBBELL WIRING SYSTEMS TIPO “ A “


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TVSS DE HUBBELL WIRING SYSTEMS TIPO “ A “


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Marlene Freitas Ventas Internacionales

Oficina Principal 185 Plain Road Milford.CT.USA

ZIP-06460 Teléfono: 203-882-4954 Telefax: 203-882-4849

Email: [email protected]

Oficinas para Latino América Rafael Vale Gerente para Latino América Miami FL USA. Teléfono: +001-305-408-4501 Telefax: +001-305-408-8201 Email: [email protected] Carlos Buznego Gerente para Los Países Andinos Venezuela. Teléfono: +58-416-6807453 Telefax: +58-281-9119591 USA: +001-305-400-2723 Email: [email protected] Luís Diego López Gerente para Centro América Costa Rica. Teléfono: +506-309-4158 Telefax: +506-260-1616 Email: [email protected] Félix Pérez Gerente para el Caribe Puerto Rico. Teléfono: 787-674-2727 Telefax: 787-855-3265 Email: [email protected] Leonardo Imprenta Gerente para el Cono Sur Argentina. Teléfono:: +54-9-11-6268-0441 Telefax: +54-11-4295-7301 Email: [email protected]

www.hubbell-wiring.com


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Hubbell Incorpórate, fue fundada en 1888 por

Harvey Hubbell, en el Estado de Orange, Connecticut,

entre sus aporte en el desarrollo industrial, está el diseño

y la implementación del toma corriente, patente reconocida

en el año 1904.

Hubbell Wiring Device, fabricante de conectividad

eléctrica de la más alta calidad apegada a las normas

Internacionales.

Nuestra empresa es reconocida con un gran

prestigio entre especificadores, ingenieros, contratistas,

usuarios finales y profesionales que requieren rendimiento

y confiabilidad absoluta, debido a que contamos con la certificación ISO 9001, y gracias a ello estamos

comprometidos con el futuro del sector de eléctrico y telecomunicaciones,

Por: Carlos José Buznego Niochet.

Gerente para los Países Andinos

Emai: [email protected]

Miembro de

( Building Industry Cosulting Service International )

www.bicsi.org

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