BRPI0905302A2 - supressor de harmÈnicas, de energia reativa e de vazamento de tensão - Google Patents
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Abstract
<B>SUPRESSOI{DEHARMÈNICASVDEENERGIAREATIVAEE DE VAZAMENTO DE TENSãO<D> constituído por memórias (65), (66) e (67) diodos (50) a (53)e (55) a (57), diodo túnel (54) e varistor (83), que promovem aeliminação de distorções harmónicas, energia reativa e vazamentos de tensão da rede elétrica resulta em melhoria da qualidade e grande economia de energia elétrica. Esse conjunto, composto por supressor de distorções harmónicas da 3¬ à 15¬ de energia reativa e de vazamento de tensão que é instalado em paralelo à rede elétrica intema é capaz de estabilizar a frequência em 60hz entre a rede elétrica e o aterramento, eliminar da rede as distorções harmónicas nela induzidas; os vazamentos de tensão elétrica e desvia a energia reativa a uma haste terra quando na presença de tensão diferenciada, garante a qualidade da energia nos sistemas e redução no consumo. Ainda atende aos equipamentos indutores, capacitores e resistores e às necessidades dos setores elétricos dos grupos a e b, de pequeno, médio e grande porte, em instalações monofásicas, bifásicas e trifásicas, podendo ser utilizado nas redes de média e baixa tensão.
Description
"SUPRESSOR DE HARMÔNICAS, DE ENERGIA REATIVA EDE VAZAMENTO DE TENSÃO".
Refere-se o presente relatório a um supressor de harmônicas,de energia reativa e de vazamento de tensão e, mais especificamente, a umconjunto supressor de distorções harmônicas da 3a à 15a ordem da rede elétrica,que atende às necessidades dos setores elétricos dos Grupos A e B1 dePequeno, Médio e Grande Porte, em instalações Monofásicas, Bifásicas eTrifásicas. A presente invenção pode ser produzida de forma a atenderisoladamente as necessidades de Indutores, Capacitores e Resistores, sob aforma de peças menores, colocadas entre a tomada interna e o cabo dealimentação. Trata-se, portanto de uma tecnologia, comprovada com a utilizaçãode equipamentos de medição digital de alta precisão, que, instalada em paraleloà Rede Elétrica Interna, é capaz de suprimir desta as distorções harmônicas,com especial ênfase para aquelas que são da 3a À 15a ordem, motivo deespecial atenção e supervisionamento por parte das Concessionárias.
Como é de conhecimento dos técnicos no assunto, aocorrência de distorções harmônicas nas redes elétricas é fenômenocontemporâneo, sendo sua incidência a partir dos anos 90, com a proliferaçãodos eletrônicos.
Atualmente as soluções conhecidas para atenuar asharmônicas são definidas em três naturezas, a saber:
- adaptações da instalação;
- utilização de dispositivos particulares na alimentação(indutâncias, transformadores especiais);
- filtragem.
Conforme se pode ver abaixo, no excelente trabalhoapresentado por Schneider/Procobre - Qualidade de Energia — Harmônicastemos soluções atenuantes, o que faz pioneiro o supressor de harmônicas, deenergia reativa e de vazamento de tensão, objeto da presente invenção, porapresentaruma solução definitiva.
Schneider/Procobre, em sua obra - Qualidade de Energia -Harmônicas, apresenta:
1. Soluções de base: para limitar a propagação dasharmônicas na rede, disposições podem ser levados em conta, e estão àobservarem particular no caso de uma nova instalação
1.1 Posicionar as cargas poluentes a montante da rede
A perturbação hamiônica global criada quando a potência decurto-circuito diminui.
Fora de toda consideração econômica, é então preferívelconectar as cargas poluentes a montante possível.
1.2 Reagruparas cargas poluentesQuando estabelecemos o esquema unifilar, encontraremospara separar os equipamentos perturbadores: na prática, alimentaremos cargaspoluentes e não poluentes por jogos de barras diferentes. Assim, reagrupando ascargas poluentes, aumentaremos a possibilidade de aumentar o volume angular.A soma vetorial das correntes harmônicas é mais fraca que sua soma algébrica.
Evitaremos igualmente que as correntes harmônicas nãopercorram os cabos, este que limitam as quedas de tensão e os aquecimentosnos cabos.
1.3 Separaras fontes
Na luta contra as harmônicas, um melhoramento suplementaré obtido realizando uma alimentação pelo transformador separado.
1.4 Utilizar transformadores em conjugados isolados
O efeito de conjugado de transformadores permite asupressão de certas ordens de harmônicas.
1.5 Inserir indutâncias na instalaçãoNo caso da alimentação de inversores de freqüência,podemos suavizar a corrente colocando indutâncias de linha. Aumentando aimpedância do circuito de alimentação, limitemos a corrente harmônica.
A colocação de selfs anti-harmônicas sobre os bancos de capacitores permite aumentar a impedância do conjunto selfe capacitor, para ashamiônicas de freqüências elevadas.
1.6 Escolherum esquema de aterramento adaptado
■Caso do regime TNC
No caso do regime de neutro TNC, um único condutor (PEN) assegura a proteção em caso de defeito (terra) e assegura a circulação dascorrentes de desequilíbrio.
Em regime permanente, as correntes hamiônicas circulam noPEN. Tem uma certa impedância, esta que implica em pequenas diferenças depotencial (de ordem de quaisquer volts) entre aparelhos, e pode ter como conseqüência o disfuncionamento dos equipamentos eletrônicos.
O regime TNC deve então ser reservado a alimentação doscircuitos de potência, no início da instalação, e é prescrito no caso daalimentação de cargas sensíveis.
■ Caso do regime TNS
É aconselhado no caso de presença de hamiônicas. Ocondutor de neutro e o condutor de proteção PE seriam completamenteseparados, o potencial da rede é muito melhor fixo.
2. Ações no caso de ultrapassagem dos valores limites
2.1 Filtropassivo ■Aplicações típicas:
■instalações industriais com um conjunto de geradores deharmônicas de potência total superior a 200 kVA (inversores de freqüência,alimentações sem interrupções, retifícadores,...),■ instalação apresentando uma necessidade de compensaçãode energia reativa,
■ necessita de redução da taxa de distorção em tensão paraevitar a perturbação de receptores sensíveis,
■ necessita de redução da taxa de distorção em corrente paraevitar as sobrecargas.
■ Princípio de funcionamento:
Substituímos um circuito LC ajustado sobre cada freqüênciade harmônica a filtrar, em paralelo sobre o gerador de harmônicas.
Este circuito de derivação absorve as harmônicas e evita queelas circulem na alimentação.
Em geral, o filtro passivo é ajustado sobre uma ordem deharmônica próxima da harmônica a eliminar. Várias ligações de filtros emparalelo podem ser utilizadas quando desejamos uma redução forte da taxa dedistorção sobre várias ordens.
2.2 Filtro ativo (ou compensador ativo)
■ Aplicações típicas:
■ instalações comerciais com geradores de harmônicas depotência total inferior a 200 kVA (inversores de freqüência, alimentações seminterrupções,...),
■ necessita de redução da taxa de distorção em corrente paraevitar as sobrecargas.
■ Princípio de funcionamento.
Estes são sistemas eletrônicos de potência instalados emsérie ou em paralelo com a carga não-linear, visando a compensar seja astensões harmônicas, seja as correntes harmônicas geradas pela carga.
O filtro ativo reinjetado em oposição de fases as harmônicasapresentam sobre a alimentação da carga, de tal sorte que a corrente de linha Isseja senoidal.
2:3 Filtro híbrido
Aplicações típicas:
instalações industriais com um conjunto de geradores deharmônicas de potência total superior a 200 kVA (inversores de freqüência,alimentações sem intenvpções,...),
■instalação apresentando uma necessidade de compensaçãode energia reativa,
■necessita de redução da taxa de distorção em tensão paraevitar a perturbação de receptores sensíveis,
■necessita de redução da taxa de distorção em corrente paraevitar as sobrecargas,
■encontra conformidade a limites estritos de emissãoharmônica.
■ Princípio de funcionamento.
Os dois tipos de dispositivos anteriores podem ser associadosa um mesmo equipamento e constituir um filtro híbrido. Esta nova solução defiltragem permite acumular as vantagens das soluções existentes e de cobrir umlargo domínio de potência e de performances.
2.4 Critérios de escolha
■ O filtro passivo penmite (ao mesmo tempo):
■ a compensação de energia reativa,
■ uma grande capacidade de filtragem em consente.
A instalação onde substituímos o filtro deve apresentar umaestabilidade suficiente, com pouco de flutuação da carga.
Se a potência reativa fornecida é importante, ê aconselhadocolocar fora de tensão o filtro passivo durante os períodos de fraca carga.
O estudo de ligação de um filtro deve levar em conta apresença eventual de um banco de compensação e pode conduzir a suasupressão.
■ O compensador ativo permite a filtragem das harmônicassobre uma larga faixa de freqüência. Ele se adapta a não importa qual carga.
Entretanto, sua potência harmônica é limitada.
■ O filtro híbrido reuni o conjunto das performances dos filtrospassivos e ativos." (Schneider / Procobre - Qualidade de energia - Harmônicas -p. 16/17).
Apesar de atender parcialmente as necessidades, essassoluções apresentam inconveniente de devolver ao neutro as harmônicas.
Nos últimos anos vem crescendo vertiginosamente o empregode equipamentos eletroeletrônicos cada vez mais sofisticados, nas instalaçõeselétricas prediais, comerciais e industriais em geral.
"Computadores pessoais, reatores eletrônicos, variadores develocidade e fontes de alimentação em geral são exemplos de cargas que temseu funcionamento baseado em componentes de eletrônica de potência, taiscomo: diodos, tiristores, transistores, triac, diacs, que trazem consigo oinconveniente de provocar deformações nas formas de ondas presentes nasinstalações elétricas, o que resulta nas chamadas tensões e correntesharmonicas"(Schneider / Procobre - Qualidade de energia - Harmônicas).
"Se um equipamento for alimentado por uma tensão não puraque tenha uma taxa de distorção harmônica elevada, poderão ocorrer perdas deenergia. Os transformadores, em especial, são componentes sensíveis a esteproblema podendo apresentar ate mais de 50% de perda se forem alimentadoscom uma tensão muito distorcida. As cargas alimentadas por tensão distorcidapodem ter ainda um fator de potência muito pobre, sobrecanegando o sistema".
"Outro problema a ser considerado é que as harmônicas decorrente podem também destorcer a forma de onda da tensão, e com issocausar harmônicas. Distorções da tensão podem afetar motores elétricos ebancos de capacitores: Nos motores elétricos, por exemplo, a seqüêncianegativa de harmônicas (5a, 11a, 17a, etc.) assim chamada porque sua seqüência(ABC ou ACB) é oposta à seqüência fundamental, produz campos magnéticosrotativos. Estes campos "rodam" na direção oposta ao campo magnéticofundamental e podem causar não somente sobreaquecimento do motor como atéoscilações mecânicias no sistema motor-carga.
Nos casos dos bancos de capacitores, o que acontece é que areatãncia de um bando de capacitores diminui com o aumento da freqüência,fazendo que ele drene energia através das harmônicas de maior freqüência. Esteaumento de energia drenada pelos capacitores pode causar perdas esobrecargas no dielétrico, capazes até de levar os capacitores a uma falha.Quanto aos equipamentos que operem com apenas uma fase, tais comocomputadores pessoais, reatores e outros, os problemas também existem. Paraesses equipamentos são especialmente danosas as harmônicas ímpares como a3a, 5a, 7a, etc. Temos também as ações danosas das harmônicas denominadastriplas que são a 3a, 9a e 15a. Essas harmônicas estão em fase, o que quer dizerque a primeira fase (A) triplica a harmônica, a (B) triplica novamente e a (C) fazuma multiplicação final, de modo que todas as três retomam em fase pelocondutor de neutro num sistema de três fases com 4 condutores. O resultadodisso é uma sobrecarga do condutor de neutro, o que pode significar problemasse ele não estiver devidamente dimensionado para suportar esta correnteadicionar (Texto de Newton C. Braga - n° 134 - Revista ELETRÔNICA TOTAL)Tecnicamente, uma harmônica é a componente de uma ondaperiódica cuja freqüência é um múltiplo inteiro da freqüência fundamental (nocaso da energia elétrica, de 60 Hz). Tal componente distorce a freqüênciafundamental, resultando em prejuízos à sua utilização, sendo usualmentedenominada de "energia suja" a onda sob influência de tais freqüências. "Energiasuja", então, é a expressão popular usada para descrever uma grande variedadede contaminações na corrente e na tensão elétrica. São especialmente nocivasas Distorções Harmônicas que vão de 180 Hz até 900 Hz (3a até 15a Ordem),sofrendo monitoramento por parte das concessionárias até a 13a Ordem.
Os principais equipamentos causadores das harmônicas são:inversores de freqüência, variadores de velocidade, acionamentos tiristorizados,acionamentos em corrente contínua ou alternada, retificadores, "drives",conversores eletrônicos de potência, fornos de indução e a arco, "no-breaks" emáquinas de solda a arco, trazendo como conseqüências:
Capacitores: queima de fusíveis, e redução da vida útil.Motores: redução da vida útil e impossibilidade de atingirpotência máxima.
Fusíveis/Disjuntores: operação falsa/errônea e componentesdanificados.
Transformadores: aumento de perdas no ferro e no cobre eredução de capacidade.
Medidores: medições errôneas e possibilidade de maiorescontas.
Telefones: interferências.
Fontes: operações errôneas devido a múltiplas passagens porzero.
Desta forma, cada vez mais, se têm percebido a necessidadede lidar com o problema da "energia suja".
Harmônica é um fenômeno contínuo, e não deve serconfundida com fenômenos de curta duração, que ocorrem apenas durantealguns ciclos. Transientes, disturbações elétricas, picos de sobre-tensão e sub-tensão não são harmônicas. Estas perturbações no sistema podem normalmenteser eliminada com a aplicação de filtros de linha (supressores de transientes).Entretanto, estes filtros de linha não reduzem ou eliminam correntes e tensõesharmônicas.
Distorção harmônica, portanto, é um tipo específico de"energia suja", que é normalmente associada com a crescente utilização deequipamentos eletroeletrônicos.
Até hoje, a filosofia abordada foi minimizar os efeitos dosproblemas que surgiram:
Comprometimento do funcionamento dos equipamentos;Desgaste excessivo dos Equipamentos;
Alto índice de Manutenção;
Excessiva queima de lâmpadas e reatores;
Paradas de CLP s;
Afundamento de tensão.
O que se tem feito até então, como acima descrito, é trabalharno efeito imediato, buscando soluções atenuantes para casos específicos, sendoconsiderada a solução mais confiável e acessível, o uso de filtros de harmônicas.Um filtro de harmônicas é essencialmente um capacitor para correção de fator depotência, combinado em série com um reator (indutor), ou seja, a correção doFator de Potência pela tentativa de compensar a Energia Reativa colocandocapacitores na Rede Elétrica.
Tais filtros, por utilizarem-se do Neutro na descarga dasdistorções, não descontaminam a rede elétrica, devolvendo a energia suja paraos transformadores, ou seja, para o sistema elétrico geral.
Considerando que energia reativa é uma sobrecarga deenergia, criada pelas concessionárias e por grandes consumidores, de forma asuprir a demanda nos horários de pico (17:30 h até às 21:30 h), introduzindo narede energia gerada pro bancos capacitores. Esta energia não produz trabalho,ocasionando picos de tensão danosos aos eletro-eletrônicos.E considerando que vazamentos de tensão são perdas deenergia originadas em emendasinal feitas, cabos sub dimensionados e fatoressemelhantes, existentes nas redes e/ou equipamentos elétricos.
O objetivo da presente invenção é prover um supressor deharmônicas, de energia reativa e de vazamento de tensão, que apresente umamelhor qualidade de energia elétrica e, conseqüentemente, um melhoraproveitamento da carga gerada; sendo para isso constituído por Memórias,Diodos, Diodo Túnel e Varistor, envia ao Aterramento a energia reativa e asdistorções harmônicas da Rede Elétrica sem devolvê-las ao Neutro, corrigindodeformação de ondas causadas por Freqüências Parasitas e Harmônicas,devolvendo à Rede Elétrica, como conseqüência, uma energia de melhorqualidade ("energia limpa"), eliminando ainda os vazamentos de tensão,resultando em economia efetiva no consumo de energia.
Esses e outros objetivos e vantagens da presente invençãosão alcançados com um supressor de harmônicas, de energia reativa e devazamento de tensão formado por um conjunto de três blocos - indutivo,capacitivo e Resistivo - que, ao se associarem de forma inteligente, são capazesde criar uma Impedância = 0 (zero), estabilizando a freqüência em 60 Hz entre aRede Elétrica e o Aterramento, eliminando da rede elétrica as distorçõesharmônicas nela induzidas. Compõem ainda o conjunto, dois dispositivos: (1) Napresença de Tensão Diferenciada é acionado Mecanismo de Ativação de FiltroInterno, desviando ã Energia Reativa a uma Haste Terra, garantindo a qualidadeda energia no sistema, mesmo nos "Horários de Vazio" e, (2) - Supressor deVazamento de Tensão Elétrica.
O supressor de harmônicas, de energia reativa e devazamento de tensão, atende aos equipamentos Indutores, Capacitores eResistores e às necessidades dos setores elétricos dos Grupos A e B, dePequeno, Médio e Grande Porte, e em instalações Monofásicas, Bifásicas eTrifásicas, podendo ser utilizado nas redes de média e baixa tensão.
A seguir a presente invenção será descrita òoTn referência aodesenho anexo no qual:
A figura 1 representa um diagrama do supressor deharmônicas, de energia reativa e de vazamento de tensão, objeto da presenteinvenção.
De acordo com as ilustrações acima descritas define-sepreliminarmente os componentes dos diagramas por meio de suas referênciasnuméricas a saber:
01 a 42 - Terminais das memórias (65), (66) e (67)
43 a 49 - Capacitores
50 a 53 e 55 a 57 - Diodos Retificadores
54 - Diodo Túnel
58 a 61 - Resistores
15 62 a 64 - Led Identificador
65 a 67 - Memória
68 a 70 - Chave liga-desliga
71 a 73 Transformadores
74 - Voltímetro
20 75 - Amperímetro
76 a 79 - Aterramento (Haste)
80 a 82 - entrada de tensão 127/220/380/440/660v
83 Varistor
84 a 89 - Placa Supressota
De acordo com a ilustração e as referências numéricasdiscriminadas acima, o supressor de harmônicas, de energia reativa e devazamento de tensão, ilustrado na figura 1, têm seus terminais de conexão (80)(81) e (82) como receptores da rede elétrica positiva, sendo que a cada um delescorresponde uma das fases de tensão, podendo receber tensões que variam de-1-27 até 660 volts, conectando-se aos transformadores (73) (72) e (71),respectivamente em 220V, que por sua vez conectam-se pelo OV às hastes terra(78) (77) e (76), também respectivamente.
A energia recebida no terminal (82) alimenta ainda ovoltímetro (74), conduzindo à haste terra (78).
Já a energia recebida no terminal (81) alimenta ainda oAmperímetro (75), conduzindo ao transformador (72).
Como pode ser visto na figura 1 o transformador (71) alimentao diodo retificador (50), que se liga ao capacitor (43), que, por sua vez, alimentao terminal (05) da memória (65). O OVDC do transformador (71) alimenta oterminal (09) da memória (65), cujos terminais (1)/(2) alimentam, sob controle dachave (68) tanto os terminais (13) e (14) da memória (65) quanto o resistor (59);o led (62); o diodo (55); o capacitor (47) e finalmente o 127V do transformador(73), sendo conduzido através do OV à haste terra (78).
O terminal (12) da memória (65) alimenta o terminal (19) damemória (66), enquanto que o 12V do transformador (72) alimenta o diodo (51) eo capacitor (44) que se liga ao terminal (20) da memória (66), jampeando com oterminal (19) da memória (66), fechando o circuito com a memória (65). Osterminais (17) e (18) da memória (66) são jampeados. Os terminais (15)/(16) damemória (66) alimentam, sob controle da chave (69) tanto os terminais (27)/(28)da memória (66) quanto o resistor (60); o Ied (63); o diodo (56); o capacitor (48)e, finalmente, o 127V do transformador (72), sendo conduzido através do OV àhaste terra (77). O OVDC do transformador (72) alimenta o terminal (24) damemória (66). Os terminais (25) e (26) da memória (66) alimentamrespectivamente os terminais (32) e (33) da memória (67).
O 1° 12V do transformador (73) alimenta o diodo (52) e ocapacitor (45) que se liga ao terminal (35) da memória (67), Os terminais(29)/(30) da memória (67) alimentam, sob controle da chave (70) tanto osterminais (41)/(42) da memória (67) quanto o resistor (61); o Ied (64); o diodo(57); o capacitar (49); o 127V do transformador (71), sendo conduzido através doOV à haste terra (76); os diodos (84)- (85) - (86) e (87); os capacitores (88) e(89) que se liga à haste terra (79). O 2o 12V do transformador (73) liga-se aocapacitar (46) que alimenta o diodo (53) que alimenta a placa (58) que liga-se aovaristor (83) que, por sua vez, liga-se ao diodo túnel (54), acionando omecanismo que conduz energia reativa para a haste terra (79). O OVDC dotransformador (73) alimenta o terminal (39) da memória (67) e a placa (58).
Claims (1)
1. "SUPRESSOR DE HARMÔNICAS, DE ENERGIA REATIVAE DE VAZAMENTO DE TENSÃO", do tipo constituído por memórias, diodos,diodo túnel e varistor a ser instalado em paralelo à rede elétrica interna ecaracterizado pelo fato de enviar ao aterramento a energia reativa e asdistorções harmônicas da rede elétrica sem devolvê-las ao neutro, corrigindodeformação de ondas causadas por freqüências parasitas e harmônicas,eliminando ainda os vazamentos de tensão; sendo dito supresssor formado portrês blocos - indutivo, capacitivo e resistivo - que, ao se associarem de formainteligente, são capazes de criar uma Impedância = 0 (zero), estabilizando afreqüência em 60 Hz entre a rede elétrica e o aterramento, suprimindo asdistorções harmônicas da 3a à 15a ordem; sendo ainda composto por umconjunto um mecanismo de ativação de filtro interno acionado na presença detensão diferenciada, desviando a energia reativa a uma haste terra, garantindo aqualidade da energia mesmo nos "horários de vazio" e um supressor devazamentos de tensão, de modo a atender às necessidades dos setoreselétricos dos grupos A e B, de pequeno, médio e grande porte, capaz de atenderinstalações monofásicas, bifásicas e trifásicas, podendo ser utilizado nas redesde média e baixa tensão.
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|---|---|---|---|---|
| CN108374877A (zh) * | 2018-04-18 | 2018-08-07 | 睿尔曼智能科技（北京）有限公司 | 一种轴承与谐波一体化的超小型谐波减速器 |
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| SE524558C2 (sv) * | 2001-09-18 | 2004-08-24 | Comsys Ab | Anordning och metod för aktiva filter |
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2009
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2010
- 2010-12-06 WO PCT/BR2010/000409 patent/WO2011072351A1/pt not_active Ceased
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| CN108374877A (zh) * | 2018-04-18 | 2018-08-07 | 睿尔曼智能科技（北京）有限公司 | 一种轴承与谐波一体化的超小型谐波减速器 |
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|---|---|
| WO2011072351A1 (pt) | 2011-06-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
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Owner name: REALIZA INCORPORACAO E PARTICIPACOES LTDA (BR/BA) Free format text: A FIM DE ATENDER A TRANSFERENCIA REQUERIDA ATRAVES DA PETICAO NO 018100022715/SP DE 23/06/2010, E NECESSARIO APRESENTAR DOCUMENTO QUE COMPROVE QUE O REPRESENTANTE DA PESSOA JURIDICA CEDENTE, TEM PODERES PARA REALIZAR TAL ATO, ALEM DA GUIA DE CUMPRIMENTO DE EXIGENCIA. |
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| B11A | Dismissal acc. art.33 of ipl - examination not requested within 36 months of filing | ||
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