informe practica 8
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INFORME LABORATORIO DE AISLAMIENTO 8
PRESENTADO POR:
EDISON ALEXIS PACHON
Código: 20081007043
DIEGO ALEJANDRO CHAPARRO
Código: 20081007048
ASIGNATURA
LABORATORIO DE AISLAMIENTO ELÉCTRICO
PRESENTADO A:
ING. HERBERT ENRIQUE ROJAS CUBIDES
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
TABLA DE CONTENIDO
INDICE DE FIGURAS .................................................................................................................... 3
INDICE DE TABLAS ..................................................................................................................... 3
OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 5
PREINFORME ................................................................................................................................. 5
INFORME ...................................................................................................................................... 16
CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 29
REFERENCIAS ............................................................................................................................. 30
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Modelo eléctrico completo de un dieléctrico.
Figura 2. Modelo aproximado de un dieléctrico.
Figura 3. Comportamiento de la tangente delta frente a la frecuencia.
Figura 4. Perfil de voltaje para la prueba de breve duración
Figura 5. Perfil de voltaje para la prueba paso a paso
Figura 6. Perfil de voltaje para la prueba de ritmo suave de elevación de la tensión
Figura 7. Volumen de un cilindro
Figura 8.Proceso de eliminación de burbujas en el recipiente
Figura 9.Esquema de montaje prueba AC
Figura 10.Montaje práctico en el LAT prueba AC
Figura 11. Divisor resistivo puro
Figura 12. Divisor capacitivo puro.
Figura 13. Divisor resistivo compensado.
Figura 14. Divisor capacitivo amortiguado.
Figura 15. Esquema de montaje prueba HV-DC
Figura 16. Montaje practico LAT para prueba HV-DC
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Aceite Dieléctrico NMX J 123
Tabla 2. Fallas debido al deterioro del dieléctrico
Tabla 3. Consecuencias en el desempeño del material debido al deterioro del dieléctrico
Tabla 4. Temperaturas para la prueba AC
Tabla 5. Temperaturas para la prueba DC
Tabla 6. Relaciones de los Divisores Resistivos más usados en el LAT
Tabla 7. Relaciones de los Divisores Capacitivos más usados en el LAT
Tabla 8. Características divisor resistivo compensado
Tabla 9. Relación de transformación divisor resistivo compensado
Tabla 10. Características divisor capacitivo amortiguado
Tabla 11. Relación de transformación divisor capacitivo amortiguado
Tabla 12. Datos prácticos Aceite usado muestra A
Tabla 13. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra A
Tabla 14. Datos prácticos Aceite usado muestra B
Tabla 15. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra B
Tabla 16. Datos prácticos Aceite nuevo muestra A
Tabla 17. Promedios aritméticos para Aceite nuevo muestra A
Tabla 18. Datos prácticos Aceite nuevo muestra B
Tabla 19. Promedios aritméticos para Aceite nuevo muestra B
Tabla 20. Rigidez dieléctrica aceite usado
Tabla 21. Rigidez dieléctrica aceite nuevo
Tabla 22. Datos prácticos prueba DC aceite usado muestra A
Tabla 23. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra A prueba DC
Tabla 24. Datos prácticos prueba DC aceite usado muestra B
Tabla 25. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra B prueba DC
Tabla 26. Rigidez dieléctrica aceite usado prueba DC
PRACTICA N° 8 – 9: DESCARGAS EN MATERIALES AISLANTES Y ACEITES
DIELECTRICOS
Integrantes: Edison Alexis Pachón Cod. 20081007043
Diego Alejandro Chaparro 20081007048
OBJETIVOS
Aplicar las técnicas de alta tensión revisadas en lo transcurrido del curso y los equipos usados
en el laboratorio.
Desarrollar habilidades prácticas en la realización de montajes, la medición altas tensiones e
impulsos de tensión y su aplicación en la prueba de materiales y equipo eléctrico.
Determinar las condiciones dieléctricas de un aceite aislante.
Analizar la influencia de la configuración del campo eléctrico y las condiciones ambientales
en la realización de pruebas de rigidez dieléctrica del medio aislante y en materiales.
Verificar los criterios de seguridad eléctrica e industrial en el laboratorio
PREINFORME
A. Defina brevemente los siguientes términos: nivel de aislamiento, rigidez dieléctrica,
ionización, descarga parcial, tensión de incepción corona, tensión de ruptura, disrupción, arco
eléctrico y flameo.
Nivel de Aislamiento: Es la correlación de esfuerzos dieléctricos en los asilamientos de los
distintos componentes de un sistema eléctrico de potencia y de alta tensión con el objetivo de
minimizar los riesgos de pérdida del suministro de energía eléctrica, causado por
sobretensiones que pudieran causar daños en los equipos y en los diferentes elementos de la
red eléctrica.
Rigidez Dieléctrica: Es la intensidad del campo eléctrico para el cual el material deja de ser
un aislador para convertirse en un material conductor. Hay un límite para la intensidad del
campo que puede existir en un conductor sin que se ionice el aire circundante. Cuando ello
ocurre, el aire se convierte en un conductor. El valor límite de la intensidad del campo
eléctrico en el cual un material pierde su propiedad aisladora, se llama rigidez dieléctrica del
material. Se mide en voltios por metro V/m (en el SI).
Ionización: Es el fenómeno químico o físico mediante el cual se producen iones, estos
son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta
de electrones respecto a un átomo o molécula neutro. A la especie química con más
electrones que el átomo o molécula neutros se le llama anión, y posee una carga neta
negativa, y a la que tiene menos electrones catión, teniendo una carga neta positiva. Hay
varias maneras por las que se pueden formar iones de átomos o moléculas.
Descargas Parciales: Las descargas parciales son pequeñas descargas que aparecen en el
interior de los dieléctricos como manifestación de la degeneración de los mismos. Una vez
iniciado este proceso, se mantendrá constante en el tiempo y será origen de la degeneración
del sistema aislante: el calor y compuestos químicos corrosivos atacarán al aislamiento
conduciéndolo lentamente a la destrucción y cortocircuito a tierra por perforación.
Tensión de Incepción Corona: La tensión de incepción Corona es la tensión más baja a la
cual se produce un pulso continuo de amplitud en tanto el voltaje se aumenta gradualmente.
La tensión de incepción corona disminuye a medida que la frecuencia de tensión aplicada
aumenta. Corona puede ocurrir en aplicaciones tan bajas como 300V dependiendo de las
condiciones de la prueba.
Tensión de ruptura: Voltaje mínimo que produce una perforación o ruptura en un aislante
con el consiguiente paso de corriente.
Disrupción: Se define como la ruptura en el equilibrio de un sistema es decir cuando en un
aislante o material dieléctrico se presenta una conducción eléctrica debido al aumento
progresivo en el campo eléctrico presentando ionizaciones que producen una descarga o arco
eléctrico.
Arco Eléctrico: Es una descarga eléctrica que se forma entre dos electrodos sometidos a una
diferencia de potencial y colocados en el seno de una atmósfera gaseosa enrarecida,
normalmente a baja presión, o al aire libre. Fue descubierto y demostrado por primera vez por
el químico británico Humphry Davy en 1800. Para iniciar un arco se ponen en contacto,
brevemente, los extremos de dos electrodos, usualmente en forma de lápiz, por lo general
de grafito, y se hace pasar una corriente intensa (unos 10 amperios) a través de ellos. Esta
corriente provoca un gran calentamiento en el punto de contacto, al separarse los electrodos,
se forma entre ellos una descarga luminosa similar a una llama.
La descarga está producida por electrones que van desde el electrodo negativo al positivo,
pero también, en parte, por iones positivos que se mueven en sentido opuesto. El choque de
los iones genera un calor intenso en los electrodos, calentándose más el electrodo positivo
debido a que los electrones que golpean contra él tienen mayor energía total.
Flameo: La descarga de corriente eléctrica en el aire de un conductor de fase a otro conductor
de fase, o desde un conductor de fase a tierra lo cual provoca un arco eléctrico que puede
calentar el aire hasta 35,000˚ F, lo que vaporiza el metal y les causa quemaduras graves a los
trabajadores por exposición directa al calor y el encendido de la ropa. Y la explosión de arco
que resulta de liberar la energía radiante concentrada, crea una onda de presión que puede
dañar la audición del personal y derribarlos, provocando traumatismos.
B. Explique el modelo eléctrico completo y el modelo aproximado de un material dieléctrico.
Compare sus expresiones matemáticas y enumere las ventajas y desventajas de usar cada
modelo.
Modelo Eléctrico Completo: En el modelo eléctrico completo se modelan las descargas
parciales internas, esto se produce dentro de las imperfecciones internas del dieléctrico, C1
representa la capacitancia del material sin cavidades, la capacitancia C2 la capacitancia del
material que esta por encima y por debajo de la cavidad, y la capacitancia Cv es la
capacitancia de la cavidad, cuando se presenta la descarga la tensión en la cavidad adopta el
valor de tensión residual, lo que se produce las descargas parciales, en el modelo se incluyen
las perdidas por calor (Rs) asociadas a una corriente superficial, la corriente volumétrica se
puede dividir en dos componentes: la corriente de conducción que genera las mismas perdidas
(Rc) y la corriente de polarización (Rp), el modelo se puede observar en la Fig 1.
Modelo aproximado: En el modelo aproximado se tiene un valor de capacitancia ideal
correspondiente al tipo de material del conductor y solo se consideran las pérdidas por calor,
es decir no se tienen en cuenta las imperfecciones en el material y las perdidas por la corriente
volumétrica y las descargas parciales que se pueden dar en un dieléctrico, este esquema se
observa en la Fig 2.
Figura 1. Modelo eléctrico completo de un dieléctrico.
Fuente: [7]
Figura 2. Modelo aproximado de un dieléctrico.
Fuente: [7]
El usar un modelo o el otro me permite calcular los valores de tangente delta, factor de
disipación, factor de calidad y perdidas de potencia, para lo cual en el modelo aproximado no se
tienen en cuenta en el calculo los otros valores de perdida y la deformaciones que sufra el
material. Cabe la pena destacar que dependiendo de nuestras necesidades, o de los requerimientos
del experimento es donde se debe analizar que modelo usar, es decir si nuestro calculo es sobre el
dieléctrico como tal se debe usar el modelo completo.
C. ¿Qué es tangente delta y que es factor de calidad en un dieléctrico? ¿Qué relación guarda con
la variación de la frecuencia? ¿Cómo se puede medir en un laboratorio?
Tangente Delta: Es un indicador del estado y de la calidad del aislamiento, este valor debe ser lo
mas bajo posible y variar lo mínimo con respecto al tiempo. Es uno de los factores mas utilizados
para saber si un aislante puede seguir realizando su trabajo o necesita ser reemplazado. En un
dieléctrico perfecto, la corriente adelanta al voltaje en 90°, sin embargo debido a las pérdidas, la
corriente adelanta al voltaje en 90°- δ, siendo δ el ángulo de perdida dieléctrica, esto se relación
con la perdida en forma de calor.
Factor de Calidad: Se utiliza para ver la relación entre la reactancia total y la resistencia
equivalente en un dieléctrico, entre mas pequeño sea el valor de resistencia, mayor será el factor
de calidad, lo que indica la ¨calidad¨ del material.
El comportamiento de la tangente delta y del factor de calidad muestra la razón de las corrientes
de desplazamiento a las de conducción. En la fig 3. se observa la variación de la tangente delta
con respecto a la frecuencia, a frecuencias muy bajas las pérdidas por conducciones (medidas con
cc. y ocasionadas por las corrientes debidas a las impurezas), aunque muy pequeñas, toman
interés ante valores cercanos a cero de la frecuencia. En el límite tendremos aún una corriente de
pérdidas y un valor nulo correspondiente al fenómeno capacitivo, por lo que la tangente delta
tiende a infinito. En el rango de las frecuencias de trabajo el valor de la tangente delta es
constante, este valor se ve afectado en valores altos de frecuencia debido a que el sistema entra en
resonancia, la frecuencia afecta a las perdidas e un material.
Figura 3. Comportamiento de la tangente delta frente a la frecuencia.
Fuente: [8]
El factor de disipación del aislamiento de un transformador se obtiene por lectura directa a través
de un puente capacitivo (puente de schering), por su parte el factor de potencia se calcula a partir
de los valores de factor de disipación obtenidos. Para el aislamiento general del transformador, el
factor de disipación o tangente delta por lo general se mide utilizando el método de DOBLE que
entrega directamente los valores de tangente delta y la capacidad (en Faradios) del aislamiento.
D. ¿Cuáles son los factores que influyen en la rigidez dieléctrica de un líquido y un solido?
La rigidez dieléctrica en los líquidos depende de factores que son capaces de modificar este
parámetro bajo determinadas condiciones, entre los cuales tenemos la temperatura, presión
estática aplicada, el material, la distancia entre las partes vivas de los equipos, la condición inicial
superficial de los electrodos, el contenido de las impurezas en el líquido y la densidad.
En los solidos la rigidez dieléctrica se ve afectada por muchos factores como temperatura
ambiente, la humedad, la duración de la prueba, impurezas o defectos estructurales si ac, dc o
tensiones de impulso son siendo utilizado, la presión aplicada a estos electrodos, entre otros.
E. Describa brevemente el proceso para que se genere una disrupción a través de un dieléctrico
líquido y en un dieléctrico solido.
Dieléctrico Líquido: En los líquidos se puede generar dos formas diferentes de disrupción, la
primera es por medio de una colisión de electrones generando una avalancha, a esta descarga se
le conoce como electrónica. El segundo método de disrupción es la descarga por partículas
suspendidas, esto quiere decir que en nuestro material están presentes impurezas ya sean solidas o
gaseosas.
Dieléctrico Solido: Para los solidos se tienen diferentes tipos de disrupción de las cuales
tenemos; descarga electrónica, se da en presencia de grandes densidades de electrones libres
generando colisiones entre estos.
Descarga de avalancha, se genera por ionización acumulativa, los electrones presentan choques y
producen avalancha. Otra descarga es electromecánica, la cual, es una falla que se presenta
debido a fuerzas de compresión electrostática frente a campos eléctricos intensos, esto produce
una deformación en el material también tenemos la descarga por erosión, producida por
cavidades dentro del material, fronteras del material y los electrodos y por ultimo la descarga
superficial.
F. ¿Cuál es el valor de la tensión disruptiva promedio de los aceites minerales utilizados como
aislante en transformadores de distribución? ¿Qué relación tiene la presión, la estructura
molecular, el contenido de agua y la presencia de partículas solidas sobre este valor?
Tabla 1. Aceite Dieléctrico NMX J 123
Fuente: [5]
Tabla 2. Fallas debido al deterioro del dieléctrico
Fuente: [5]
Tabla 3. Consecuencias en el desempeño del material debido al deterioro del dieléctrico
Fuente: [5]
G. ¿Qué relación existe entre el envejecimiento de los aislamientos, la contaminación del aceite
dieléctrico y la aparición o incremento de las descargas parciales en un transformador?
En los aceites dieléctricos se puede presentar contaminación debido a la presencia de
humedad (agua), partículas debido a los procesos de fabricación o por la vibración de las
diferentes partes y por oxidación del aceite aislante del transformador. La formación del canal
ionizado asociado requiere que el líquido se halla evaporizado antes, y que se formen
cavidades gaseosas. A medida que el transformador presenta un funcionamiento normal se va
degradando el aceite aislante, esto depende de la ubicación, temperatura, carga, tipo de
transformador, entre otros.
La humedad, contaminación, envejecimiento anormal del fluido, envejecimiento anormal de
la celulosa, pequeños arcos debido a las conexiones y descargas parciales son algunos de los
principales defectos del sistema dieléctrico. En las principales fallas tenemos caminos
conductores, contorneamiento, formación anormal del gas y sobrecalentamiento de la
celulosa.
H. Explique brevemente como se puede medir el nivel de pureza, la viscosidad y la densidad de
un aceite dieléctrico usado en transformadores de potencia.
Viscosidad: La viscosidad del aceite aislante, es la resistencia a un flujo continuo sin
turbulencias, inercia y otras fuerzas. Se mide usualmente mediante el tiempo del flujo de una
dada cantidad de aceite bajo condiciones controladas. Un acentuado crecimiento de la
viscosidad acompañada de un incremento del número de neutralización y bajo un color
obscuro, puede indicar un deterioro del aceite así como un efecto acentuado de la oxidación.
Un método practico para medir la viscosidad es le método de caída de columna.
Densidad Relativa: La densidad relativa es la relación del peso de un volumen de aceite, al
peso de un volumen igual de agua. Debido a que estos pesos varían con la temperatura, es
preciso especificar las dos temperaturas, 20/4 C, refiriéndose la primera temperatura al aceite
y la segunda al agua. Esta determinación puede indicar la posibilidad de contaminación por
fluidos distintos al aceite dieléctrico. Los métodos utilizados para medir la densidad relativa
pueden utilizar un hidrómetro o un picnómetro.
Contenido de Humedad: Determina la cantidad de mg/kg de agua existente en el aceite, el
método más utilizado para la realización de esta prueba es el Karl Fischer. El agua es uno de
los enemigos principales del aceite por lo que es necesario mantener un nivel bajo de
contenido de humedad en el mismo a fin de conservar bajas las características de perdida
dieléctrica y minimizar la corrosión interna en el equipo. Un alto contenido de humedad
puede conducir a una descarga eléctrica en el transformador, provocada por el deterioro de su
sistema de aislamiento, principalmente por la descomposición de las fibras del papel aislante
que es causada por la gran afinidad de este elemento con el agua.
I. Explique brevemente el proceso técnico-industrial por medio del cual se hace el reemplazo o
mantenimiento de un aceite dieléctrico usado en transformadores de potencia.
Proceso de restauración de los aceites dieléctricos: Cuando algunas de las pruebas físico-
químicas o cromatografías, las cuales indican que el aceite no cumple con los valores que son
medidos, debido a esto es necesario efectuar un tratamiento al aceite para extender la vida del
transformador, se pueden distinguir dos tipos: procesos de regeneración y proceso de
reacondicionamiento.
Proceso de Regeneración: Procedimiento que permite restaurar las propiedades físicas,
químicas y eléctricas del aceite dieléctrico, eliminando o reduciendo las sustancias
coloidales en suspensión productos de oxidación, los compuestos polares y las trazas de
ácidos orgánicos. Las técnicas que se utilizan en el tratamiento de regeneración son:
filtros de carbón activado, desgasificación bajo vacío, deshidratación bajo vacío y
aplicando temperatura, micro filtración y absorción por contactos de productos de
oxidación a través de tierras absorbentes.
Proceso de Rea-condicionamiento: Restaura las propiedades físicas, químicas y
eléctricas del aceite dieléctrico, de tal forma que su comportamiento en el interior del
transformador sea normalizado para un buen funcionamiento. Las técnicas usadas son:
micro filtración, desgasificación bajo vacío y deshidratación bajo vacío.
J. ¿Qué es distancia de fuga? ¿Qué relación tiene con la perforación dieléctrica de un material
sólido y una descarga superficial o flash-over? ¿Qué es una descarga superficial o flash-over?
La distancia de fuga es una medición que se utiliza comúnmente en la determinación de la
trayectoria conductora del flujo de la electricidad. La propia línea de fuga término tiene que
ver con la determinación de la distancia entre el punto de origen y el punto de terminación a
lo largo de la superficie del aislamiento utilizado para proteger el cableado utilizado en la
realización de la corriente eléctrica. Este tipo de medición es esencial para evaluar el impacto
del flujo de corriente en el aislamiento, especialmente en términos de la rapidez con un cierto
nivel de corriente dará lugar a daños en el aislamiento hasta el punto de que ya no ofrece una
protección adecuada. El deterioro, conocido como el seguimiento, es clave para determinar
qué tipo de aislamiento es mejor bajo diferentes condiciones, como la humedad y la altitud.
La idea detrás de la determinación de la distancia de fuga es identificar la distancia entre las
dos partes conductoras que pueden existir y aún así mantener la tasa de deterioro dentro de
límites razonables.
Dado que es probable que los aislantes bien se degraden con el tiempo, bien se contaminen
por suciedad de cualquier tipo, hay que introducir un margen de seguridad en el cálculo de las
distancias mínimas admisibles ("líneas de fuga") entre conductores para prever tal
posibilidad. Cuando se producen descargas superficiales, o flash-over, esta puede dañar la
superficie del aislador, tanto así, que dichos daños pueden llegar a ser significativamente
importantes como para disminuir la tensión de la descarga superficial hasta lograr dejar el
aislador completamente inútil.
Dichas descargas superficiales son altamente dependientes de la distancia de fuga, ya que de
esta depende que se produzcan a una tensión mayor, lo que las hace menos probables, es por
esto que los fabricantes diseñan sus aisladores de tal forma que estos tengan grandes
distancias de fuga. Descarga superficial. Descarga disruptiva a través del aire o sobre la
superficie de un aislante sólido, entre partes de diferente potencial o polaridad, generada por
una tensión eléctrica.
K. Según las características del material bajo prueba, existen tres (3) formas normalizadas
(ASTM) de aplicar la tensión de ensayo: Ensayo de breve duración, Ensayo de ritmo suave de
elevación de la tensión y Ensayo "paso a paso" o escalonado. Explique brevemente en qué
consiste cada uno de estos métodos, apóyese de imágenes si lo considera necesario
• Ensayo de breve duración: Esta prueba normalizada consiste en aplicar tensión uniforme a
los electrodos de prueba desde cero hasta que ocurra la disrupción a una tasa de
incremento de la tensión constante como se observa en la FiG 4.Se debe utilizar este tipo
de prueba si no se especifica alguna otra. Se debe seleccionar una tasa de crecimiento de
tal forma que la disrupción ocurra entre los 10 y 20 segundos de la prueba, por lo que
generalmente es necesario hacer una o dos pruebas preliminares con el fin de definir la
razón de crecimiento de la tensión más adecuada.
Figura 4. Perfil de voltaje para la prueba de breve duración
Fuente: [2]
• Ensayo paso a paso o escalonado: Consiste en aplicar voltaje a los electrodos de prueba
empezando con una tensión inicial de aproximadamente el 50 % del valor de tensión
disruptiva estimada mediante una prueba de corta duración, y continuando la prueba con
incrementos escalonados de aproximadamente el 10% del valor final como se muestra en
la Fig 5. La duración de cada intervalo de tiempo debe ser de 60 +- 5 segundos de tal
forma que se garantice que la tensión de disrupción se encuentre entre el paso 4 o 5 de la
prueba y entre 120 y 720 segundos de empezada. Si la disrupción sucede cuando se está
incrementando la tensión para el siguiente paso, se dice que la tensión disruptiva fue ese
último paso, mientras que si la disrupción se produce cuando la tensión permanece los 60
segundos en el paso actual la tensión de ruptura será el valor de dicho paso.
Figura 5. Perfil de voltaje para la prueba paso a paso
Fuente: [2]
• Ensayo de ritmo suave de elevación de la tensión: Consiste en aplicar tensión de acuerdo
a la figura 3, en donde debemos seleccionar una tensión inicial de aproximadamente el
50% de la tensión de ruptura estimada, luego de esto se incrementa la tensión a una tasa
tal que se produzca la disrupción luego de 120 segundos de prueba (tbd), si se produce
disrupción antes de este tiempo se debe reducir la tensión inicial o la tasa de crecimiento,
si la disrupción se produce a menos de 1.5 veces la tensión inicial se debe reducir la
tensión inicial, finalmente si la disrupción se produce a más del 2.5 veces la tensión
inicial se debe aumentar dicha tensión inicial.
Figura 6. Perfil de voltaje para la prueba de ritmo suave de elevación de la tensión
Fuente: [2]
INFORME
LOS DATOS RESALTADOS EN AMARILLO SON LOS DATOS QUE NO SE TIENEN EN
CUENTA
1. Prepare un recipiente para el ensayo y cerciórese de que sea de un material aislante, no
higroscópico e inatacable por el aceite (acrílico, vidrio, etc.). Tome las dimensiones del
recipiente, calcule el volumen máximo que puede contener, mida sus paredes, determine las
dimensiones de los electrodos y revise que no posea fugas.
Al iniciar la práctica se tomaron los siguientes valores sobre el recipiente
Figura 7. Volumen de un cilindro
Fuente: [Autores]
Diámetro [d]= 6,8 cm
Altura [h]= 10,4 cm
Volumen= = 377.69 cm3
Cabe la pena mencionar que en la segunda sesión en las pruebas DC el recipiente tenia una fuga
que fue compensado con la adición de líquido según lo perdido.
2. Limpie y seque completamente el recipiente y los electrodos. Para su limpieza se pueden usar
solventes libres de aditivos ó compuestos que contengan plomo. Lo más aconsejado es hacer
una limpieza utilizando los mismos líquidos que se han de ensayar.
Al iniciar la prueba se limpió el recipiente con el mismo contenido de la muestra correspondiente,
aceite usado y aceite nuevo respectivamente para cada prueba.
3. Caracterice e identifique dos líquidos a ensayar. Defina con su grupo de trabajo los
parámetros y/o características (eléctricas, físicas, químicas, etc.) para diferenciar los líquidos.
Según la tabla 3 podemos clasificas las dos muestras de aceite dieléctrico como:
Aceite nuevo: 0 - 1
Aceite usado: 1 – 2.5
Con sus respectivas características también contenidas en la tabla 3
4. El líquido a ensayar se debe verter en el recipiente lentamente, rozando las paredes del mismo
para evitar que se formen burbujas. Debe dejarse reposar como mínimo durante 2 o 3
minutos. Toda burbuja visible se debe eliminar utilizando una varilla plástica o de vidrio.
Antes de cada prueba se homogenizo el líquido correspondiente mediante una varilla, buscando
eliminar las burbujas de aire atrapadas en él.
Figura 8.Proceso de eliminación de burbujas en el recipiente
Fuente: [Autores]
5. La temperatura de ensayo debe estar entre 15ºC y 25ºC siendo la ideal 20°C. Registre las
condiciones ambientales en el momento de realizar cada prueba.
Para cada una de las muestras tomadas se registraron los datos de temperatura al momento de la
prueba, los datos resaltados corresponde a las muestras no validas de la práctica.
Prueba AC
Tabla 4. Temperaturas para la prueba AC
Fuente [Autores]
Prueba DC
Tabla 5. Temperaturas para la prueba DC
Fuente [Autores]
Temperatura [°C] Muestra
19,6
19,9
20
20
20,1
20,2
20,1
19,9
19,9
20
20
20
20
20,4
Aceite usado
A
B
Temperatura [°C] Muestra
20,5
20,5
20,6
20,5
20,7
20,7
20,7
21,1
20,8
20,6
20,3
20,2
20,1
20
20
20,2
20,1
19,9
19,9
A
B
Aceite Nuevo
Temperatura [°C] Muestra
20,5
20,2
20,1
20,1
20,1
20,3
20,3
20,2
20,2
20
19,8
19,8
19,8
19,7
19,7
19,7
19,8
A
B
Aceite Usado
6. Monte un circuito de generación de alta tensión AC y conecte a la salida una resistencia
limitadora entre el transformador y el recipiente con los electrodos. Llene el recipiente con el
líquido a ensayar de tal manera que quede cubierto al menos 3 o 4 cm por encima del borde
de los electrodos.
Figura 9.Esquema de montaje prueba AC
Fuente: [Autores]
Figura 10.Montaje práctico en el LAT prueba AC
Fuente: [Autores]
7. Explique el funcionamiento y configuración de cada uno de los métodos de medición que
pueden ser usados para la medición de altas tensiones AC y DC. Muestre el valor de sus
componentes y la relación de transformación de cada uno.
Divisor Resistivo Puro: Este divisor nos permite medir tensiones principalmente en DC, además
se pueden realizar mediciones en AC e impulso. Debido a su construcción, este divisor tiene un
alto grado de confiabilidad para niveles de tensión superiores a 300KV. Los valores de las
resistencias son:
Tabla 6. Relaciones de los Divisores Resistivos más usados en el LAT
Fuente: [Autores]
Divisor Resistivo Rat
3,6 MΩ 280 MΩ
Rbt=40KΩ; sin R de acople, protección 160VAC 210VDC 91 7001
Rbt=100KΩ; sin R de acople; protección 110VAC 160VDC 37 2801
Rbt=40KΩ; sin R de acople, protección 140VAC 210VDC 91 7001
Figura 11. Divisor resistivo puro
Fuente: [Autores]
Divisor Capacitivo Puro: Método usado para medir tensiones AC-HV e Impulso, aunque en alta
tensión la resistencia de fuga del condensador varía considerablemente, con lo que se genera
diferencias de potencial en éstas. Los condensadores en DC-HV funcionan como circuito abierto,
este tipo de medición se limita solo para AC-HV. Los valores de las capacitancias son:
Tabla 7. Relaciones de los Divisores Capacitivos más usados en el LAT
Fuente: [Autores]
Divisor Capacitancia AT [pF]
100 25000 1200 2000
C= 330nF; sin R de acople; protección 60VAC 80VDC 3301 14,2 276 166
C=464,3 nF; Racople=78,4Ω; protección 60VAC 80VDC 4644 19,572 387,9167 233,15
C=4,7uF; Racople=78,5Ω; protección 140VAC 210VDC 47001 189 3917,667 2351
C=203,9nF; sin R acople; protección 165VAC 220VDC 2040 9,156 170,9167 102,95
C=198nF; sin R de acople; protección 60VAC 80VDC 1981 2230 166 100
Figura 12. Divisor capacitivo puro.
Fuente: [Autores]
Divisor Resistivo Compensado: Un divisor resistivo compensado es un divisor resistivo que
tiene una capacitancia en paralelo, este divisor funciona tanto para AC-HV como DC-HV ya que
la parte dominante de cada impedancia es la parte resistiva. Es comúnmente usado en la medición
de impulsos, ya que reduce las oscilaciones de la señal de salida del mismo. Los valores de las
ramas de alta y baja son:
Tabla 8. Características divisor resistivo compensado
Fuente: [Autores]
Divisor
Resistivo Compensado
Características
Cat=98,79 pF; Rat=280MΩ; 140KV
Rb=102,3KΩ; Cb=0,27uF; Racople=78,5Ω
Tabla 9. Relación de transformación divisor resistivo compensado
Fuente: [Autores]
ZAT Relación
2551398,34365649+26606050,1148856i
2734,11 ZBT
934,862160815301+9734,59972426607i
Figura 13. Divisor resistivo compensado.
Fuente: [Autores]
Divisor Capacitivo Amortiguado: El divisor Capacitivo amortiguado consiste en un divisor
capacitivo con una resistencia en serie a cada condensador este presenta los mismos problemas
del capacitivo puro ya que la parte dominante de la impedancia es la del condensador por lo tanto
no es recomendable no funciona bien en DC-HV. Los valores de las ramas de alta y baja son:
Tabla 10. Características divisor capacitivo amortiguado
Fuente: [Autores]
Divisor
Capacitivo
Amortiguado
Características
Rat= 54,28 Ω; Cat=1227 pF; 140KV
Rbt=0,03952Ω; Cbt=1,686uF; Racople=74,3Ω; protección 160VAC
240VDC
Tabla 11. Relación de transformación divisor capacitivo amortiguado
Fuente: [Autores]
ZAT Relación
54,2799999657807+0,00136287291052429i
1374,48 ZBT
0,0395199999750639+9,92710374938817E-07i
Figura 14. Divisor capacitivo amortiguado.
Fuente: [Autores]
8. Describa las características físicas del recipiente. Adicionalmente, identifique y caracterice
los dos líquidos a ensayar (1 y 2). Analice su viscosidad, nivel de pureza y presencia de
humedad.
En la prueba se usaron dos líquidos (aceite), el primero de ellos de aspecto claro y el segundo de
aspecto oscuro o sucio. Más allá de la diferenciación visual no se podía hacer nada para
caracterizar los materiales debido a que en el LAT no existen herramientas o instrumentos que
permitan una evaluación más detallada de elementos de este tipo.
La viscosidad, el nivel de pureza y la presencia de humedad fueron factores que no se pudieron
analizar de un modo óptimo.
9. Con el recipiente listo y el aceite bajo prueba preparado. Configure la distancia de los
electrodos a 5 o 10 mm. A una velocidad constante de 3 kV/segundo (controle esta velocidad
con ayuda del sistema de medición) aplique tensión creciente desde cero hasta determinar el
valor de la tensión disruptiva de la muestra A del líquido 1 a esa distancia. Repita este
procedimiento seis veces descartando la primera medida.
Pendiente: 2,875KV/seg
Tabla 12. Datos prácticos Aceite usado muestra A
Fuente: [Autores]
Vac
(BT)
[V]
Vac
(AT)[V]
Humedad
[%]
Temperatura
[°C]
Presión
[mmHg]
Distancia
[mm] Muestra
8,303 28343,1208 64,6 19,6 564,1
10 A
9,283 31688,4488 62,7 19,9 564,1
10,117 34535,3912 62,6 20 564,1
9,795 33436,212 62,1 20 564,1
9,911 33832,1896 61,8 20,1 564,2
11,534 39372,4624 63,4 20,2 564,1
10,536 35965,6896 61,1 20,1 564,2
Tabla 13. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra A
Fuente: [Autores]
Promedio [V] 33891,583
Promedio +10% [V] 37280,74486
Promedio -10% [V] 30502,42762
10. Repita la prueba del numeral 9 pero cambie la muestra del líquido 1 para al menos otra
muestra (muestra B) del mismo aceite y obtenga otro valor de promedio aritmético
Pendiente: 2,875KV/seg
Tabla 14. Datos prácticos Aceite usado muestra B
Fuente: [Autores]
Vac
(BT)
[V]
Vac
(AT)[V]
Humedad
[%]
Temperatura
[°C]
Presión
[mmHg]
Distancia
[mm] Muestra
9,809 33484,0024 61,5 19,9 564,1
10 B
11,503 39266,6408 62,8 19,9 564,2
11,65 39768,44 62,5 20 564,1
13,989 47752,8504 62 20 564,2
12,384 42274,0224 62,2 20 564,2
11,936 40744,7296 63,4 20 564,2
12,323 42065,7928 62,4 20,4 564,2
Tabla 15. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra B
Fuente: [Autores]
Promedio [V] 40823,92512
Promedio +10% [V] 44906,31763
Promedio -10% [V] 36741,53261
11. Con al menos dos valores de promedio aritmético del mismo líquido (para las muestras A y
B), determine su tensión disruptiva definida como el promedio de dichos valores. Asegúrese
que estos valores no difieren entre sí en ±10%, en caso de que no se cumpla esta condición,
debe procederse a realizar pruebas sobre una tercera
Promedio A y B = 37357,75568 V
12. Repita las pruebas y procedimientos efectuados en los numerales 9 a 11 sobre el líquido 2
Pendiente: 3,07598KV/seg
Tabla 16. Datos prácticos Aceite nuevo muestra A
Fuente: [Autores]
Vac
(BT)
[V]
Vac
(AT)[V]
Humedad
[%]
Temperatura
[°C]
Presión
[mmHg]
Distancia
[mm] Muestra
9,344 31896,6784 63,8 20,5 564,1
5 A
9,397 32077,5992 65,5 20,5 564,1
8,339 28466,0104 63,2 20,6 564
7,83 26728,488 63,3 20,5 564,1
7,289 24881,7304 63,4 20,7 564
10,364 35378,5504 62,8 20,7 564,1
10,533 35955,4488 62,8 20,7 564,1
11,263 38447,3768 65,3 21,1 563,9
8,572 29261,3792 61,9 20,8 563,9
11,718 40000,5648 62,1 20,6 564
Tabla 17. Promedios aritméticos para Aceite nuevo muestra A
Fuente: [Autores]
Promedio [V] 32726,1832
Promedio +10% [V] 35998,80152
Promedio -10% [V] 29453,56488
Tabla 18. Datos prácticos Aceite nuevo muestra B
Fuente: [Autores]
Vac
(BT)
[V]
Vac
(AT)[V]
Humedad
[%]
Temperatura
[°C]
Presión
[mmHg]
Distancia
[mm] Muestra
4,7804 16318,37344 59,4 20,3 563,9
6 B
4 13654,4 59,1 20,2 563,9
3,2368 11049,14048 58,3 20,1 563,9
4,8 16385,28 58,7 20 564
5,4 18433,44 59,3 20 564
5,3 18092,08 59,3 20,2 564
4,447 15180,2792 59,3 20,1 563,9
5,2 17750,72 59,8 19,9 564
5,13 17511,768 60,1 19,9 563,9
Tabla 19. Promedios aritméticos para Aceite nuevo muestra B
Fuente: [Autores]
Promedio [V] 17634,6576
Promedio +10% [V] 19398,12336
Promedio -10% [V] 15871,19184
Promedio A y B = 25180,4204 V
13. Construya una tabla donde muestre el campo eléctrico máximo soportable (rigidez
dieléctrica) para cada líquido. Este valor puede ser obtenido de la relación de la tensión
disruptiva y la distancia interelectródica.
Tabla 20. Rigidez dieléctrica aceite usado
Fuente: [Autores]
Rigidez dieléctrica [V/cm] Muestra
31688,4488
A
34535,3912
33436,212
33832,1896
35965,6896
39266,6408
B
39768,44
42274,0224
40744,7296
42065,7928
Tabla 21. Rigidez dieléctrica aceite nuevo
Fuente: [Autores]
Rigidez dieléctrica [V/cm] Muestra
64155,1984
A
56932,0208
70757,1008
76894,7536
58522,7584
27308,8
B
30722,4
30153,46667
29584,53333
29186,28
14. ¿Es posible aplicar para la prueba tensión DC en lugar de la tensión AC? Seleccione uno de
los dos líquidos estudiados y repita las experiencias de los numerales 9 a 13 cambiando el
circuito de generación por una configuración DC
Figura 15. Esquema de montaje prueba HV-DC
Fuente: [Autores]
Figura 16. Montaje practico LAT para prueba HV-DC
Fuente: [Autores]
Pendiente: 3,07598KV/seg
Tabla 22. Datos prácticos prueba DC aceite usado muestra A
Fuente: [Autores]
Vdc BT
[V]
Vdc AT
[V]
Humedad
[%]
Temperatura
[°C]
Presión
[mmHg]
Distancia
[mm] Muestra
3,076 21942,4614 57,8 20,5 563,5
6 A
1,9028 13573,5096 58,3 20,2 563,6
2,0441 14581,4647 58,7 20,1 563,7
1,9774 14105,6643 59,9 20,1 563,7
2,4202 17264,3515 59,3 20,1 563,7
2,3547 16797,1112 59,7 20,3 563,7
2,2485 16039,5398 58,3 20,3 563,7
2,14 15265,5616 58,9 20,2 563,8
Tabla 23. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra A prueba DC
Fuente: [Autores]
Promedio [V] 15357,86831
Promedio +10% [V] 16893,65514
Promedio -10% [V] 13822,08148
Tabla 24. Datos prácticos prueba DC aceite usado muestra B
Fuente: [Autores]
Vdc BT
[V]
Vdc AT
[V]
Humedad
[%]
Temperatura
[°C]
Presión
[mmHg]
Distancia
[mm] Muestra
2,8049 20008,5859 59,7 20,2 563,8
6 B
2,1443 15296,2354 60,1 20 563,8
2,3946 17081,7354 60,1 19,8 563,8
2,5665 18307,9738 60,1 19,8 563,9
1,9662 14025,7697 60,1 19,8 563,8
1,6157 11525,499 60,7 19,7 563,8
2,3231 16571,6945 60,7 19,7 563,8
2,473 17640,9971 61,4 19,7 563,9
2,2849 16299,1971 62,9 19,8 563,9
Tabla 25. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra B prueba DC
Fuente: [Autores]
Promedio [V] 17180,31956
Promedio +10% [V] 18898,35152
Promedio -10% [V] 15462,28761
Promedio A y B = 16269,09394 V
Tabla 26. Rigidez dieléctrica aceite usado prueba DC
Fuente: [Autores]
Rigidez dieléctrica
V/cm Muestra
24302,44117
A
23509,44043
27995,18528
26732,5664
25442,60267
28469,55904
B
30513,2896
27619,49077
29401,66187
27165,32843
15. Analice y concluya sobre los resultados obtenidos, la configuración de los electrodos, el tipo
de líquido, el tipo de tensión aplicada y las condiciones que se presentaron durante la prueba.
CONCLUSIONES
En un líquido la rigidez dieléctrica posee una relación con el nivel de la pureza, en el caso
propuesto, el aceite nuevo posee mejores características dieléctricas en comparación al
aceite desgastado o usado, ya que se generan impurezas debido al funcionamiento del
equipo que usa como aislante este aceite.
Las condiciones ambientales se mantuvieron dentro del rango establecido para el correcto
desarrollo de la práctica, llegando al valor óptimo o deseado (20°C).
Es recomendable que entre los ensayos, se debe esperar un determinado tiempo y por
medio de una varilla, eliminar las burbujas cerca a los electrodos y en la distancia
interelectrodica, con el fin de conseguir las condiciones iniciales de la practica.
Se observo que la diferencia entre aplicar una tensión DC o AC para conseguir la
disrupción en el liquido, se debe a su respuesta con respecto a la forma de onda, ya que en
el caso de tensión AC se puede determinar el valor de tensión disruptiva de una forma
mas sencilla.
REFERENCIAS
[1] Universidad de Sevilla. Modelado de descargas eléctricas en gases mediante redes neuronales,
[Online]
disponible:http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/70196/fichero/Capitulo3%252Fcapitulo3.pdf
[2] Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José F. Lozano, Descarga en materiales aislantes y
dieléctricos, [Online] Disponible:http://es.scribd.com/doc/104673038/DESCARGAS-EN-
MATERIALES-AISLANTES-Y-DIELECTRICOS-PARTE-1-DESCARGA-EN-GASES
[3] Universidad del País vasco, “Medida de la viscosidad de un líquido [Online]” disponible en:
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad2/viscosidad2.htm
[4] Universidad de Antioquia, “Practica 3. Densidad de líquidos [Online]” disponible en:
http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabquimico/02practicas/practica03.htm
[5] BEWLUB, Página Web: http://www.bew.com.mx/
[6] C.L. Wadhwa, High Voltage Engineering, Ed New Age International, 2007
[7] E. Kuffel, W.S. Zaengl and J. Kuffel, High Voltage Engineering Fundamentals, Ed Newnes,
2000.
[8] Nova Miron, “Ensayo De Tangente Delta Y Capacidad [Online]” disponible en:
http://www.novamiron.com.ar/images/TangenteDelta.pdf.
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