NTC 4591 Técnicas de Ensayo a Alta Tensión. Definiciones Generales y Requisitos de Ensayo

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 4591 1999-03-17

TÉCNICAS DE ENSAYO A ALTA TENSIÓN. DEFINICIONES GENERALES Y REQUISITOS DE ENSAYO

E:

HIGH VOLTAGE TEST TECHNIQUES. DEFINITIONS AND TEST REQUIREMENTS

GENERAL

CORRESPONDENCIA: CORRESPONDENCIA:

esta norma es equivalente (EQV) a la IEC 60-1.

DESCRIPTORES: DESCRIPTORES:

ensayo de alta tensión; ensayo de aislamiento.

I.C.S.: 19.080.00 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Bogotá, D.C. - Tel. 6078888 - Fax 2221435

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EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN INTERCONEXIÓN ELÉCTRICA S.A. SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA UNIVERSIDAD DEL VALLE

ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales. nacionales. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN


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TÉCNICAS DE ENSAYO A ALTA TENSIÓN. DEFINICIONES GENERALES Y REQUISITOS DE ENSAYO

SECCIÓN 1: GENERALIDADES 1.

CAMPO DE APLICACIÓN

Esta norma es aplicable en: -

ensayos dieléctricos con tensión directa;

-

ensayos dieléctricos con tensión alterna;

-

ensayos dieléctricos dieléctrico s con tensión de impulso;

-

ensayos con corriente de impulso;

-

ensayos con combinaciones de lo anterior.

Esta norma únicamente es aplicable para ensayos en equipos que tengan su máxima tensión para el equipo U m por encima de 1 kV. Esta norma no se destina al uso en ensayos de compatibilidad electromagnética en equipo eléctrico o electrónico.

2.

OBJETO

El objeto de esta norma es: -

Definir términos de aplicabilidad aplicabilidad general y específica;

-

Presentar requisitos generales relacionados relacionados con los objetos de ensayo y los procedimientos procedimientos de ensayo; 1


NTC 4591

-

Definir métodos para la generación y medición de tensiones y corrientes de ensayo;

-

Describir procedimientos de ensayo;

-

Describir métodos para la evaluación de los resultados de ensayo y para indicar criterios de aceptación o rechazo;

Las definiciones y los requisitos concernientes a los dispositivos de medición aprobados y a los métodos de verificación se dan en la norma IEC 60-3: High Voltage Test Techniques Measuring Devices. Para obtener resultados reproducibles y significativos es posible que se requieran procedimientos de ensayo alternativos. La selección de un procedimiento de ensayo adecuado, la debe hacer el comité técnico pertinente.

SECCIÓN 2: DEFINICIONES GENERALES 3.

IMPULSOS

Un impulso es una tensión o corriente transitoria o no periódica aplicada intencionalmente, que se suele elevar rápidamente hasta un valor de cresta y que después cae más lentamente hacia cero. Para propósitos especiales se usan impulsos que tengan frentes o transitorios que se eleven en forma aproximadamente lineal, de forma oscilante o aproximadamente rectangular. El término “impulso” se debe distinguir del término “sobretensión” que se refiere a transitorios que ocurren en equipo eléctrico o redes en servicio.

3.1

IMPULSOS TIPO RAYO Y TIPO MANIOBRA

Se hace una distinción entre impulsos tipo rayo y tipo maniobra según la duración del frente. Los impulsos con duración del frente hasta de 20 µs se definen como impulsos tipo rayo y los de frentes más largos se definen como impulsos tipo maniobra. Generalmente, los impulsos tipo maniobra también se caracterizan porque su tiempo total de duración es bastante más largo que el de los impulsos tipo rayo.

4.

CARACTERÍSTICAS RELACIONADAS TENSIONES DE ENSAYO

4.1

DESCARGA DISRUPTIVA

CON

DESCARGA

DISRUPTIVA

Y

En esta norma el término “descarga disruptiva” (mencionado a veces como “falla eléctrica”) se relaciona con fenómenos asociados con la perforación bajo esfuerzo eléctrico, en que la descarga pone en cortocircuito completamente el aislamiento bajo ensayo, reduciendo así la tensión entre los electrodos prácticamente a cero. Esto se aplica a falla eléctrica en dieléctricos sólidos, líquidos y gaseosos y en combinaciones de los mismos. 2


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Puede ocurrir descarga disruptiva no sostenida en que el objeto de ensayo sea cortocircuitado momentáneamente por una chispa o un arco. Durante estos eventos la tensión a través del objeto de ensayo se reduce momentáneamente a cero o a un valor muy pequeño. Dependiendo de las características del circuito de ensayo y del objeto de ensayo, puede ocurrir una recuperación de resistencia dieléctrica y puede inclusive permitir que la tensión de ensayo alcance un valor más alto. Tal evento se debe interpretar como una descarga disruptiva, salvo que el comité técnico pertinente lo especifique de otro modo. También pueden ocurrir descargas no disruptivas tales como las que ocurren entre electrodos o conductores intermedios, sin reducción de la tensión de ensayo a cero. Tal evento no se debe interpretar como una descarga disruptiva salvo que así lo especifique el comité técnico pertinente. Algunas descargas no disruptivas se denominan “descargas parciales” y se tratan en la norma IEC 270: Partial discharge measurements. El término “formación de arco” se usa cuando ocurre una descarga disruptiva en un medio gaseoso o líquido. El término “flameo” se usa cuando ocurre una descarga disruptiva sobre la superficie de un dieléctrico en un medio líquido o gaseoso. El término “perforación” se usa cuando ocurre una descarga disruptiva a través de un dieléctrico sólido. Una descarga disruptiva en un dieléctrico sólido produce pérdida permanente de resistencia dieléctrica; en un dieléctrico líquido o gaseoso la pérdida puede ser solo temporal.

4.2

CARACTERÍSTICAS DE LA TENSIÓN DE ENSAYO

Las características de una tensión de ensayo son las especificadas en esta norma para designar los diferentes tipos de tensión que definen la tensión de ensayo.

4.2.1 Características prospectivas de una tensión de ensayo Las características prospectivas de una tensión de ensayo que cause descarga disruptiva, son las características que se habrían obtenido si no hubiera ocurrido descarga disruptiva. Cuando se use una característica prospectiva, esto siempre se debe estipular.

4.2.2 Características reales de una tensión de ensayo Las características reales de una tensión de ensayo son aquellas que ocurren durante el ensayo en los terminales del objeto de ensayo.

4.2.3 Valor de la tensión de ensayo El valor de la tensión de ensayo se define en los numerales pertinentes de esta norma.

3

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 4.3

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TENSIÓN DE DESCARGA DISRUPTIVA DE UN OBJETO DE ENSAYO

La tensión de descarga disruptiva de un objeto de ensayo es el valor de la tensión de ensayo que cause descarga disruptiva, según se especifique, para los diversos ensayos, en el numeral pertinente de esta norma.

4.4

CARACTERÍSTICAS ESTADÍSTICAS DE LAS TENSIONES DE DESCARGA DISRUPTIVA

Las tensiones de descarga disruptiva están sujetas a variaciones aleatorias y generalmente se tienen que hacer varias observaciones para obtener un valor estadísticamente significativo de la tensión. Los procedimientos de ensayo descritos en esta norma se suelen basar en consideraciones estadísticas. En el Anexo A se da información sobre la evaluación estadística de los resultados de ensayo.

4.4.1 Probabilidad p de descarga disruptiva de un objeto de ensayo La probabilidad p de descarga disruptiva de un objeto de ensayo es la probabilidad de que una aplicación de cierto valor de tensión prospectiva en una forma dada, causará descarga disruptiva en el objeto de ensayo. El parámetro p se puede expresar como un porcentaje o como una fracción.

4.4.2 Probabilidad q de soporte de un objeto de ensayo La probabilidad q de soporte de un objeto de ensayo es la probabilidad de que una aplicación de cierto valor de tensión prospectiva en una forma dada, no causará descarga disruptiva en el objeto de ensayo. Si la probabilidad de descarga disruptiva es p, la probabilidad de soporte q es (1 - p).

4.4.3 Tensión de descarga disruptiva del 50 % U50 de un objeto de ensayo La tensión de descarga disruptiva del 50 % es el valor de tensión prospectiva que tiene una probabilidad del 50 % de producir una descarga disruptiva en el objeto de ensayo.

4.4.4 Tensión de descarga disruptiva de p % Up de un objeto de ensayo La tensión de descarga disruptiva de p % de un objeto de ensayo es el valor de tensión prospectiva que tiene una probabilidad p % de producir una descarga disruptiva en el objeto de ensayo.

4.4.5 Desviación convencional z de la tensión de descarga disruptiva de un objeto de ensayo La desviación convencional z de la tensión de descarga disruptiva de un objeto de ensayo es la diferencia entre sus tensiones de descarga disruptiva del 50 % y del 16 % A menudo se expresa en valor por unidad o porcentual, con referencia a la tensión de descarga disruptiva del 50 %. Nota. Si la función de la probabilidad de descarga disruptiva (véase el Anexo A) se aproxima a una función gaussiana, z se aproxima en forma correspondiente a su desviación estándar.

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TENSIÓN NO DISRUPTIVA DE UN OBJETO DE ENSAYO

La tensión de soporte de un objeto de ensayo es un valor especificado de tensión prospectiva que caracteriza al aislamiento del objeto con relación a un ensayo de soporte. Salvo que se especifique de otro modo, las tensiones son respecto a condiciones atmosféricas de referencia estándar (véase el numeral 11.1).

4.6

TENSIÓN DE DESCARGA DISRUPTIVA ASEGURADA DE UN OBJETO DE ENSAYO

La tensión de descarga disruptiva asegurada de un objeto de ensayo es un valor especificado de tensión prospectiva que caracteriza su funcionamiento respecto a un ensayo de descarga disruptiva.

5.

CLASIFICACIÓN DEL AISLAMIENTO EN OBJETOS DE ENSAYO

Los sistemas de aislamiento de aparatos y estructuras de alta tensión básicamente se deben clasificar en aislamiento autorrecuperable y no autorrecuperable, y pueden constar de aislamiento externo y/o interno.

5.1

AISLAMIENTO EXTERNO

El aislamiento externo es el aislamiento de aire y las superficies expuestas de aislamiento sólido del equipo, que se someten tanto a esfuerzos dieléctricos como a los efectos de las condiciones atmosféricas y de otras condiciones externas tales como contaminación, humedad y plagas.

5.2

AISLAMIENTO INTERNO

El aislamiento interno comprende los elementos internos sólidos, líquidos o gaseosos del aislamiento del equipo, que están protegidos respecto de los efectos de condiciones atmosféricas y otras condiciones externas tales como contaminación, humedad y plagas.

5.3

AISLAMIENTO AUTORRECUPERABLE

El aislamiento autorrecuperable es el que recobra en forma completa sus propiedades de aislamiento después de una descarga disruptiva causada por la aplicación de una tensión de ensayo.

5.4

AISLAMIENTO NO AUTORRECUPERABLE

El aislamiento no autorrecuperable es el que pierde sus propiedades de aislamiento, o no las recupera en forma completa, después de una descarga disruptiva causada por la aplicación de una tensión de ensayo. Nota. En aparatos de alta tensión, siempre operan en combinación partes de aislamiento tanto autorrecuperable como no autorrecuperable y algunas partes se pueden degradar por aplicaciones de tensión repetidas o continuadas. Cuando se especifiquen los procedimientos de ensayo que se han de aplicar, el comité técnico pertinente debe tener en cuenta el comportamiento del aislamiento en este aspecto.

5


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SECCIÓN 3: REQUISITOS GENERALES RELACIONADOS CON PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO Y OBJETOS DE ENSAYOS 6.

REQUISITOS GENERALES PARA LOS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO

El comité técnico pertinente debe especificar los procedimientos de ensayo aplicables a determinados tipos de objetos de ensayo, por ejemplo, la polaridad por usar, el orden preferido si se han de usar ambas polaridades, el número de aplicaciones y el intervalo entre aplicaciones, haciendo relación a factores tales como:

7.

-

la exactitud requerida de los resultados de ensayos;

-

la naturaleza aleatoria del fenómeno observado y cualquier dependencia de polaridad de las características medidas;

-

la posibilidad de deterioro progresivo con las aplicaciones de tensión repetidas.

DISPOSICIÓN GENERAL DEL OBJETO DE ENSAYO

Al momento de un ensayo, el objeto de ensayo debe estar completo en todos los detalles esenciales, y debe haber sido procesado en la forma normal para equipo similar. Las características de descarga disruptiva de un objeto pueden ser afectadas por su disposición general (por ejemplo, por separación respecto de otras estructuras vivas o aterrizadas, su altura sobre el nivel del piso y la disposición de su conductor de alta tensión). El comité técnico pertinente debe especificar la disposición general. Un espacio respecto de estructuras externas no menor de 1,5 veces la longitud del menor trayecto posible de descarga en el objeto de ensayo generalmente hace que sean despreciables tales efectos de proximidad. En ensayos de humedad o contaminación, o cuando la distribución de tensión a lo largo del objeto de ensayo y el campo eléctrico alrededor de su electrodo energizado sean suficientemente independientes de influencias externas, pueden ser aceptables espacios más pequeños, siempre que no ocurran descargas a las estructuras externas. En el caso de ensayos de corriente alterna o de impulsos positivos tipo maniobra positiva por encima de 750 kV (cresta) la influencia de una estructura externa se puede considerar como despreciable si su distancia respecto del electrodo energizado es también mayor de la altura de este electrodo sobre el nivel del piso. En la Figura 1 se da un límite menor práctico para este espacio, como una función de la tensión máxima de ensayo. Un ensayo de soporte puede ser aceptable cuando se efectúa con éxito con distancias más cortas respecto de los objetos aterrizados.

8.

ENSAYOS EN SECO

El objeto de ensayo debe estar seco y limpio. Si el comité técnico pertinente no lo especifica de otro modo, conviene efectuar el ensayo a temperatura ambiente y el procedimiento para la aplicación de tensión debe ser como se especifica en los numerales pertinentes de esta norma. 6

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 9.

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ENSAYOS EN HÚMEDO

El procedimiento de ensayo en húmedo preferido, descrito en el numeral 9.1, se propone simular el efecto de la lluvia natural sobre el aislamiento externo y es una revisión de métodos de ensayo anteriores. Es recomendable para los ensayos con todos los tipos de tensiones de ensayo y en todos los tipos de aparatos, pero si el comité técnico pertinente lo especifica, es permitido cualquiera de los métodos de ensayo alternativos que se dan a continuación. En el numeral 9.2 se describen dos métodos de ensayo anteriores, no destinados a simular la lluvia natural. Tales métodos se han usado durante muchos años para los ensayos con tensiones alternas en aparatos que tienen U m hasta 420 kV, y existen muchos datos de ensayo obtenidos mediante estos métodos de ensayo. Para aparatos de corriente alterna de dimensiones grandes, tales como los que tienen U m mayor de 800 kV, no se dispone en la actualidad de un procedimiento de ensayo en húmedo apropiado. El comité técnico pertinente debe especificar la disposición del objeto de ensayo durante el procedimiento de ensayo.

9.1

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO EN HÚMEDO ESTÁNDAR

El objeto de ensayo se debe rociar con agua de resistividad y temperatura prescritas (véase la Tabla 1) que caiga sobre el objeto en forma de gotas (evitando neblina y vapor) y dirigida de tal modo que las componentes vertical y horizontal de la intensidad de atomización sean aproximadamente iguales. Estas intensidades se miden con un recipiente de recolección dividido provisto de aberturas de 100 cm 2 a 750 cm2, una horizontal y una vertical, estando la abertura vertical enfrentada a la atomización. El comité técnico pertinente debe especificar la posición del objeto de ensayo respecto a las componentes de lluvia horizontal y vertical. En general, la reproducibilidad de los resultados de los ensayos en húmedo es menor que la de otros ensayos de descarga o resistencia a alta tensión. Para minimizar la dispersión se deben tomar las siguientes precauciones: -

El recipiente de recolección se colocará cerca del objeto de ensayo, pero evitando recoger gotas o salpicaduras del mismo. Durante el período de medición, conviene mover el recipiente lentamente sobre un área suficiente para promediar pero sin enmascarar completamente el efecto de las desuniformidades de la atomización procedente de boquillas individuales. La zona de medición debe tener un ancho igual al del objeto de ensayo y una altura máxima de 1 m.

-

Para objetos de ensayo cuya altura sea de entre 1 m y 3 m, las mediciones individuales se deben hacer en la parte superior, en el centro y en la parte inferior del objeto de ensayo. Cada zona de medición cubrirá solamente un tercio de la altura del objeto de ensayo.

-

Para objetos de ensayo cuya altura sea mayor de 3 m, se incrementará el número de zonas de medición para cubrir toda la altura del objeto de ensayo sin traslapo. 7


NTC 4591

-

Los procedimientos de ensayo anteriores se deben adecuar apropiadamente para objetos de ensayo cuyas dimensiones horizontales sean grandes.

-

Si el objeto de ensayo se limpia con un detergente tensoactivo que se quite antes de comenzar el humedecimiento, se puede reducir la dispersión de los resultados.

-

Las velocidades de precipitación locales anómalas (altas o bajas) también pueden incidir en la dispersión de los resultados. Es recomendable detectar esas velocidades mediante mediciones localizadas y mejorar la uniformidad de la dispersión, si es necesario.

El aparato de atomización se debe ajustar para producir, dentro de las tolerancias especificadas, condiciones de precipitación adecuadas para el objeto de ensayo según se indica en la Tabla 1. Se puede usar cualquier tipo y disposición de boquillas que cumpla los requisitos dados en la Tabla 1. En las Figuras 2a, 2b y 2c se muestran ejemplos de varias boquillas que han resultado satisfactorias en la práctica, junto con datos de funcionamiento característicos para cada tipo. Si las boquillas se dirigen hacia arriba en un ángulo aproximado de 15° -25° con respecto a la horizontal, se pueden obtener distancias de atomización mayores. Obsérvese que si la presión del agua se aumenta por encima de los límites recomendados, los chorros de agua se pueden disgregar prematuramente y ocasionar una atomización insatisfactoria para el objeto de ensayo. Tabla 1. Condiciones de precipitación para el procedimiento estándar Tasa de precipitación promedio de todas las mediciones . componente vertical

mm/min

1,0 a 2,0

- componente horizontal

mm/min

1,0 a 2,0

Límites para cualquier medición individual y para cada componente

mm/min

± 0,5 del promedio

Temperatura del agua

°C

Temperatura ambiente ± 15

Resistividad del agua

Ωm

100 ± 15

La temperatura y la resistividad del agua se deben medir en una muestra recolectada inmediatamente antes de que el agua llegue al objeto de ensayo. Ellas también se pueden medir en otras localizaciones (por ejemplo, en un depósito de reserva) siempre que una verificación dé seguridad de que no ocurra cambio significativo al momento en que el agua llegue al objeto de ensayo. El objeto de ensayo se debe prehumedecer inicialmente durante al menos 15 min a las condiciones especificadas antes, y estas condiciones se deben mantener dentro de las tolerancias especificadas durante todo el ensayo que conviene efectuar sin interrumpir el humedecimiento. El tiempo de prehumedecimiento no incluirá el tiempo necesario para ajustar la atomización. También es posible efectuar un prehumedecimiento inicial mediante agua no acondicionada de la red durante 15 min, seguido sin interrupción de la atomización por un segundo prehumedecimiento durante al menos 2 min antes de que comience el ensayo, usando agua con todas las condiciones de precipitación correctas, las cuales conviene medir inmediatamente antes de que comience el ensayo.

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Salvo que el comité técnico pertinente lo especifique de otro modo, el procedimiento de ensayo para los ensayos en húmedo debe ser el mismo que el especificado para los correspondientes ensayos en seco. La duración del ensayo para un ensayo con corriente alterna será de 60 s, si no se especifica de otro modo. En general, para los ensayos de tensión no disruptiva en húmedo con tensión alterna y directa, es recomendable que se permita un flameo, siempre que en un ensayo repetido no ocurra flameo adicional.

9.2

PROCEDIMIENTOS TRADICIONALES PARA ENSAYOS EN HÚMEDO CON TENSIONES ALTERNAS

Para ensayos con tensión alterna también se usan otros dos procedimientos para los cuales se dan detalles en la Tabla 2. Esos procedimientos difieren del procedimiento estándar, 9.1, principalmente en el hecho de que las velocidades de precipitación son mayores y en que el tiempo mínimo de prehumedecimiento es de sólo 1 min. Sólo se especifica la componente vertical de la atomización; la determinación de la componente horizontal se reemplaza con una estimación visual del ángulo de atomización que conviene que sea de aproximadamente 45° al objeto de ensayo. Tabla 2. Condiciones de precipitación para procedimientos tradicionales con tensiones alternas. Características

Práctica europea Práctica en Estados Unidos

Tasa de precipitación promedio de todas las mediciones: - componente vertical

mm/min

3 ± 0,3

5 ± 0,5

Límites para cualquier medición individual

mm/min

3 ± 0,75

5 ± 1,25

Temperatura del agua

°C

Resistividad del agua

Ωm

Temperatura ambiente

Tipo de boquilla como se muestra en las figuras Duración del ensayo de tensión no disruptiva en húmedo

10.

100 ± 10

178 ± 27

Figura 2a, 2b, 2c

Figura 2d

60

10

s

ENSAYOS DE CONTAMINACIÓN ARTIFICIAL

Los ensayos de contaminación artificial se proponen dar información sobre el comportamiento del aislamiento externo bajo condiciones representativas de la contaminación en servicio, aunque no necesariamente simulan alguna condición de servicio en particular. Las siguientes especificaciones dan alguna guía general sobre los ensayos de contaminación artificial. Queda al criterio del comité técnico pertinente introducir variaciones o dar requisitos más específicos para determinadas clases de aparatos. Tal información específica se da por ejemplo en la norma IEC 507. Los efectos de lavar los aislantes en servicio mediante lluvia natural no se toman en consideración en ninguno de los procedimientos especificados.

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PREPARACIÓN DEL OBJETO DE ENSAYO

Antes de ensayar por primera vez, las partes de metal del objeto de ensayo, y cualquier unión con cemento, se pueden pintar con pintura resistente al agua salada para asegurarse de que los productos de la corrosión no contaminen las superficies aislantes durante un ensayo. A continuación, el objeto de ensayo se debe limpiar cuidadosamente lavándolo con agua del grifo a la cual se haya agregado fosfato trisódico (Na 3PO3) y enjuagándolo con agua del grifo limpia. El objeto de ensayo no se debe tocar después con la mano. Generalmente las superficies de ensayo se pueden considerar suficientemente limpias y libres de grasa u otro material contaminante si durante el humedecimiento se observan grandes áreas húmedas continuas. Queda al criterio del comité técnico pertinente decidir si el objeto de ensayo se ha de ensayar en una posición vertical, horizontal o inclinada.

10.2

PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO

Los ensayos de contaminación artificial llevan consigo la aplicación de la contaminación y la aplicación simultánea o posterior de tensión. Generalmente, sólo son recomendables los métodos en que la tensión de ensayo se mantenga constante durante al menos varios minutos. Otros métodos en que la tensión se eleva gradualmente hasta el flameo no se proponen para normalización pero se pueden usar para propósitos especiales. El ensayo de contaminación se puede hacer bien sea para determinar el máximo grado de contaminación del objeto de ensayo que aún permite resistir una tensión de ensayo, o determinar la tensión no disruptiva para cierto grado de contaminación. Para comparar los resultados de varios ensayos, o el funcionamiento de varios objetos de ensayos, es preferible el anterior procedimiento. Independientemente del procedimiento de ensayo que se adopte, conviene que el número de mediciones sea suficiente para obtener valores promedio coherentes, considerando la naturaleza estadística del fenómeno. El comité técnico pertinente especificará el número de ensayos requeridos. Los ensayos de contaminación se clasifican en dos categorías: el método de niebla salina y el método de contaminación predepositada. a)

Método de niebla salina El objeto de ensayo de coloca en una cámara especial que pueda ser llenada con una niebla salina. En el Anexo B1 se describe el método para producir la niebla. La temperatura ambiente en la cámara al comienzo del ensayo no debe ser menor de 5 °C ni mayor de 30 °C, y el objeto de ensayo y el agua salina deben estar en equilibrio térmico con la temperatura ambiente. El objeto de ensayo se humedece completamente con agua limpia del grifo. El sistema de niebla salina, suministrado mediante agua de la salinidad prescrita, se comienza cuando el objeto de ensayo esté todavía húmedo y, simultáneamente, la tensión se aplica al objeto de ensayo, se eleva rápidamente al valor especificado y se mantiene constante durante el tiempo especificado, generalmente 1 h, o hasta que ocurra flameo. Este procedimiento se repite varias veces. Antes de cada procedimiento el objeto de ensayo se lava completamente con agua limpia del grifo para eliminar cualquier vestigio de sal. 10


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Para el método de niebla salina, la distancia mínima entre cualquier parte del objeto de ensayo y cualquier objeto aterrizado distinto de las boquillas y la estructura que sostenga el aislador, debe ser no menor de 0,5 m por 100 kV de la tensión de ensayo y, en cualquier caso, no menor de 2 m. Si el ensayo se propone determinar el máximo grado de salinidad, para cierta tensión no disruptiva, se debe repetir el procedimiento completo usando varias salinidades. Antes de que comience el ensayo real, se requiere preacondicionar el objeto de ensayo mediante cierto número de flameos durante la aplicación de contaminación. Conviene que este preacondicionamiento vaya seguido por un lavado. b)

Método de contaminación predepositada El objeto de ensayo se recubre con una capa razonablemente uniforme de una suspensión conductora y se debe permitir que se seque. La temperatura ambiente en la cámara de ensayo al comienzo del ensayo no debe ser menor de 5 °C ni mayor de 30 °C, y el objeto de ensayo debe estar en equilibrio térmico con el ambiente. El humedecimiento se debe lograr por medio de un generador de niebla de vapor que suministre una distribución de niebla uniforme sobre toda la longitud y alrededor del objeto de ensayo. La temperatura de la niebla en la cercanía del objeto de ensayo no debe ser mayor de 40 °C. Para obtener el humedecimiento necesario dentro de un tiempo razonable, se debe introducir dentro de la cámara de ensayo suficiente niebla salina. El comité técnico pertinente debe especificar la velocidad de generación de vapor. En un procedimiento la tensión se aplica antes de que el objeto de ensayo sea humedecido por la niebla y se continúa hasta el flameo o durante aproximadamente dos veces el tiempo para que el aislador alcance su máxima conductividad. En otro procedimiento, la tensión de ensayo se aplica solamente cuando la conductividad haya alcanzado su valor máximo, que debería ocurrir entre 20 min y 40 min a partir del comienzo de la aplicación de la niebla. La tensión se debe mantener constante durante el tiempo de ensayo especificado de 15 min o hasta que haya flameo.

En el Anexo B se dan ejemplos de recubrimiento adecuado y procedimientos de humedecimiento y de la medición de la resistividad de la superficie. El procedimiento anterior se puede repetir varias veces; antes de cada ensayo, el objeto de ensayo se debe lavar, recubrir de nuevo y dejar secar. Cuando el ensayo se proponga determinar el máximo grado de contaminación para determinada tensión no disruptiva, el recubrimiento, el humedecimiento y los procedimientos de ensayo se deben repetir usando suspensiones de diversas resistividades. La distancia mínima entre cualquier parte del objeto de ensayo y cualquier objeto aterrizado distinto de la estructura que sostenga el objeto de ensayo, debe ser no menor de 0,5 m por 100 kV de la tensión de ensayo.

11


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GRADO DE CONTAMINACIÓN

El grado de contaminación de un objeto de ensayo se especifica mediante la salinidad (g/L de la niebla salina, mediante la conductividad de superficie ( µS) o mediante la cantidad de sal (NaCl) por centímetro cuadrado de la superficie aislante (gm/cm 2). A esto último se suele hacer referencia como la densidad de depósito de sal (S.D.D.). En el Anexo B se da información acerca de estos métodos.

11.

CONDICIONES ATMOSFÉRICAS

11.1

ATMÓSFERA DE REFERENCIA ESTÁNDAR

La atmósfera de referencia estándar es: temperatura

t o =

20 °C

presión

bo = 101,3 kPa (1 013 mbar)

humedad absoluta

ho =

11 g/m3

Nota. Una presión de 101,3 kPa corresponde a la altura de 760 mm en un barómetro de mercurio a 0 °C. Si la altura del barómetro es H mm de mercurio, la presión atmosférica en kilopascales es aproximadamente: b = 0,1333H kPa

Se considera que la corrección para la temperatura con respecto a la altura de la columna de mercurio es despreciable.

11.2

FACTORES DE CORRECCIÓN ATMOSFÉRICOS

La descarga disruptiva del aislamiento externo depende de las condiciones atmosféricas. Generalmente, la tensión de descarga disruptiva para determinado trayecto en aire se aumenta mediante un incremento bien sea en la densidad del aire o en la humedad. Sin embargo, cuando la humedad relativa es mayor del 80 %, la tensión de descarga disruptiva se vuelve irregular, especialmente cuando la descarga disruptiva ocurre sobre una superficie aislante. Aplicando factores de corrección, una tensión de descarga disruptiva medida en determinadas condiciones de ensayo (temperatura t, presión b, humedad h) se puede convertir al valor que se habría obtenido bajo las condiciones atmosféricas estándar de referencia ( t o , bo , ho). Inversamente, una tensión de ensayo especificada para determinadas condiciones de referencia se puede convertir al valor equivalente bajo las condiciones de ensayo. La tensión de descarga disruptiva es proporcional al factor de corrección atmosférica K ,t que resulte del producto de dos factores de corrección: -

el factor de corrección de la densidad del aire k 1 (véase el numeral 11.2.1);

-

el factor de corrección de la humedad k 2 (véase el numeral 11.2.2). 12


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k t = k 1k 2

Si el comité técnico pertinente no lo especifica de otro modo, la tensión U por aplicar durante un ensayo en el aislamiento externo, se determina multiplicando la tensión de ensayo especificada Uo por Kt: U = U o K t

Análogamente, las tensiones de descarga disruptivas medidas U se corrigen a U o correspondiente a la atmósfera estándar de referencia dividiendo por K t: U o = U/K t

El informe de ensayo siempre debe contener las condiciones atmosféricas reales durante el ensayo, y los factores de corrección aplicados.

11.2.1 Factor de corrección de la densidad del aire k1 El factor de corrección de la densidad del aire k 1 depende de la densidad relativa del aire δ, y generalmente se puede expresar como: M

k 1 = δ

Donde m es un exponente dado en el numeral 11.2.3. Cuando las temperaturas t y t o se expresan en grados celcius y las presiones atmosféricas b y bo se expresan en las mismas unidades (kilopascales o milibares), la densidad relativa del aire es:

δ=

b b0

+ t 0 273 + t

273

11.2.2 Factor de corrección de la humedad k2 El factor de corrección de la humedad se puede expresar como: w

k 2 = k

donde w es un exponente dado en 11.2.3 y k es un parámetro que depende del tipo de tensión de ensayo y que, para propósitos prácticos, se puede obtener en forma aproximada como una función de la relación entre la humedad absoluta, h, y la densidad relativa del aire, δ, usando las curvas de la Figura 3. Para valores de h/ δ mayores de 15 g/m 3 las correcciones de humedad todavía están en estudio, y las curvas de la Figura 3 se pueden considerar como límites superiores. 13


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11.2.3 Exponentes m y w Puesto que los factores de corrección dependen del tipo de predescargas, este hecho se puede tener en cuenta considerando el parámetro:

g =

U B 500 L δ k

Donde U B es la tensión de descarga disruptiva del 50 % (medida o estimada) a las condiciones atmosféricas reales, en kilovoltios, L es el trayecto de descarga mínima en metros, con los valores reales para la densidad relativa del aire δ y para el parámetro k. En el caso de un ensayo de tensión no disruptiva en que no se disponga de una estimación de la tensión de descarga disruptiva del 50 %, se puede suponer que U B es 1,1 veces la tensión de ensayo. Los exponentes m y w están todavía en estudio. En la Figura 4 se dan valores aproximados.

11.3

Ensayos en húmedo, ensayos bajo contaminación artificial y ensayos combinados

Para los ensayos en húmedo o para los ensayos con contaminación artificial no se debe aplicar corrección de humedad. Está en estudio el aspecto de corrección de densidad durante tales ensayos. Para los ensayos combinados, véase el numeral 26.5.

11.4

REQUISITOS CONTRADICTORIOS EN RELACIÓN CON LOS ENSAYOS DEL AISLAMIENTO INTERNO Y EXTERNO

Aunque los niveles de soporte se especifican bajo condiciones atmosféricas estándar, habrá casos en que la aplicación de correcciones atmosféricas (debido a la altitud del laboratorio o a condiciones climáticas extremas) dé como resultado un nivel de soporte para el aislamiento interno apreciablemente mayor que el aislamiento externo asociado. En tales casos, se deben adoptar medidas que contribuyan a aumentar el nivel de soporte del aislamiento externo, para permitir la aplicación de la tensión de ensayo correcta al aislamiento interno. Estas medidas incluyen la inmersión del aislamiento externo en líquidos o gases comprimidos, y deben ser especificadas por el comité técnico pertinente con referencia a los requisitos de determinadas clases de aparatos. En aquellos casos en que la tensión de ensayo del aislamiento externo es mayor que la del aislamiento interno, el aislamiento externo sólo se puede ensayar en forma correcta cuando el aislamiento interno se ha diseñado en forma especial con resistencia aumentada. Si no es así, conviene ensayar el aislamiento interno con el valor nominal y ensayar el aislamiento externo por medio de modelos, salvo que el comité técnico pertinente lo estipule de manera diferente, en cuyo caso debe especificar el procedimiento de ensayo que se ha de usar.

11.5

MEDICIÓN DE LA HUMEDAD

La humedad se debe determinar preferiblemente con el medidor, midiendo directamente la humedad absoluta con un error absoluto no mayor de 1g/m 3. La medición de la humedad relativa asociada con las mediciones de la temperatura también permite la determinación de la humedad absoluta, y se puede usar siempre que la exactitud de la determinación de la humedad absoluta en este caso sea la misma según se requirió antes.

14


NTC 4591

Nota. Esta medición también se puede hacer por medio de un higrómetro ventilado de bulbo húmedo y de bulbo seco. A partir de la Figura 5 se determina la humedad absoluta como una función de las lecturas del termómetro. Esta misma figura también permite determinar la humedad relativa. Es importante suministrar un adecuado flujo de aire para lograr un estado estacionario y leer los termómetros cuidadosamente con el propósito de evitar errores excesivos en la determinación de la humedad.

SECCIÓN 4: ENSAYOS CON TENSIÓN CONTINUA 12.

DEFINICIONES PARA LOS ENSAYOS CON TENSIÓN CONTINUA

12.1

VALOR DE LA TENSIÓN DE ENSAYO

El valor de la tensión de ensayo se define como su valor del promedio aritmético.

12.2

ONDULACIÓN

La ondulación es la desviación periódica respecto del valor del promedio aritmético de la tensión. La amplitud de la ondulación se define como la mitad de la diferencia entre los valores máximo y mínimo. El factor de ondulación es la relación entre la amplitud de la ondulación y el valor del promedio aritmético.

13.

TENSIÓN DE ENSAYO

13.1

REQUISITOS PARA LA TENSIÓN DE ENSAYO

13.1.1 Forma de la tensión La tensión de ensayo, según se aplica al objeto de ensayo, debe ser una tensión continua con un factor de ondulación no mayor del 3 %, salvo que el comité técnico pertinente lo especifique de otro modo. Obsérvese que el factor de ondulación puede estar afectado por la presencia del objeto de ensayo y por las condiciones del ensayo, especialmente en ensayos en húmedo y en ensayos bajo contaminación artificial.

13.1.2 Tolerancias Para duraciones de ensayo no mayores de 60 s, los valores medidos de la tensión de ensayo se deben mantener dentro de ± 1 % del nivel especificado, a lo largo de todo el ensayo. Para duraciones de ensayo mayores de 60 s, el valor medido de la tensión de ensayo se debe mantener dentro de ± 3 % del nivel especificado, a lo largo de todo el ensayo. Nota. Se hace énfasis en que la tolerancia constituye la diferencia permitida entre el valor especificado y el valor medido realmente. Conviene distinguir esta diferencia respecto del error de medición, que es la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero.

13.2

GENERACIÓN DE LA TENSIÓN DE ENSAYO

La tensión de ensayo se suele obtener mediante rectificadores, aunque a veces se usan generadores electrostáticos. Los requisitos que la fuente de tensión de ensayo debe cumplir dependen en gran parte del tipo de aparato que se va a ensayar y de las condiciones del ensayo. 15


NTC 4591

Estos requisitos se determinan principalmente mediante el valor y la naturaleza de la corriente de ensayo que se va a suministrar, cuyos constituyentes importantes se indican en 13.4. Las características de la fuente deben ser tales que permitan cargar la capacitancia del objeto de ensayo en un tiempo razonablemente corto. En el caso de objetos que tengan alta capacitancia, a veces se deben aceptar tiempos de carga de varios minutos. La fuente, incluyendo su capacitancia de almacenamiento, debe ser adecuada para suministrar las corrientes de fuga y de absorción y cualquier corriente de descarga no disruptiva interna y externa sin caídas de tensión mayores del 10 %. En ensayos de aislamiento interno, estas corrientes suelen ser pequeñas, pero cuando se ensayan aisladores húmedos, ocasionalmente se pueden encontrar corrientes de fuga del orden de algunas décimas de miliamperios o pulsos de predescarga del orden de 10 -2. Se están investigando los parámetros de la fuente para ensayos de contaminación D.C.

13.3

MEDICIÓN DE LA TENSIÓN DE ENSAYO

13.3.1 Medición con dispositivos aprobados según la norma IEC 60-3: High voltage tests techniques - Measuring devices La medición del valor promedio aritmético, el valor máximo, el factor de ondulación y cualquier caída transitoria en la tensión de ensayo, en general, se deben hacer con dispositivos que hayan pasado el procedimiento aprobado al cual se hace referencia en la norma IEC 60-3. Se llama la atención respecto a los requisitos de las características de respuesta en los dispositivos usados para medir la ondulación, los fenómenos transitorios o la estabilidad de tensión.

13.3.2 Calibración de un dispositivo de medición no aprobado con un dispositivo de medición aprobado El procedimiento suele consistir en relacionar la lectura de algún dispositivo vinculado con la tensión de ensayo, y una medición de la misma tensión efectuada de acuerdo con el numeral 13.3.1, con una distancia entre esferas, usada de acuerdo con la norma IEC 52, o con una distancia barra/barra, usada de acuerdo con el numeral 13.3.3. Esta relación puede ser dependiente de la presencia del objeto de ensayo, la distancia entre esferas o la distancia barra/barra, en la precipitación en ensayos húmedos, etc. Por consiguiente, es importante que estas condiciones sean las mismas durante la calibración y el ensayo real, excepto que, durante el ensayo, la distancia entre esferas o la distancia barra/barra se deben abrir suficientemente para evitar formaciones de arco. La relación entre la tensión de suministro y la tensión de salida puede ser insuficientemente estable para propósitos de medición. Se llama la atención respecto de las precauciones necesarias al usar una distancia entre esferas bajo tensiones directas, debido a que se presentan flameos a valores de tensión más bajos, resultantes predominantemente de la presencia de partículas fibrosas microscópicas. Se debe efectuar una serie de aplicaciones de tensión y se toma como medición verdadera el máximo valor de tensión.

16


NTC 4591

Notas: 1)

El problema de las partículas fibrosas se puede superar si se suministra un flujo de aire de no menos de 3 m/s a través de la distancia.

2)

En presencia de ondulación, las distancias entre esferas no miden el valor del promedio aritmético de la tensión.

La calibración es preferible hacerla al 100 % de la tensión de ensayo o cerca de este porcentaje, pero para ensayos en objetos con aislamiento no autorecuperable, se puede efectuar extrapolación a partir de un valor no menor del 50 % de esta tensión. La extrapolación puede ser insatisfactoria si la corriente en el circuito de ensayo varía en forma no lineal con la tensión aplicada.

13.3.3 La distancia barra/barra con dimensiones como se dan en el Anexo C y usada de acuerdo con este Anexo es un dispositivo de medición aprobado para medir tensiones directas. 13.4

MEDICIÓN DE LAS CORRIENTES DE ENSAYO

Cuando se hacen mediciones de corriente a través del objeto de ensayo, se pueden reconocer varios componentes separados. Estos difieren entre sí en varios órdenes de magnitud para el mismo objeto de ensayo y la tensión de ensayo. Tales componentes son: -

la corriente de capacitancia, debida a la aplicación inicial de la tensión de ensayo y a cualquier ondulación u otras fluctuaciones impuestas sobre ella;

-

la corriente de absorción dieléctrica, debida a los desplazamientos de carga lentos dentro del aislamiento y que persisten durante períodos de unos pocos segundos hasta varias horas. Este proceso es parcialmente reversible, observándose corrientes de polaridad opuesta cuando el objeto de ensayo se descarga y hace cortocircuito;

-

la corriente continua de fuga, que es la corriente continua estacionaria final alcanzada a tensión aplicada constante después de que las componentes anteriores han decaído a cero;

-

corrientes de descarga parcial.

La medición de las primeras tres componentes requiere el uso de instrumentos que cubran un amplio rango de magnitudes de corriente. Es importante asegurarse de que el instrumento, o la medición de cualquier otra componente de la corriente, no se afecte adversamente por las otras componentes. A veces se puede obtener información concerniente a la condición del aislamiento observando variaciones de corriente con respecto al tiempo, durante ensayos no destructivos. La magnitud relativa y la importancia de cada componente de corriente dependen del tipo y de la condición del objeto de ensayo, el propósito para el cual se está haciendo el ensayo y la duración de éste último. En consecuencia, el comité técnico pertinente debe especificar los procedimientos de medición, especialmente cuando se requiere distinguir determinado componente. Las mediciones de las corrientes de pulso de descarga parcial se hacen con instrumentos especiales que se consideran en la norma IEC 270 (1981): Partial Discharge Measurements. 17


NTC 4591

Nota. Se debe prestar atención al valor posible de la corriente que fluya en el caso de una descarga disruptiva, que puede destruir un medidor de corriente si no está adecuadamente protegido.

14.


14.1

ENSAYOS DE TENSIÓN NO DISRUPTIVA

La tensión se le debe aplicar al objeto de ensayo comenzando en un valor suficientemente bajo para evitar cualquier efecto de sobretensión debida a oscilaciones momentáneas de maniobra. La tensión se debe elevar con lentitud suficiente para permitir la lectura de los instrumentos, pero no tan lentamente que se cause prolongación innecesaria del esfuerzo del objeto de ensayo cerca de la tensión de ensayo U. Generalmente estos requisitos se cumplen si la velocidad de elevación es aproximadamente 2 % de U por segundo cuando la tensión aplicada es aproximadamente 75 % de U. Se debe mantener durante el tiempo especificado y después reducir descargando la capacitancia del circuito, incluyendo la del objeto de ensayo, a través de un resistor adecuado. El comité técnico pertinente debe especificar la duración del ensayo teniendo en cuenta que el tiempo para alcanzar la distribución de tensión en estado estacionario depende de las resistencias y de las capacitancias de los componentes del objeto de ensayo. Cuando el comité técnico pertinente no lo especifique de otro modo, la duración de un ensayo de resistencia o soporte será de 60 s. El comité técnico pertinente debe especificar la polaridad de la tensión o el orden en el cual se aplican las tensiones de cada polaridad, y cualquier desviación requerida respecto de las especificaciones anteriores. Los requisitos del ensayo se satisfacen si no se presenta descarga disruptiva en el objeto de ensayo.

14.2

ENSAYOS DE TENSIÓN DE DESCARGA DISRUPTIVA

La tensión se debe aplicar y elevar en forma continua hasta que ocurra una descarga disruptiva en el objeto de ensayo. Se debe registrar el valor de la tensión alcanzada en el instante de la descarga disruptiva. El comité técnico pertinente debe especificar la velocidad de elevación de la tensión, el número de aplicaciones de tensión y el procedimiento para evaluar los resultados de ensayo (véase el Anexo A).

14.3

ENSAYOS DE TENSIÓN DE DESCARGA DISRUPTIVA ASEGURADA

La tensión se debe aplicar y elevar en forma continua hasta que ocurra una descarga disruptiva en el objeto de ensayo. Se debe registrar el valor de la tensión de ensayo alcanzada en el instante de la descarga disruptiva. Los requisitos del ensayo se satisfacen en general si esta tensión no excede la tensión de descarga disruptiva asegurada en un número especificado de aplicaciones de tensión. El comité técnico pertinente debe especificar el número de aplicaciones de tensión y la velocidad de aplicación de la tensión.

18


NTC 4591

SECCIÓN 5: ENSAYOS CON TENSIÓN ALTERNA 15.

DEFINICIONES PARA LOS ENSAYOS CON TENSIÓN ALTERNA

15.1

Definiciones para los ensayos con tensión alternativa

15.1.1 Valor de la tensión de ensayo El valor de la tensión de ensayo se define como su valor de cresta dividido por

2

.

Nota. El comité técnico pertinente puede requerir una medición del valor eficaz de la tensión de ensayo en vez del valor de cresta, en aquellos casos en que el valor eficaz pueda ser de importancia, por ejemplo, cuando estén incluidos efectos térmicos.

15.2

VALOR DE CRESTA

El valor de cresta de una tensión alterna es el valor máximo. Sin embargo, se deben descartar pequeñas oscilaciones a alta frecuencia, que surjan por ejemplo a partir de descargas no disruptivas.

15.3

VALOR EFICAZ

El valor eficaz de una tensión alterna es la raíz cuadrada del valor promedio del cuadrado de los valores de la tensión durante un ciclo completo.

16.

TENSIÓN DE ENSAYO

16.1

REQUISITOS PARA LA TENSIÓN DE ENSAYO

16.1.1 Forma de onda de tensión La tensión de ensayo debe ser una tensión alterna que en general tenga una frecuencia en el rango de 45 a 65 Hz, a la cual se suele hacer referencia como tensión de ensayo de frecuencia industrial. A frecuencias considerablemente por debajo o por encima de este rango, es posible que se requieran ensayos especiales, según lo especifique el comité técnico pertinente. La forma de onda de tensión se debe aproximar a una onda sinusoidal con ambos semiciclos estrechamente semejantes. Se considera que los resultados de un ensayo de alta tensión no son afectados por pequeñas desviaciones a partir de una sinusoide si la relación entre cresta y valores eficaces es igual a 2 dentro de ± 5 % Para algunos circuitos de ensayo de uso común, se tienen que aceptar desviaciones mayores. Obsérvese que el objeto de ensayo, especialmente si tiene características de impedancia no lineales, puede afectar considerablemente la desviación respecto de una sinusoide. Nota. Generalmente se puede suponer que los requisitos anteriores sobre desviaciones respecto de una sinusoide se cumplirán si el valor eficaz de los armónicos no es mayor del 5 % del valor eficaz de la fundamental.

19


NTC 4591

16.1.2 Tolerancias Si el comité técnico pertinente no lo especifica de otro modo los valores medidos de la tensión de ensayo se deben mantener dentro de ± 1 % del nivel especificado a lo largo del ensayo. Para duraciones de ensayo mayores de 60 s el valor medido de la tensión de ensayo se debe mantener dentro de ± 3 % del nivel especificado a lo largo del ensayo. Nota. Se hace énfasis que la tolerancia constituye la diferencia permitida entre el valor especificado y el realmente medido. Esta diferencia se debe distinguir respecto del error de medición que es la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero.

16.2


16.2.1 Requisitos generales La tensión de ensayo generalmente se alimenta a partir de un transformador elevador. Alternativamente, puede ser generada por medio de un circuito de resonancia en serie. La tensión en el circuito de ensayo debe ser suficientemente estable para que prácticamente no sea afectada por corrientes de fuga variables. Las descargas no disruptivas en el objeto de ensayo no deben reducir la tensión de ensayo hasta tal punto y durante tal tiempo que la tensión de la descarga disruptiva medida del objeto de ensayo se afecte significativamente. En el caso de descargas no disruptivas, salvo que el comité técnico pertinente lo especifique de otro modo, un ensayo de resistencia o soporte se considera satisfactorio cuando se puede demostrar que el valor de cresta de la tensión de ensayo no difiere en más del 5 % en períodos sucesivos y que la caída de tensión instantánea durante una descarga no disruptiva no excede en más del 20 % de la tensión de cresta. Las características del circuito de ensayo que son necesarias para cumplir los requisitos anteriores dependen del tipo de ensayo (seco, húmedo, etc.), el nivel de la tensión de ensayo y el comportamiento del objeto de ensayo. Nota. Se llama la atención hacia la posibilidad de que esa descarga no disruptiva pueda causar grandes sobreoscilaciones de tensión entre los terminales del objeto de ensayo. Este fenómeno puede ocasionar falla del objeto de ensayo o del transformador de ensayo. Usualmente se puede solucionar dicha falla cambiando la frecuencia natural de la fuente de tensión o introduciendo alguna atenuación en el sistema.

16.2.2 Requisitos para el circuito de ensayo del transformador Con el propósito de que la tensión de ensayo prácticamente no se afecte por las corrientes de fuga variables, la corriente de cortocircuito suministrada por el transformador cuando el objeto de ensayo esté en cortocircuito a la tensión de ensayo, debe ser suficientemente grande en comparación con las corrientes de fuga a la frecuencia de alimentación y en cualquier caso respecto de los siguientes criterios directrices: -

Para ensayos en seco en muestras pequeñas de aislamiento sólido, líquidos aislantes o combinación de los dos, es adecuada una corriente de cortocircuito del orden de 0,1 A valor eficaz;

-

Para ensayos en aislamiento externo autorrecuperable (aisladores, interruptor de desconexión, etc.) es adecuada una corriente de cortocircuito no menor de 0,1 A 20


NTC 4591

valor eficaz para ensayos en seco y 0,5 A valor eficaz para ensayos en húmedo; sin embargo, para ensayos en húmedo en objetos que tengan dimensiones grandes que puedan llevar a altas corrientes de fuga, podría ser necesaria una corriente de cortocircuito de hasta 1 A. Nota. Cuando el circuito de ensayo es alimentado por un generador rotatorio, se debe considerar la corriente de cortocircuito transitoria (véase la NTC IEC 34-4).

La capacitancia total del objeto de ensayo y de cualquier condensador adicional debe ser suficiente para asegurar que la tensión de descarga medida no se afecte por causa de descargas parciales no disruptivas o predesdargas en el objeto de ensayo. Generalmente es suficiente una capacitancia en el rango de 0,5 a 1,0 nF. Nota. Si cualquier resistencia de protección externo al transformador de ensayo no excede de 10 kΩ, la capacitancia efectiva del terminal del transformador se puede considerar como paralela con el objeto de ensayo.

Para ensayos bajo contaminación artificial, se necesitan valores más altos de la corriente de cortocircuito, hasta de 15 A o más (véase la norma IEC 507), la planta de ensayo también debe cumplir las dos condiciones siguientes: -

relación de resistencia/reactancia (R/X) igual o mayor de 0,1;

-

relación de corriente capacitiva/corriente de cortocircuito no mayor del intervalo 0,001 a 0,1.

La estabilidad de la tensión se podría verificar mediante el registro directo de la tensión aplicada al objeto de ensayo, mediante un sistema adecuado para medir alta tensión.

16.2.3 El circuito de resonancia en serie El circuito de resonancia en serie consta esencialmente de una inductancia en serie con un objeto o carga de ensayo capacitivo y conectado a una fuente de potencia de tensión media. Alternativamente, puede constar de un condensador en serie con un objeto de ensayo inductivo. Variando los parámetros del circuito o la frecuencia de alimentación, el circuito se puede sincronizar para resonancia, cuando se va a aplicar al objeto de ensayo una tensión considerablemente mayor que la de la fuente y de forma sustancialmente sinusoidal. La estabilidad de las condiciones de resonancia y de la tensión de ensayo depende de la constancia de la frecuencia de alimentación y de las características del circuito de ensayo. Cuando ocurre una descarga, la fuente da una corriente relativamente baja que limita el daño al dieléctrico del objeto de ensayo. El circuito de resonancia en serie es especialmente útil cuando se ensayen objetos tales como cables, condensadores o sistemas de aislamiento con gas en los cuales las corrientes de fuga en el aislamiento externo son muy pequeñas en comparación con las corrientes capacitivas a través del objeto de ensayo o la energía para formar una descarga disruptiva es muy pequeña. Un circuito de resonancia en serie es también útil para ensayar reactores. 21


NTC 4591

Salvo que se satisfagan los requisitos del numeral 16.2.1, es posible que el circuito sea inadecuado para aislamiento externo en condiciones húmedas o contaminadas. contaminadas.

16.3

MEDICIÓN DE LA TENSIÓN DE ENSAYO

16.3.1 Medición con dispositivos aprobados según según la norma IEC 60-3 La medición del valor de cresta, el valor eficaz, la desviación respecto de una sinusoide y las caídas transitorias se deben hacer en general con dispositivos que hayan pasado los procedimientos procedimientos de aprobación a los que se hace referencia en la norma IEC 60-3. Se llama la atención respecto de los requisitos sobre las características de respuesta de los dispositivos usados para medir las caídas de tensión transitorias.

16.3.2 Calibración de un dispositivo de medición no aprobado con un dispositivo de medición aprobado El procedimiento suele consistir en relacionar la lectura de algún dispositivo vinculado con la tensión de ensayo, y una medición de la misma tensión efectuada de acuerdo con el numeral 16.3.1 o con una distancia entre esferas de acuerdo con la norma IEC 52. Esta relación puede depender de la presencia del objeto de ensayo y de la distancia entre esferas, la precipitación en ensayos húmedos, etc. Por consiguiente, es importante que estas condiciones sean las mismas durante la calibración y el ensayo real, excepto que, durante el ensayo, la distancia entre esferas se puede abrir suficientemente para evitar la formación de arco. La relación entre la tensión de alimentación y la tensión de salida puede que no sea suficientemente estable para propósitos de medición. La calibración se hace preferiblemente al 100 % de la tensión de ensayo o cerca de este porcentaje, pero para ensayos en objetos con aislamiento no autorrecuperable, se puede hacer una extrapolación a partir de un valor no menor del 50 % de esta tensión. Es posible que la extrapolación no sea satisfactoria si la corriente en el circuito de ensayo varía en forma no lineal con la tensión aplicada, o si ocurre algún cambio en la forma o en la frecuencia de la tensión entre la calibración y los niveles de la tensión de ensayo.

17.


17.1

ENSAYOS TENSIÓN NO DISRUPTIVA

La tensión se debe aplicar al objeto de ensayo comenzando en un valor suficientemente bajo para evitar cualquier efecto de sobretensiones debido a transitorios de maniobra. Se debe aumentar en forma suficientemente lenta para permitir la lectura del instrumento de medición, pero no tan lentamente que se ocasione prolongación innecesaria del esfuerzo del objeto de ensayo cerca de la tensión de ensayo U. Estos requisitos generalmente se cumplen si la tasa de aumento es aproximadamente el 2 % de U por segundo, cuando la tensión aplicada sea por encima del 75 % de U. Se debe mantener durante el tiempo especificado y después disminuir rápidamente, pero sin interrumpir en forma repentina porque esto puede generar transitorios tipo maniobra que pueden ocasionar daño o resultados de ensayo erráticos.

22


NTC 4591

El comité técnico pertinente debe especificar la duración del ensayo y debe ser independiente de la frecuencia en el rango desde 45 hasta 65 Hz. Si el comité técnico pertinente no lo especifica, la duración de un ensayo de resistencia o soporte debe ser de 60 s. Los requisitos del ensayo se satisfacen si no ocurre descarga disruptiva en el objeto de ensayo.

17.2

ENSAYOS DE TENSIÓN CON DESCARGA DISRUPTIVA

La tensión se debe aplicar y elevar en forma continua hasta que ocurra una descarga disruptiva en el objeto de ensayo. Se debe registrar el valor de la tensión de ensayo alcanzada en el instante de la descarga disruptiva. El comité técnico pertinente debe especificar la tasa de elevación de la tensión, el número de aplicaciones de tensión y el procedimiento para evaluar los resultados del ensayo (véase el Anexo A).

17.3

ENSAYOS DE TENSIÓN DE DESCARGA DISRUPTIVA ASEGURADA

La tensión se debe aplicar y elevar en forma continua hasta que ocurra una descarga disruptiva en el objeto de ensayo. Se debe registrar el valor de la tensión de ensayo alcanzada en el instante de la descarga disruptiva. disruptiva. Los requisitos del ensayo generalmente se satisfacen si esta tensión no es mayor que la tensión de descarga disruptiva asegurada en cada una de un número especificado de aplicaciones aplicaciones de tensión. El comité técnico pertinente debe especificar el número de aplicaciones de tensión y la tasa de aumento de la tensión.

SECCIÓN 6: ENSAYOS CON TENSIÓN DE IMPULSO TIPO RAYO 18.

DEFINICIONES PARA ENSAYOS DE IMPULSO TIPO RAYO

18.1

DEFINICIONES DE APLICABILIDAD GENERAL

Estas definiciones se aplican a impulsos sin oscilaciones o sobretensiones o a la curva promedio trazada a través de las oscilaciones y la sobretensión.

18.1.1 Impulso pleno tipo rayo Un impulso pleno tipo rayo es un impulso tipo rayo que no se interrumpe por causa de una descarga disruptiva (véase la Figura 6). Véase el numeral 3 para la definición de impulso y 3.1 para una distinción entre impulsos tipo rayo y tipo maniobra.

18.1.2 Impulso recortado recortado tipo rayo Un impulso recortado tipo rayo es un impulso tipo rayo durante el cual una descarga disruptiva ocasiona una caída rápida de la tensión, prácticamente a un valor cero (véanse las Figuras 7-9). La caída puede ocurrir en el frente, en la cresta o en la cola. 23


NTC 4591

Nota. El corte se puede lograr mediante un espacio de corte externo o puede ocurrir debido a una descarga en el aislamiento interno o externo de un objeto de ensayo.

18.1.3 Valor de la tensión de ensayo ensayo Para un impulso tipo rayo sin oscilaciones, el valor de la tensión de ensayo es su valor de cresta. En el numeral 19.2 se considera la determinación del valor de cresta en el caso de oscilaciones o sobretensiones en los impulsos tipo rayo normalizados. normalizados. Para otras formas de impulso (véase por ejemplo las Figuras e-h) el comité técnico pertinente debe definir el valor de la tensión de ensayo teniendo en cuenta el tipo de ensayo y el objeto de ensayo.

18.1.4 Tiempo frontal T1 El tiempo frontal T 1 de un impulso tipo rayo es un parámetro virtual definido como 1,67 veces el intervalo T entre los instantes en que el impulso es 30 % y 90 % del valor de cresta puntos A y B, Figuras 6-9).

18.1.5 Origen virtual O1 El origen virtual O 1 de un impulso tipo rayo es el instante que precede el correspondiente al punto A (véase las Figuras 6-9) por un tiempo 0,3T 1. Para registros que tengan escalas de tiempo lineales, esta es la intersección entre el eje del tiempo y una línea recta trazada a través de los puntos de referencia A y B en el frente.

18.1.6 Tiempo hasta el valor valor medio T2 El tiempo hasta el valor medio T 2 de un impulso tipo rayo es un parámetro virtual definido como el intervalo de tiempo entre el origen virtual O 1 y el instante en que la tensión ha disminuido hasta la mitad del valor de cresta.

18.2

DEFINICIONES APLICABLES SOLAMENTE A IMPULSOS RECORTADOS

Un impulso recortado tipo rayo es un impulso tipo rayo durante el cual una descarga disruptiva causa una caída rápida de la tensión, que entonces cae a cero o casi a cero, con o sin oscilaciones (véanse las Figuras 7-9). Nota. Con algunos objetos de ensayo o con algunas disposiciones de ensayo, puede haber un aplanamiento de la cresta o un redondeo de la tensión antes de la caída final de la tensión. También se pueden observar efectos similares debido a las imperfecciones del sistema de medición. La determinación exacta de los parámetros relacionados con el corte (18.2.1 a 18.2.5) requiere la presencia tanto de una discontinuidad marcada como de un sistema de medición especial. Otros casos se dejan a la consideración de los comités técnicos pertinentes.

18.2.1 Instante del corte El instante del corte es aquel en que ocurre por primera vez la caída rápida de la tensión lo cual es característico del corte.

24


NTC 4591

18.2.2 Tiempo hasta el corte Tc El tiempo hasta el corte T c es un parámetro virtual definido como el intervalo de tiempo entre el origen virtual O 1 y el instante del corte.

18.2.3 Características relacionadas con la caída de la tensión durante el corte Las características virtuales de la caída de la tensión durante el corte se definen en términos de dos puntos C y D al 70 % y al 10 % de la tensión en el instante del corte, véase la Figura 7. La duración de la caída de la tensión es 1,67 veces el intervalo de tiempo entre los puntos C y D. La inclinación de la caída de la tensión es la relación entre la tensión en el instante del corte y la duración de la caída de la tensión. Nota. El uso de los puntos C y D es sólo para propósitos de definición; no se implica que la duración y la inclinación del corte se puedan medir con algún grado de exactitud usando sistemas de medición convencionales.

18.2.4 impulsos de corte frontal ascendentes en forma lineal Una tensión ascendente con inclinación aproximadamente constante, hasta que sea cortada por una descarga disruptiva, se describe como un impulso recortado frontal ascendente en forma lineal. Para definir tal impulso, se traza la línea recta del mejor ajuste a través de la parte del frente entre el 30 % y el 90 % de la amplitud de cresta; las intersecciones de esto con las amplitudes del 30 % y del 90 % que entonces se designan como E y F, respectivamente (véase la Figura 9). El impulso se define mediante: -

la tensión de cresta U,

-

el tiempo frontal T1,

-

la inclinación virtual S: S = U / T 1

Esta es la pendiente de la línea recta trazada a través de los puntos E y F, que generalmente se expresa en kilovoltios por microsegundo. Se considera que el impulso recortado es aproximadamente ascendente en forma lineal si el frente, desde la amplitud del 30 % hasta el instante del corte, está enteramente encerrado entre dos rectas paralelas a la recta EF, pero desplazado respecto de ella en el tiempo en ± 0,05 T1 (véase la Figura 9). Nota. El comité técnico pertinente debe especificar el valor y la tolerancia en la inclinación virtual S.

25


NTC 4591

CURVAS DE TENSIÓN/TIEMPO

18.3.1 Curvas de tensión/tiempo para impulsos ascendentes en forma lineal La curva de tensión/tiempo para impulsos con frentes ascendentes en forma lineal es la curva que relaciona la tensión de cresta con el tiempo frontal T 1. La curva se obtiene aplicando impulsos con frentes lineales de inclinaciones diferentes.

18.3.2 Curva de tensión/tiempo para impulsos de forma probablemente constante La curva de tensión/tiempo para impulsos con forma probablemente constante es la curva que relaciona la tensión de descarga del objeto de ensayo con el tiempo para el corte, que se puede presentar en el frente, bien sea en la cresta o en la cola. La curva se obtiene aplicando tensiones de impulso de forma constante pero con diferentes valores de cresta probables (véase la Figura 11).

19.

TENSIÓN DE ENSAYO

19.1

IMPULSO TIPO RAYO NORMALIZADO

El impulso tipo rayo normalizado es un impulso pleno tipo rayo que tenga un tiempo frontal de 1,2 µs y un tiempo hasta el valor medio de 50 µs. Se describe como un impulso de 1,2/50.

19.2

TOLERANCIAS

Si el comité técnico pertinente no lo especifica de otro modo, se aceptan las siguientes diferencias entre valores especificados para el impulso normalizado y aquellos registrados realmente: Valor de cresta

± 3 %

Tiempo frontal

± 30 %

Tiempo hasta el valor medio

± 20 %

Nota 1. Se subraya que las tolerancias en el valor de cresta, el tiempo frontal y el tiempo hasta el valor medio constituyen las diferencias permitidas entre los valores especificados y aquellos registrados realmente mediante mediciones. Se debe distinguir entre estas diferencias y los errores de medición que son las diferencias entre los valores registrados realmente y los valores verdaderos. En las normas IEC 60-3 y 60-4 se encuentra información acerca de los errores de medición.

Con algunos circuitos de ensayo, en la cresta del impulso pueden ocurrir oscilaciones o una sobretensión, véanse las Figuras 10 a - d; si la frecuencia de tales oscilaciones no es menor de 0,5 MHz o si la duración de la sobretensión no es mayor de 1 µs, se debe trazar una curva promedio como en las Figuras 10 a - b y, para el propósito de medición, la amplitud máxima de esta curva se selecciona como el valor de cresta que define el valor de la tensión de ensayo.

26


NTC 4591

Se toleran oscilaciones o sobretensiones en la cercanía de la cresta, medidas por un sistema que esté de acuerdo con la norma IEC 60-3, siempre que su amplitud de cresta individual no sea mayor del 5 % del valor de cresta. En circuitos generadores de impulsos que se usan comúnmente, las oscilaciones en esa parte del frente de onda durante la cual la tensión no exceda del 90 % del valor de cresta generalmente tienen influencia despreciable sobre los resultados de ensayo. Si el comité técnico pertinente encuentra que tales oscilaciones son importantes, se recomienda que sus amplitudes, medidas por un dispositivo de medición adecuado, como se especifica en la norma IEC 60-3, estén bajo la línea recta trazada a través de los puntos A’ B’ (véase la Figura 12). Estos puntos se toman en las verticales de, respectivamente, los puntos A y B determinados de acuerdo con 18.1.4, siendo la distancia AA’ igual al 25 % y BB’ al 5 % del valor de cresta. El impulso debe ser esencialmente unidireccional, pero véase la nota 2. Nota 2. En casos específicos, tales como durante ensayos en objetos de baja impedancia o en circuitos de ensayo UHV que tengan dimensiones grandes, puede ser imposible ajustar la forma del impulso dentro de las tolerancias recomendadas, para mantener las oscilaciones y/o la sobretensión dentro de los límites especificados o para evitar una inversión de polaridad. Tales casos deben ser tratados por el comité técnico pertinente.

19.3

IMPULSO RECORTADO TIPO RAYO NORMALIZADO

Un impulso recortado tipo rayo normalizado es un impulso normalizado recortado mediante una brecha externa después de 2 a 5 µs. El comité técnico pertinente puede especificar otros tiempos hasta el corte. Por dificultades de orden práctico en las mediciones, no se ha normalizado la duración de la caída de tensión.

19.4

IMPULSOS TIPO RAYO ESPECIALES

En algunos casos se pueden aplicar impulsos tipo rayo oscilatorios. Esto ofrece la posibilidad de producir impulsos con tiempos frontales más cortos o con valores de cresta correspondientes a una eficiencia del generador mayor de 1.

19.5


El impulso generalmente se produce mediante un generador de impulsos constituido esencialmente por cierto número de condensadores que están cargados en paralelo a partir de una fuente de tensión continua y que después se descargan en serie en un circuito que incluye el objeto de ensayo.

19.6

MEDICIÓN DE LA TENSIÓN DE ENSAYO Y DETERMINACIÓN DE LA FORMA DEL IMPULSO

19.6.1 Medición con dispositivos aprobados según la norma IEC 60-3 En general, el valor de cresta, los parámetros de tiempo y la sobretensión o las oscilaciones en la tensión de ensayo conviene medirlos con dispositivos que hayan pasado el procedimiento aprobado al que se hace referencia en la norma IEC 60-3. La medición se debe hacer con el objeto de ensayo en el circuito y, en general, para cada objeto de ensayo se debe verificar la forma del impulso. En el caso en que se ensayen varios objetos de ensayos del mismo diseño y tamaño en condiciones idénticas, sólo se necesita verificar la forma una vez. Nota. No es satisfactorio determinar la forma del impulso mediante cálculo a partir de los parámetros del circuito de ensayo.

27


NTC 4591

19.6.2 Calibración de un dispositivo de medición no aprobado, usando un dispositivo de medición aprobado El procedimiento suele consistir en relacionar la lectura de algún dispositivo vinculado con la tensión de ensayo (por ejemplo la tensión de carga máxima de la primera etapa del generador de impulsos) y una medición de la misma tensión efectuada de acuerdo con 19.6.1 o con una distancia entre esferas, de acuerdo con la norma IEC 52. La relación puede depender de la presencia del objeto de ensayo, de la distancia entre esferas, etc. Por consiguiente, es importante que estas condiciones sean las mismas durante la calibración y el ensayo real, excepto que durante el ensayo la distancia entre esferas puede ser abierta suficientemente para evitar formaciones de arco. Para ensayos en objetos con aislamiento autorrecuperable, la calibración se debe hacer al 100 % de la tensión de ensayo o cerca de esta tensión. Para ensayos en objetos con aislamiento no autorrecuperable, puede ser inevitable la extrapolación pero ésta se debe hacer a partir de no menos del 50 % de la tensión de ensayo. La extrapolación sólo es permisible si se puede demostrar que la tensión de ensayo es proporcional a la cantidad relacionada.

19.7 El comité técnico pertinente debe especificar las características de una corriente que fluye en el objeto de ensayo y que durante los ensayos conviene medirla con tensiones de impulso elevadas. Cuando se usa este tipo de medición para propósitos comparativos es importante la forma de onda, y puede ser menos importante medir el valor absoluto de esta corriente. 20.


20.1

Ensayos de resistencia a la tensión

El procedimiento de ensayo recomendado depende de la naturaleza del objeto de ensayo, según se define en el numeral 5. El comité técnico pertinente debe especificar qué procedimiento se ha de aplicar. En los procedimientos de ensayo A, B y C la tensión aplicada al objeto de ensayo es sólo el valor especificado de resistencia, mientras que en el procedimiento D se tienen que aplicar varios niveles de tensión.

20.1.1 Ensayo de tensión no disruptiva: Procedimiento A Se aplican al objeto de ensayo tres impulsos de la forma y de la polaridad especificadas al nivel de tensión no disruptiva nominal. Se satisfacen los requisitos del ensayo si no se obtiene indicación de falla, usando métodos de detección especificados por el comité técnico pertinente. Nota. Este procedimiento es recomendable para ensayos en aislamiento degradable o no autorrecuperable.

20.1.2 Ensayo de tensión no disruptiva: Procedimiento B Se aplican al objeto de ensayo quince impulsos de la forma y de la polaridad especificadas al nivel de tensión no disruptiva. Se satisfacen los requisitos del ensayo si no ocurren más de dos descargas disruptivas en la parte autorrecuperable del aislamiento y si no se obtiene indicación 28


NTC 4591

de falla en el aislamiento no autorrecuperable, por los métodos de detección especificados por el comité técnico pertinente.

20.1.3 Ensayo de tensión no disruptiva: Procedimiento C Se aplican al objeto de ensayo tres impulsos de la forma y de la polaridad especificadas al nivel de tensión no disruptiva. Si no ocurre descarga disruptiva el objeto de ensayo ha pasado la prueba. Si ocurre más de una descarga disruptiva el objeto de ensayo no ha pasado la prueba. Si ocurre una descarga disruptiva en la parte autorrecuperable del aislamiento, entonces se aplican nueve impulsos adicionales y si no ocurre descarga disruptiva el objeto de ensayo ha pasado la prueba. Si con los métodos de detección especificados por el comité técnico pertinente, durante alguna parte del ensayo se observa detección de falla en una parte no autorrecuperable del aislamiento, el objeto de ensayo no ha pasado la prueba. Nota. Este procedimiento corresponde a un procedimiento estadounidense modificado de tal modo que sea estadísticamente equivalente al Procedimiento B.

20.1.4 Ensayo de tensión no disruptiva: Procedimiento D Para aislamiento autorrecuperable se puede evaluar el 10 % de la tensión se descarga disruptiva de impulso U 10 usando los procedimientos estadísticos de ensayo descritos en el Anexo A. Estos métodos de ensayo permiten bien sea la evaluación directa de U 10 y U 50 o la evaluación indirecta de U 10. En el último caso U 10 se deriva del valor U50 usando la relación: U 10

= U 50 ( 1 − 1 ,3 z )

El comité técnico pertinente debe especificar el valor que se ha de tomar como supuesto para la desviación convencional z de la tensión de descarga disruptiva. Para ensayos en seco en aislamiento de aire, sin intervención de ningún otro aislamiento, se puede usar el valor por unidad z =0,03. Se considera que el objeto de ensayo es satisfactorio si U 10 no es menor de la tensión especificada para la resistencia al impulso. Para evaluar U50 se pueden usar los siguientes métodos de ensayo: a)

el método de nivel múltiple (véase el numeral A.1.1) con niveles de tensión de n ≤ 4, e impulsos m ≤ 10 por nivel;

b)

El método de subida y bajada (véase el numeral A.1.2) con impulso de m = 1 por grupo y n ≤ 20 aplicaciones útiles.

29


NTC 4591

Para evaluar U 10, se puede usar el método de resistencia en subida y bajada, con m = 7 impulsos por grupo y al menos ocho grupos útiles. En todos los casos el intervalo de tensión entre niveles ∆U debe ser aproximadamente desde 1,5 % hasta 3 % del valor estimado de U 50.

20.2

PROCEDIMIENTOS DESCARGA

PARA

ENSAYOS

ASEGURADOS

A

TENSIONES

DE

Los procedimientos para un ensayo asegurado a tensión de descarga son similares a los descritos en el numeral 20.1 con los cambios apropiados entre condiciones de descarga y resistencia. El comité técnico pertinente también puede especificar otros procedimientos para objetos de ensayo dados.

SECCIÓN 7: ENSAYOS CON IMPULSOS TIPO MANIOBRA 21.

DEFINICIONES PARA ENSAYOS DE IMPULSO TIPO MANIOBRA

21.1

IMPULSO TIPO MANIOBRA

En el numeral 3.1 se define un impulso tipo maniobra (distinto de un impulso tipo rayo. Las características de un impulso tipo maniobra se expresan mediante los parámetros definidos en los numerales 21.2 a 21.7 (véase la Figura 13). Cuando se consideren ensayos determinados, el comité técnico pertinente puede especificar parámetros adicionales.

21.2

VALOR DE LA TENSIÓN DE ENSAYO

Si el comité técnico pertinente no lo especifica de otro modo, el valor de la tensión de ensayo es el valor de cresta esperado.

21.3

TIEMPO HASTA LA CRESTA T

P

El tiempo hasta la cresta T p es el intervalo de tiempo entre el origen real y el instante en que la tensión haya alcanzado su valor de cresta.

21.4

TIEMPO HASTA EL VALOR MEDIO T

2

El Tiempo hasta el valor medio T 2 para un impulso tipo maniobra es el intervalo de tiempo entre el origen real y el instante en que la tensión haya disminuido por primera vez hasta la mitad del valor de cresta.

21.5

TIEMPO POR ENCIMA DEL 90 % DE T

d

El tiempo por encima del 90 % de T d es el intervalo de tiempo durante el cual la tensión de impulso excede del 90 % de su valor de cresta. 30


NTC 4591

TIEMPO HASTA CERO T

0

El tiempo hasta cero T 0 es el intervalo de tiempo entre el origen real y el instante en que la tensión tiene su primera pasada a cero. Se encuentra que es útil especificar el tiempo por encima del 90 % y el tiempo hasta cero en vez del tiempo hasta el valor medio, por ejemplo, cuando los fenómenos de saturación en el objeto de ensayo o en el circuito de ensayo determinan la forma del impulso, o cuando se considera que la severidad del ensayo sobre partes importantes del aislamiento interno del objeto de ensayo depende en gran medida de estos parámetros. Al especificar un impulso tipo maniobra, se suele dar sólo un conjunto de parámetros relacionados con la forma de onda. Conviene indicar claramente mediante referencia los parámetros de tiempo particulares que se hayan definido, por ejemplo, para un impulso T p /T 2 ó T p /T d /T 0. Nota. Para 21.3 a 21.6 - La duración del frente para los impulsos tipo maniobra a veces se define alternativamente de la misma manera que el frente para los impulsos tipo rayo (véase el numeral 18.1.4) o de una manera similar con otros puntos de referencia y factores multiplicadores. Para impulsos tipo maniobra con parámetros de tiempo como se dan en el numeral 22.1, el tiempo hasta la cresta está entre 1.4 y 1.8 veces el tiempo frontal.

21.7

TIEMPO HASTA EL CORTE T

C

El tiempo hasta el corte T c de un impulso tipo maniobra es el intervalo de tiempo entre el origen real y el instante del corte.

21.8

IMPULSO ASCENDENTE EN FORMA LINEAL

En el numeral 18.2.4 se da la definición de un impulso ascendente en forma lineal (aplicable tanto a los impulsos tipo rayo como a los impulsos tipo maniobra).

22

TENSIÓN DE ENSAYO

22.1

IMPULSO TIPO MANIOBRA NORMALIZADO

El impulso tipo maniobra normalizado es un impulso que tiene un tiempo hasta la cresta T p de 250 µs y un tiempo hasta el valor medio T 2 de 2 500 µs. Se describe como un impulso de 250/2 500.

22.2

TOLERANCIAS

Si el comité técnico pertinente no lo especifica de otro modo, se aceptan las siguientes diferencias entre los valores especificados y los que se registran realmente, tanto para impulsos normalizados como especiales (véase la nota 1 del numeral 19.2): Valor de cresta

± 3 %

Tiempo hasta la cresta

± 20 %

Tiempo hasta el valor medio

± 60 %

31


NTC 4591

En ciertos casos, por ejemplo con objetos de ensayo de baja impedancia, puede ser difícil ajustar la forma del impulso hasta dentro de las tolerancias recomendadas. En tales casos el comité técnico pertinente puede especificar otras tolerancias y otras formas de impulso. Nota. La tensión de descarga disruptiva de espacios largos en aire pueden tener la incidencia tanto del tiempo hasta la cresta como del tiempo hasta el valor medio de un impulso tipo maniobra. Por lo tanto, para tales objetos de ensayo es recomendable que el impulso tipo maniobra aplicado se caracterice por sus parámetros de tiempo reales. En el caso de una descarga disruptiva que ocurra en la cresta o antes de ésta, se pueden permitir tolerancias más grandes en el tiempo probable hasta el valor medio.

22.3

IMPULSOS TIPO MANIOBRA ESPECIALES

Para propósitos especiales, cuando no se considera suficiente o apropiado usar el impulso tipo maniobra normalizada, el comité técnico pertinente puede prescribir impulsos tipo maniobra especiales de forma bien sea periódica u oscilatoria. Nota. Cuando un conductor en el aire derivado de un electrodo cargado positivamente inicia una descarga, generalmente se pueden considerar como equivalentes dos impulsos, cuando ellos tienen el mismo valor de cresta y el mismo intervalo de tiempo entre los dos puntos respectivos en el frente al 70 % y al 100 % del valor de cresta.

22.4


Los impulsos tipo maniobra suelen ser producidos por un generador convencional de impulsos (véase el numeral 19.5). También pueden ser generados aplicando un impulso de tensión al devanado de baja tensión de un transformador de ensayo (o de un transformador que se vaya a ensayar). Se pueden usar otros métodos de generación de impulsos tipo maniobra, por ejemplo, involucrando la interrupción rápida de corriente en un devanado de transformador. Los elementos de un circuito para generar impulsos tipo maniobra se deben seleccionar de tal modo que se evite la distorsión excesiva de la forma del impulso debido a corrientes de descarga no disruptiva en el objeto de ensayo. Tales corrientes pueden alcanzar valores bastante grandes, especialmente durante ensayos de contaminación en el aislamiento externo a tensiones elevadas. En circuitos de ensayo cuya impedancia interna sea alta, ellas pueden causar distorsión severa de la tensión o inclusive impedir que ocurra una descarga disruptiva.

22.5

MEDICIÓN DE LA TENSIÓN DE ENSAYO Y DETERMINACIÓN DE LA FORMA DEL IMPULSO

La medición de la tensión de ensayo y la determinación de la forma del impulso se deben hacer como se describe en los numerales 19.6.1 y 19.6.2. Obsérvese que aunque la norma IEC 52, 1960, no da información relacionada específicamente con la medición del valor de cresta de los impulsos tipo maniobra, las mediciones indican que el explosor de esferas se puede considerar como un dispositivo de medición aprobado para las tensiones de impulsos tipo maniobra.

23.


Los procedimientos de ensayo son en general los mismos que los del ensayo del impulso tipo maniobra y se aplican consideraciones estadísticas similares (véase el numeral 20 y el Anexo A). Salvo que el comité técnico pertinente lo especifique de otro modo, se puede suponer que la 32


NTC 4591

desviación convencional de la tensión de descarga disruptiva para los ensayos en seco y en húmedo en el aislamiento en el aire, sin intervención de ningún otro aislamiento, está dada por la relación: z = 0,06 Cuando se apliquen los procedimientos de nivel múltiple o de subida y bajada, se pueden usar intervalos de tensión correspondientemente más grandes. Nota. Con impulsos tipo maniobra, a menudo ocurren descargas disruptivas en tiempos aleatorios bastante antes de la cresta. Al presentar los resultados de ensayos de descarga hechos de acuerdo con el numeral 20.1.4, la relación entre la probabilidad de descarga disruptiva y la tensión generalmente se expresa en términos del valor de cresta esperada. Sin embargo, también se usa otro método en el cual se mide la tensión de descarga disruptiva real para cada impulso; después se determina la distribución de la probabilidad para los valores de tensión medidos, por el método descrito para los ensayos de Clase 3 que presentan en el Anexo A.

SECCION 8: ENSAYOS CON CORRIENTE DE IMPULSO 24.

DEFINICIONES PARA LOS ENSAYOS DE CORRIENTE DE IMPULSO

24.1

CORRIENTE DE IMPULSO

Se usan dos tipos de corrientes de impulso. El primer tipo tiene una forma que se incrementa desde cero hasta el valor de cresta en un tiempo corto, y después disminuye hasta cero bien sea aproximadamente en forma exponencial o en la forma de una curva seno marcadamente amortiguada. Este tipo se define mediante el tiempo frontal T 1 y el tiempo hasta el valor medio T 2 (véanse los numerales 24.3 y 24.5). El segundo tipo tiene una forma aproximadamente rectangular y se define mediante la duración de la cresta y la duración total (véanse los numerales 24.6 y 24.7).

24.2

VALOR DE LA CORRIENTE DE ENSAYO

El valor de la corriente de ensayo normalmente se define mediante el valor de la cresta. Con algunos circuitos de ensayo, se pueden presentar sobretensiones u oscilaciones en la forma de onda de la corriente. El comité técnico pertinente debe especificar si el valor de la corriente de ensayo se ha de definir mediante la cresta real o mediante una curva suave trazada a través de las oscilaciones.

24.3

TIEMPO FRONTAL T

1

El tiempo frontal T 1 de una corriente de impulso es un parámetro virtual definido como 1,25 veces el intervalo T , entre los instantes en que el impulso es el 10 % y el 90 % del valor de la cresta (véase la Figura 14a). Si en el frente existen oscilaciones, los valores del 10 % y el 90 % se deben derivar a partir de una curva promedio trazada a través de estas oscilaciones en una forma análoga a la usada para los impulsos tipo rayo con oscilaciones en el frente.

33


NTC 4591

ORIGEN VIRTUAL O

1

El origen virtual O1 de una corriente de impulso precede en 0,1 T 1 aquel instante en que la corriente alcanza el 10 % de su valor de cresta. Para registros que tengan escalas de tiempo lineales, esta es la intersección con el eje de tiempo de una línea recta trazada a través de los puntos de referencia del 10 % y el 90 % en el frente.

24.5

TIEMPO HASTA EL VALOR MEDIO T

2

El tiempo hasta el valor medio T 2 de una corriente de impulso es un parámetro virtual definido como el intervalo de tiempo entre el origen virtual O1 y el instante en que la corriente ha disminuido hasta la mitad del valor de cresta.

24.6

DURACIÓN DE LA CRESTA DE UNA CORRIENTE DE IMPULSO RECTANGULAR T

d

La duración de la cresta de una corriente de impulso rectangular T d es un parámetro virtual definido como el tiempo durante el cual la corriente es mayor del 90 % de su valor de cresta (véase la Figura 14b).

24.7

DURACIÓN TOTAL DE UNA CORRIENTE DE IMPULSO RECTANGULAR T

t

La duración total de una corriente de impulso rectangular T t es un parámetro virtual definido como el tiempo durante el cual la corriente es mayor del 10 % de su valor de cresta (véase la Figura 14b). Si en el frente existen oscilaciones, conviene trazar una curva promedio para determinar el tiempo en el cual se alcanza el valor del 10 %

25.

CORRIENTE DE ENSAYO

25.1

CORRIENTES DE IMPULSO NORMALIZADAS

Se usan cuatro corrientes de impulso normalizadas correspondientes al primer tipo de impulso, que se define en el numeral 24.1. - impulso de 1/20:

tiempo frontal:

1 µs;

tiempo hasta el valor medio:

20 µs;

- impulso de 4/10:

tiempo frontal:

4 µs;


10 µs;

- impulso de 8/20:

tiempo frontal:

8 µs;


20 µs;

- impulso de 30/80:

tiempo frontal:

30 µs;


80 µs;

Las corrientes de impulso rectangular tienen duración de la cresta T d de 500 µs, 1 000 µs ó 2 000 µs, o entre 2 000 µs y 3 200 µs.

25.2

TOLERANCIAS

Si el comité técnico pertinente no lo especifica de otro modo, se aceptan las siguientes diferencias entre los valores especificados para las corrientes de impulso normalizada y las que se registran realmente: 34


NTC 4591

Para los impulsos de 1/20, 4/10, 8/20 y 30/80: valor de cresta

± 10 %

tiempo frontal T 1

± 10 %

tiempo hasta el valor medio T 2

± 10 %

Se tolera una pequeña sobretensión u oscilaciones siempre que su amplitud de cresta individual en la cercanía de la cresta del impulso no sea más del 5 % del valor de la cresta. Cualquier inversión de polaridad después de que la corriente ha caído a cero no debe ser mayor del 20 % del valor de la cresta. Para impulsos rectangulares: valor de la cresta:

+ 20 %;

-0%

duración de la cresta:

+ 20 %;

-0%

Se tolera una sobretensión u oscilaciones siempre que su amplitud de cresta individual no sea más del 10 % del valor de la cresta. La duración total de un impulso rectangular no debe ser mayor de 1,5 veces la duración de la cresta y la inversión de polaridad se debe limitar al 10 % del valor de la cresta.

25.3

MEDICIÓN DE LA CORRIENTE DE ENSAYO

La corriente de ensayo se debe medir mediante un dispositivo que haya pasado el procedimiento aprobado al que se hace referencia en la norma IEC 60-3. 25.4 MEDICIÓN DE LA TENSIÓN DURANTE ENSAYOS CON CORRIENTES DE IMPULSO Las tensiones desarrolladas a través de los objetos de ensayo durante ensayos con corrientes de alto impulso conviene medirlas con un dispositivo que haya pasado el procedimiento aprobado dado en la norma IEC 60-3 para la medición de tensiones de impulso. Nota. La corriente de impulso puede inducir tensiones apreciables en el circuito de medición de tensión, ocasionando errores significativos. Como una verificación, es recomendable por lo tanto desconectar el conductor que normalmente une el separador de tensión con el extremo vivo del objeto de ensayo desde este punto y conectar en sustitución al extremo aterrizado del objeto de ensayo, pero manteniendo aproximadamente el mismo bucle. En forma alternativa, el objeto de ensayo se puede ‘cortocircuitar’ o reemplazar con un conductor de metal sólido. Conviene modificar la geometría del circuito de ensayo hasta que la tensión medida cuando el generador se descargue bajo cualquiera de estas condiciones sea despreciable en comparación con la tensión a través del objeto de ensayo, al menos durante la parte del impulso que sea de importancia para evaluar los resultados del ensayo.

35


NTC 4591

SECCIÓN 9: ENSAYOS COMBINADOS Y COMPUESTOS 26.

ENSAYOS DE TENSIÓN COMBINADOS

En un ensayo de tensión combinado dos fuentes separadas, que generan tensiones contra tierra, se conectan a dos terminales del objeto de ensayo (por ejemplo un disruptor de circuito abierto, véase la figura 15 a). En ese ensayo se puede combinar cualquier par de tensiones de impulso tipo rayo, impulso tipo maniobra, continua o de frecuencia alterna. La tensión de ensayo se caracteriza por su amplitud, un retraso de tiempo ∆t y por la forma de onda, el valor de cresta y la polaridad de cada componente. Cuando se efectúan ensayos de tensión combinados en conmutadores el propósito es simular condiciones en que un terminal del interruptor abierto se energiza a la tensión de frecuencia industrial especificada, y el otro terminal se somete a una sobretensión bien sea de tipo rayo o de tipo maniobra. El circuito de ensayo debe simular esta situación en el aislamiento interno y en el externo. En casos especiales el comité técnico pertinente puede permitir simular tensiones de frecuencia industrial mediante impulsos tipo maniobra de forma apropiada.

26.1

VALOR DE LA TENSIÓN DE ENSAYO U

El valor de la tensión de ensayo U es la diferencia de potencial máxima entre los terminales energizados del objeto de ensayo (véase la Figura 15b).

26.2

RETRASO DE TIEMPO ∆t

El retraso de tiempo ∆t de una tensión combinada es el intervalo de tiempo entre los instantes en que sus componentes alcanzan sus valores de cresta, medido desde el instante de una cresta negativa (véase la Figura 20). Tiene una tolerancia de ± 0,05 T pmax , donde T p es el tiempo hasta la cresta o el tiempo frontal para un impulso y un cuarto de ciclo de cuarto para una tensión alterna, y T pmax es el mayor de los valores de T p para los dos componentes. Se dice que dos tensiones de un ensayo de tensión de impulso combinado son sincrónicas cuando su retraso de tiempo ∆t es cero, dentro de la tolerancia prescrita.

26.3

FORMAS REALES DE TENSIÓN

Debido al acoplamiento entre los dos sistemas generadores, las formas y las amplitudes de los dos componentes de un ensayo de tensión combinado difieren de los producidos por las mismas fuentes usadas separadamente. Por lo tanto se deben medir en combinación, preferiblemente por medio de sistemas de medición separados contra tierra. Cada sistema de medición debe ser adecuado para medir la forma de onda de ambos componentes para evitar errores al registrar su influencia mutua. El comité técnico pertinente debe especificar las desviaciones máximas permisibles respecto de la forma de tensión prescrita. Nota. Se debe tener en cuenta que en el caso de una descarga disruptiva que ocurra en un ensayo de tensión combinado, ambas fuentes actuarán directamente una contra la otra si no hay elementos adicionales de protección (por ejemplo resistores o chisperos de protección) en el circuito. En cualquier caso la distribución de tensión entre las dos fuentes de tensión cambiará completamente cuando haya una descarga disruptiva.

36


NTC 4591

DISPOSICIÓN DEL OBJETO DE ENSAYO

El comité técnico pertinente debe especificar la disposición del objeto de ensayo, en particular respecto de las estructuras aterrizadas.

26.5

FACTORES ATMOSFÉRICOS DE CORRECCIÓN

En un ensayo de tensión combinado, se tienen que aplicar al valor de la tensión de ensayo los factores de corrección atmosféricos relativos al componente de mayor valor.

27.

ENSAYOS COMPUESTOS

Una tensión compuesta es la tensión resultante de dos fuentes de tensión diferentes conectadas adecuadamente, aplicada a un terminal del objeto de ensayo contra tierra. La definición de sus parámetros se le deja al comité técnico pertinente. Nota. También se pueden efectuar ensayos compuestos aplicando fuentes de tensión y corriente de impulso al objeto de ensayo.

37


NTC 4591 Anexo A

Tratamiento estadístico de los resultados de ensayo A.1

CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS

Los procedimientos de ensayo de descarga disruptiva se pueden dividir en tres clases para el propósito de la evaluación estadística.

A.1.1 Clase 1: Ensayos de nivel múltiple En un ensayo de clase 1, en cada uno de n niveles de tensión U i (i = 1, 2, ..., n) se aplican mi esfuerzos de tensión sustancialmente iguales (por ejemplo impulsos tipo rayo). Aunque este procedimiento se suele utilizar con tensiones de impulso, a esta clase también corresponden algunos ensayos con tensiones alterna y continua. Los resultados de ensayo son los n números m i de aplicaciones de tensión y los números correspondientes d i de descargas disruptivas en cada nivel de tensión U i.

A.1.2 Clase 2: Ensayos de subida y bajada En un ensayo de clase 2, n grupos de m esfuerzos de tensión sustancialmente iguales se aplican a niveles de tensión U i. El nivel de tensión para cada grupo sucesivo de esfuerzos se aumenta o se disminuye en una pequeña cantidad ∆U de acuerdo con el resultado del grupo anterior de esfuerzos. Comúnmente se usan dos procedimientos de ensayo. El procedimiento de resistencia a la descarga disruptiva, encaminado a encontrar niveles de tensión correspondientes a bajas probabilidades de descarga disruptiva y el procedimiento de descarga, que encuentra niveles de tensión correspondientes a altas probabilidades de descarga disruptiva. En el procedimiento de resistencia a la descarga disruptiva, el nivel de tensión se incrementa en una cantidad ∆U si no ocurre descarga disruptiva en un grupo de m aplicaciones de tensión, de otro modo el nivel de tensión se disminuye en la misma cantidad. En el procedimiento de descarga, el nivel de tensión se incrementa en ∆U si ocurre una o más resistencias a la descarga disruptiva, de otro modo se disminuye en la misma cantidad. Donde m = 1, los dos procedimientos vienen a ser idénticos y corresponden al ensayo de tensión de descarga disruptiva al 50 % de subida y bajada. También se usan ensayos con otros valores de m para determinar tensiones correspondientes a otras probabilidades de descarga disruptiva. Los resultados son los números k i de grupos de esfuerzo aplicados a los niveles de tensión U i. El primer nivel U i que se tiene en cuenta es aquel en que se aplican al menos dos grupos de esfuerzos. El número total de grupos útiles es n = ∑ k i .

A.1.3 Clase 3: Ensayos de descarga sucesiva En un ensayo de clase 3, se aplica n veces un procedimiento conducente a una descarga disruptiva en el objeto de ensayo. La tensión de ensayo se puede incrementar continuamente hasta que ocurra una descarga disruptiva, o se mantiene constante en algún nivel hasta que se observe una descarga disruptiva. Los resultados son los n valores de tensión U i o el tiempo t i en el cual ha ocurrido la descarga disruptiva. 38


NTC 4591

Tales ensayos se hacen con tensiones continuas, alternas o de impulso. Los ensayos donde ocurren descargas disruptivas en el frente del impulso corresponden a esta clase.

A.2

COMPORTAMIENTO ESTADÍSTICO DE DESCARGA DISRUPTIVA

Cuando p, la probabilidad de una descarga disruptiva durante determinado procedimiento de ensayo, depende solamente de la tensión de ensayo, U , el comportamiento del objeto de ensayo se puede caracterizar por una función p(U ) determinada por los procesos de desarrollo de descarga. En la práctica, esta función, la función de la probabilidad de descarga disruptiva, se puede representar matemáticamente mediante expresiones que dependen de al menos dos parámetros U 50 y z. U 50 es la tensión de descarga del 50 % para la cual p(U ) = 0,5 y z es la desviación convencional; z = U 50 - U 16 donde U 16 es la tensión para la cual p(U ) = 0,16. Notas: 1)

De las funciones de distribución de la probabilidad gaussiana (o normal), la de Weibull o la de Gumbel se pueden derivar ejemplos de p(U ). La experiencia muestra que para 0,15

2)

A veces p es una función de dos o más parámetros, por ejemplo, U y dU / dt. En tales casos no se puede usar una función sencilla para describir p. En la literatura técnica se pueden encontrar detalles de tales casos.

La función p(U ) y los parámetros U 50 y z se pueden encontrar a partir de ensayos con números muy grandes de aplicaciones de tensión, siempre que las características del objeto de ensayo permanezcan constantes a lo largo de los ensayos. En la práctica el número de aplicaciones de tensión suele ser limitado y las estimaciones de U 50 y z basadas en una forma supuesta de p(U ) estarán sujetas a incertidumbres estadísticas.

A.2.1 Límites de confianza y error estadístico Si se estima un parámetro y a partir de n resultados de ensayo, se pueden definir límites de confianza superior e inferior yU y y L, con la probabilidad C de que el valor verdadero de y esté dentro de estos límites. C se denomina nivel de confianza y el semi ancho e r = ( y U - y L ) /2 de la banda de confianza se denomina error estadístico. Generalmente C se toma como 0,95 (ó 0,90) y los límites correspondientes se denominan límites de confianza del 95 % (o del 90 %). El error estadístico e r depende tanto de n como del valor de la desviación convencional z . Siempre que sea posible, la desviación convencional z se debe estimar a partir de ensayos hechos en condiciones realistas. En general, cuanto mayor sea el número de ensayos que se efectúen, mejor será la estimación de z . Sin embargo, conviene recordar que durante una serie de ensayo prolongada, las condiciones ambientales pueden cambiar hasta un punto en que se anule la ganancia en exactitud derivada del elevado número de ensayos. Puesto que no es posible la estimación exacta de z a partir de una serie limitada de ensayos, los comités técnicos pertinentes a menudo dan valores estimados a partir de los resultados acumulados de muchos ensayos. 39


NTC 4591

El error estadístico e r se puede combinar con estimaciones de otros errores (por ejemplo errores de medición) para definir los límites de error totales en la determinación de determinado parámetro.

A.3

ANÁLISIS DE RESULTADOS DE ENSAYO

Este numeral es aplicable en casos en que los resultados de ensayos se pueden considerar como estimaciones independientes, es decir, donce el enésimo resultado no es afectado por lo que pueda haber ocurrido en los ensayos ( n - 1)ésimo o (n - j)ésimo.

A.3.1 Tratamiento de resultados a partir de los ensayos de clase 1 En este caso la frecuencia de descarga f i = d i / mi a un nivel de tensión U i se toma como una estimación de p(U )i la probabilidad de descarga al nivel de tensión U i. Las n estimaciones de p(U ) i obtenidas en un ensayo de clase 1 se pueden entonces ajustar a una función supuesta de distribución de la probabilidad p(U) y determinar los parámetros U 50 y z. Esto se puede hacer representando f i contra U i en papel gráfico especial diseñado para dar una representación de línea recta cuando las estimaciones de la probabilidad se acomodan a determinada función de distribución de la probabilidad p(U). Un ejemplo bien conocido es el papel de la probabilidad gaussiano o de la distribución normal, que da una representación de línea recta para estimaciones que se acomoden a la función de distribución gaussiana.

p(U ) = (1/ z

2π )

U

∫

−α

[

2

]

exp − (u − U 50 ) / 2 z du 2

Nota. Los papeles de la probabilidad normal no tienen escalas de la ordenada que comprendan los valores p = 0 ó p = 1. De acuerdo con esto, los ensayos a los niveles de tensión que causen todas las descargas di = mi o ninguna descarga di = 0 no se pueden representar directamente. Una manera posible de usar estos resultados es combinarlos con valores obtenidos para un nivel de tensión adyacente y representarlos como la tensión promedio ponderada.

Como alternativa para encontrar U 50 , z y los límites de confianza de estas estimaciones, se pueden usar técnicas analíticas de ajuste aplicando el método de los mínimos cuadrados o métodos de la probabilidad (véase el numeral A.4). En cualquier caso, conviene usar métodos adecuados (tales como coeficientes de regresión convencionales o límites de confianza) para verificar si la función de la probabilidad supuesta se acomoda con suficiente precisión a los puntos medidos. Conviene consultar la literatura técnica pertinente. Como guía general, el error estadístico tiende a variar inversamente como la raíz cuadrada del número de aplicaciones de tensión en cada nivel m i e inversamente como el número de niveles usados n. Obsérvese también que si todos los valores de f i difieren de cero y la unidad, con 10 aplicaciones de tensión ( m = 10) en cada uno de cinco niveles ( n = 5) los límites de confianza del 95 % serían: Para U 50: ( U

* 50

− 0 ,75 z * ) ≤ U 50 ≤( U

40

* 50

+ 0 ,75 z * )


NTC 4591

y para z : * * 0,4 z ≤ z ≤ 2,0 z

Donde U*50 y z* son las estimaciones de U 50 y z obtenidas al ajustar los resultados de ensayo a una función supuesta de distribución de la probabilidad de descarga p(U). Además, el error estadístico tiende hacia valores menores para las estimaciones de Up en la cercanía de p = 0,5 ó 50 %

A.3.2 Tratamiento de los resultados de los ensayos de clase 2 Un ensayo de clase 2 suministra una estimación de Up, la tensión a la cual la probabilidad de descarga disruptiva es p. U*p, la estimación de Up, está dada por: * U p

=

∑

( k iU i ) / n

Donde, ki es el número de grupos de esfuerzos aplicados al nivel de tensión Ui. Una fórmula más precisa se puede determinar si se consulta la literatura técnica. Para evitar errores apreciables, conviene que el menor nivel de tensión que se tenga en cuenta no difiera de U*p en más de 2∆U. El procedimiento de resistencia descrito en el numeral A.1.2 suministra una estimación de Up para una probabilidad de descarga disruptiva de p dada por: 1/m

p=1-(0,5)

mientras el procedimiento de descarga da Up para: p = (0,5)1/m

Los valores de p para los cuales Up se puede estimar en ensayos de subida y bajada, están limitados por el requisito de que m sea un entero. En la Tabla A.1 se dan ejemplos:

41


NTC 4591 Tabla A.1.

m =

70

34

14

7

4

3

2

1

p =

0,01

0,02

0,05

0,10

0,15

0,20

0,30

0,50

(procedimiento de resistencia)

p =

0,99

0,98

0,95

0,90

0,85

0,80

0,70

0,50

(procedimiento de descarga)

También se dispone de procedimientos para estimar z y sus límites de confianza, pero no son recomendables para el uso general.

A.3.3 Tratamiento de los resultados de los ensayos de clase 3 El resultado de un ensayo de clase 3 suele ser una serie de n tensiones Ui a partir de las cuales se deben determinar los parámetros U 50 y z de una función de la probabilidad de descarga disruptiva. Para una distribución gaussiana (o normal), las estimaciones de los parámetros U 50 y z están dadas por:

U

z *

 =  

∑

* 50

=

∑

U i / n

2  *    U i −U  ( ) − / n 1 50     

1 / 2

Para otras distribuciones se pueden utilizar métodos de la probabilidad para estimar U 50 y z (véase el numeral A.4). Las mismas expresiones y métodos son aplicables en casos en que se deban analizar los tiempos hasta que ocurra una descarga disruptiva ti. Los límites de confianza para las distribuciones gaussianas se pueden encontrar usando las distribuciones t de Student o Chi-cuadrado según se describen en la literatura técnica. Como un ejemplo, en el caso de una distribución gaussiana, los límites de confianza del 95 % para las estimaciones de U 50 y z obtenidas a partir de un ensayo con n = 20 son:

(U *50 − 0 ,47 z * ) ≤U 50 ≤ (U *50 + 0 ,47 z * ) y 0 ,76 z * ≤ z ≤ 1 ,46 z *

A.4

APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE LA PROBABILIDAD

Se pueden usar métodos de la probabilidad para el análisis de los resultados de todas las clases de ensayos anteriores. Estos métodos permiten la estimación de U 50 y z y, por consiguiente, Up una vez que se selecciona una función de distribución de la probabilidad de descarga p(U ; U 50, z).

42


NTC 4591

Además, es posible usar todos los resultados obtenidos y se pueden encontrar los límites de confianza correspondientes a cualquier nivel de confianza deseado C .

A.4.1 La función de la probabilidad Para los ensayos de clase 1 y clase 2 se conocen los números de descargas, di, y los números de resistencias wi encontrados en cada nivel de tensión Ui. Si se conoce o se supone la forma de la función de distribución de la probabilidad de descarga p(U; U 50 , z), la probabilidad de una descarga al nivel Ui es p (Ui; U 50, z ) y la probabilidad de una resistencia es (1 - p(Ui; U 50, z )). La función de probabilidad Li correspondiente a las descargas di y las resistencias wi que ocurran a un nivel de tensión Ui es entonces: Li

= p(U i ; U 50 , z )di (1 − p(Ui; U 50 , z ))wi

Dado que Ui, di y wi son conocidos, Li es una función de U 50 y z solamente. La probabilidad de un conjunto completo de resultados que incluya n valores de Ui entonces viene a ser: L

= L1 L2...... Li .......

Ln

= L (U 50 , z )

Para los ensayos de clase 3 cada nivel de tensión Ui que aparece en los resultados, corresponde a una descarga disruptiva. En general, un nivel de tensión Ui aparecerá mi veces donde mi ≥ 1. La probabilidad L entonces viene a ser: L = f (U i ; U 50 , z )mi f (U 2 ; U 50 , z )m2 ....... f (U m ; U 50 , z )m m

Donde f

= dp / du

En la literatura técnica se pueden encontrar métodos para calcular L a partir de amplios conjuntos de resultados, considerando grupos de resultados localizados en varios intervalos de tensión.

A.4.2 Estimación de U 50 y z Las mejores estimaciones de U 50 y z son los valores U *50 y z* que maximizan L. Estos frecuentemente se encuentran usando un computador con el propósito de efectuar cálculos repetidos de L para valores supuestos de U*50 y z*. Con U *50 y z * fijos, correspondiendo Up a cualquier valor deseado de la probabilidad de descarga, p, se puede encontrar a partir de la función de distribución de la probabilidad de descarga con U 50 = U *50 y z = z *. En la literatura técnica se pueden encontrar métodos para determinar los límites de confianza de U *50 y z *. Para el caso de C = 0,9 la ecuación L(U 50 ; z) = 0,1 Lmax permite la determinación de estos límites de confianza.

43


NTC 4591 Anexo B

Procedimientos de ensayo de contaminación

B.1

PRODUCCIÓN DE NIEBLA SALINA

B.1.1 Preparación de solución salina La solución salina se debe hacer a la salinidad requerida a partir de sal (NaCl de pureza comercial) y agua común de grifo. La concentración debe estar dentro de ± 5 % de uno de los siguientes valores: 2,5 g, 3,5 g, 5 g, 7 g, 10 g, 14 g, 20 g, 28 g, 40 g, 56 g, 80 g, 112 g, 160 g ó 224 g por litro de solución. La concentración se puede determinar midiendo la resistividad o la densidad de la solución salina. Las figuras 16 y 17 dan los valores de la resistividad y la densidad, respectivamente, como funciones de la concentración salina a 10 °C, 20 °C y 30 °C.

B.1.2 Detalles del sistema de rocío La niebla se produce en una cámara de ensayo por medio de varios chorros como se muestra en la Figura 18 y como se describe en detalle a continuación. Cada chorro tiene dos boquillas; una actúa como una salida de aire y la otra como una salida para la solución salina. De este modo el aire comprimido fluye a través de la boquilla de solución y produce una niebla fina de la solución. Las boquillas de aire deben estar provistas con aire filtrado libre de aceite a 700 kPa por encima de la presión atmosférica, con una tolerancia de ± 4 %. Las boquillas de solución deben ser alimentadas con la solución salina especificada a una presión ajustada de tal modo que el flujo de la solución a través de cada boquilla, sea 0,5 L/min ± 10 % durante el período del ensayo; la tolerancia en el flujo total para todos los chorros de rocío es ± 5 % del valor nominal. En consecuencia, la presión de la solución también se debe mantener constante durante un ensayo. Los chorros se montan con separación de 0,6 m en dos filas rectas, paralelas a la línea central del objeto de ensayo (una en cada lado), estando cada fila 3 m respecto del objeto de ensayo y en el mismo plano, con los chorros en cada fila dirigidos hacia el otro. Cada fila se debe extender al menos 0,6 m más allá de los extremos de la sección aislante del objeto de ensayo; este último se monta en forma vertical, horizontal o inclinado, según lo prescriba el comité técnico pertinente, pero debe estar colocado de tal modo que el chorro inferior esté al menos 0,6 m por encima del piso.

B.2

ELIMINACIÓN PREVIA DE CONTAMINACIÓN, PROCEDIMIENTO DE HUMEDECIMIENTO

RECUBRIMIENTO

Y

B.2.1 Preparación de material de recubrimiento Se debe usar una de las dos siguientes composiciones de la suspensión: a)

100 g de Kieselgur (tierra diatomácea, Diatomita), 10 g de dióxido de silicio altamente dispersado, tamaño de partícula de 2-20 µm, 44


NTC 4591

1 000 g de agua desmineralizada La conductividad del volumen de la suspensión se debe ajustar agregando una cantidad adecuada de sal (NaCl) para obtener el valor seleccionado con base en los de la siguiente tabla, correspondiente a la conductividad requerida de la capa de referencia. La suspensión así formada se aplicará a continuación a la superficie del aislador para producir una capa de espesor apropiado con la cual se logre la conductividad de referencia.

Conductividad de la capa de referencia a 20 °C en µS (tolerancia: ± 15 %)

7,5

10

15

20

30

40

60

80

Valores correspondientes de la conductividad de volumen de la suspensión preparada a 20 °C en mS/cm

2,25

3,0

4,5

6,0

9,0

12,0

8,0

24,0

b)

40 g de caolín o Tonoko 1 000 g de agua desmineralizada La conductividad del volumen de la suspensión se debe ajustar agregando una cantidad adecuada de sal (NaCl) para obtener la densidad requerida del depósito de sal de referencia. La suspensión se aplicará entonces a la superficie del aislador para producir una capa de espesor apropiado con la cual se logre la densidad de referencia del depósito de sal.

B.2.2 Características principales de los materiales inertes En la siguiente tabla se dan rangos de valores para las características principales de los materiales inertes, definiendo los tipos de Kieselgur, caolín y Tonoko que se deben usar para las suspensiones. Composición del peso en % de Material inerte Kieselgur Caolín Tonoko

SiO2 70-90 40-50 60-70

Al12O3 5-25 30-40 10-20

Fe2O3 0,5-6 0,3-2 4-8

Granulometría en µm (distribución acumulativa)

H2O 7-14 7-14 -

16 % 0,1-0,2 0,1-0,2 0,8-1,5

45

50 % 0,4-1 0,4-1 3-5

84 % 2-10 2-10 8-15

Conductividad de volumen a 20 °C en µS/cm 15-200 15-200 20-100


NTC 4591

B.2.3 Recubrimiento sólido y procedimiento de humedecimiento La suspensión se puede depositar sobre la superficie limpia del objeto de ensayo mediante inmersión, atomizado o recubrimiento con flujo. La capa resultante debe estar distribuida uniformemente hasta donde sea posible sobre toda la superficie aislante del objeto de ensayo. El recubrimiento se debe secar antes de comenzar el ensayo.

B.3

MEDICIÓN DEL GRADO DE CONTAMINACIÓN

El grado de contaminación en la superficie de un objeto de ensayo se puede determinar bien sea por el método dado en el numeral B.3.1 o por el método dado en el numeral B.3.2.

B.3.1 Conductividad superficial de la superficie aislante Para determinar la conductividad superficial de la superficie, se mide la conductancia de fuga Gθ entre dos electrodos desnudos en el objeto de ensayo. A partir de esta conductancia se calcula la conductividad superficial usando un factor de forma basado en la geometría de la superficie aislante; véase más adelante. Con el propósito de dar resultados coherentes, la tensión usada al medir la conductancia debe ser aproximadamente 2 kV/m del trayecto de fuga. La conductividad superficial K θ se encuentra a partir de: K θ = Gθ f

Donde f es el factor de forma dado por:

f =

L

∫ o

dx

B( x )

Donde: L

=

dx

=

B(x) =

longitud total del trayecto de fuga longitud de un elemento del trayecto de fuga, a una distancia x respecto de un electrodo (0 ≤ x ≤ L). anchura o circunferencia del trayecto de fuga a una distancia x.

La conductividad de la capa K θ se corrige para 20 °C por medio de la siguiente fórmula para dar K20, K 20

=

1, 6 K 1 + 0,03θ θ

Donde θ es la temperatura de la superficie del aislador en grados Celsius.

46


NTC 4591

Nota. Se debe observar que la determinación de la conductividad superficial a partir de la conductancia y el factor de forma puede dar resultados incorrectos si la conductividad superficial no es razonablemente constante a lo largo de la longitud del objeto de ensayo o la parte medida de la longitud.

B.3.2 Cantidad equivalente de cloruro de sodio por centímetro cuadrado de la superficie aislante (S.D.D. mg/cm 2). Se lava con agua destilada la superficie aislante contaminada o una cierta parte de ella; toda el agua se debe recoger cuidadosamente. La resistividad del agua recogida se mide y se corrige para 20 °C. Por medio de la Figura 16 se determina la cantidad equivalente C de cloruro de sodio en gramos por litro en la solución. A partir de esto, se determina la cantidad equivalente m de cloruro de sodio por unidad de superficie en miligramos por centímetro cuadrado mediante la relación: M = CV/A

Donde: A

=

el área de la superficie limpiada en centímetros cuadrados

V

=

el volumen del agua recogida en centímetros cúbicos.

47


NTC 4591 Anexo C

Calibración de un dispositivo de medición no aprobado con una separación varilla/varilla C.1

DISPOSICIÓN GENERAL DE UNA SEPARACIÓN VARILLA/VARILLA

La disposición general de la separación varilla/varilla debe ser como se muestra bien sea en la Figura 19a (espacio vertical) o en la Figura 19b (espacio horizontal). Las varillas deben ser elaboradas de acero o latón, tener una sección cuadrada, con lado entre 15 mm y 25 mm y tener un eje común. Los extremos se deben cortar en ángulos rectos al eje dejando los bordes agudos. El espacio desde el extremo de la varilla de alta tensión hasta los objetos y las paredes aterrizadas, distintos del plano de tierra, debe ser no menor de 5 m.

C.2

VALORES DE REFERENCIA

La tensión de descarga disruptiva U 0 para tensión continua positiva y negativa a atmósfera de referencia normalizada está dada, bien sea para el espacio vertical o el horizontal por: U 0

= 2 + 0,534 d

(C-1)

Donde U 0 está en kilovoltios y d es el espaciamiento en milímetros La ecuación (C-1) es válida para: 250 mm ≤ d ≤ 2 500 mm 1 g/m3 ≤ h/δ ≤ 13 g/m3

Bajo estas condiciones se estima que la incertidumbre de la medición es de menos del 3 %. La separación varilla/varilla no se debe usar como un dispositivo de medición aprobado a espaciamientos menores de 250 mm debido a la ausencia de predescargas de luminosidad ondulante. No hay evidencia experimental que apoyen su uso a espaciamientos mayores de 2 500 mm.

C.3

PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN

El espaciamiento, d, entre las varillas se debe ajustar y la tensión se debe aplicar y elevar de tal manera que el intervalo de tiempo entre el 75 % y el 100 % de la tensión de descarga disruptiva sea aproximadamente 1min. Las diez lecturas de la tensión en el instante del salto de chispa se deben tomar con el dispositivo de medición no aprobado sometido a calibración. La tensión, a atmósfera de 48


NTC 4591

referencia normalizada, correspondiente al promedio de estos diez valores está dada por la ecuación (C-1). Esta tensión se debe corregir para las condiciones atmosféricas reales de acuerdo con el numeral 11.2.

Figura 1. Distancia mínima D entre los objetos sometidos a tensión o conectados a tierra y el electrodo energizado de un objeto de ensayo, durante un ensayo de impulso tipo maniobra de corr iente alterna o positiva a la tensión máxima U aplicada durante el ensayo.

Dimensiones en milímetros A

=

tornillo de bloqueo de la boquil la

B

=

tubo de suministro de agua

C

=

orificio reemplazable Figura 2.a) Boquilla de tipo I.

49


NTC 4591


=

orificio plástico para reducir el riesgo de obstrucción por suci edad

B

=

sello de caucho

C

=

cubierta para bloquear el agua Figura 2 b) Boquilla de tipo II

Figura 2 c). Boquilla tipo III (detalles del orificio solamente) Nota. La longitud del chorro de agua que se puede obtener depende del diámetro del orificio y de la presión del agua. A la presión óptima, que suele ser de 300 kPa - 400 kPa pero que depende de la suavidad del orificio y de la disposición de los conductos de alimentación, las longitudes aproximadas del chorro realizables con las boquillas mostradas en las Figuras 2a a 2d se dan en la siguiente tabla:

Tipo de boquilla I y II I y II III (Cónico)

Diámetro del orificio mm 0,5 0,8 1,0 1,0

50

Longitud del chorro de agua m 4 6 10 9 - 11


NTC 4591

Dimensiones en pulgadas Figura 2 d) Boquilla tipo IV (procedimiento estadounidense)

Nota. La boquilla tipo IV que se representa en la Figura 2d (para el procedimiento estadounidense) tiene un orificio concéntrico con las dimensiones que se dan en la figura. Con presión de agua de 250 kPa - 450 kPa, ella da longitudes de chorro de 2 m a 3 m.

51


NTC 4591

Figura 3. k como función de la relación entre la humedad absoluta h y la densidad relativa del aire δ.

Figura 4. Valores de los exponentes m para la corrección de la densidad del aire y w para la corrección de la humedad como una función del parámetro g: véase el numeral 11.2.3.

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NTC 4591

Nota. Los valores de los exponentes m y w provienen de valores experimentales, obtenidos en condiciones variadas. Sin embargo, se limitan a alturas entre el nivel del mar y 2000 m. Humedad absoluta del aire

Figura 5. Humedad absoluta del aire en función de las lecturas de los termómetros seco y húmedo; véase 11.5. También se dan las curvas de humedad relativa.

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NTC 4591

Figura 6. Impulso pleno tipo rayo

Figura 7. Impulso tipo rayo recortado en el frente.

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NTC 4591

Figura 8. Impulso tipo rayo recortado en la cola.

Figura 9. Impulso recortado con frente escarpado en forma lineal.

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NTC 4591

Figura 10. Ejemplos de impulsos tipo rayo con oscilaciones o sobretensión. a,b El valor de la tensión de ensayo se determina mediante una curva promedio (línea discontinua). c,d El valor de la tensión de ensayo se determina mediante el valor de cresta. e,f,g,h No se puede dar una directriz general para la determinación del valor de la tensión de ensayo.

56


NTC 4591

Figura 11. Curva tensión/tiempo para tensiones de impulso que tienen una forma prevista constante.

Figura 12. “Amplitud máxima admisible de las oscilaciones en el frente de la onda”.

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NTC 4591

Figura 13. Impulso tipo maniobra pleno.

Figura 14 a) Impulso de corriente - Exponencial.

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NTC 4591

Figura 14 b) Impulso de corriente. Rectangular.

Figura 15 a) Ejemplo de circuito de ensayo para ensayos bajo tensiones combinadas.

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NTC 4591

Figura 15 b) Ejemplo de formas de tensión durante ensayos bajo tensiones combinadas que dan el valor U de la tensión de ensayo.

Figura 16. Resistividad de la solución acuosa de cloruro de sodio (NaCl), en función de la salinidad a la temperatura t de la solución de 10 °C, 20 oC y 30 oC. Nota. La salinidad se expresa en gramos por litro según se determina a una temperatura de 20 °C.

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NTC 4591

Figura 17. Densidad de la solución acuosa de cloruro de sodio (NaCl), en función de la salinidad a la temperatura t de la solución de 10 °C, 20 °C y 30 °C. Nota. La salinidad se expresa en gramos por litro según se determina a una temperatura de 20 °C.

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NTC 4591


=

cuerpo en plexiglas

B

=

acoplamiento normalizado para un tubo de diámetro interior nominal de 8 mm (acero inoxidable)

C

=

acero inoxidable (tornillo de fijación con rosca nominal SI de 6 mm con un tubo de 1,6 mm de diámetro interior)

D

=

nylon (rosca nominal SI de 6 mm, tornillo de 16 mm de longitud con un tubo concéntrico en acero inoxidable)

E

=

clavija en plexiglas Figura 18 Pulverizador de niebla salina; véase el Anexo A.

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NTC 4591

Figura 19 a) Disposición vertical de la separación varilla/varilla.

Figura 19 b) Disposición horizontal de la separación varilla/varilla.

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NTC 4591 Técnicas de Ensayo a Alta Tensión. Definiciones Generales y Requisitos de Ensayo

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