“Técnicas de las Altas Tensiones" Practica 1 Introducción al laboratorio de Alta Tensión Cervantes Ochoa Nelly Cristina, , . Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería Ingeniería Mecánica y Eléctrica unidad Zacatenco, Departamento de Ingeniería Eléctrica, Academia de Potencia, Potencia, Grupo: 8E4M, México D.F.
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RESUMEN- En el contenido de esta práctica, se muestran diversos aspectos que se tomarán en cuenta para el desarrollo de las siguientes pruebas dentro del Laboratorio de Técnica de las Altas Tensiones, así como las diferentes medidas de seguridad que se deben acatar y respetar dentro del mismo para la realización de las prácticas, ya que los accidentes no suceden si no que son causados y provocan pérdida de tiempo, dinero y en ocasiones lesiones y hasta pérdida de vidas, también se muestra la importancia de los equipos y su distribución dentro del laboratorio para la buena utilización de los mismos, ya que es importante pues, generalmente, los equipos de prueba de los laboratorios de Alta Tensión son usados en laboratorios de investigación, aunque para el caso del laboratorio de ESIME no solo cumple con la función de investigación si no que además es utilizado para la enseñanza y junto con el laboratorio de piso de pruebas a transformadores, apoyan al desarrollo de la industria que no cuente con laboratorio propio. El equipo que se utiliza en el laboratorio se requiere para estudiar el comportamiento de los aislamientos, las pruebas son realizadas con tensiones elevadas para determinar el factor de seguridad.
que es LAPEM (laboratorio de pruebas de equipos y materiales) de la CFE.
LAPEM cuenta con equipo que permite realizar pruebas tanto en condiciones controladas en sus laboratorios en las condiciones de operación prevalecientes en los centros de generación, transmisión y transformación de la energía eléctrica. Con estas acciones, en particular la oficina de sistemas de transmisión de LAPEM es proactiva en la búsqueda y aplicación de nuevas tecnologías y conocimientos, que hacen posible proporcionar un mejor servicio a sus clientes. [1] Debido a su importancia existen laboratorios dedicados a realizar este tipo de pruebas en todo el mundo de los más destacados se tiene los siguientes [2]: * Laboratorio de Alta Tensión de la Universidad Nacional de Tucumán (LAT-UNT) (LAT-UNT) en Argentina * En el laboratorio en Ratingen en Alemania Alemania * El laboratorio en Ludvika en Suecia * La Escuela de Ingeniería Eléctrica de Universidad Central de Venezuela en Venezuela
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Objetivo - Conocer la utilidad del laboratorio de Alta Tensión para la prueba de aislamientos de los equipos. - Conocer los equipos que componen el laboratorio de Alta Tensión así como su distribución. - Comprender las medidas de seguridad que se deben respetar para la integridad del personal y los equipos .
I. Introducción A. Laboratorios En los laboratorios que cuentan con equipo necesario para realizar este tipo de pruebas tienen la finalidad de cumplir con las exigencias técnicas técnicas y tecnológicas que el diagnostico de equipo primario utilizado en el sistema eléctrico nacional requiere. En Latinoamérica uno de los más grandes que se tiene está en México
B. Equipo En los laboratorios que se realizan este tipo de pruebas tienen que tener ciertos aparatos los cuales son de ciertas características y de los cuales algunos de ellos podemos encontrarlos en el laboratorio de ESIME.
1) Vóltmetro de Esferas: La norma ANSI/IEEE Standard 4-1995 define al espinterómetro como "un dispositivo constituido por dos electrodos metálicos, esféricos y de igual diámetro, donde la distancia que los separa es regulada a voluntad".
Al aplicar entre dichas esferas un potencial, la descarga a cierta distancia de ruptura ocurre a un valor de tensión predeterminado. En la prueba de impulso, este valor es el voltaje pico de la onda o
nivel básico de aislamiento (BIL) del equipo a ensayar.
Las dimensiones exigidas a los soportes y bases de las esferas, para espacios interelectródicos pequeños esta dada por la ubicación de cualquier objeto a tierra en la vecindad del espinterómetro no afecta considerablemente la medición, pero a espacios entre esferas más grandes la presencia de superficies tales como paredes tiene un importante efecto. [4]
2) Generador de Impulso con Capacitores: El generador de impulsos es un equipo que genera intencionalmente transitorios de alto nivel de tensión para simular sobretensiones tipo atmosférico y de maniobra, con la finalidad de verificar la capacidad que posee un determinado dispositivo o máquina de soportar dicho impulso sin que ocurra ruptura dieléctrica en su aislamiento.
Su aplicación principal es la realización de pruebas de aislamiento (prueba de impulso) en equipos y maquinaria eléctrica en general. [3]
Para poder tener un control en un generador de impulsos se requiere de un sistema de control y adquisición de datos, el cual permite y tener una mayor precisión y control de las tensiones que se aplican a los equipos prototipo logrando así un mayor grado de confianza en los resultados de las pruebas. La tensión de diseño es de 4.8 MV con lo cual permite cubrir las necesidades de este tipo de pruebas para equipos utilizados en sistemas de tensión de hasta 700 kV. [1]
En la prueba de impulso es necesario efectuar la medición de la tensión que se aplica al objeto de prueba, la cual se puede hacer utilizando algunos de los siguientes métodos: a través de un espinterómetro de esferas, por medio del divisor de tensión conectado a un osciloscopio y por medio del divisor de tensión conectado aun voltímetro pico.[3]
3) Equipo de Medición de Descargas Parciales: Este tipo de equipo es aplicado a subestaciones encapsuladas en gas exafloruro de azufre (SF6) es posible llevar a cabo pruebas de diagnostico en sitio a subestaciones hasta de 400 kV como tensión nominal, discriminando las fuentes de interferencia propias de estas instalaciones logrando además, una medición mas precisa con lo que se satisfacen ampliamente los requerimientos actuales en esta área. [1]
4) Equipo Resonante: Este equipo es utilizado para pruebas dieléctricas con tensión alterna y frecuencia variable ofrece una gran versatilidad para realizar
este tipo de pruebas en sitio a equipos de 115, 230 y 400 kV, tales como transformadores de potencia capacitivos e inductivos, boquillas de transformadores de potencia, subestaciones encapsuladas, cables de potencia, apartarrayos, entre otros, lo que resulta de gran importancia para determinar el estado y la vida residual de los equipos eléctricos. [1]
C. Seguridad
La Jaula de Faraday consiste en un dispositivo que consta de un conductor hueco (en el caso de la figura, cilíndrico) que se carga electrostáticamente. El mismo contiene dos pares de esferitas recubiertas de un metal, uno de los pares está dentro del cilindro y el otro, afuera, suspendidos a modo de electroscopios.
Una vez que las cargas en el conductor están en equilibrio, se puede observar que las esferitas del exterior notan la presencia del campo eléctrico. Por el contrario, en el hueco del conductor, no se observa ninguna perturbación.
Al cargar un conductor, los portadores de carga se repelen entre sí de forma tal que todos se distribuyen sobre la superficie del conductor, y no en el interior hueco del mismo.
Se verifica que las cargas se distribuyen de tal forma que el campo eléctrico en el hueco es nulo. Análogamente si el conductor fuese cerrado y se lo sometiera a un campo eléctrico externo, las cargas en el conductor se distribuirían de forma tal que el campo eléctrico en el interior del conductor seguiría siendo nulo. De esta forma, el conductor cerrado funciona como un método para anular el campo eléctrico en el interior hueco. [5]
1) Usos: Como su nombre lo dice, el primero en emplear este dispositivo para verificar que el campo eléctrico en el interior de un conductor hueco es nulo, fue Faraday en 1936.
Para ver qué sucedía con los conductores huecos y los campos electrostáticos, construyó una habitación cubierta con papel de aluminio y aplicó descargas de alto voltaje con un generador electrostático sobre el exterior de la sala. Dentro de la habitación colocó un electroscopio, de manera tal que quedaba demostrado que no existía un campo eléctrico en el interior de la misma. [5]
II. Desarrollo
Al ingresar al Laboratorio de Altas Tensiones, se nos informó las medidas de seguridad que debemos de cumplir al ingresar a este, las cuales son:
Al ingresar al laboratorio, verificar que todos los equipos estén descargados, esto se realizara empleando la pértiga conectada a tierra.
Fig.2. Divisor de generador de impulso.
Siempre considerar que los equipos se encuentran energizados. Nunca energizar si alguien está dentro del laboratorio, aunque esto está protegido por el aditamento de la puerta.
Una vez conocidas las medidas precautorias, se nos dio el ingreso al área donde se encuentran los instrumentos, la cual está protegida por una jaula de Faraday. Una vez dentro se nos explicó el funcionamiento de la mayoría de los equipos con que se cuenta.
Fig.3. Unidad rectificadora.
Una vez hecho esto se prosiguió a tomar las medidas correspondientes a las áreas de trabajo dentro del laboratorio y se tomaron datos de los instrumentos que se encuentran ahí.
III. Figuras y tablas
Fig.4. Transformador de C. A.
Fig.5. Transformador de C.D.
Fig. 1. Plano de distribución de áreas de trabajo dentro del laboratorio de alta tensión.
Fig.6. Voltmetro Patron Tipo Esfera.
a) Accidente de trabajo; Un accidente de trabajo es el que sucede al trabajador durante su jornada laboral o bien en el trayecto al trabajo o desde el trabajo a su casa. b) Lesión; es un cambio anormal en la morfología o estructura de una parte del cuerpo producida por un daño externo o interno. Las heridas en la piel pueden considerarse lesiones producidas por un daño externo como los traumatismos
Fig. 7. Divisor de tensión. Electrodos (arillos equipotencial) para reducir el efecto corona.
IV. Análisis de Resultados A) Referencia Fig. 2
c) Condición insegura: Son las instalaciones, equipos de trabajo, maquinaria y herramientas que NO están en condiciones de ser usados y de realizar el trabajo para el cual fueron diseñadas o creadas y que ponen en riesgo de sufrir un accidente a la o las personas que las ocupan”. d) Riesgo de trabajo; corresponde a un concepto que se relaciona con la salud laboral. e) Acto inseguro; Son las fallas, olvidos, errores u omisiones que hacen las personas al realizar un trabajo, tarea o actividad y que pudieran ponerlas en riesgo de sufrir un accidente. [6]
CAPACITOR DE ALTA TENSION. FERRANTI. CAPACITOR DIVIDER. 400pF.
550kV.
2) Explique los efectos que produce la corriente eléctrica en los seres humanos así como los valores de corrientes tolerables que puede soportar.
W. O. 11651/82530 HOLLINWOOD, ENGLAND.
En nuestro cuerpo se cumplen las mismas leyes físicas de los circuitos eléctricos, éstas son: Ley de Ohm Ley de Watt Ley de Joule
B) Referencia Fig. 3 FERRANTI RECTIFIER UNIT RECTIFIER INVERSE PEAK 226 K. V. P. A.C. INPUT KV. D.C. OUTPUT RATING 30 mA CONT. 50 mA 1 Hour. TOP-VE BOTTOM + VE
0.5 a 10 mili amperes: se percibe sin reacción, sin efecto peligroso, puede desprenderse la persona al contacto. 10 a 20 o hasta 50 mili amperes: contracción de los músculos y no se puede desprender del contacto, produce asfixia con tiempos menores a un segundo.
W.O. NO. 11651/2258
70 a 140 probabilidades de fibrilación en un 5% con un segundo.
C) Referencia Fig.4
140 a 300 Probabilidad de fibrilación en un 50% y un 25% en un segundo además de muerte instantánea.
TRANFORMER ELEVATEUR. TYPE TE 120. 220/100 000 V. P=25KVA PERMANENT.
3) Explique que es la jaula de Faraday, la función que cumple en el laboratorio de AT y qué criterios se cumplen para su diseño. Una jaula de Faraday es una caja metálica que protege de los campos eléctricos estáticos. El funcionamiento de la jaula de Faraday se basa en las propiedades de un conductor en equilibrio electrostático.
30KVA 1 HEVRE. VESS=150KV. F=50 a 69 Hz.
D) Referencia Fig. 7 HIPOTRONICS. 400 KV. HV DIVIDIR SECTION. C (Nom) =200 pF R (Nom) =1200 M Ω
V. Cuestionario
1) Defina los siguientes conceptos
Cuando la caja metálica se coloca en presencia de un campo eléctrico externo, las cargas positivas se quedan en las posiciones de la red; los electrones, sin embargo, que en un metal son libres, empiezan a moverse puesto que sobre ellos actúa una fuerza. En este caso en el Laboratorio se emplea para proteger de descargas eléctricas, ya que en su interior el campo eléctrico es nulo. De esta manera se tiene protegido al laboratorio y a las personas que se encuentren dentro y fuera del laboratorio
4) Qué factores depende el dimensionamiento eléctrico del Laboratorio de Alta Tensión, así como la disposición de los equipos y las zonas de seguridad y trabajo. Los factores de los que depende el dimensionamiento eléctrico, ubicación de las zonas de seguridad y trabajo dentro del Laboratorio va relacionado en gran medida con las características de los equipos, las tensiones que se pueden aplicar, los campos eléctricos que se puedan producir, así como también de los arcos eléctricos producidos al momento de realizar alguna prueba, factores que también repercuten en la ubicación de los equipos dentro de la Jaula de Faraday que es la principal protección con que cuenta el Laboratorio.
VI. Conclusiones A) Cervantes Ochoa Nelly C. Como se ha venido haciendo a lo largo de los diferentes laboratorios de la carrera, está primera práctica, sirve en gran medida, para observar el equipo con el que se cuenta en el laboratorio de Técnicas de las Altas Tensiones, además, cabe señalar, que por parte de los profesores se mencionaron varios puntos de seguridad que tendremos que tener los alumnos durante el desarrollo de las prácticas durante todo el semestre, ya que, si bien es cierto que el equipo es muy interesante en cuanto a funcionamiento, también la manipulación del mismo se debe hacer con todas las precauciones necesarias y así no sufrir algún accidente durante la realización de las diversas prácticas que comprende el curso.
VII. R eferencias [1] Folleto, Laboratorio de alta tensión LAPEM, 2011 [2] 2010, página de ensayos, disponible: http://www.buenastareas.com/ensayos/LaboratoriosDe-Alta-Tension-En-El/629224.html [3] 2012, PDF articulo técnico, disponible: http://www.inducor.com.ar/articulostecnicos/marcoreferencial-generadores-de-impulsos.pdf [4] 2011, página de ensayos, disponible: http://www.buenastareas.com/ensayos/Voltmetro-DeEsferas/1685620.html [5] A. Serwey Raymond y J. Beichner Robert, FISICA para ciencias e ingeniería II, ed. Mc Graw Hill, México 2000. [6] Consulta de Ley Federal del Trabajo, artículos 476 y 473.
