Universidad Politécnica Salesiana, Alta Tensión I, Pruebas de Aislamientos Sólidos – Líquidos – Líquidos – Gaseosos Gaseosos
Pruebas de Aislamientos Sólidos – Líquidos – Gaseosos
Electrical Engineering Student Universidad Politécnica Salesiana
Quito-Ecuador
Pablo Achig – Achig – Santamaria Santamaria
Christian Gutierrez – Gutierrez – Pino Pino
Electrical Engineering Student Universidad Politécnica Salesiana Quito-Ecuador
Electrical Engineering Student Universidad Politécnica Salesiana Quito-Ecuador
[email protected] pachig@ est.ups.edu.ec .ec
[email protected]
Luis Vega – Vega – Naranjo Naranjo Electrical Engineering Student Universidad Politécnica Salesiana Quito-Ecuador
[email protected]
Abstract — Comprobar y determinar por medio de un modelam mo delam i ento mat emáti co l as car acterí act erísticas sti cas té té cni cn i cas y el compor tami ento de los elementos elem entos dielé di elé ctr i cos sean sean estos: estos: sóli sóli dos, l íqui dos o gaseosos gaseosos,, fr ente a todo tipo ti po de sobretensiones.
I.
E
INTRODUCCION
N SISTEMAS DE ALTA TENSION, TODOS LOS EQUIPOS E INSTALACIONES
ELECTRICAS
SON
SOMETIDOS
A
Además se se podrá podr átener un a selección adecuada adecua da de l os disti nt os medios medio s de protección. pr otección.
SOBRETENSIONES, QUE AFECTAN SU AISLAMIENTO Y PROVOCAN
Un a disrupci disr upci ón el el é ctr ica es la tr t r ansfor ansf or maci ón bru sca de un a par te o de l a total idad de un medi o aislant aisl ante e sea sea este: este: sóli sóli do, líqui do o gase gaseoso, oso, en un medio con ductor duct or..
SOLICITACION VARIABLE EN EL TIEMPO, CUYO VALOR MAXIMO ES
El estudi estudi o de aislami entos es es f undamental par a determi determi nar el ni vel de aislami aisl ami ento que se se debe sel sel eccionar , para par a los equipos de alta tensión de un sistema. sistema.
UN
FALLO
O
DAÑO.
SIENDO
LA
SOBRETENSION
UNA
MUY SUPERIOR AL VALOR PICO DE LA TENSION NOMINAL DEL SISTEMA EN EL QUE SE ORIGINA, ESTA SOBRETENSION PUEDE SER ORIGINADA POR FALLA, POR UNA MANIOBRA O UNA DESCARGA ATMOSFERICA.
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II.
PROCEDIMIENTO
-PRUEBA DE AISLAMIETOS LIQUIDOS (ACEITE)
A. DIAGRAMAR LOS SISTEMAS USADOS EN LA EXPERIEMENTACION.
-PRUEBA DE AISLAMIETOS SOLIDOS (AISLADORES)
FIGURA 3: CIRCUITO PARA LA MEDICION DE LA DISRUPCION DIELECTRICA DEL ACEITE
FIGURA 1: CIRCUITO PARA LA MEDICION DE LA DISRUPCION DIELECTRICA DE AISLADORES
FIGURA 4: EQUIPO DKU PARA LA PRUEBA DE RIGIDEZ DIELECTRICA DEL ACEITE
FIGURA 2: AISLADOR ESPINGA (PIN) DE PORCELANA
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-PRUEBA DE AISLAMIETOS GASEOSOS (AIRE)
B. DATOS TABULADOS EXPERIM ENTOS REALI ZADOS.
DE
LOS
TRES
-PRUEBA DE AISLAMIETOS SOLIDOS (AISLADORES) 1.
DI SRUPCI ON DIEL ECTRICA DE LOS AISLADORES
Distancia Constante AC RMS [cm] [kV] 2,83 FIGURA 5: CIRCUITO PARA LA MEDICION DE LA DISRUPCION DIELECTRICA DEL AIRE
69,20
DC [kV] 87,98
TABLA 1: MEDICIÓN DE LA DISRUPCIÓN DIELÉCTRICA DE LOS AISLADORES.
-PRUEBA DE AISLAMIETOS LIQUIDOS (ACEITE) 2.
DI SRUPCION DI ELECTRICA DEL ACEI TE Temperatura: 19 [°C] Presión: 1,003 853 [atm]
FIGURA 6: EQUIPO DKU ESFERAS PARA LA PRUEBA DE RIGIDEZ DIELECTRICA DEL AIRE
Distancia Constante [cm]
AC RMS [kV]
DC [kV]
0,5
41,68
59,05
0,5
42,37
61,48
0,5
43,71
62,69
0,5
44,41
63,03
0,5
45,39
64,17
TABLA 2: MEDICIÓN DE LA DISRUPCIÓN DIELÉCTRICA DEL ACEITE.
-PRUEBA DE AISLAMIETOS GASEOSOS (AIRE) 3.
DI SRUPCION DIEL ECTRI CA DEL AI RE Temperatura: 18 [°C] Presión: 1,001 727 [atm]
FIGURA 7: CIRCUITO PARA LA MEDICION DE LA DISRUPCION DIELECTRICA DEL AIRE
Distancia Constante [cm]
AC RMS [kV]
DC [kV]
3
41,32
55,34
2,8
40,57
56,20
2,9
40,09
55,56
2,8
40,32
55,52
2,9
40,40
55,97
TABLA 3: MEDICIÓN DE LA DISRUPCIÓN DIELÉCTRICA DEL AIRE.
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C. DISEÑAR LOS SISTEMAS PARA QUE LAS EXPERIM ENTA CIONES REALI ZADAS SE LAS PUEDA REALIZAR EN DOS ETAPAS, DEBE INCLUIR EL FA CTOR DE CORRECCI ON DE L A SEGUNDA ETAPA.
-PRUEBA DE AISLAMIETOS SOLIDOS (AISLADORES) 2 ETAPAS
FIGURA 11: CIRCUITO PARA LA MEDICION DE LA DISRUPCION DIELECTRICA DEL AIRE – 2 ETAPAS
FIGURA 8: CIRCUITO PARA LA MEDICION DE LA DISRUPCION DIELECTRICA DEL AISLADOR – 2 ETAPAS
DISEÑAR EL SISTEMA QUE PERMITE REALIZAR LAS PRUEBAS DE MEDICION DE AC Y DC EN ALTO VOLTAJE UNA ETAPA.
-PRUEBA DE AISLAMIETOS LIQUIDOS (ACEITE) 2 ETAPAS
FIGURA 12: SISTEMA PARA MEDICION AC Y DC HV 2 ETAPAS FIGURA 9: CIRCUITO PARA LA MEDICION DE LA DISRUPCION DIELECTRICA DEL ACEITE – 2 ETAPAS
-PRUEBA DE AISLAMIETOS GASEOSOS (AIRE) 2 ETAPAS
FIGURA 10: CIRCUITO PARA LA MEDICION DE LA DISRUPCION DIELECTRICA DEL AIRE – 2 ETAPAS
FIGURA 13: SISTEMA PARA MEDICION AC Y DC HV 2 ETAPAS
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- MODELO MATEMATICO AC
ECUACION 2: MODELO MATEMATICO MEDICION AC
ECUACION 2: REMPLAZO DE VALORES - MODELO MATEMATICO MEDICION AC
FIGURA 14: CIRCUITO - MEDICION AC ALTO VOLTAJE EN 2 ETAPAS
- MODELO MATEMATICO DC
ECUACION 3: MODELO MATEMATICO MEDICION DC
ECUACION 2: MODELO MATEMATICO MEDICION AC - CONSTANTE DE CALIBRACION DEL EQUIPO EN AC ECUACION 3: REMPLAZO DE VALORES - MODELO MATEMATICO MEDICION DC
=.
DATOS CALCULADOS DE LOS EXPERIMENTOS REALIZADOS. - CORRECCION DE LOS VALORES - PRUEBA A 2 ETAPAS EN AC
- PRUEBA A 2 ET APAS - AC
AC RMS [kV]
AC Peak/√ [kV]
AC Peak [kV]
36,26 36,86 38 38,63 39,48
25,63 26,06 26,87 27,31 27,91
51,27 52,12 53,74 54,63 55,83
TABLA 4: DATOS PRUEBA A 2 ETAPAS - AC
AC RMS [kV] 39,26 39,86 41 41,63 42,48
AC Peak/ [kV] 28,63 29,06 29,87 30,31 30,91
AC Peak [kV] 54,27 55,12 56,74 57,63 58,83
TABLA 5: CORRECION - DATOS PRUEBA A 2 ETAPAS - AC
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- PRUEBA A 2 ET APAS - DC
- CORRECCION DE LOS VALORES PRUEBA A 2 ETAPAS EN DC
DC [kV]
DC [Riple]
59,05 61,48 62,69 63,03 64,17
10,42 13,46 13,50 13,88 13,89
DC [kV]
DC [Riple]
60,82 63,32 64,57 64,92 66,09
71,83 82,76 97,47 108,39 120,45
TABLA 6: DATOS PRUEBA A 2 ETAPAS - DC TABLA 7: CORRECCION - DATOS PRUEBA A 2 ETAPAS - DC
III.
DESARROLLO
A. ENCONTRAR LA RELACI ON DE DI STANCI A ENTRE LA PRIM ERA ETAPA Y LA SEGUNDA ETAPA EN LA EXPERI ME NTACION DE DI SRUPCION DEL AIRE.
-PRUEBA DE AISLAMIETOS GASEOSOS (AIRE) 1
ETAPA
1.
DI SRUPCION DI ELECTRICA DEL AI RE
√ ECUACION 1: MODELO MATEMATICO DE LA DISRUPCION DEL AIRE
Temperatura: 18 [°C] Presión: 1,001 727 [atm] FIGURA 15: CIRCUITO - MEDICION DC ALTO VOLTAJE EN 2 ETAPAS
ECUACION 3: MODELO MATEMATICO MEDICION DC
- CONSTANTE DE CALIBRACION DEL EQUIPO EN DC
AC RMS [kV]
Ley de Paschen [cm]
41,32
2,09
40,57
2,06
40,09
2,03
40,32
2,05
40,40
2,05
TABLA 8: MEDICIÓN DE LA DISRUPCIÓN DIELÉCTRICA DEL AIRE.
= Facultad de Ingeniería Eléctrica, Campus Kennedy, Quito - Ecuador
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-PRUEBA DE AISLAMIETOS GASEOSOS (AIRE) 2
ETAPAS
2.
DISRUPCION DI ELECTRICA DEL AI RE
B. ENCONTRAR EL ERROR DE LOS VALORES OBTENIDOS EN LA PRÁCTICA DE LABORATORIO CON LOS ESPERADOS DE M ANE RA TEÓRI CA.
-PRUEBA DE AISLAMIETOS SOLIDOS (AISLADORES)
√ 1.
ECUACION 1: MODELO MATEMATICO DE LA DISRUPCION DEL AIRE
Temperatura: 18 [°C] Presión: 1,001 727 [atm]
DI SRUPCI ON DIEL ECTRICA DE LOS AI SLA DORES VALORES REAL ES
√
AC RMS [kV]
Ley de Paschen [cm]
36,26
1,18
36,86
1,2
38
1,25
38,63
1,27
39,48
1,3
ECUACION 1: MODELO MATEMATICO DE LA DISRUPCION DIELECTRICA - AISLADOR
Temperatura: 20 [°C] Presión: 1,173 582 [atm]
TABLA 9: MEDICIÓN DE LA DISRUPCIÓN DIELÉCTRICA DEL AIRE.
-RELACION DE LA DISTANCIA DISRUPTIVA A 1 Y 2 ESTAPAS DE LA PRUEBA DE AISLAMIETOS GASEOSOS (AIRE) Temperatura: 18 [°C] Presión: 1,001 727 [atm]
Ley de Paschen [cm]
1-ETAPA
2-ETAPAS
Relación Distancia Disruptiva [cm]
2,09
1,18
0,79
2,06
1,2
0,78
2,03
1,25
0,78
2,05
1,27
0.78
2,05
1,3
0,79
TABLA 10: MEDICIÓN DE LA DISRUPCIÓN DIELÉCTRICA DEL AIRE 1 Y 2 ETAPAS
69,20
93,18
TABLA 11: MEDICIÓN DE LA DISRUPCIÓN DIELÉCTRICA DEL AISLADOR.
Ley de Paschen [cm]
AC RMS [kV]
Ley de Paschen [kV]
CALCULO DEL ERROR
Temperatura: 20 [°C] Presión: 1,1473 582 [atm]
AC RMS [kV]
Ley de Paschen [kV]
Calculo del Error
69,20
93,18
0.25%
TABLA 12: MEDICIÓN DE LA DISRUPCIÓN DIELÉCTRICA DEL AISLADOR.
- CONSTANTE DE LA RELACION DE LA DISTANCIA A 1 Y 2 ETAPAS
=0.79 Facultad de Ingeniería Eléctrica, Campus Kennedy, Quito - Ecuador
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-PRUEBA DE AISLAMIETOS LIQUIDOS (ACEITE)
-PRUEBA DE AISLAMIETOS GASEOSOS (AIRE)
2. DI SRUPCION DI ELECTRICA DEL ACEI TE VAL ORES REALES
.
3.
DI SRUPCION DI ELECTRICA DEL AI RE VAL ORES REAL ES
√
√
ECUACION 1: MODELO MATEMATICO DE LA DISRUPCION DIELECTRICA - ACEITE
ECUACION 1: MODELO MATEMATICO DE LA DISRUPCION DIELECTRICA - AIRE
Temperatura: 19 [°C] Presión: 0,73684 [atm]
Temperatura: 18 [°C] Presión: 1,001 727 [atm]
Distancia Constante [cm]
Ley de Paschen [cm]
Distancia Constante [cm]
Ley de Paschen [cm]
0,5
1,01
3
2,09
0,5
1,03
2,8
2,06
0,5
1,07
2,9
2,03
0,5
1,09
2,8
2,05
0,5
1,12
2,9
2,05
TABLA 13: MEDICIÓN DE LA DISRUPCIÓN DIELÉCTRICA DEL ACEITE.
CALCULO DEL ERROR
Temperatura: 19 [°C] Presión: 1,003 853 [atm]
Distancia AC RMS Constante [kV] [cm]
TABLA 15: MEDICIÓN DE LA DISRUPCIÓN DIELÉCTRICA DEL AIRE.
CALCULO DEL ERROR
Temperatura: 18 [°C] Presión: 1,001 727 [atm]
Ley de Paschen [cm]
Calculo del Error
Distancia AC RMS Constante [kV] [cm]
Ley de Paschen [cm]
Calculo del Error
41,68
0,5
1,01
0.5%
41,32
3
2,09
0.43%
42,37
0,5
1,03
0.51%
40,57
2,8
2,06
0.35%
43,71
0,5
1,07
0.53%
40,09
2,9
2,03
0.42%
44,41
0,5
1,09
0.54%
40,32
2,8
2,05
0.36%
45,39
0,5
1,12
0.55%
40,40
2,9
2,05
0.41%
TABLA 14: MEDICIÓN DE LA DISRUPCIÓN DIELÉCTRICA DEL ACEITE.
TABLA 16: MEDICIÓN DE LA DISRUPCIÓN DIELÉCTRICA DEL AIRE.
Facultad de Ingeniería Eléctrica, Campus Kennedy, Quito - Ecuador
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IV.
CONCLUSIONES
Los niveles de tensión de flameo y de impulso obtenido en los ensayos practicados a los aisladores de porcelana, son inferiores a los establecidos por el fabricante, ya que después de hacer la prueba visual a cada elemento, estos tienen defectos estructurales visibles, debido al mal mantenimiento dado en laboratorio, previo a las pruebas, pero esto no descarta que pueden ser usados para el propósito prescrito. Los aisladores de porcelana y vidrio que han sufrido daños en su superficie, no alcanzan el nivel de tensión de flameo en AC o al impulso, ya que de cierta forma han perdido parte de sus características eléctricas, mecánicas, las mismas que afectan considerablemente en los resultados esperados. Las impurezas contenidas en el aceite disminuyen considerablemente su rigidez dieléctrica, cada tipo de aceite tiene su determinada cantidad de impureza por lo tanto su rigidez dieléctrica cambia, pero también el agua es la que más influye en esta variación de rigidez dieléctrica, pues los aceites muy secos tienen elevada rigidez dieléctrica, aunque contengan sustancias fibrosas o impurezas. Le medida del voltaje disruptivo del aceite es muy susceptible a diferentes factores que pueden afectar la medida y se puede tener muestras con valores muy dispersos como se tuvieron durante el desarrollo del laboratorio esto se debe principalmente acondiciones ambientales, un no esparcimiento total y uniforme del aceite en el recipiente, la calibración de los sistemas de medida y pureza del aceite, entre otros factores que afectaron de alguna forma la desviación y la dispersión de los voltajes de disrupción tanto para un mismo aceite como para una misma muestra.
Podemos apreciar que al realizar los cálculos disruptivos por la ley de Paschen los datos obtenidos no serán exactamente los mismos que al realizar experimentalmente.
Al realizar experimentaciones dentro del laboratorio debemos tener en cuenta que las condiciones pueden variar dependiendo del clima, temperatura, presión y las instalaciones realizadas.
V.
REFERENCIAS
[1] TERCO, “High Voltage”, HV 9000, Modeling Training Set, pagina 8 17. [2] Determinación de Protocolos de Prueba en Alta Tensión a ser aplicados en Equipos y Materiales utilizados en Nivel de Hasta 22kV, Olmedo Portocarrero de la Torre, Universidad Politécnica Salesiana, Cuenca – Ecuador.
VI.
BIOGRAFIAS
Pablo Achig, nació en Quito-Ecuador el 14 de Noviembre de 1993. Realizó sus estudios secundarios en el Colegio Técnico “Don Bosco”. Estudia en la Universidad Politécnica Salesiana en la Facultad de Ingeniería Eléctrica en la misma que está cursando el 7mo nivel de ingeniería. (
[email protected] )
Christian Gutierrez, nació en Quito-Ecuador el 20 de Mayo de 1992. Realizó sus estudios secundarios en el Colegio Técnico “Don Bosco”. Estudia en la Universidad Po litécnica Salesiana en la Facultad de Ingeniería Eléctrica en la misma que está cursando el 7mo nivel de ingeniería.
(
[email protected] )
Luis Vega, nació en Quito-Ecuador el 12 de Diciembre de 1990. Realizó sus estudios secundarios en el Colegio Técnico “Don Bosco”. Estudia en la Universidad Po litécnica Salesiana en la Facultad de Ingeniería Eléctrica en la misma que está cursando el 7mo nivel de ingeniería.
(
[email protected] )
Facultad de Ingeniería Eléctrica, Campus Kennedy, Quito - Ecuador
