alta tension 2012

7/28/2019 Alta Tension 2012

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FACULTAD DE INGENIERIAUNIVERSIDAD DE CUENCAESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA

PROGRAMA DE LA MATERIA ALTA TENSINCUARTO AO

PROFESOR: Ing. Hernando Merchn Manzano

INDICE1.- INTRODUCCIN......................................................................................3

2.- MECANISMO DE DESCARGA EN LOS GASES AISLANTES.............................42.1.- P ROCESOS BSICOS DE LA DISRUPCIN.........................................................................5

2.1.1 Generacin de avalancha de electrones (procesos primarios).........................52.1.2.- Desarrollo de la descarga..............................................................................92.1.3.- Proceso secundarios: Avalancha con sucesores..................................... .....10

2.2 MECANISMO DE DISRUPCIN DE TOWNSEND...................................................................112.3 MECANISMO DE DISRUPCIN POR CANAL........................................................................142.4 C ARACTERSTICA DE DISRUPCIN EN LOS GASES..............................................................15

2.4.1 Fenmenos en campos uniformes (LEY DE PASHEN).....................................152.5 P ROPIEDADES ELCTRICAS DEL ALTO VACO....................................................................17

2.5.1 Preconduccin y microdescargas...................................................................172.5.2.4 Contaminacin superficial.....................................................................................192.5.2.5 rea y configuracin..............................................................................................192.5.2.6 Influjo de la temperatura.......................................................................................202.5.2.7 Influjo de la frecuencia del voltaje aplicado...........................................................21

2.5.3 Hiptesis de la disrupcin en vaco................................................................21a)INTERCAMBIO DE PARTCULAS.......................................................................................21b)HIPTESIS DE PAQUETE O RAYO DE ELECTRONES.........................................................22c)HIPTESIS DE LAS MICROPARTCULAS DEL MATERIAL DE LOS ELECTRODOS.................23

2.6.1 CONDUCCIN NATURAL.................................................................................242.6.1.1 DISRUPCIN EN LQUIDOS PUROS.................... ..................... ........... ..... ...... ...... ...252.6.1.2 DISRUPCIN EN LQUIDOS COMERCIALES..............................................................272.6.1.3 Disrupcin debida a Inclusiones Gaseosas ............................................................272.6.1.4 Disrupcin debida a "Burbujas" lquidas................................................................282.6.1.5 Disrupcin debida a partculas slidas ..................................................................29

2.7 PRUEBAS EN LQUIDOS COMERCIALES.................................................................302.7.1 Introduccin................................................................................................... 302.7.2 Normas Internacionales.................................................................................302.7.3 Muestreo del Aceite.......................................................................................32

2.8 DISRUPCIN EN SLIDOS.....................................................................................332.8.1 DISRUPCIN INTRNSECA...............................................................................342.8.2 DISRUPCIN ELECTROMECNICA...................................................................352.8.3 DISRUPCIN POR CANAL................................................................................362.8.4 DISRUPCIN TRMICA....................................................................................382.8.5 DISRUPCIN POR DESCARGAS INTERNAS......................................................392.8.6 DETERIORO QUMICO.....................................................................................41

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2.8.7 DETERIORO ELECTROQUMICO......................................................................422.8.8 PROCESOS DE SURCO Y EROSIN............................................................... ..43

3.- GENERACIN DE ALTOS VOLTAJES.........................................................473.1 GENERACIN DE ALTOS VOLTAJES ALTERNOS.....................................................473.2 GENERACIN DE ALTOS VOLTAJES CONTINUOS...................................................51

3.2.1.- Bateras....................................................................................................... 513.2.1 Rectificadores y Puentes ...............................................................................513.2.3 Generador de COCKCROFF WALTON..............................................................553.2.4 Generadores Electrostticos..........................................................................56

3.3 GENERACIN DE A.V. DE IMPULSO.......................................................................574.- MEDICIN DE ALTOS VOLTAJES..............................................................63

4.1 EQUIPOS DE MEDIDA............................................................................................634.2 MEDIDA DE A.V. ALTERNOS..................................................................................63

4.2.1 Voltmetros Electrostticos............................................................................ 634.2.2 Divisores de Tensin Capacitivos...................................................................654.2.3 Medicin mediante Esferas Espinteromtricas...............................................664.2.4 Transformadores de Medida.......................................................................... 684.2.5 Mtodo de CHUBB - FORTESCUE....................................................................69

4.3 MEDIDA DE A.V. CONTINUOS................................................................................694.4 MEDIDA DE A.V. DE IMPULSO...............................................................................71

4.4.1 Esferas Espinteromtricas. Tensin del 50%.......................................... .......714.4.2 Utilizacin del voltmetro de CRESTA (Peak value)........................................724.4.3 Utilizacin de un Osciloscopio de Rayos Catdicos (ORC)..............................73

4.5 MEDICIN DEL FACTOR DE PRDIDAS..................................................................734.5.1 Medida de Pw mediante Watmetros.................................................. ...........744.5.2 Determinacin de la tg mediante el puente de alta tensin de SCHERING. 74

5.1.- INTRODUCCIN..................................................................................................776.- SOBREVOLTAJES DE ORIGEN ATMOSFRICO ..........................................86

6.1- LA ATMOSFERA, UN CONDUCTOR ESFERICO.......................................................866.2- LAS NUBES DE TORMENTA ................................................................................88

6.2.1 CAMPO ELECTRICO DEBIDO A LAS CARGAS EN UNA NUBE DE TORMENTA.. .896.3.- EL RAYO............................................................................................................ 90

6.3.1.- Caractersticas elctricas.............................................................................906.3.2.- Clasificacin de los rayos.............................................................................936.3.3. Distribucin de amplitudes.......................................................................... 956.3.4. Parmetros generales de los rayos.............................................................. 976.3.5. El nivel cerunico y la densidad de rayos a tierra ............................. ..........97

6.4. LA ENERGIA DE LOS RAYOS.................................................................................996.5. EFECTOS DE LOS RAYOS................................................................................... 1006.6 CONSECUENCIAS EN LAS REDES ELECTRICAS....................................................102

BIBLIOGRAFIA ........................................................................................103

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ALTA TENSIN1.- INTRODUCCIN.La formacin de nuevos centros de consumo y el crecimiento de los ya existentes, traecomo consecuencia necesaria el aumento de la capacidad de los Sistemas Elctricos dePotencia, lo cual obliga a la generacin de grandes cantidades de energa y su transportea grandes distancias.

Transmisin a

Tensin Elevada

Centros deconsumo

G

El uso de las tensiones elevadas se justifica con un simple anlisis basado en lasprdidas por efecto Joule.

= =

=

= =

=

22

2

2

1

33

33

3

V f P

CosV R

P P

CosV P

R P

CosV P I Cos I V P

RI P

j L

T j

L

T j

L

T f f LT

f j

donde: P j es la prdida de energa por efecto JoulePT es la potencia total que se transmiteVl, If , Cos representan el voltaje de lnea, la corriente de fase y el factor de

potencia del sistema

Se concluye que si aumentamos la tensin de transmisin, limitamos estas prdidas.

200 MW

600MW

KV800MW

Km

Para una misma distancia, podemos aumentar la potencia de transmisin, elevando elnivel de voltaje de la lnea.

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220 KV

138 KV

$

400 KV

69 KV

TRANSMISIONP

MW

Igualmente, el costo por unidad de potencia transmitida, disminuye con la elevacin detensin. En resumen, el empleo de tensiones cada vez ms elevadas, obliga al estudio desus tcnicas de generacin y transmisin y, a alcanzar un conocimiento ms profundo dela tecnologa de los materiales aislantes utilizados en estos sistemas.

Los temas que se tratan en esta materia, se presentan de la siguiente manera:

Estudio de los mecanismos de disrupcin en los aislantes gaseosos, lquidos yslidos

Generacin y medida de Altas Tensiones (Tcnicas de Laboratorio) Estudio del efecto corona Sobrevoltajes de origen externo. Descargas Atmosfricas, mecanismos de impacto

2.- MECANISMO DE DESCARGA EN LOS GASES AISLANTES.Introduccin.- Definiremos lo que es ionizacin y descarga elctrica.

Ionizacin.- Es un desbalanceamiento de cargas, cualquier fenmeno que cause esteproceso se lo llama ionizador y produce un in.

Descarga Elctrica.- Fenmeno que acompaa cualquier ionizacin en un dielctrico yque ocurre como resultado de la aplicacin de un campo elctrico.

Mecanismos de descarga.- Existen dos tipos generales de descarga en los gases:

a) Autosostenidas: Son aquellas que una vez iniciadas no requieren para sumantenimiento una fuente externa de suministro de electrones o iones. Ejemplo: unareaccin nuclear (fisin nuclear), fenmeno de arco elctrico.

b) No autosostenidas o Inducidas: Se los llama tambin predescarga y son aquellasque para su mantenimiento requieren una fuente externa de suministro de electroneso iones. Ejemplo: un aislador que trabaja en una carretera polvorienta, salina y decontinua lluvia.

Normalmente la descarga inducida se da primero y a continuacin la sostenida.

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El mecanismo de disrupcin en un gas, llamado CHISPA DISRUPTIVA o DISRUPCINes una transicin desde una descarga inducida a una autosostenida, ocurriendogeneralmente la chispa en forma sbita.

Es una caracterstica de la chispa disruptiva que el voltaje a travs del GAP (espacio entreelectrodos) descienda, debido a un proceso que produce alta conductividad entre elctodo y el nodo.El posible origen de la alta conductividad se trata de explicar a travs de fenmenosfundamentales como electrnicos, atmicos e ionizacin por impacto.

El paso de un medio aislante a conductor de un gas, se puede explicar en dos formas:

1. Mecanismo de Townsend (o avalancha)2. Mecanismo de canal (plasma)

2.1.- Procesos bsicos de la disrupcin.

Se los puede clasificar en:

a) Procesos de gas: Involucran impacto de electrones, iones y fotones contra molculasde gas.

b) Procesos de electrodos: Son fenmenos que tienen lugar en la superficie de losmismos o en sus cercanas.

2.1.1 Generacin de avalancha de electrones (procesos primarios).

La ionizacin por impacto es el proceso ms importante de la disrupcin, sin que este seasuficiente para producir la disrupcin.

Atmosfera gaseosa

E

xex

e

e

En todo medio gaseoso tenemos electrones fortuitos o vagabundos; son electrones quede una u otra manera salieron del tomo. Hay dos fuentes de generacin de electrones

fortuitos.1. Fotoionizacin.- El medio ambiente se ve afectado por radiacin solar, radioactividad

de la propia tierra y radiacin csmica. Cuando un fotn impacta un tomo o molculade gas este puede ionizar la molcula de acuerdo a la ecuacin:

e- = electrn fortuito A = representa un tomo neutro A+ = in positivo

+ + + e Ah A

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Esto ocurre siempre que exista energa de ionizacin i

Para que la ionizacin ocurra h i

h = Energa del fotnh = 6.626x10-34 Joul-seg = Frecuencia de luz incidente2. Ionizacin trmica.- Si se calienta un gas a temperaturas suficientemente altas,algunos de los tomos neutros adquirirn energa adecuada para ionizar tomos con losque se encuentran en vibracin y frotamiento. La ionizacin trmica en la principal fuentede ionizacin en estallidos y arcos elctricos.

A = representa un tomo neutro A+ = in positivoe- = electrn removido del ini = energa de ionizacin

Las molculas de gas a alta temperatura pueden alcanzar velocidades tan elevadas queel choque entre ellas origina tambin fenmenos de ionizacin.

Cuando tenemos un medio estable, el grado de produccin de electrones fortuitos secompensa con el grado de asociacin atmica.

A un grado de produccin de iones se asocia un grado de decadencia (prdida deelectrones).

La ionizacin por impacto es un proceso ms importante de la disrupcin, sin ser stesuficiente para producir la disrupcin.

Consideramos dos placas paralelas en atmsfera gaseosa, a las que se aplica un campoelctrico y admitimos la presencia de electrones fortuitos (*) al interior del gas. Al aplicar elcampo elctrico (E), el electrn adquiere movimiento, gana energa cintica.

2

21

vm ExeW ee ==

e- = carga del electrn = 1.16x10-19 cal.m = masa del electrn = 9.11x10-31 Kg.

La efectividad de la ionizacin por impacto de electrones depende de la energa ganadapor el electrn.

- Los electrones no tienen desplazamiento libre; el gas est lleno de tomos ymolculas. El electrn al desplazarse se encuentra con partculas de gas y seproducen colisiones, las que dependen de la densidad del gas.

ie A A += +

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- Los electrones que se mueven lentamente no producen ionizacin en los tomosdel gas, puesto que tienen poca energa, (Ec >i y directamente ioniza.

- Los electrones muy veloces tambin son malos ionizadores, ya que su rpidomovimiento provoca que estos pasen cerca del tomo, solamente rozando y noimpactando; es decir, sin eyectar ningn electrn.

- La descarga solo se efecta con electrones moderados.

A continuacin vemos dos curvas que tienen por abscisas la energa ptima de ionizaciny por ordenadas el nmero de pares de iones producidos por un electrn que viaja uncentmetro a travs del gas que se encuentra a una presin de un milmetro de mercurio.Para cada gas existe una energa ptima del electrn, la cual da una mxima probabilidadde ionizacin.

e muy rpidos

vapor de Hg

P R O B A B I L I D A D D E

I O N I Z A C I O N

n d

e i o

n e s p r o

d u c i

d o s

p o r u n e e n u n c m

d e v i a

j e

I o n e s / c m

m m

H g

Energa (eV)

100 300200

Energa (eV)

I o n e s / c m

m m

H g

15

10

5

400

3. Radiaciones ondulatorias: Proceso fotoinico que consiste en la formacin deiones debido a radiaciones electromagnticas de pequea longitud de onda, por ejemplo: Luz ultravioleta, rayos Roentgen y rayos gamma

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f c

Ao

sg A

h A

f A f h

=

=

>>>

101010625.6

2

127

4. Rayos gamma: procedentes de las sales radiactivas finamente dispersas sobrela superficie terrestre. Estos rayos no son sino oscilaciones electromagnticas deonda muy corta y frecuencia similar a los de rayos Roentgen.

5. Rayos csmicos: su es extremadamente corta, por lo que el efecto ionizantees muy intenso. Son muy penetrantes.

Durante el avance del electrn se producirn colisiones contra las molculas de gas:

Colisiones elsticas: donde los electrones pierden energa Colisiones inelsticas: los electrones excitan las molculas de gas.

Cuando un electrn gana ms energa que la energa de ionizacin de un gas, entonceses capaz de ionizarlo.

ie >

El nuevo electrn, producto de la ionizacin, junto con el electrn primario repetirn elproceso descrito y finalmente, una AVALANCHA de electrones alcanzar el nodo.

Anotemos que al ionizar la molcula se deja atrs un in (+) (mp 1840 me) que, a unavelocidad de desplazamiento mucho menor, tratar de alcanzar el ctodo.

eiones (+)

CABEZA

COLA

x

Figura. Disrupcin de carga en una avalancha

La distribucin de energa en las partculas cargadas ser proporcional a la intensidad delcampo aplicado E y a la longitud del camino libre, siendo ste camino libre inversamenteproporcional a la presin p.

Distribucin de energa = f(E/p)

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2.1.2.- Desarrollo de la descarga

FuenteA.V. Continua

al Osciloscopio

R

Figura. Circuito experimental para detectar avalanchas nicas

En la figura siguiente observamos la forma del pulso de corriente producido por unaavalancha que comienza con un electrn nico desde el ctodo. El pulso est compuestopor una componente electrnica muy rpida, seguida por otra de iones positivos viajandolentamente hacia el ctodo.

d

I-(t)I+(t)

I(t)

I-(t)

t

--=d/v ++=d/v

I+(t)

Figura. Corriente debida a electrones e iones positivos en una avalancha

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d v

qi =

Funcin del pulso debido a los electrones

( ) ( )+


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se define como el nmero de electrones producidos en el ctodo por electrn producidoen el gap por medio de procesos primarios.Similarmente es proporcional a E/pEl nmero de electrones secundarios est dado por:

( 1= d

(-)

I(t)

(+)

i

I+(t)

I-(t)

t

Figura. Forma de la I cuando se produce avalanchas debidas a iones positivos impactando el ctodo

Ideal

(-)

I-(t)

t

I

Real

Figura. Corriente electrnica en el tiempo debido a avalanchas originadas por fotones impactando el ctodo

2.2 Mecanismo de disrupcin de Townsend.

Electrmetro10

UV

-15a

11


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El experimento de Townsend consiste en la medida de la corriente de disrupcinpromedio, al aplicar voltajes estticos, en gaps de campo uniforme. La luz ultravioleta alimpactar el ctodo libera los electrones iniciales de la descarga.

En la siguiente figura:Regin T0: se debe a electrones liberados por efectos ambientales de dos tipos

Radiaciones csmicas Radiactividad natural de los materiales

Regin T1: corresponde al proceso de ionizacin primario o proceso Regin T2: corresponde al proceso de ionizacin secundario o proceso

EfectosAmbientales

Io1

Io2

I

Descargas NO Autosostenidas

210 V

ProcesosPrimarios

VsProcesosSecundarios

n i v e l d e i l u

m i n a c i n L o 2

n i v e l d e

i l u m i n a c

i n L o 1

Descargas AutosostenidasDisrupcin

Un aumento en el nivel de iluminacin al ctodo, se manifiesta por el incremento de lacorriente inicial (de I01 a I02).

Consideremos el caso de la corriente donde los electrones son producidos en el ctodomediante el bombardeo de iones positivos.

Siendo: = nmero de electrones que alcanzan el nodo por segundo0 = nmero de electrones emitidos del ctodo mediante iluminacin ultravioleta+ = nmero de electrones liberados del ctodo mediante bombardeo de iones (+) = nmero de electrones liberados del ctodo por un in positivo incidenteLuego:

( ) d e

+=0

(1)y: ( )[ ]++ += 0 (2)

Eliminando+

de (1) ( ) d e

=+ +0 (3)

12


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0

=+ d e (3)

(3) y (3) en (2)

( )( )11

11

11

00

0

0

==

=

=

=+

ad

ad

ad

ad

ad ad

ad ad

een

nnee

n

nen

en

nen

en

nn

o:( )

( )( ) 11

11

0

=

ad

ad

ad

ecuando I

Townsend de DisrupcindeCriterioe

e I I

in

El valor del voltaje para un gap dado a una presin dada, para el cual y cumplen lascondiciones del criterio de disrupcin, se lo conoce como Voltaje de DISRUPCIN.DERIVACIN DE LAS ECUACIONES DE LA CORRIENTE.

a) El proceso (regin 1):

0 = # de electrones emitidos por segundo desde el ctodo (iluminacin ultravioleta)x = 0 x

d = 0

esto representa el nmero de electrones que arriban al nodo por segundo. Cadaelectrn que sale del nodo producen ( - 1) nuevos electrones o [i+].

Se tiene que:

0 i+ al ctodo/sg = 0 electrones al nodoI = I0

b) Crecimiento de la constante con procesos secundarios (regin 2):

0 = # de fotoelectrones primarios por segundo emitidos en el ctodo (x = 0)0 = # de electrones por segundo producidos en el ctodo0 = # total de electrones que abandonan el ctodo0 = 0 + 0

# de impactos ionizantes por segundo

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( )[ ]

ye

e

e

e

d

d

d

d

;)1(1

11

)1(

0"0

0"

0

"0

'0

"0

"0

'0

= = =

conforme a la ecuacin del nmero de electrones que llega al nodo:

(10

"0

d

d

d

cuan I

e

e

El valor de voltaje, para un GAP dado, a una presin dada, por el cual y cumplenlas condiciones del criterio de disrupcin, se lo conoce como Voltaje deDISRUPCIN.

2.3 Mecanismo de disrupcin por canal.Este mecanismo describe el desarrollo de una chispa descarga directamente a partir deuna sola avalancha , en la cual la carga espacial producida por la propia avalancha lotransforma en un canal de plasma , por lo que la conductividad crece rpidamente y ladisrupcin ocurre en el canal de esta avalancha.

Los principales postulados para este mecanismo son:a. La existencia de una gran cantidad de fotoionizacin en la cabeza del canal.

b. Un gran reforzamiento local del campo elctrico debido a la carga espacial inicaen la punta del canal.

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-

-

+

+

--

- -

+ +

-

+

E2E

+ +

Los iones positivos pueden asumirse estacionarios en comparacin con los electronesque se mueven mucho ms rpidamente por lo que la avalancha que produce a lolargo del gap una nube de electrones deja atrs de ella una carga espacial de ionespositivos.Cuando la avalancha ha cruzado el gap, los electrones son absorbidos por el nodo,mientras que los iones positivos permanecen dentro de un volumen en forma de conoque se extiende a lo largo del gap (figura a). Se producen fotoelectrones en el gas querodea la avalancha por accin de fotones emitidos en el gas altamente ionizado, estoselectrones inician avalanchas auxiliares que estarn dirigidas hacia el cuerpo mayor de la avalancha principal.

Los electrones de las avalanchas subsiguientes, son absorbidas por la avalanchaprincipal cuya carga espacial inica se ha intensificado, producindose un canal autopropagante.

Este criterio de disrupcin, no ha sido determinado matemticamente como el deTownsend, pero experimentalmente se ha determinado que existe un nmero mnimode electrones que provocan este segundo mecanismo (3x10 8 para el aire).

2.4 Caracterstica de disrupcin en los gases.2.4.1 Fenmenos en campos uniformes (LEY DE PASHEN)

De acuerdo con el criterio de disrupcin de Townsend:( ) 11 =d e con los coeficientes y , funciones de E/p:

( )( ) p E f

p E pf

/

/

2

1

==

15


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y se tiene que: E = v/dsustituyendo en la ecuacin de Townsend:

1112 =

pd V

f pd V

f pd

Esta ltima ecuacin de voltaje de disrupcin v en trminos del producto de la presin delgas por la separacin de los electrodos (pd); en general:V = f(pd)lo que constituye la Ley de Pashen.

(a)

Vd

dod>do

pd

(pd)min

(b)

d


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d = separacin de electrodos (cm)Tablas de constantes mnimas de disrupcin:

Gas Vd minimo Pd,[mmH x cm] Aire 327 0.567

A 137 0.900H 2 273 1.150

He 156 4.000CO 2 420 0.510

N 2 251 0.670

O 2 450 0.700

SO 2 457 0.330

N 2 O 418 0.500

El Vdmnimo en un gas dado, tambin depende de la funcin de trabajo del material delctodo.

2.5 Propiedades elctricas del alto vaco.

IntroduccinEl vaco se usa evidentemente como DIELECTRICO, si se considera que la corrienteelctrica depende del nmero de partculas con carga desplazndose en el tiempo, luegola ausencia de ellas en el vaco se traducir en hacer de ste un perfecto aislante. Esto noes real ya que la presencia de superficies metlicas, gases absorbidos, etc. har que unvoltaje suficientemente alto produzca una disrupcin.

2.5.1 Preconduccin y microdescargas.

La disrupcin en el vaco es precedida por una corriente mesurable entre electrodos. Paragaps pequeos la corriente constante es producida por emisin de electrodos, para gaps

mayores se observan pequeos pulsos de corriente llamados microdescargas que puedenexistir aunque no hayan corriente constante previa, o bien superpuestos sobre ella. Unincremento adicional de voltaje transforma la microdescarga en una corriente constante.Las microdescargas se caracterizan por ser pulsos auto extinguibles. Esta auto extincinse atribuye a:

Descenso de voltaje a travs de los electrodos Eliminacin de hidrgeno absorbido por los electrodos Modificacin de las capas de contaminante de los electrodos

La iniciacin de la microdescarga depende de V y E, factores que son afectados por la

presin y tipo de gas as como por el material del nodo y la configuracin de loselectrodos.

La duracin de las microdescargas produce un efecto de acondicionamiento de loselectrodos incrementando el voltaje de iniciacin de los pulsos.

2.5.2 Factores que afectan al voltaje de disrupcin en vaco.VOLTAJE de DISRUPCIN en alto vaco. Se define como aquel que un gap puedesoportar indefinidamente, pero un pequeo incremento, produce la disrupcin.

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2.5.2.1 Separacin de los electrodosEs importante el conocimiento de la influencia de la separacin de los electrodos en elcomportamiento del vaco como aislante, para pequeas y grandes separaciones ya quepor ejemplo, se pasa por ambos regmenes en un disyuntor.

0.10.01

100

10

1

Vd (Kv)

mm101

Figura. Dependencia lineal para gaps pequeos

0

700

500

250

Vd (Kv)

gap (cm)

321 4

pendiente de

disrupcin

voltaje dedisrupcin

2.5.2.2 Acondicionamiento de los electrodosLa produccin de continuas descargas en el gap, consigue un acondicionamiento de loselectrodos aumentando el voltaje de disrupcin. Tambin se logra con el calentamiento delos electrodos en el vaco a altas temperaturas.

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100

30

40

20

10

n disrupciones

3020 40

Fig. Efecto de acondicionamiento de los electrodos en un campo uniforme (gap 1 mm)

2.5.2.3 Material y terminado de la superficieLos materiales usados por los investigadores varan, por lo que se presenta una tabla conlos materiales ms comnmente usados para electrodos:

Material Voltaje de aislamiento (KV)acero 122acero inoxidable 120niquel 96monel (aleacin niquel cromo) 60aluminio 41cobre 37

Variacin de Vd en un gap al vaco de 1 mm de longitud. Electrodos de material pulido yacondicionado por descargas.El pulido de la superficie de los electrodos ha dado efectos contradictorios, aunque se ha

notado un ligero incremento en el Vd cuando el pulido ha sido largo y meticuloso.2.5.2.4 Contaminacin superficial .

Luego del pulidoOXIDOS

VAPORES ORGNICOS y RESIDUOS DE PULIDOS (mezcla de xidos metlicos, metaly lija).

Aceite de bombas de vaco, caucho de empaques, grasa silicnica y residuos orgnicos,disminuyen la rigidez dielctrica en 20%.

En electrodos calentados PARTCULAS DE VIDRIO reducen el Vd un 50% (consodio, potasio, boro, rastros de aluminio y siliconas).

2.5.2.5 rea y configuracin

El incremento del rea reduce considerablemente el voltaje de disrupcin.

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21

10

60

100

20

AREA DE ELECTRODOS

50 200105 1000 5000

Materia: Acero InoxidableGAP: 1mm

B: 12.2

D: 101.6

0.01

5

Kv

A: 6.4

C: 25.4

50

10

1

D

0.1

gap(mm)

radio decurvatura

C

B

RADIO DE CURVATURA

A

Figura. Variacin del voltaje de disrupcin con el radio de curvatura de los electrodos

2.5.2.6 Influjo de la temperatura

Pruebas efectuadas hasta los 500C no indicaron cambios en la rigidez dielctrica, por loque se concluye que vapores y gases orgnicos (desprendidos a 450-500C) no tieneninfluencia.

Un calentamiento sobre los 500C.

En ctodos (Fe, Ni) incrementa la rigidez dielctrica.En nodos, decrece la rigidez.

Enfriamiento de los electrodos (T aproximadamente igual a 186C, nitrgeno lquido)incrementa el voltaje de disrupcin.

20


21/104

2.5.2.7 Influjo de la frecuencia del voltaje aplicado

Por otra parte para gaps del orden de 2 mm no se encontr dependencia del Vd en lafrecuencia (frecuencia menor a 60 Hz).

0 0.1

80

60

40

Kd(Kv)

20

gap(mm)0.50.40.30.2

voltaje deimpulso

Alterno

Continuo

Figura. Variacin del voltaje de disrupcin segn el tipo de voltaje aplicado

2.5.3 Hiptesis de la disrupcin en vaco .

Estas hiptesis se pueden dividir en tres grupos:a) Las que postulan un INTERCAMBIO DE PARTCULAS ELEMENTALES (e-s, i(+)s,

i(-)s, etc.) debidas a los procesos de emisin secundaria, ocurriendo la disrupcincuando el proceso es de carcter acumulativo.

b) Las que postulan PAQUETES DE ELECTRONES, originados en asperezassuperficiales del ctodo, bombardeando el nodo. Este bombardeo, que calienta elnodo (efecto Joule), se cree que origina elevaciones localizadas de temperaturaque liberan gases a vapores y entonces la disrupcin ocurre en estos gases a bajapresin.

c) Las que postulan el viaje a travs del gap de PEQUEAS PARTCULAS delmaterial de los electrodos, que impactan los electrodos opuestos calentndolos yliberando vapores que provocan la disrupcin.

a) INTERCAMBIO DE PARTCULAS

a1) Iones Positivos Un electrn fortuito en el gap Impacto en el nodo Produce i(+)s y fotones i(-)s y fotones son acelerados al ctodo Impacto de stos libera e (-)s secundarios Proceso multiplicativo

21


22/104

-

ee

e

(+)I

e

Electrnessecundarios

eee

fotn

Electrnessecundarios

+

Figura. Iones Positivos

Se cumple que: (AB+CD)>1disrupcin.siendo A, B, C, D los coeficientes de produccin de partculas con:

A: # de i(+)s producidos por e (-)s incidentesB: # promedio de electrones secundarios producidos por i(+)sC: # promedio de fotones por e(-)s incidentesD: # de e(-)s secundarios por fotones

a2) Iones negativosEl mismo proceso anterior, en el que los e (-)s se sustituyen por iones (-)s.(AB+QH)>DisrupcinQ: # promedio de iones negativos producido por in (+)H: # promedio de iones positivos por in (-)

b) HIPTESIS DE PAQUETE O RAYO DE ELECTRONES

b1) Calentamiento del nodoSe ha encontrado que existe un bombardeo de electrones al nodo ocasionando unaelevacin de temperatura del mismo haciendo que se liberen vapores o gases.Los electrones primarios estn en forma de pequeos paquetes que impactan en variossitios del nodo producindose la disrupcin cuando los gases y vapores generados seionizan. Estos electrones primarios son generados en pequesimas irregularidades delelectrodo en forma de aguja con longitud del orden de 2 m y una relacin altura adimetro de la base alrededor de 10.

22


23/104

Nube devapor

+-

Figura. Calentamiento del nodo

b2) Calentamiento del ctodoEsta hiptesis considera como nico origen de la disrupcin, un calentamiento de lasirregularidades del ctodo producido por la corriente constante de predisrupcin, que enlas puntas de las irregularidades alcanza altas densidades, produciendo calentamiento destas por efecto Joule hasta que las puntas metlicas se funden o explosionan iniciandoel arco disruptivo.

- +

Figura. Calentamiento del ctodo

c) HIPTESIS DE LAS MICROPARTCULAS DEL MATERIAL DE LOSELECTRODOS

Se basa e que pequesimas partculas del material de un electrodo son desprendidas,chocando con el opuesto, evaporndole y provocando la descarga. En otros casos,sucede que las partculas son residuos del material de los electrodos desprendidos o muydbilmente adheridos durante el pulido, o inclusiones debidas al pulido que impactan elelectrodo opuesto, pero ms bien las partculas son las que se evaporan antes que elelectrodo.

vaporizacin

- +

2)

3)

1)

10=d h

r

23


24/104

Figura. Criterio de disrupcin

2.6 CONDUCCIN Y DISRUPCIN EN LOSLQUIDOSINTRODUCCIN.Los lquidos tales como aceites hidrocarburos son muy buenos dielctricos.

- Son ms ventajosos que los gases por su MAYOR DENSIDAD.- Son ms ventajosos que los slidos por ser capaces de FLUIR y LLENAR todos los

espacios huecos de aislamiento, REFRIGERANDO el sistema elctrico y disipando elcalor generado.

- Adems pueden disolver concentraciones conductoras (carbn luego del arco).

( )( )dorestransformade AceiteS COMERCIALE

EXANOlicuado N PUROS TE QUIMICAMEN dividenSe

_ _

,2

2.6.1 CONDUCCIN NATURAL.

Para campos elctricos bajos ( < 1 KV/cm ) 1015 - 1020 -cm. para hidrocarburos yvalores mayores para gases licuados.

La conductividad que se presenta puede deberse a IMPUREZAS REMANENTES que nose eliminan en la purificacin.

24


25/104

12

14

CaractersticatpicaI-E(EXAN0)

0 0.6

1 1

10

8

6

4

2

I ( A

. 1 0

)

E(MV/cm)1.21.00.8

Saturacin

Caracterstica tpica para unlquido hidrocarburado

gases

I

Ionizacin

E

Conduccinayudada por el campo

2.6.1.1 DISRUPCIN EN LQUIDOS PUROS

Muchos procesos pueden ocurrir en rpida sucesin durante la veloz transicin de unlquido altamente aislante, con su pequea corriente, hasta la disrupcin.

Consideremos algunos de los ms importantes:

25


26/104

a) Emisin de Electrones.

En la interfase lquido-electrodo se pueden presentar campos elctricos del orden de 10 5

V/cm antes de la disrupcin, originndose una emisin de electrones.

b) Inyeccin Localizada de Electrones.

Se supone que el origen de este proceso se debe a ionespositivos que al acercarse al ctodo no han sido rpidamenteneutralizados, en especial si se presenta una pelcula dexidos en el electrodo que no permite el ingreso de los is ( + ),crendose campos extremadamente fuertes que producenemisin electrnica intensa.

La caracterstica de este proceso es que se requieren muy pocas cargas positivaspara producirla.c) Inyeccin de Energa en el Lquido.

La emisin de electrones representa una inyeccin de energa en el lquido porqueel campo tratar de acelerarlos a travs del lquido. Puesto que hay muy pocaprobabilidad que los electrones adquieran energas que excedan la de ionizacinde las molculas del lquido ( 10 eV ) debe existir una transferencia de energapor colisin elstica de electrones con molculas.d) Procesos de Colisin.En hidrocarburos el principal proceso de colisin es la excitacin de vibraciones de lasuniones moleculares, con frecuencias en el infrarrojo, produciendo elevacioneslocalizadas de temperatura, generndose luego conduccin por calor.

La energa disipada en este proceso depende de la configuracin molecular y la densidaddel lquido.

e) Inyeccin Localizada de Energa (Disrupcin).La presencia de haces o rayos de electrones, originados en el ctodo pueden producir transferencia localizada de energa con la consiguiente elevacin local de temperaturahasta la evaporacin, formando microburbujas, dielctricamente ms dbil que el lquido.

e-

e-

e-

-e

26


27/104

2.6.1.2 DISRUPCIN EN LQUIDOS COMERCIALES

Los lquidos comerciales usualmente no son muy puros, pueden contener; encomparacin con los gases licuados, un alto grado de impurezas; por ejemplo:

- impurezas slidas- gases disueltos- otros lquidos (en suspensin o disueltos)

El paso de una chispa descarga a travs del lquido, involucra:

1) Una I relativamente grande, limitada por las caractersticas elctricas del circuito.2) Un camino luminoso muy brillante entre electrodos.3) Generacin y/o crecimiento de burbujas de gas y la formacin de subproductos slidos

originados por la descomposicin del lquido.4) Formacin de pequeos "picados" de los electrodos.5) Una onda expansiva a travs del lquido acompaada de una explosin.

Cualitativamente las impurezas que puede haber en un lquido son:

a) Impurezas con una Rigidez Dielctrica (R) menor a la del lquido, tales como burbujasde gas.

b) Impurezas inestables en un campo elctrico, por ejemplo: burbujas de agua, quepueden formar un puente de baja resistencia entre electrodos finalizando endisrupcin.

c) Impurezas que provocan un aumento localizado de campo, por ejemplo: partculasconductoras que al exceder valores crticos producen disrupcin localizada que puededegenerar en disrupcin total.

2.6.1.3 Disrupcin debida a Inclusiones Gaseosas

Las principales causas de la formacin de burbujas de gas en un lquido se puedenresumir:

a) Cambios de temperatura, presin o agitacin del lquido.b) Inclusiones gaseosas que no evacuaron cuando se llen el lquido.

27


28/104

c) Evaporacin de los electrodos debido a circulacin de corrientes.

- se forma la burbuja- se alarga debido a fuerzas electrostticas, hasta una longitud crtica

- el gas dentro de la burbuja se perfora produciendo descargas incipientes que

producen la descomposicin de las molculas del lquido y se produce laDISRUPCIN.

lquidodel relativaad permitivid E

lquidoel sometidoestquecampo E

E E E

E L Lb :'

:

1'2'3+

=

Ejemplo:

E' = 2 Eb = 6/5 EL

E' = 3 Eb = 9/7 EL

donde Eb > EL

luego el Eb es siempre > E L por lo que existe un reforzamiento en el sitio donde estpresente la burbuja, lo que implica un esfuerzo elctrico adicional para el gas, quegeneralmente no tiene las buenas propiedades del lquido.

2.6.1.4 Disrupcin debida a "Burbujas" lquidas

Cuando un lquido aislante contiene en su seno una "burbuja" de otro lquido, laINESTABILIDAD de sta en el campo elctrico puede provocar la disrupcin. Se haprevisto que tambin existe un reforzamiento del E.

28


29/104

( )a

b f H yG

burbujaladeradio Rburbujaladeerficial tensin

GH R E

E

=

=

:sup:

'600

diferentes relaciones de , G y H demuestran que el mximo valor de GH = 0.458para =1.85

( )

cm KV cmcmdin

E

m R y E cmdinaceiteenaguade gotauna para

cmV R E

E

cr

cr

/14.226102/43

7.487

12',/43:

/'

7.487

4 ==

===

=

Valor muy por debajo del normal para un lquido muy puro, lo que hace pensar quelas burbujas que provocan la disrupcin son mucho ms pequeas, en el orden delas de la humedad.

m-nmburbuja inicial

2.6.1.5 Disrupcin debida a partculas slidas

Se ha demostrado que la presencia de pequeas partculas slidas o fibras provoca unaconsiderable disminucin de la rigidez dielctrica de los lquidos.

Caso usual E' 2 > E'1, y considerando que: menor ejemayor eje

ab ==

a) Partcula esfrica = 1 y E' = 3E

b) Partcula esferoide = 2 y E' = 5.8E

b

a

29


30/104

= 5 y E' = 18E

Emx

E campo en ausencia de impurezas

ee

2.7 PRUEBAS EN LQUIDOS COMERCIALES2.7.1 Introduccin

Un aceite mineral refinado tiene dos caractersticas inherentes:

- Baja viscosidad, buen refrigerante- Excelentes propiedades dielctricas

Las pruebas en estos aceites se refieren a la deteccin de impurezas que pueden haber degradado sus propiedades dielctricas, impurezas que pueden ser muchas, tales como:fibras, humedad, productos de oxidacin, partculas carbonizadas, cidos.

En aceites nuevos las causas de la disrupcin se deben bsicamente a las fibras yhumedad, pero en aceites en uso, las causas de la disrupcin pueden ser varias, por loque es necesario tambin efectuar pruebas qumicas para determinar si el aceite puede ono continuar en uso, as como tambin para detectar los orgenes del deterioro.

2.7.2 Normas Internacionales

Varias son las asociaciones tcnicas que se han ocupado de normas y mtodos deprueba para lquidos dielctricos, tales como:

CEI: Comisin Electrotcnica InternacionalVDE: Verband Dentscher Elecktrotechnikes

30


31/104

ASTM: American Standard Test MethodBS: British Standard

Factores principales a considerarse en las normas:

1. Forma de los electrodos y espaciamiento (0.1 pulg. - 2.5 mm).2. Nmero de muestras a probarse.3. Determinacin del voltaje de disrupcin.4. Rgimen de elevacin de voltaje.5. Potencia del transformador de prueba (cantidad de I que puede soportar con un

electrn carga).6. Duracin de la prueba (tiempo entre una y otra descarga).7. Mnimo nmero de pruebas sobre una muestra dada.

8. Uso de una o ms pruebas por llenado de recipiente dado.9. Estatismo o circulacin de la muestra.10. Cantidad de la muestra.

CEI VDE ASTM BS

Electrodo

Esferas12.5 13.0 mmCasq. Esfer.

hongo25 mm

Casquetesesfricos 25

mm

Disco 1" +ensayo concasquetes

VDE.

Esferas 13 mm

Separacin 2.5 mm 2.5 mm 0.1'' 4.0 mm

Nmero deMuestras

1 1 1 3

Nmero depruebas por cada

muestra6 6 5 1

Transformador 20 mA en

cortocircuito a15 KV

250 VA a60KV 2 KVA

20 mA en cc a15 KV

Subida de tensin2 KV/seg.hasta la

perforacin

3 KV/seg.hasta la

perforacin

3 KV/seg.hasta la

perforacin...............

Voltaje de rupturaPromedio de

las 6descargas

Promedio delas ltimas 5

descargas...............

Criterio debondad

30 KV 40 - 50 KV 30 KV 30

31


32/104

Resultado Prueba.

pruebaladeresultado P R

P Rcm

KV E

=

=

..

..4

2.7.3 Muestreo del Aceite

a) Exigencias de la muestra .

1. Con el fin de que la muestra represente el total del aceite, debe contener partes proporcionales de todo cuanto haya en el aceite.

Aceites hidrocarbonados < agua

Aceites clorados (ASKARELS) > agua

muestra se tomade la superficie

Se recomienda dejar pasar por la vlvula hasta 1 litro de aceite y el recipiente devidrio"enjuagarlo" con la muestra, para que se limpien de impurezas externas.

- Limpiar con productos (detergente).- Calentar + > 150 unos 10 minutos.- Tapar lo ms hermtico posible, con tapa de vidrio.- Limpiar la vlvula de salida de aceite del transformador.

Guardar la muestra hasta que sta sea probada, en condiciones tales que no ocurrancambios.

3. Tener cuidado al transportar las muestras para evitar contaminacin posterior.

4. Como precaucin adicional se debe rotular indeleble y claramente la muestra parasu fcil identificacin:

- fecha- equipo en el que trabaja- tiempo de uso

32


33/104

- temperatura media del ambiente

5. En lo referente al # de muestras, cuando los tanques de almacenamiento songrandes se debe tomar al menos una muestra por c/tanque. Cuando haysubdivisin del aceite en tanques pequeos y barriles, se da una gua para el # demuestras.

muestrasbarriles

tanques#

#3 =

# barriles # muestras # barriles # muestras

1 1 65 125 5

2 8 2 126 - 216 6

9 27 3 217 - 343 7

28 64 4 344 -572

8

a) Dao de aceites.Un aceite de transformador o disyuntor pueden considerarse en mal estado debido a:- baja rigidez dielctrica- alta acidez- alto contenido de lodo (humedad + polvo)

- excesivo contenido de agua

b) Apariencia de la muestra.

Se tiene una gua de observacin para determinar las condiciones de un aceite por suapariencia :

1. Una apariencia opaca "puede" indicar formacin de lodo.2. Un color amarillo obscuro"puede" indicar sobrecalentamiento.3. Un color negruzco "puede" indicar carbonizacin del aceite.4. UN color verdoso"puede" indicar disolucin de sales de cobre en el aceite.

2.8 DISRUPCIN EN SLIDOS.Curvas caractersticas de la disrupcin en el tiempo.

33


34/104

Mecanismo de la disrupcin.

Electroqumico

E s

f u e r z o

E l e

c t r i c

o

D i s

r u p

t i v o

( E . E . D . )

Electromecnica

Intrinseca

Esfirzo ElctricoDisruptivo Tpico deOperacin (E.E.D.T.O.)

Vs seg

operacin

Tipico de

Trmico

aos

Internas

(TIPOS DE DISRUPCION)

Proceso de canal

tSurcoElectroqumicoQumicoErosin

El esfuerzo dielctrico de trabajo de un equipo debe ser diseado lo suficientemente bajopara prevenir disrupcin durante la vida til esperada del equipo, pero al mismo tiemposer adecuadamente alto para que los costos de produccin estn dentro de los lmitesaceptables.

Los procesos de erosin, qumicos, electroqumicos, surco, se los considera dentro de laDEGRADACIN NATURAL del aislante durante su operacin, son independientes de laelectricidad; sin embargo, los otros procesos son importantes en la consideracin para eldiseo, ya que el aislante est expuesto a sobrevoltajes de origen atmosfrico,elevaciones de voltaje transitorios, elevaciones localizadas de temperatura, etc, quepueden provocar disrupcin por los otros procesos en forma muy rpida.

2.8.1 DISRUPCIN INTRNSECA

Este proceso se cumple en perodos que estn en el orden de los s, por lo que se asumeque este mecanismo es de origen electrnico y debido a que el proceso dependeenteramente del material, se le conoce con el nombre de intrnseco .

34


35/104

En este proceso, el slido aislante tiene que soportar elevadsimos valores de gradientede potencial, por lo que los electrones ganan fcilmente energa, pudiendo vencer labanda prohibida, cuando el campo ha tomado valores crticos.

2.8.2 DISRUPCIN ELECTROMECNICA

Cuando, por medio de dos electrodos, se aplica un E a un dielctrico, se ejercer sobre luna fuerza mecnica debido a la fuerza de atraccin entre las cargas superficiales por loque al incrementar el voltaje, decrecer el espesor del dielctrico.

1. Se aplica V entre electrodos

2. El dielctrico tiende a reducir su espesor d0 d

( ) compresinde Fuerzam

N d V E E

F C 222'

0

2=

Cuando la Fc alcanza valores cercanos a los lmites elsticos de la muestra; se le puedeigualar a la expresin de la ley Hooke para grandes tensiones mecnicas.

d

d d

E E Y

V

d V

E d V

E d d que puesto

P F

Young demduloY d

d enY

d

V E E

r A

c

02

0

2

00

0

2

20

ln'

2

2

'

=

=


36/104

2/1

00

2/1

0

'6.0

'

==

==

E E Y

d V E

E E Y

d V E

2.8.3 DISRUPCIN POR CANAL

En algunos casos de disrupcin en los slidos, sucede que la perforacin del slido ocurrefuera del rea de contacto del electrodo, lo cual se debe a que el ambiente se perforaantes que el slido.

d FEperforacin debidaa descarga delambiente

LAMINA DIELECTRICA

ELECTRODO

dELECTRODO

1

2

1V

2V

2

P 1

Si se alcanza un valor de voltaje antes que el de disrupcin del dielctrico, entonces elambiente se fracturar primero, esto ocasiona que una descarga incide sobre eldielctrico en el punto P, crendose en este punto una elevada concentracin de esfuerzoelctrico, suficiente para ocasionar fractura interna del slido, producindose luego ladisrupcin a travs de esta fisura.

36


37/104

CARACTERISTICA DE DISRUPCION O FRACTURADEL AMBIENTE V, YSU VOLTAJE COMO FUNCION DEL ESPESOR DEL FLUIDO AMBIENTAL

VOLTAJE

d = distancia crtica1

( i n t e r s e c c i n ) V

2 = V 0 + a d

1

espesor del ambiente

1V

V '1

voltajeambiental

caracterstica defractura delambiente

Se tiene el punto P sobre la superficie del aislante, donde:

21 V V V +=

la densidad de flujo es continua, por lo que:

22

11

11

22

11

1

1

1

2

2

1111

2

2

11

11

2

2

12

2

22

1

11

2211

21

1

1

d d

Vd V

d d d

V V

d d

V V V d d

V V

V d d

V d V

d V

E E

D D

+=

+

=

+=+=

==

==

Consideramos Ahora que el voltaje de disrupcin del ambiente Va puede expresarsecomo:

Va = V0 + ad1 donde V0 y a son constantes

Entonces la fractura o disrupcin del medio ambiente ocurrir cuando:lo que nos permite encontrar un valor de la disrupcin, a partir de (1) y datosexperimentales:

( )1

21

21

110

1

d d

Vd ad V

V V a

+=+

=

37


38/104

Observaciones sobre el grfico:

2/1

022

12'

2

'1

0 2

++= V d ad aV V d

V1 no ser suficiente para descarga en el aire

V'1 lmite para producir la disrupcin

Si V"1 >>V'1 se producir una descarga violenta

Nota: Ver ejemplos reales para este tipo de disrupcin

2.8.4 DISRUPCIN TRMICA

El origen de la disrupcin trmica est determinado por el calor generado en un aislantesujeto a un campo elctrico, debidas a las prdidas dielctricas del aislante.

donde es la conductividad del material

[ ]react perd

P P

mW E wcontinuoscampos En

prdidasdetangentemW E walternoscampos En

w ===

==

tg/

tg/tg'

32

320

El calor generado y consecuentemente la temperatura, se elevar alincrementarse las prdidas dielctricas, en estas circunstancias el calor generadoy perdido se comporta como se indica en la figura siguiente:

temperatura

tg

38


39/104

calor disipado (Ley de Newton)

CALOR

T A T de la muestraTB

CALOR GENERADO

E

E2

1

En el campo E1, no ocurrir inestabilidad si la temperatura de la muestra no excede T B,consecuentemente no habr disrupcin en el aislante, es decir que entre los puntos T A yTB (lmites de inestabilidad crtica) el equipo puede trabajar adecuadamente ya que lacapacidad de disrupcin del aislante es mayor que el calor generado por la muestra.

Para el campo E 2, el calor producido por la muestra es mayor que lo que el equipo puededisipar, por lo que la disrupcin trmica, consecuencia de la inestabilidad, se producir encualquier momento.

El mecanismo de fractura puede ser la fundicin del material , su descomposicin o

prdida de consistencia mecnica .

2.8.5 DISRUPCIN POR DESCARGAS INTERNAS

Por descargas internas se conocen aquellas que ocurren en vacos o cavidades dentrode un dielctrico slido. Se originan por disrupcin de un medio local , usualmente ungas, que tiene una rigidez dielctrica menor a la del medio que lo rodea. La existenciade tales oquedades se debe a defectos de diseo o manufactura, no obstante los grandesesfuerzos econmicos realizados para reducir la probabilidad de su existencia.

En otros casos, un lquido dielctrico, produce burbujas de gas, en las que tambin se danestas descargas iniciales (papel impregnado).

39


40/104

electrodo

Vi VC

V.S.

t11'

electrodo

t22' cavidad

( ) ==

+=

==+=

slidodel travsaelctricoesfuerzo E

cavidad ladedisruptivoelctricoesfuerzo E t t E t E V

cavidad la serieconen slidodel travsavoltajeV

disrupcinocasionaquecavidad ladetravsavoltajeV V V V

s

c sici

s

c sci

12

El flujo es continuo, por lo tanto:

( )

+=

+=

=

===

'2

121

12'2

1

'2

'1

'1

'2 .1;

t t t E V

t t E t E V

E E

airedeburbujaunaeste generalmen porque pero E E E

D D

ci

cci

c s

c s

c s

lo que nos permite deducir que el voltaje de iniciacin de la descarga depende de:

( )( )

( )=

cavidad lade gasel soportar decapaz esqueodielctricesfuerzodel E f c

cavidad ladeespesor del t f b

al proporcionteinversamenaprox formaenad permitivid lade f a

f V i

)

)

./1)

1

'2

Consecuencias:

40


41/104

En materiales de origen carbnico, las paredes de la cavidad se irn carbonizando progresivamente , presentndose una corriente de prdidas por las paredes, hasta unpunto en el que se produzca la disrupcin.

Si el material no es compuesto de carbono, no se producir carbonizacin; sin embargo,se producen gases por descomposicin del material, carcomindose ste y

agrandando la cavidad. En otros casos la presin de los gases puede ser tan fuerte queproducirn estallido.

2.8.6 DETERIORO QUMICO

Un aislante puede degradarse, an en ausencia del campo elctrico , debido a una yms de las siguientes causas:

a) Inestabilidad Qumica .- La estructura qumica de la mayora de los aislantes sefractura si estn sujetos a temperaturas excesivas, ocasionando un deterioro de laspropiedades aislantes y debilitamiento en su consistencia mecnica.

La temperatura volatiliza los elementos que dabanplasticidad al aislante, volviendo al aislante duro yquebradizo con grietas y rajaduras.

------------- enlaces originales

enlaces adicionales por efecto de la temperatura

b) Oxidacin .- Algunos aislantes se oxidan en presencia del aire, especialmente si sehallan expuestos a la luz (radiacin ultravioleta), esto produce un decremento de laresistencia mecnica y compactacin . Entre los materiales atacados por la oxidacinson: los cauchos y el polietileno.

41


42/104

c) Incompatibilidad .- Algunos materiales pueden ser incompatibles si se hallan encontacto.

Ejemplo: La celulosa (papel) se degrada ms rpido en contacto con sustanciasacidificantes (del Pb) y tanto el caucho como el polietileno envejecen ms rpido atemperaturas elevadas en contacto con el cobre.

2.8.7 DETERIORO ELECTROQUMICO

Cuando el aislante est sometido a un E, existen pequeas corrientes de fuga puesto queninguno est completamente libre de iones. Cuando estos iones llegan a los electrodosocurren reacciones de acuerdo a la ley de electrlisis de FARADAY en forma lenta perocontinua debido a la pequea magnitud de las corrientes; pudiendo ser reacciones

elctricas o qumicamente dainas porque:

a) Atacan a la aislacin y/o electrodos

b) Pueden generarse gases deteriorantes

Se buscar que estos procesos sean lo suficientemente lentos para no afectar la vida tildel aislante, pues el deterioro electroqumico est gobernado por la magnitud de lascorrientes de fuga, las que a su vez son afectadas por:

a) Concentracin de iones que pueden originarse en impurezas, por lo que en elproceso de fabricacin del aislante se deben tomar todo el cuidado para evitarlas oeliminarlas.

b) Temperatura. La conductividad incrementa con la temperatura y por lo tanto, eldeterioro electroqumico, por lo que habr de mantenerse un control apropiado de latemperatura del aislante.

Medidas de Precaucin: (Para procesos qumicos y electroqumicos)

a) USO DE INHIBIDORES.- Se colocan dentro de la masa del aislante para evitar que seproduzcan reacciones peligrosas.

b) DESVIADORES.- Que cambian la reaccin a otra, que resulta inofensiva para elaislante (antioxidantes).

42


43/104

En cualquiera de los casos anteriores existe la tendencia a desmejorar laspropiedades dielctricas.

c) USO DE RETARDANTES.- Que demoran la reaccin con la ventaja de que nointerfieren mucho en las propiedades dielctricas.

d) USO DE SUSTANCIAS INERTES.- Que reemplazan al aire en el medio del equipo, yaque algunas reacciones se dan en presencia del aire.

2.8.8 PROCESOS DE SURCO Y EROSIN

Introduccin.

Los materiales aislantes ms utilizados son de origen orgnicos entre ellos:

a - Policloruro de vinil (PVC)a - Polietileno (PE)a - Polipropilenoa - Politetrafluoretileno (PTFE, tefln)b - Polisteres, poliestirenoa - Polivinilacetatoa - Polimetilmetacrilato (perspex)b - Resinas fenlicas

Grupo a - Se los denomina Termoplsticos , esto es que pueden ser fundidos.

Grupo b - Se los denomina Termoendurecibles , que no se funden sino que sondegradados por pirlisis, son fuertes y rgidos.

43


44/104

b)

Polmero

a)

OH

OH

CH2

ResinaFenlica

OH

OH

CH2

CH2

CH2

PEC

H

H

C

H

HH

H

C

Son estos materiales los que se hallan expuestos a los procesos de surco o erosin .Estos procesos son superficiales , es decir que a travs de su superficie ocurre ladescarga . Sin embargo, antes de que suceda la descarga puede haber previamente unadegradacin inicial como resultado de:

a) Medio ambiente (contaminacin)b) Calentamiento superficialc) Preacondicionamiento por descargas previas sobre el material

La contaminacin ambiental ms la adicin de humedad a la capa contaminante provocala formacin de un electrlito que provoca descargas superficiales iniciales.

Formacin de Surcos.

Cuando las corrientes de fuga fluyen a travs de la pelcula del electrlito, el calor generado evapora parte de la misma, con al formacin subsecuente de bandas secassujetas a altos esfuerzos elctricos, donde se producen descargas localizadas. En losextremos o races de la descarga se produce descomposicin trmica del aislante.

44


45/104

calor

contaminante

banda secainicio formacin del surco con carbn

propagacin delproceso de surco(autopropagante)

SURCO

resultado en la superficie del dielctrico: lo que se conoce como "contorneo" .

al final del proceso se forma un cortocircuito completo en el aislante.

Erosin.

Similar al proceso anterior, la diferencia es que en este caso los productos dedescomposicin del material son voltiles o son removidos por fuerza gravitacional,entonces no quedan residuos de carbn conductores en la superficie del aislante y elproceso es nicamente de cavitacin (erosin).

45


46/104

Iniciacin del procesoCavidad formada por erosin

trmica. No hay residuoscarbnicos

En este caso la descarga no es mvil y no se presencia un cortocircuito superficial.

Tipos de contaminacin.

La naturaleza fsica y qumica del slido contaminante vara mucho segn el lugar, perotpicamente consiste de cenizas llevadas por el viento, cemento, holln, sal, etc.

El contaminante puede considerarse compuesto por dos partes

a) Una masa inerte con propiedades adhesivas e higroscpicasb) Un pequeo porcentaje de sustancias ionizantes

- En reas industriales iones de Ca, Na, Cl.

- En reas cercanas a las costas cloruro de sodio, magnesio.

Dimetro usual de los contaminantes acarreados por el viento.

46


47/104

3.- GENERACIN DE ALTOS VOLTAJES.

3.1 GENERACIN DE ALTOS VOLTAJES ALTERNOSLos altos voltajes alternos se generan mediante el uso de un transformador decaractersticas algo diferentes a los transformadores comunes, normalmente es:

- Monofsico , con uno de los extremos puesto a tierra.- De alta estabilidad de voltaje : para evitar que ste sea reducido por descargas

parciales.- De gran resistencia mecnica por el usual trabajo en cortocircuito.

Tipos de construccin.

Se clasifican de la manera en que est hecho un aislamiento.

a) Transformadores secos: Con aislamiento de papel con baquelita: usualmente tienendimensiones grandes, son ms livianos y estn sujetos a problemas por lasvariaciones de clima y humedad.

47


48/104

b) Transformadores con aislamiento slido de resina apoxi, son muy prcticos por susreducidas dimensiones y no requieren mantenimiento.

c) Transformadores con aislamiento de papel impregnado en dielctrico lquido,tiene la ventaja de mejor refrigeracin por lo que se construye para potencias ms

elevadas.

CONEXIN: Vara de acuerdo a su utilizacin.

El ms simple y comn es lo que tiene un devanado de BT y AT.

BT

AT

4

3

21

5

6 AV

1.- Devanado de AT2.- Devanado de BT3.- Ncleo de hierro4.- Barreras aislantes (resina apoxi)5.- Pasatapas6.- Recipiente expancin de

aceite y terminal de AT

Laboratorio de la E.P.N.

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V V

A.V.

B.V.

V= 50KV. respecto a tierra2V = 100KV

Regulacin de tensin.

La tensin de salida de un transformador debe ser regulada en pasos adecuados desdecero hasta el valor mximo, para lo cual se necesita regular la tensin primaria en el lado

de baja tensin por medio de un transformador de regulacin con cursor controladomanualmente, pero posible de automatizarlo.

El control se realiza desde un tablero central de mando desde donde tambin segobiernan otros dispositivos y aparatos.

TRANSFORMADOR CON RESONADOR SERIE.

Cierto tipo de mediciones requiere una buena caracterstica de forma de onda por lo que

se utiliza el circuitoresonador serie que se basa en el efecto de resonancia. La carga(objeto bajo prueba) de carcter capacitivo entra en resonancia a 60 Hz con unainductancia de alto voltaje variable.

a.c.

REGULADOR

Objeto bajo prueba

49


50/104

Diagrama simplificado de un resonador en serie.

R TTL

C X

R r L r

Diagrama equivalente de un resonador serie.

XR despreciable1V

jL T

L KR K

1

XC-j

2VC X

x K

xk

x

xk

x

xk

x

C LV V

C LV

C C L

j

C j

V

C j L j

C j

V V

212

212112

11

11

1

1

1

1

=

=

=

=

en resonancia 11 2 == xk

xk C LC

L

cuando 12122

01 V V

V V C L xk >>

por lo que la resonancia se logra variando Lr

en estas circunstancias se obtienen valores muy altos inyectando corriente en el circuitoserie.

Ventajas de este sistema:

50


51/104

- Se tiene una mejor forma de onda, lo que facilita las mediciones.- La potencia requerida de la fuente es mucho menor que el sistema convencional.- En caso cuando se perforase la muestra, sbitamente se pierde la resonancia,

reducindose el voltaje que evita arcos peligrosos posteriores que daaran la

muestra.- Presenta facilidad para conexin en cascada al conectar transformadores en serie.

Como desventaja se puede citar la dificultad en fabricar una inductancia variable enalto voltaje.

3.2 GENERACIN DE ALTOS VOLTAJES CONTINUOSSegn la norma CEI el voltaje directo usado para pruebas se caracteriza por lossiguientes conceptos:

a) Polaridadb) Valor medio aritmticoc) Valor mximod) Rizado (%)

(%)

2min

medio

mx

V r

rizadode Factor

V V r

=

=

3.2.1.- Bateras

Se las utiliza por su gran estabilidad en perodos grandes de tiempo.

3.2.1 Rectificadores y Puentes

Rectificador Los circuitos de rectificadores usados para generacin de A.V. continuos tienen una gran

similitud con las convencionales de B.V., con la diferencia de que los rectificadores ycondensadores y dems equipos debern tener caractersticas especiales para su trabajoen A.V., longitudes entre los 60 - 150 cm.

El factor de rizado de A.V. continuo deber ser menor del 15%.

COMISION ELECTROTECNICAINTERNACIONAL

V. med

51


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+

-

SALIDAENTRADA

(a)

V

Vdc = 54KV

Vmx = 17KV

Vrms = 12KVVmx = 17KV

(b)

Vdc = 10.8KV

====

====

====

====

maxmax

maxmax

maxmax

maxmax

636.0636.0

636.0636.0

5.0707.0

707.0707.0

I I I I I I

V V V V V V

Salida

I I I I I I

V V V V V V

Entrada

ONDA MEDIACOMPLETAONDA

promdc promdc

promdc promdc

rmsacrmsac

rmsacrmsac

Potencia y eficiencia:

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( )

+

=

+=

+

=+==

====+==

c

p

c

p

c

pac

dc

c pac

cdc

e

s

ccdcdcdc s

pc pacacace

Rr

completaOnda

Rr

Onda Media

R

r I

I Rr I

R I P P

acladearesistenci R R I I V P

oresrectificad losdearesistencir Rr I I V P

1

81.0

1

406.0

1)(

arg

2

2

2

2

2

2

Diagramas de conexin.

a) Rectificador de media onda

V ac

C

iR

V dc

- Ri es una resistencia limitadora para proteccin del rectificador.- Este sistema es el ms sencillo , con la desventaja de que tiene un rizado muy alto ,

para lo cual se coloca un condensador adicional para mejorarlo.

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3.2.3 Generador de COCKCROFF WALTON

El condensador C1 se carga mediante el rectificador 1 a (+Vmx), con lo que el punto Ftiene un potencial que oscila entre cero y +2Vmx, lo que hace que finalmente elcondensador C 2 se cargue hasta +2V mx a travs del rectificador 2 y permanezca cargadocon este valor.

El voltaje aplicado a C3 por medio del rectificador 3 vara entonces entre +2Vmx y cero,con lo que C3 se carga hasta +2V mx. El potencial de G oscila entre +2Vmx y +4Vmx, con loque el potencial de C con respecto a tierra alcanza el valor de +4V mx. Los puntos B y Aven aumentados sus potenciales, de la misma manera hasta +6 y +8 respectivamente.

El uso de varias etapas colocadas de esta manera permite obtener muy altos voltajes con

la ventaja de que cada condensador y rectificador debe resistir solamente 2 veces elvoltaje mximo entregado por el transformador sin importar cual sea el voltaje final desalida.

maxV

+-

+-

+ -

1

1

D

+

-

+

-

-

+

C2

C3

2

3

max+2VVmax

4C

56C

-

+C5

+

78C

-

+C7

+

R

8

4

6

+2Vmax

4Vmax

6Vmax

+6Vmax

+4Vmax

8VmaxV =8Vmax

C

B

A

F

G

H

Kdc

F

G

H

K8Vmax

max2V

0

max2V

max4V

4Vmax

max6V

6Vmax

8Vmax

+

-

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3.2.4 Generadores Electrostticos

Generador por ROZAMIENTO Y TRANSFERENCIA DE CARGA.

(Gen. de VAN DER GRAFF).

Este equipo se utiliza para la generacin de muy elevados voltajes , con rizado prcticamente NULO y en donde las corrientes de salida son de menor importancia .Ejemplo: Para investigaciones de Fsica Nuclear.

Ve

AB

R

E

Electrodo de AT

D

Corrientes de fuga

bomba aislante

cilindro aislanteFuente de Continua

colector (escobillas)

=60%

Este generador est formado por una banda aislante sin fin (R) que corre sobre doscilindros metlicos, el inferior est movido por un motor y tiene potencial a tierra, el otromantiene la banda tensa y est conectado al terminal de A.V.

Con un electrodo de puntos o de cuchilla (D) se transfieren de una fuente auxiliar de

tensin continua, cargas positivas a la banda.

DE e C V bQ == b = ancho de la banda

= densidad de carga

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Las cargas positivas en la banda son transferidas mediante las escobillas (B) al electrodosuperior (A).

El lmite de potencial se da cuando se equilibra la carga transferida con las prdidasdebidas a corrientes de fuga , corona , corrientes de carga en divisores de voltaje, etc.

Si todo el generador est en una cmara de gas a presin (N 2, SF6, CO2) se puedenobtener valores ms altos y por tanto mejores rendimientos de voltaje.

3.3 GENERACIN DE A.V. DE IMPULSOEste tipo de voltajes se los utiliza para simular transitorios a los que estn sujetos losequipos elctricos y son originados por descargas elctricas (rayos) o sobrevoltajes de

maniobra .

Se caracterizan por su alto valor y corta duracin, lo que se traduce a un rpidocrecimiento de la onda (unos pocos microsegundos) y luego un retorno relativamentelento al nivel de referencia (cero). Su efecto si no es convenientemente controlado puedeser devastador para instalaciones, equipos y seguridad.

Tensiones de Impulso Normalizadas.

1. TENSIN DE IMPULSO COMPLETA.- Se define como una tensin transitoriaaperidica que crece rpidamente hasta un valor mximo y decrece menosrpidamente hasta cero.

frente

cresta

cola

V

t

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2. TENSIN DE IMPULSO TRUNCADA.- Se define como la tensin transitoria obtenidaa partir de una tensin de impulso completa que es interrumpida por una descargadisruptiva que provoca una brusca cada de voltaje, prcticamente hasta cero. Elcolapso puede ocurrir en el frente, en la cresta o en la cola de la onda.

frente pico cola

3. ANLISIS DE LA ONDA DE IMPULSO.

T1

TT'0

T'2

B

A

1.0

0.9

0.5

0.3

t

===

=

T T T T T

T T

21

'5.03.0'

67.1

1

1

Valor de Cresta ( Vc = V ) (Valor de pico)

oscilaciones

58


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Normalmente es el mximo valor de la onda. En algunos circuitos se presentanoscilaciones de voltaje, si la amplitud de estas oscilaciones es < al 5% del valor de crestay f < 0.5 MHz, se tomar una curva promedio que se define como valor de cresta virtual.

Duracin del frente virtual de onda T 1.

T1 se define 1.67 veces el intervalo de tiempo T entre los instantes en que el pulso tomavalores del 30% y 90% del valor de cresta.

Pendiente, virtual S del frente de onda.

Se define como el cociente entre el valor de cresta y el tiempo del frente virtual.

1

T V S =

Tiempo virtual T 2 de amplitud media.

Es el intervalo de tiempo entre el origen virtual y el instante en la cola, en el cual el voltajeha disminuido hasta la mitad del valor de cresta.

Las definiciones anteriores se refieren a la onda ms usada para simular S.V.atmosfricos. La del laboratorio de la EPN es una onda 1.2/50.

s s

T T

502.1

2

1 = donde T1 corresponde al intervalo entre 10% y 90% de V por ser

correspondiente a la VDE norma alemana

El generador de impulsos de alto voltaje.

La forma de onda de impulso se consigue mediante la suma de dos curvasexponenciales, CRECIENTE y DECRECIENTE, con diferentes constantes de tiempo, para

lo cual se usan dos juegos de circuitos R - C.

59


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al objetode prueba

A.V.impulso

Fuente A.V. C.D.

R ALTA

VDC

C s

VF

F

1) frente de onda2) cola de onda

R e

L R d

1

2

C b

Cs = capacitancia de impulso o de choqueCb = capacitancia de cargaRd = resistencia de amortiguamientoRe = resistencia de descargaF = explosores de acoplamiento

L = inductancia parsita

R alta : Resistencia para tener una constante de tiempo alta y mantener "separados" elcircuito de alimentacin del circuito de choque.

El Cs se carga desde una fuente de A.V continua a travs de R alta, esta carga se transfierea travs de F al condensador C b, es un tiempo muy CORTO (frente de onda) definido por la resistencia de amortiguamiento Rd. Una vez que C b adquiere su mxima carga y el arcoen f se ha extinguido la tensin empieza a disminuir con una constante de tiempo dada

fundamentalmente por Re (Re>>Rd).

Circuitos Multiplicadores de Marx

Para obtener mayores voltajes que el entregado por la fuente A.V. continua se empleangeneradores de etapas mltiples como el de Marx (alemn).

F

C s

R dL V DC

C bR e R e

C s

F R dL

C b

( )

( ) 2

1

,2

,1

T C R f Cola

T C R f Frente

be

bd

60


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Cs = Capacitancia de impulso o de choqueCb = Capacitancia de cargaL = Inductancia parsita del circuitoRd = Resistencia de amortiguamiento

Re = Resistencia de descargaF = Explosores de acoplamiento

El condensador Cs se carga desde una fuente de tensin continua a travs de unaresistencia elevada con el objeto de tener una constante de tiempo de carga relativamentegrande y mantener separados el circuito de alimentacin del circuito de choque. La cargade este condensador se transfiere, al funcionar el explosor F, a la capacitancia de la cargaCb en un tiempo muy corto (frente de onda) definido precisamente por la resistencia deamortiguamiento, la de los conductores y la del arco en F. Una vez que C b adquiere sumxima carga y el arco en F se ha extinguido, la tensin empieza a disminuir con unaconstante de tiempo dada fundamentalmente por la resistencia de descarga R e. ( Engeneral Re > Rd).

Con estos circuitos bsicos, no pueden obtenerse tensiones muy altas, a no ser que lafuente de tensin continua las proporcione. Aunque en ciertas ocasiones se usa estesistema debido a que se limita bastante la inductancia parsita, (como ejemplo se citanlos laboratorios de A.T. de las Universidades Tcnicas de Berln y Munich en Alemania),

por regla general se utilizan circuitos multiplicadores segn Marx (Prof. Erwin Marx,Braunschweig-Alemania).

Los circuitos multiplicadores de Marx son dispositivos en los cuales los condensadores dechoque se cargan en paralelo a travs de resistencias grandes y se descargan en seriemediante el uso de explosores y sobre un circuito de constante de tiempo menor. Eldiagrama equivalente de estos circuitos es el mismo de la figura 2-25. Slo se debe tener en cuenta que C s es la capacitancia resultante de una conexin en serie de n

condensadores. Usualmente se distribuyen las resistencias R d y Re tambin en cada unade las etapas del generador.

En las figuras 2-26 y 2-27 se pueden ver dos esquemas de instalaciones de choque encircuitos de cascada de Marx. En la primera las resistencias de descarga yamortiguamiento estn fuera de la cascada, en cambio en la segunda, que se trata de un

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modelo completo de instalacin de choque por HAEFELY se distribuyen las resistencias alo largo de las etapas.

Rc = resistencia de cargaRe = resistencia de descargaCs = condensador de choqueFn = explosoresT = inductor de disparo (trigatrn)

F2

Rc

-

+

Vdc

RcRc

T

F1

Cs

RcRc Cs

F4

F3Vs= n.

.Vdc

Rd

F5

Vs

Re

62


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(Ley de Columb) El voltmetro electrosttico est formado esencialmente por dos discosmetlicos planos, separados una pequea distancia, uno de los cuales es mvil .

La fuerza de atraccin mecnica tiende a aumentar la capacitancia para incrementar laenerga elctrica almacenada.

m F E energaCV 120

2 1085,821 ==

mvil discoentodesplazamidxdc

V dxd

F 221==

( )( )( )

==

cm separacind

voltiosV mvil discocm Aad permitivid Ax

x AC rrr

2

1

0

100

1

[ ] gr V Ax F AxV F Axdxdc

r r r 22

02

022

0 21

21 ===

gr x

V A F r

102

1052,4

=

Siendo F = f( V2), la escala del voltmetro es NO LINEAL por la funcin cuadrtica delvoltaje. Para cubrir mayores rangos de voltaje se usan voltmetros de disco separados eintercambiables. Cuando se supera la gradiente de potencial del aire, se utilizan mezclasde aire a presin.

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C2 de mica y de alta calidad

(SEM) = voltmetro que mide el valor mximo de un voltaje alterno, usandoun divisor capacitivo con rectificador y condensador de energa.

Equipo usado para medir V cresta o Umax.?

SEM VmaxVmax

Caractersticas: es un sistema: EconmicoSencilloPreciso

4.2.3 Medicin mediante Esferas Espinteromtricas.

La utilizacin de espintermetros(explosores) de ESFERAS se halla ampliamente

difundido en los laboratorios de A.T.

El principio de funcionamiento se basa en que: para un dimetro de esferas determinado,el voltaje de descarga (Valor de cresta de la tensin), es funcin del espaciamiento S.

kted

s f d V

=

= )( (max)

- Las esferas pueden ser hechas de aluminio, latn, bronce o aleaciones y con unasuperficie libre de irregularidades.

- Las esferas debern limpiarse inmediatamente despus de su uso. Pues el polvo o lahumedad que se deposite puede afectar la precisin.

d

S

66


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- Cuando se hacen mediciones con V. alternos o continuos, se debe poner una R enserie con la esfera de alta tensin para evitar predescargas o arcos muy fuertes quedestruirn paulatinamente las esferas.

10 K < R < 1 M

Una R mayor producir una cada de tensin que afectara la precisin de lasmedidas.

- El orden de precisin es de 3% cuando S 0.5 D, en caso contrario existe influenciade las condiciones atmosfricas y de los objetos que rodean las esferas, introduciendoerrores ms grandes.

- La medicin se hace por comparacin con valores determinados.V cresta [KV]

5 10 15 25 50 75 100 2000.5 17.5 16.51.0 32.0 31.51.5 45.62.0

150 2650200

S (cm)DIAMETRO (cm)

20C

760 mmHg

S condicionesnormales

Cuando se tienen condiciones diferentes a las condiciones normales V d varadependiendo de la densidad relativa del aire.

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+=

++=

)()(

273386.0

27320273

760

C t Hg mm

t

t

0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.10K 0.72 0.77 0.81 0.86 0.91 0.95 1.00 1.09

Voltaje disrupcin CORREGIDO Vd = KVd (tablas) Disrupcin

4.2.4 Transformadores de Medida.

Utilizados en forma prctica para medir en: AT, SEP, lneas de transmisin, tableros delos operadores y para medir AT en la industria; pues proporcionan separacin elctricaentre el lado AT y BT y se los conoce tambin como transformadores de instrumentos .

Tienen ciertas caractersticas que los hacen un tantodiferentes de los transformadores de potencial comunes:

1. Potencia muy baja se tiene prdidas bajas.

2. Hierro del ncleo de alta capacidad magntica.3. Nmero de espiras en Alto AV y bajo BV es ms alta (compensan prdidas por

dispersin).

4. Relacin de transformacin es ms exacta.5. Desfasamiento entre AV y BV es NULO.6. Son monofsicos.

Esto hace que sea un elemento muy caro y delicado.

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4.2.5 Mtodo de CHUBB - FORTESCUE.

de bobinamvil

mA600 Vmax.valor

-Vmax

i

muy bajacapacidad

AV

C

+Vmax

T

T/2

V

t

Con el ampermetro se mide el valor medio de un semiciclo de la I circulante.

( ){ }

fC i

V fCV i

T CV

V V T C

dt dt dv

C T

dt iT

i

mxmxmxm

mxmxmx

V

V

T

m

mx

mx

22

211 20

==

==== +

Luego la escala del miliampermetro puede graduarse directamente en KV para unafrecuencia dada y un condensador de medida de capacidad conocida.

4.3 MEDIDA DE A.V. CONTINUOSDe los mtodos explicados para A.V. alternos, algunos aplican para medidas de A.V.continuos, estos son:

1. VOLTMETROS ELECTROSTTICOS que miden el valor medio de la tensincontinua.

2. ESFERAS ESPINTEROMTRICAS con la comparacin en la tabla adecuada.

Adems de stos se utiliza un mtodo Alternativo.

Resistencia de Medida y Divisor de Tensin.

69


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22

2111

21

22 V

R

R RV V

R R

RV

+=+

=

La resistencia debe ser:- Precisa- Con un coeficiente de variacin de Resistencia por

temperatura, despreciable.

( )[ ] [ ]ecoeficient C t t R R t =+= 0100 - R2 puede estar integrada a la R de alta tensin o

puede aadirse en serie exteriormente.

A salida coaxial para uso delinstrumento como divisor de tensin.

B salida coaxial para uso del instrumento como resistencia de medida.

r < 10%

R2

R1

V1

A.V.C.

V2

R2

R1

B

Electrodo de A.T.

A

R. de medida

Aceite

V = I.R

mA

70


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V2 Vc

Galvanmetro

GFuente devoltaje de

comparacin

A.V.

4.4 MEDIDA DE A.V. DE IMPULSO.En las medidas de altas tensiones de impulso nos interesa conocer LA TENSIN DECRESTA O PICO y LA FORMA DE ONDA.

- Osciloscopio de rayos catdicos forma de onda.

- Medicin de la tensin de cresta mediante esferas espinteromtricas.

Para medir los valores de cresta o pico, el procedimiento puede ser de dos formas:

a) Para una tensin dada, acercar lentamente las esferas, hasta que se produzca la

descarga (Vkte, S) S >> S no se produce la descarga.

b) Para una separacin de esferas dada, aumentar el voltaje hasta que ocurra ladescarga (Skte, V)

4.4.1 Esferas Espinteromtricas. Tensin del 50%

S

71


72/104

Procedimiento:

- La medicin es correcta, cuando al aplicar un cierto nmero de impulsos, se producela descarga en el 50% de los casos.

A esta tensin se la llama "Tensin del 50%"

100%20%0%

0,5n (se produce descarga)

0,5n (NO produce descarga)S

1 V2 V3 V

nV

S Vd tablas^

Las tensiones del 0% o del 100% no tienen ningn significado.

4.4.2 Utilizacin del voltmetro de CRESTA (Peak value)

a) Divisor de tensin capacitiva.b) El condensador del voltmetro no se descarga y queda cargado al mximo voltaje que

se produce.c) Se debe tener un dispositivo de descarga para que luego de realizado la lectura, la

aguja regrese a cero.

K V

A. V. impulso

72


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4.4.3 Utilizacin de un Osciloscopio de Rayos Catdicos (ORC).

DISPAROELECTRONICO

CABLE DEMEDIDA

CAPACITANCIASECUNDARIA

al generador de impulso

Z deacoplamiento

O.R.C.

Cable dedisparo

antena

Z2

Z1C1(Cb)

C2

- Este es el mtodo mas preciso para medir y observar una onda de impulso.- Se requiere de un divisor de tensin apropiado, en el que C 1 puede ser tambin el

condensador de carga C b del generador de impulso.- Se debe mantener Z 1 = Z2 mediante la Z de acoplamiento para evitar REFLEXIONES

de la onda de la seal.- El cable de medida deber proporcionar un cierto retraso a la seal, de tal modo que

el disparo del ORC sea realizado antes de que, aparezca el impulso.- Para disponer de la forma de onda en el ORC, se requiere de una fotografa, o del

dispositivo de Retencin de Imagen.

4.5 MEDICIN DEL FACTOR DE PRDIDAS

paral

alta tension 2012

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