CARACTERIZACIÓN DE EQUIPOS Y DISPOSITIVOS DEL LABORATORIO DE ALTA TENSIÓN DOCENTE
10
CARACTERIZACION EQUIPOS Y DISPOSITIVOS Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José. F. Lozano 1 PRACTICA 1: CARACTERIZACIÓN DE EQUIPOS Y DISPOSITIVOS DEL LABORATORIO DE ALTA TENSIÓN DOCENTE Luis E. Ardila Diego M. Calderón José F. Lozano [email protected] [email protected] [email protected] Objetivos Listar e inspeccionar los elementos disponibles en el laboratorio. Determinar las características físicas y eléctricas del modulo de control, el transformador de aislamiento, los dispositivos de maniobra, protección y medida. Verificar los criterios de seguridad eléctrica e industrial en el laboratorio. ACTIVIDADES PARA ANTES DE INICIAR LA PRACTICA 1. Revise la sección 19.5 del RETIE sobre “reglas de oro de la seguridad” analice y clasifique cuáles de estas reglas aplican al trabajo a realizar en el laboratorio y cuáles no aplican. Explique brevemente el porqué de sus decisiones Al trabajar en línea muerta, es decir circuitos des energizados, siempre se debe conectar a tierra y en corto circuito como requisito previo a la iniciación del trabajo. En tanto no estén efectivamente puestos a tierra, todos los conductores o partes del circuito se consideran como si estuvieran a su tensión nominal. Siempre que se trabaje en líneas des energizadas o líneas sin tensión, se deben cumplir las siguientes reglas de oro: 1. Efectuar el corte visible de todas las fuentes de tensión, mediante interruptores y seccionadores, de modo que se asegure la imposibilidad de su cierre intempestivo. En aquellos aparatos en que el corte no sea visible, debe existir un dispositivo que garantice que el corte sea efectivo. 2. Condenación o bloqueo, si es posible, de los aparatos de corte. Señalización de los aparatos en el mando de los aparatos indicando “NO ENEGIZAR” o “PROHIBIDO MANIOBRAR” y retirar los porta fusibles de los cortacircuitos. 3. Verificar ausencia de tensión en cada una de las fases, con el detector de tensión, el cual debe probarse antes y después de cada utilización. 4. Puesta a tierra y en cortocircuito de todas las posibles fuentes de tensión que incidan en la zona de trabajo. Es la operación de unir entre si todas las fases de una instalación, mediante un puente equipotencial de sección adecuada, que previamente ha sido conectado a tierra. 5. Señalizar y determinar la zona de trabajo. Es la operación de identificar por medio de carteles con frases o símbolos el mensaje que debe cumplirse para prevenir el riesgo de accidente.
-
Upload
luis-e-ardila -
Category
Documents
-
view
280 -
download
0
Transcript of CARACTERIZACIÓN DE EQUIPOS Y DISPOSITIVOS DEL LABORATORIO DE ALTA TENSIÓN DOCENTE
CARACTERIZACION EQUIPOS Y DISPOSITIVOS Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José. F. Lozano
1
PRACTICA 1: CARACTERIZACIÓN DE EQUIPOS Y DISPOSITIVOS DEL
LABORATORIO DE ALTA TENSIÓN DOCENTE
Luis E. Ardila Diego M. Calderón José F. Lozano [email protected] [email protected] [email protected]
Objetivos
Listar e inspeccionar los elementos disponibles en el laboratorio.
Determinar las características físicas y eléctricas del modulo de control, el
transformador de aislamiento, los dispositivos de maniobra, protección y
medida.
Verificar los criterios de seguridad eléctrica e industrial en el laboratorio.
ACTIVIDADES PARA ANTES DE INICIAR LA PRACTICA
1. Revise la sección 19.5 del RETIE sobre “reglas de oro de la seguridad”
analice y clasifique cuáles de estas reglas aplican al trabajo a realizar en
el laboratorio y cuáles no aplican. Explique brevemente el porqué de sus
decisiones
Al trabajar en línea muerta, es decir circuitos des energizados, siempre se debe
conectar a tierra y en corto circuito como requisito previo a la iniciación del
trabajo.
En tanto no estén efectivamente puestos a tierra, todos los conductores o
partes del circuito se consideran como si estuvieran a su tensión nominal.
Siempre que se trabaje en líneas des energizadas o líneas sin tensión, se
deben cumplir las siguientes reglas de oro:
1. Efectuar el corte visible de todas las fuentes de tensión, mediante
interruptores y seccionadores, de modo que se asegure la imposibilidad
de su cierre intempestivo. En aquellos aparatos en que el corte no sea
visible, debe existir un dispositivo que garantice que el corte sea
efectivo.
2. Condenación o bloqueo, si es posible, de los aparatos de corte.
Señalización de los aparatos en el mando de los aparatos indicando
“NO ENEGIZAR” o “PROHIBIDO MANIOBRAR” y retirar los porta
fusibles de los cortacircuitos.
3. Verificar ausencia de tensión en cada una de las fases, con el detector
de tensión, el cual debe probarse antes y después de cada utilización.
4. Puesta a tierra y en cortocircuito de todas las posibles fuentes de
tensión que incidan en la zona de trabajo. Es la operación de unir entre
si todas las fases de una instalación, mediante un puente equipotencial
de sección adecuada, que previamente ha sido conectado a tierra.
5. Señalizar y determinar la zona de trabajo. Es la operación de identificar
por medio de carteles con frases o símbolos el mensaje que debe
cumplirse para prevenir el riesgo de accidente.
CARACTERIZACION EQUIPOS Y DISPOSITIVOS Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José. F. Lozano
2
Los equipos con puesta a tierra se deben manejar con pértigas aisladas,
conservando las distancias de seguridad respecto a los conductores, en tanto
no se completa la instalación.
Para su instalación, el equipo se conecta primero tierra y después a los
conductores que van a ser puestos a tierra, para su desconexión se procede a
la inversa.
Los conectores se deben colocar firmemente, evitando que puedan
desprenderse o aflojarse durante el desarrollo del trabajo.
Cuando la estructura o apoyo tenga una propia puesta a tierra, se conecta a
esta. Cuando valla a “abrirse” un conductor o un circuito, se colocaran tierras
en ambos lados.
Cuando dos o mas trabajadores o cuadrillas laboren en lugares distintas de las
mismas líneas o equipo, serán responsables de la colocación y retiro de los
equipos de puesta a tierra en sus lugares de trabajo correspondientes.
Análisis
Teniendo en cuenta las reglas de oro de la seguridad descritas anteriormente
podemos decir que para el laboratorio de aislamiento se cumplen las reglas
1,2, 4 y 5 esto gracias a la separación entre la zona de trabajo y el modulo de
control, además en dicho modulo se encuentran los interruptores necesarios
para garantizar la seguridad en la zona de trabajo.
La regla numero 3 no se aplica al laboratorio por que no se realiza una
inspección cada vez que se energiza o des energiza la zona de trabajo, de las
fases.
Tampoco se tienen en cuenta las recomendaciones de trabajo de determinadas
partes de un sistema, es decir nosotros trabajamos des energizando
completamente la zona de trabajo y no una parte.
Lo relacionado con cuadrillas de trabajo tampoco aplica al laboratorio porque el
grupo es muy limitado y la zona también.
2. Realice el levantamiento del sistema de referencia a “cero voltios”
(puesta a tierra) del espacio de pruebas (use un diagrama unifilar o un
diagrama de bloques). ¿Cumple con las reglas básicas de seguridad,
protección, distancias de seguridad, etc.?
Para esto utilizaremos el diagrama de bloque descrito a continuación.
CARACTERIZACION EQUIPOS Y DISPOSITIVOS Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José. F. Lozano
3
Figura 1. Diagrama de bloques elementos laboratorio de alta tensión.
El sistema cumple con las reglas básicas de seguridad, puesto que en la
consola se encuentran los interruptores y demás dispositivos encargados de la
desconexión en caso de presentarse un inconveniente, además las distancias
de seguridad remendadas por el RETIE para niveles de voltaje a los que se
trabajan en el laboratorio se cumplen gracias en mayor medida al enmallado.
3. Realice un levantamiento de información de los elementos (de conexión,
acoplamiento, soporte, etc.), equipos de medición y demás dispositivos
disponibles en el laboratorio analizando su función, información de placa,
composición, dimensiones, estado, etc.
En el laboratorio encontramos diferentes elementos
Elemento Datos Estado Cantidad
Condensador 6μf Funciona 5
Condensador 12μf Funciona 6
Resistencia 4885Ω Funciona 1
Resistencia 9500Ω, Vmax=140Kv, Pm=60w Funciona 1
Resistencia 10MΩ, V=140Kv, Pm=60w Funciona 1
Resistencia 140MΩ Funciona 1
CARACTERIZACION EQUIPOS Y DISPOSITIVOS Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José. F. Lozano
4
Condensador 6200pf Vpico 140KV Funciona 1
Resistencia 416Ω, Pm=60W, Vpico=140KV Funciona 1
Resistencia 53KΩ, Vmax=140Kv, t=60s Funciona 1
Resistencia 50KΩ, Vmax=140Kv Funciona 1
Diodo 50mA, 9KV Funciona 1
Diodo 5mA, 500KΩ, 140KV Funciona 1
Aislador Funciona 2
Divisor Resistivo Compensado 246,3MΩ, 52 pf Funciona 1
Divisor Capacitivo Amortiguado 507Ω, 192pF Funciona 1
Espinterómetro 1 Tabla 2. Elementos disponibles laboratorio de alta tensión.
Adicionalmente también tenemos el Transformador elevador de 220V/100KV el
cual posee una división en el devanado del secundario que permite tener 50KV
en la salida. Este transformador es controlado utilizando un varistor en su
voltaje de entrada, que se maneja en el modulo de control.
También encontramos los elementos de medida que podemos utilizar que son
los multímetros FLUKE 177 true rms, FLUKE 87 true rms y FLUKE 79 y el
osciloscopio digital Tektronix TDS 1002.
Dentro de la malla se encuentran las diferentes sondas y acoples a utilizar.
4. Qué ventajas y desventajas posee un equipo de medida digital sobre un
equipo análogo?
Ventajas:
Es mucho mas preciso, en cuanto a la incertidumbre de las medidas.
Permite caracterizar diferentes elementos, como capacitores por
ejemplo.
Son mucho más robustos que los análogos.
Desventajas:
Cuando se desea analizar la variación de una señal de tiempos de
segundos es muy difícil observarla en un aparato digital.
Es mucho más costoso que un aparato análogo.
A menos que diga TRUE RMS no tiene este función, el análogo si.
La medida realizada pocas veces se estabiliza, esto se debe a que el
aparato realiza muchas mediciones en poco tiempo y detecta las
pequeñas variaciones del sistema.
5. Cuando un multímetro digital indica en sus especificaciones técnicas que mide TrueRMS que ventajas posee frente al que no lo tiene? Sustente su respuesta con ayuda de un ejemplo
CARACTERIZACION EQUIPOS Y DISPOSITIVOS Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José. F. Lozano
5
Los multímetros que tiene la opción TRUE-RMS realizan una verdadera
integración en un intervalo de tiempo definido, los otros únicamente multiplican
el valor máximo por una constante.
6. Explique brevemente métodos prácticos para realizar medición de
pequeñas y grandes resistencias, bobinas y/o condensadores (muestre
diagramas, equipos de medición y protocolo de medición necesarios)
1. Para medir la resistencia eléctrica podemos hacer suministrar un voltaje
constante el los extremos de la resistencia, luego medimos la corriente que
se le suministra ala misma. Se puede hacer esto para diferentes valores de
voltaje y obtenemos una curva característica de voltaje contra corriente la
cual es una línea recta y conociendo estos puntos por medio de la ley de
Ohm podemos determinar la resistencia eléctrica.
2. Podemos medir la capacitancia de un condensador si implementamos un
circuito en serie con una resistencia, procedemos a medir el voltaje de la
fuente, el voltaje del condensador, el voltaje dela resistencia y la corriente
del circuito. Como sabemos la impedancia de la resistencia es R y la del
capacitor es 1/jwc , entonces si conocemos la frecuencia ala que se
alimenta el circuito podemos conocer la capacitancia del capacitor.
Análogamente este método se pude aplicar para medir la impedancia de un
inductor.
3. Se puede realizar una medida de los valores de resistencia, impedancia y
capacitancia utilizando un puente diseñado con tal propósito. Este
dispositivo realiza una medición similar la del punto dos, pero no se detiene
en un único valor de frecuencia, en el dispositivo se puede cambiar la
frecuencia suministrada y esto con el fin de analizar el comportamiento de
determinado dispositivo en una frecuencia dada. Por ejemplo con valores
de frecuencia muy altos el efecto skin se observa claramente y los valores
de la resistencia varían.
7. Con ayuda de los métodos descritos en el numeral anterior, caracterice las resistencias, condensadores y diodos disponibles en el laboratorio (al menos dos de c/u). Revise y compare si los resultados obtenidos del método práctico coinciden con la información mostrada en la placa o carcaza de cada elemento y en caso de encontrar diferencias considerables (superiores al 10%) analice el porqué
Caracterización de una resistencia:
Caracterizamos una resistencia del laboratorio la cual figura en placa con un
valor de 9500Ω.
Voltaje (V)
Corriente (A)
Resistencia (Ω)
2,265 2,80E-04 8,09E+03
4,46 5,00E-04 8,92E+03
CARACTERIZACION EQUIPOS Y DISPOSITIVOS Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José. F. Lozano
6
8,15 8,90E-04 9,16E+03
12,16 1,31E-03 9,28E+03
16,17 1,73E-03 9,35E+03
18,67 2,00E-03 9,34E+03
23,29 2,49E-03 9,35E+03
26,44 2,83E-03 9,34E+03
29,64 3,16E-03 9,38E+03 Tabla 2. Datos caracterización resistencia.
Figura 2. Curva característica tensión vs corriente resistencia, comportamiento lineal.
Con estos datos obtuvimos un valor experimental promedio de 9130Ω.
También realizamos la medición de esta misma resistencia utilizando el puente
y obtuvimos los siguientes valores:
Frecuencia Resistencia Capacitancia
100KHz 9416Ω 9,26pf
100Hz 9422Ω 50Hz 9424Ω Tabla 3. Mediciones distinta frecuencia
Obteniendo un valor experimental promedio de 9420Ω.
Para la segunda parte caracterizamos un capacitor utilizando el método de
conexión en serie con una resistencia y obtuvimos lo siguientes datos:
Figura 3. Esquemático para medición.
0.00E+00
5.00E-04
1.00E-03
1.50E-03
2.00E-03
2.50E-03
3.00E-03
3.50E-03
0 5 10 15 20 25 30 35
Series1
CARACTERIZACION EQUIPOS Y DISPOSITIVOS Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José. F. Lozano
7
V Fuente
V Resistencia
V Condensador
Corriente (A)
118,9V 117,8V 9,58V 2,41E-02 Tabla4. Mediciones
De estos valores experimentales encontramos los valores para la resistencia
de:
Nuevamente utilizamos el puente para medir el capacitor y encontramos los
siguientes valores:
Frecuencia Resistencia Capacitancia
50Hz 131KΩ 6,68μf
60Hz 112KΩ 6,68μf
100Hz 64KΩ 6,67μf
1KHz 1,48KΩ 6,66μf
10KHz 13,34Ω 7,28μf
100KHz 0,42Ω 3,77μf Tabla 5. Mediciones distinta frecuencia
Donde podemos observar que el puente mide valores de resistencia para el
capacitor puro, y estos desaparecen para frecuencias grandes.
8. Recoja la información de la placa de características del transformador del
laboratorio y estime teóricamente cual es el valor de la impedancia de
cortocircuito. Muestre un diagrama eléctrico de su configuración, niveles
de tensión, etc.
9. Explique brevemente como obtener la impedancia de cortocircuito de un transformador de manera práctica y realice las pruebas que considere necesarias para obtenerla en el laboratorio (cumpliendo todas las normas de seguridad y bajo supervisión del profesor).
La prueba de cortocircuito se realiza cortocircuitando el secundario del
transformador y poco a poco se comienza a subir el voltaje del primario hasta
que en el secundario se logre la corriente nominal, el montaje que se realizo
fue el siguiente:
CARACTERIZACION EQUIPOS Y DISPOSITIVOS Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José. F. Lozano
8
Figura 4. Esquemático para determinar impedancia interna.
Y se obtuvieron los siguientes valores:
P Nominal 5KVA 220V/100KV
Vcorto 24,71V
Icorto 24,48A Tabla 6. Pruebas trafo
La magnitud de la impedancia en serie es:
Como la impedancia de cortocircuito es prácticamente la equivalente a la
impedancia que se tendría con un 11% de la corriente nominal y el voltaje
nominal, eso es para un transformador de potencia, entonces el valor teórico
seria:
Vemos que este valor es muy cercano al valor teórico obtenido, con esto
podemos decir que si se comporta como la impedancia típica de un
transformador de potencia.
10. Muestre con ayuda un diagrama unifilar o un diagrama de bloques la
estructura del banco de control presente en el laboratorio. ¿Con qué
dispositivos de control y/o protección cuenta el modulo para garantizar la
seguridad de las personas durante una prueba?
CARACTERIZACION EQUIPOS Y DISPOSITIVOS Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José. F. Lozano
9
Figura 5. Esquemático elementos laboratorio.
En el laboratorio se cuenta con un modulo de control que es el encargado de
cómo su nombre lo dice controlar todo lo que sucede en al interior de el
enmallado, cuenta con interruptores de seguridad que progresivamente
energizan los diferentes niveles del transformador.
Existe un interruptor que energiza el variac encargado de suministrar el voltaje
al primario del trafo, seguidamente tenemos otro interruptor que va del variac al
primario del trasformador.
También se tiene en el modulo de control un interruptor de emergencia que se
encarga de desconectar el sistema completamente y además como ultima
medida de seguridad el sistema tiene un interruptor manual a modo de clavija
ubicada en las puertas del enmallado que obliga a cerrar el circuito antes de
energizar.
11. ¿Porque es importante tener un punto de referencia equipotencial “cero
voltios” para los equipos de medida y acoplamiento de las señales?
Tener un único punto de referencia permite tener absoluta seguridad de que los
equipos de medida están midiendo lo que realmente queremos que midan, si
se tuvieran varios puntos de referencia las medidas serian muy difíciles de
entender y podrían generarse muy fácilmente accidentes porque el operario
siempre esta a referenciado al cero de la tierra y si un aparto o sistema de
medida marca cero en su propio sistema no implicara que fuera seguro de
operar.
CONCLUSIONES
Las reglas de oro de la seguridad son aplicables para todo tipo de montaje de
AT y MT, si bien en este caso no todos los aspectos se deben tener en cuenta,
puesto que la guía es general, es mejor trabajar de la mejor forma segura
posible y para eso es bueno seguir las normas de RETIE.
Diferentes formas de caracterizar un capacitor mostraron diferentes valores,
esto se atribuye a la dependencia que existe entre la frecuencia y también la
impedancia interna del elemento con que se mide, en el caso del puente vimos
CARACTERIZACION EQUIPOS Y DISPOSITIVOS Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José. F. Lozano
10
que la impedancia interna del sistema no era despreciable respecto al
condensador que se midió.
Las características de los elementos de medición se deben tener en cuenta
para el desarrollo de las prácticas en el laboratorio, no solo para evitar errores
en las medidas sino también para evitar accidentes y daños de los mismos.
El transformador utilizado en el laboratorio cumple con las características de un
transformador de potencia en cuanto a que su impedancia de corto es cercana
a un 11% de la nominal.
Bibliografía
RETIE
Stephen J Chapman, Maquinas eléctricas 3 edición.
