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7/25/2019 cursoanlisisdemquinasrotativaspartei-131205080528-phpapp02

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CursoAnlisis de Mquinas Rotativas

Pruebas en AC: tangente deltay descargas parciales PARTE I


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Agenda


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1 ENSAYOS DC -

INTRODUCCION


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Factores que Afectan al Aislamiento elctrico

Campo elctrico (V / mm) +descargas parciales Temperatura Fuerzas mecnicas por:

Campo elctrico Acciones electrodinmicas Vibraciones rosi!n del aire de re"rigeraci!n

#u$micas: %umedad &rasas' aceites

Atm!s"eras corrosias acterias' *ongos (materia orgnica ia)


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Ensa!os DC Prueba de resistencia !"#ica

Prueba Mego"#

$ndice de polari%aci!n &PI ! IP'

$ndice de absorci!n diel(ctrica &)AR'

Prueba de rigide% diel(ctrica

Prueba de saltos de tensi!n

Medici!n del tie#po de descarga ! constante de tie#po Medici!n de la capacidad del aisla#iento el(ctrico


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prueba de resistencia !"#ica des"alance #$mico entre fases

prueba #eg"o# ni%el del aislamiento al minuto &an'lisiscuantitati%o(

*ndice de polari%aci!n &PI ! IP'+

*ndice de absorci!n diel(ctrica &)AR'

)resencia de suciedad o $umedad &an'lisis

cualitati%o(

prueba de rigide% diel(ctrica tensi#n m'*ima durante un minuto antes delfracaso del aislamiento

prueba de saltos de tensi!n com)ortamiento del dielctrico anteincrementos de tensi#n

#edici!n del tie#po de descarga o constante

de tie#po

constante que de)ende de la resisti%idad

%olumtrica & +( ! la )ermiti%idad dielctrica &,(! no de la geometra del aislamiento

#edici!n de la capacidad del aisla#ientoel(ctrico

%alor medido durante la descarga final de lam'quina "a.o ensa!o

Informaci#n que nos "rindan los ensa!os DC enm'quinas rotati%as


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Estado de los conductores en las bobinas

Eval,a corto circuito entre espiras

Malas cone-iones en los ter#inales y.ouniones de bobinas

Medici!n e#pleando un Puente /elvin

0ariaci!n no #ayor del 1 2

Resistencia O$mica


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Resistencia de Contacto

,-.-- a-.-01

2a esistencia de Contacto inter"iere con la precisi!n dela medici!n deba3o de o*m

4e llama resistencia de contacto


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5VTerm

obina6otor

TransitorioV, V7Term(8e77(82t/))

4e debe esperar a 9ue ba3eel transitorio

5necte corriente 5 en la bobina. 6ida la Tensi!n ;V Term< atras de la bobina. Calcule la resistencia., Vterm/5

Resistencia de Contacto6idiendo la resistencia de la bobina de un motor


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,V term/5, cont+bob+cont

sto solo es bueno si: cont==bob>> cont

cont

2

bobina

5 V term

Circuito 9uialente


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Resistencia de Contacto,-.--

V Term

5, 0 Amps

+ 0-m 8

+ 0-m 8

+--m

8

,-.-0-

,-.-1-

, Vterm/5,0-m+--m+?-m ,

0-.-@-, mu errado>>

4e B usar tcnicasde medidas de ? cables>>


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2

V

5,-

Bo *a errores de resistencia de contacto

,2

V

5,-

cont

cont

cont

cont


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)E3I4ICI54 :

6Cociente entre el Potencial )C Aplicado atrav(s del aisla#iento y la Corriente total

resultante en un tie#po dado 7

Resistencia de Aislamiento


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Fuga

I L

Capacitancia

I C

Conductancia

I g

Absorcin

I A

-

+V DC

Circuito Equi%alente Del Aislamiento


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Tiempo de Aplicacin del Voltaje (Minutos

!""

!" Total (IT

Absorcin (IAConduccin (I#Capaciti$a (IC

"! !"

%

elacindeCorrie

ntes

TI/OS DE CORRIENTE /ARA UN AIS0A1IENTO DE 1ICA - A1IANTO


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Constitue una medici!n precisa de la resistencia del

aislamiento a masa de los bobinados. 2a pruebaconsiste en aplicar un olta3e de CC (5?)D medir la corriente de perdida luego de E- segundos.2a resistencia de aislamientoD 5D se calcula segn lale de G%6:

5 , olta3e aplicado / corriente de "uga medida

0a )rue"a de 1ego$m


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0a )rue"a de 1ego$m

obina+

8V

5 Bcleo

esist. Aislamiento. ,V/5 a los E- seg.

6edici!n de 5 se toma E- segundos despus dealcanzar el alor de prueba

2olta.e de )rue"a cerca del %olta.e de o)eraci#n3


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1ego$m

ecubrimiento deranura

uptura del dielctricot$pico: HV a 0.1HVBema 6in: 1.IHV

Alambre edondo

ecubrimiento T$pico 0-HV VC

BomeJ86lar8BomeJ T$pico

Aislamiento combinado a masa esD--- VC +0-D---VC ,D---VCAislamiento inclue:

Kel$cula de alambre de cobre

ecubrimiento de ranuraesinaTope

anura indiidualn motor tri"sicoAlambrado redondo


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0alores a 89C+ todos los valores en M

, H + / Kara muc*os arrollamientos "abricados antes

de /LI- todos los arrollamientos de campo :

otros no descritos aba3o

, /-- Kara muc*as armaduras CD arrollamientos

de AC "abricados despues de /LI- (bobinas

pre"ormadas)

, 1 Kara muc*as ma9uinas con bobinasaleatorias en el estatorD bobinas pre"ormadas

a olta3es menores a /--- V.

1nima resistencia de aislamiento


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Volta3e del Arrollamiento Volta3e de Krueba

= --- V 1-- Vdc---801-- V 1--8--- Vdc

01-81--- V ---801-- Vdc

1--80--- V 01--81--- VdcM 0--- V 1---8---- Vdc

IEEE8

Tensiones DC )ara )rue"a deresistencia de aislamiento


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Condici!n ;uper


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2a correcci!n puede ser e"ectuada usando lasiguiente "!rmula:

C, HTT HT , (-.1)(?-8T)/-

C :esistencia de Aislamiento corregida a ?-NC

HT :Coe"iciente a Temperatura T NC

T :esistencia de Aislamiento medidaD a T NC

Correcci#n /or Tem)eratura


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1ego$m

6edici!n , --6 (2imite 5? , --6)

Medicin Temperatura Valor %c %esultado

&""M '"C &""M )asa

&""M &"C !*"M

&""M ,"C *M

3emplo:

Efectos de la Tem)eraturaR 5 6 )or cada 789C : en Tem)3Corri.a los %alores R3A a ;89CRc


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6ide cuantitatiamente la capacidad de polarizaci!n del

aislamiento a masa.2a prueba de 5K se realiza comnmente al mismo olta3e9ue la prueba de 6&G%6 tarda - minutos encompletarse. l Valor de 5K se calcula como se muestra acontinuaci!n:5K , 5(-min) / 5(min).

5, 454TBC5A A542A65BTG ( 6ega G*ms)

1edida Del >ndice De /olari?aci#n


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n general los aislantes en buenas condicionesmostrarn un $ndice de polarizaci!n altoD mientras 9uelos aislantes daOados no lo *arn. 5? recomiendaalores m$nimos para las distintas clases trmicas deaislamiento de motores:

2alores mnimos


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s una ariante del $ndice de polarizaci!n .

n algunos materiales como micaD la corrientede absorci!n toma - minutos o mas para caera cero. Kero en sistemas de aislamientomodernos la corriente de absorci!n puede caera cero en 0 o minutos.

l Pndice de absorci!n se calculacomo:

5A , 5(E-seg) / 5(-seg)

>ndice De A"sorci#n


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Ensa!o DD

Tambin llamada corriente de reabsorci!n

4e realiza durante el ciclo de descarga del aislamiento.Jisten tres componentes de la corriente (cargaDpolarizaci!n corriente de "uga)D presentes durante unensao de aislamiento.

lectricite de France


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Ensa!o DD

l ensao obsera la despolarizaci!n la corriente

capacitiaD al "inal del test de aislamiento.2a nica componente de corriente 9ue 9ueda al "inaldel ensao es la corriente de "ugaD esta corrientedepende de la capacitancia de la tensi!n de ensao.

4e calcula como: ,5(E-seg)/VJC


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Ensa!o DD

Capas de"ectuosas dentro del aislamiento soncaracterizadas por corrientes de absorci!n altas

4i carga totalmente el aislamiento contina lamedida en la "ase de la descargaD las corrientes de"uga desaparecern dentro de los primerossegundos.2a capacitancia es descargadaD s!lo saliendo lacorriente de absorci!n para el instrumento de

prueba a medir.

lectricite de France


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Informaci#n de los %alores DD

Condici!n del aisla#iento 0alor ))%omogneo -

GH si es menos de 0

Cuestionable 0 a ?

Kobre ? a I

6alo si es mas grande 9ue I


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emuestra 9ue en el sistema de aislamiento amasa puede eJistir un olta3e aplicado alto sineJ*ibir una corriente de perdidaeJtraordinariamente alta.

2os Volta3es de Krueba de %ipot se

recomiendan en el 5 L1D 5 ?D 5C ?. B6A 6&8.

Ensa!o @I/OT


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Ensa!o @I/OT AC

VV

.A

M/0uinabajo ensa1o

Transformador

elevador

%egulacinde tensin

V2

Tiempo0


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4e realiza solo si las pruebas anterioresresultaron satis"actorias (6ego*mD 5K).

Tipo de >obinado Tensi!n a aplicar

eanados usado no reacondicionados

Bo se debe someter a prueba de altopotencial (segn recomendacionesA4A A--)

0.- + ---Vac

.?V + I--Vac

eanados Bueos epetici!n de prueba: @1Q alor inicial

-.E1(0.-V + ---)Vac-.E1(.?V + I--)Vac

Gtras recomendaciones .01 a .1 Vn (Vac)

eanados usados no reacondicionados 0.01 a 0.11 Vn (Vdc)

eanados eacondicionados

eanados Bueos

Ensa!o @I/OT


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C?R0A; )E RE;I;TE4CIA; )E AI;@AMIE4T5

C3%%I45T4

V3LTA64

7A6A%48I8T45CIA

7945A%48I8T45CIA

%48I8T45CIATI)ICA

Ensa!o @I/OT


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2a indicaci!n ms *abitual de aproJimaci!n al "allo es una tasa deincremento acelerado de la Corriente "rente a la Tensi!n.

sta adertencia se muestra muc*as eces en un margen tanpe9ueOo como el 1Q por deba3o de la Tensi!n de "allo.

%a 9ue descartarD e"ectos corona en las coneJiones de los e9uipos oen el aislamiento de los conductores utilizados.

e ser posible se deber$a analizar a cada "ase indiidual deleanado.

2os ensaos con ACD dan lugar a una corriente de cargaeJtremadamente altaD por tanto se necesita e9uipos de pruebagrandes.

O"ser%aciones


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81B IEC :1BIEEE ;td BDD1D

Kroporciona in"ormaci!n acerca del Aislamiento

entre espirasD la capacidad del aislamiento amasa para soportar transitorios de "rente deonda abrupto (como los 9ue aparecen ensericio).

/rue"a De Im)ulso


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iariamenteD los motores estn sometidos atransitorios de alto olta3e /o energ$a. stosimpulsos pueden daOar el aislamiento del

motor D en un tiempoD pueden proocar una"alla en el mismo.

Ra?ones /ara Reali?ar 0a /rue"aDe Im)ulso


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Corrientes de irrupci!n de encendido

Rayos en el siste#a el(ctrico

Transitorios de inversores

I#pulsos de @*nea;obre tensiones de #aniobra

Causas De Transitorios De Alto 2olta.e


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Kara crear un gradiente o potencial de olta3e a lo largo de todo elcable en la bobinasD brees impulsos de olta3e son aplicados a labobina durante la prueba.

VL: Mac;ine Voltage< =V

V!: (,> & VL at "?" s

V,: &?* V! at "?! s

V&: * V! at @ !?, s

" ! , & ' * B

!

,

&

'*

Teoria De 0a /rue"a De Im)ulsos


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41/93

2a bobina responde D en los periodos de tiempo entre pulsos D con unpatr!n de onda sinusoidal amortiguada redonda o con depresiones

Res)uesta al Im)ulso


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4i eJiste una "alla en el motorD el patr!n de ondas en lapantalla colapsa en amplitud ocurre un cambio *acia la

iz9uierdaD signi"icando un aumento en la "recuencia(disminuci!n en la inducci!n).

Determinaci#n De Una Falla


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%a 9ue descartar in"luencia del otor

sobre el Katr!n de la Gnda.

5rregularidades en el Katr!n de Gnda alinicio del cicloD es caracter$stico de 6otores

&randes de Alto Volta3e.

O"ser%aciones


44/93

Ensayo el(ctrico Re


45/93

D E4;A5; E4 AC


46/93

Krueba de rigidez dielctrica

Krueba de tangente delta

6edici!n de la capacitancia del aislamiento

Krueba tip up ! medici!n de la ariaci!n dela tangente delta

6edici!n de las descargas parciales

6edici!n de la energ$a integrada de lasdescargas

Ensa!os en AC


47/93

prueba tangente delta calidad del material aislanteB gradode en%e.ecimientoB )roceso de)olimeri?aci#n

prueba tip up ! #edici!n de la variaci!nde la tangente delta

informaci#n de )resencia dedescargas )arciales

#edici!n de las descargas parciales ni%el m'*imo de las descargasBidentificaci#n del ti)o de descargaBefecto de las oclusiones internas

#edici!n de la energ*aintegrada de las descargas

ni%el de la energa de las descargas)arciales )or ciclo

Informaci#n de los ensa!os AC


48/93

dielctrico en tensi#n alterna

W

dielctrico en tensi#n continua

W

+aisl.Vprdidas

0

tgC


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cuacua

bobinabobina

F

G

resistividad &Hc#'

per#itividad &volts.##'

conductividad t(r#ica

Aislamiento T)ico En Una Ranura


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El de #s rpida degradaci!n

Representativo del servicio

Posible de obtener o #edir sinlesionar el aisla#iento

Con la #enor dispersi!n de susvalores

/ar'metros del dielctrico a anali?ar enm'quinas rotati%as


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el(ctricas

t(r#icas

qu*#icas

#ecnicas

descargas parciales

co#binaci!n de las anteriores

Solicitaciones ! factores de degradaci#nen un dielctrico


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Factor Elctrico asociado a las sobretensiones transitoriasD esuna "unci!n de la tensi!n de la "recuencia.

Factor Trmico"unci!n de (V / mm) del tiempoD la "alla seproduce por las prdidas dielctricas concentradas en puntos

dbiles.

Factores de degradaci#n en undielctrico


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Factores de degradaci#n en undielctrico

Factor 4umico: asociado a la *umedad (produce *uecos9ue generan descargas parciales)D a la deposici!n de

grasas aceites (corrosi!n 9u$mica)D atm!s"erascorrosias (e"ecto lee) a la materia ia (bacteriasproducidas por la *umedad).

Factor 1ec'nico: debido a la acci!n del campo elctricoDde las "uerzas entre conductores bobinas (proporcional al

cuadrado de la corriente e inersa a las distancias)D de lasibraciones eJteriores de la erosi!n mecnica (capacidadabrasia de elementos en el aire elocidad del aire deentilaci!n).


54/93

2ideo e.em)lo de la degradaci#n en losdielctricos Factor mec'nico


55/93

%ariaci#n de la resistencia mec'nica del )a)el manila im)regnado e inmerso enaceite

Com"inaci#n de las solicitaciones en undielctrico


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Cur%a de la %ida trmica a cam)o

elctrico constante de una

resina e)o*dica &Eso es la

rigide? dielctrica inicial(

Com"inaci#n de las solicitaciones en undielctrico


57/93

Solicitaciones segn la tensi#n de

funcionamientode una m'quina rotati%a


58/93

prueba de resistencia !"#ica des"alance #$mico entre fases

prueba #eg"o# ni%el del aislamiento al minuto &an'lisiscuantitati%o(

*ndice de polari%aci!n &PI ! IP'+*ndice de absorci!n diel(ctrica &)AR'

)resencia de suciedad o $umedad &an'lisiscualitati%o(

prueba de rigide% diel(ctrica tensi#n m'*ima durante un minuto antes delfracaso del aislamiento

prueba de saltos de tensi!n com)ortamiento del dielctrico anteincrementos de tensi#n

#edici!n del tie#po de descarga o constantede tie#po

constante que de)ende de la resisti%idad

%olumtrica & +( ! la )ermiti%idad dielctrica &,(! no de la geometra del aislamiento

#edici!n de la capacidad del aisla#ientoel(ctrico

%alor medido durante la descarga final de lam'quina "a.o ensa!o

Ensa!os DC


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Prueba Tangente delta calidad del material aislanteB gradode en%e.ecimientoB )roceso de)olimeri?aci#n

Prueba tip up ! #edici!n de la variaci!n

de la tangente delta

informaci#n de )resencia de

descargas )arciales

Medici!n de las descargas parciales ni%el m'*imo de las descargasBidentificaci#n del ti)o de descargaBefecto de las oclusiones internas

Medici!n de la energ*aintegrada de las descargas

ni%el de la energa de las descargas)arciales )or ciclo

Ensa!os AC


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CAPACITA4CIA TA4E4TE )E@TA


61/93

dielctrico en tensi#n alterna

W

dielctrico en tensi#n continua

W

+aisl.Vprdidas

0

tgC


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F: resistividad el(ctrica volu#(trica JMH#K+ sie#pre

#uy alta en los diel(ctricosResistencia de aislamiento G1H < + 3 es)esor Gm= 'reaGm6G : per#itividad absoluta+ relacionada a la cantidad dedipolos el(ctricos del

diel(ctrico por unidad de volu#en

Definiciones


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Definiciones

G L G Gr : relaci!n de la per#itividad del diel(ctrico conla del aire Gr es per#itividad relativa+ #uestra cuanto #sreacciona la #asa del diel(ctrico respecto del aire &sie#prees #ayor que 1'G: constante diel(ctrica+ per#itividad del aire &o vac*o':B 11D J3.#K


64/93

Definiciones

C(Capacidad el(ctrica' J3aradio+ 3K: representa la caracter*stica de undiel(ctrico

de al#acenar carga el(ctrica en su #asa en


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#'odiel(ctricdelespesor.&0'aplicadatensi!n'0.##!E&0.#

El cam)o elctrico &E( es el )ar'metro que nos muestra con ma!or enfoquela e*igencia so"re un dielctricoB dado que relaciona una tensi#n con eles)esor del material que la de"e so)ortarB el mismo que esta definido

el conce)to de )rdida de"e asociarse a las )rdidas es)ecficas &)rdidas)or unidad de %olumen - )cc(B asociados a los conce)tos de conducti%idad

&J( ! resisti%idad dielctrica &+(

CC

CC1

/rdidas del dielctrico con tensi#ncontinua


66/93

/rdidas del dielctrico con tensi#ncontinua

&e.A'R ccaisl

ccD

cc

D

Dcc

D

cc

D

aisl

D

cc EE

e

0

&e.A'eA

0

volR

0

volu#en

p(rdidasp

condici#n E %ara K )rdidas %aran

conclusi#n )rdidas dielctricas en cc no est'n uniformemente distri"uidas


67/93

Introducimos un )ar'metro LCM del dielctrico el cual de)ende de la geometradel dielctrico al mismo que llamaremos ca)acidad elctrica definida

&A.e'Cro

! redefinimos las )rdidas en ca

tge

A


68/93

/rdidas del dielctrico con tensi#nalterna

Droro

D

caca Etg


69/93

73 la tensi#n 63 la $umedad

Factores que influ!en en la TangenteDelta


70/93

3 la tem)eratura ;3 la frecuencia

Factores que influ!en en la TangenteDelta


71/93

3 el tiem)o P3 otras contaminaciones

la contaminaci#n su)erficial no)roduce cam"ios sustancialesen los %alores de tangente deltaB

)ero s lo $acen lascontaminaciones %olumtricas&e.m aislamiento im)regnadocon aceite lu"ricante(

Factores que influ!en en al TangenteDelta


72/93

Tensi!n no#inal: "asta 1O 0

tgQ al D 2 de 0n: 8 2 #-

variaci!n de tgQ entre D y 2 de 0n: +B2 #-

au#ento de tgQ en cualquier incre#ento: +B2 #-

0- @-E-?- /--

0

/

C

?

1

E

&2' 0n

tg &2'

Tg segn 2DE


73/93

Tensi!n no#inal: alrededor de 11 0

tgQal D 2 de 0n: 2 #-

variaci!n de tgQ entre D y 2 de 0n: +B2 #-

au#ento de tgQ en cualquier incre#ento: +B2 #-

)ara "o"inados conim)regnaci#n del ti)o

rico en resina &resin ric$(

tg segn IEC Q; 7Q


74/93

Tg &2'Tg &2' Capacidad &n3'

0n 0nD 8 M D 8 M

1D

1

M

8

D

Aislaci!n en buen estado=,#eda o conta#inada)escargasparciales a 0n

el incre#ento de la tangente delta indica enveSeci#iento del diel(ctrico y la capacidadel(ctrica #uestra si#ilares ca#bios

Tg ! Ca)acitancia


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73materiales aislantes %arios

63ca"les

3transformadores de )otencia en aceite

;3aisladores )asantes o "us$ings

3transformadores de tensi#n &T2( ! de corriente &TI( en aceite

P3m'quinas rotati%as de 1T motores ! generadores elctricos

3"o"inas )reformadas de m'quinas rotati%as de 1T

I3 im)regnaci#n rico en resinaII3 im)regnaci#n 2/I

Cam)o de A)licaci#n de la Tg


76/93

?. 4CA&A4 KAC5A24


77/93

n 5ngenier$a elctrica una escarga Karcial (K) es una ruptura del dielctrico localizada enuna porci!n de s!lido o l$9uido del sistema aislante sometido a un estrs de alta tensi!n.

Sna descarga parcial es un "en!meno de ruptura elctrica 9ue est con"inado localizado en laregi!n de un medio aislanteD entre dos conductores 9ue se encuentran a di"erente potencial.

Definiciones


78/93

escarga parcial es la "alla de una porci!n de un dielctrico 9ue no llea al "racaso total delaislamiento.

Caracter$sticas de las descargas parciales:

4!lo aparecen en el er. er. cuarto del ciclo de la tensi!n.

Kresentan una tensi!n de encendido (Vi) otra de apagado (Vr).

4us "recuencias son mu altasD entre - %z - 6%z.

n el osciloscopio se obseran ;m!iles

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