INFORME LABORATORIO DE AISLAMIENTO 8

PRESENTADO POR:

EDISON ALEXIS PACHON

Código: 20081007043

DIEGO ALEJANDRO CHAPARRO

Código: 20081007048

ASIGNATURA

LABORATORIO DE AISLAMIENTO ELÉCTRICO

PRESENTADO A:

ING. HERBERT ENRIQUE ROJAS CUBIDES

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

TABLA DE CONTENIDO

INDICE DE FIGURAS .................................................................................................................... 3

INDICE DE TABLAS ..................................................................................................................... 3

OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 5

PREINFORME ................................................................................................................................. 5

INFORME ...................................................................................................................................... 16

CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 29

REFERENCIAS ............................................................................................................................. 30

INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Modelo eléctrico completo de un dieléctrico.

Figura 2. Modelo aproximado de un dieléctrico.

Figura 3. Comportamiento de la tangente delta frente a la frecuencia.

Figura 4. Perfil de voltaje para la prueba de breve duración

Figura 5. Perfil de voltaje para la prueba paso a paso

Figura 6. Perfil de voltaje para la prueba de ritmo suave de elevación de la tensión

Figura 7. Volumen de un cilindro

Figura 8.Proceso de eliminación de burbujas en el recipiente

Figura 9.Esquema de montaje prueba AC

Figura 10.Montaje práctico en el LAT prueba AC

Figura 11. Divisor resistivo puro

Figura 12. Divisor capacitivo puro.

Figura 13. Divisor resistivo compensado.

Figura 14. Divisor capacitivo amortiguado.

Figura 15. Esquema de montaje prueba HV-DC

Figura 16. Montaje practico LAT para prueba HV-DC

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Aceite Dieléctrico NMX J 123

Tabla 2. Fallas debido al deterioro del dieléctrico

Tabla 3. Consecuencias en el desempeño del material debido al deterioro del dieléctrico

Tabla 4. Temperaturas para la prueba AC

Tabla 5. Temperaturas para la prueba DC

Tabla 6. Relaciones de los Divisores Resistivos más usados en el LAT

Tabla 7. Relaciones de los Divisores Capacitivos más usados en el LAT

Tabla 8. Características divisor resistivo compensado

Tabla 9. Relación de transformación divisor resistivo compensado

Tabla 10. Características divisor capacitivo amortiguado

Tabla 11. Relación de transformación divisor capacitivo amortiguado

Tabla 12. Datos prácticos Aceite usado muestra A

Tabla 13. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra A

Tabla 14. Datos prácticos Aceite usado muestra B

Tabla 15. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra B

Tabla 16. Datos prácticos Aceite nuevo muestra A

Tabla 17. Promedios aritméticos para Aceite nuevo muestra A

Tabla 18. Datos prácticos Aceite nuevo muestra B

Tabla 19. Promedios aritméticos para Aceite nuevo muestra B

Tabla 20. Rigidez dieléctrica aceite usado

Tabla 21. Rigidez dieléctrica aceite nuevo

Tabla 22. Datos prácticos prueba DC aceite usado muestra A

Tabla 23. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra A prueba DC

Tabla 24. Datos prácticos prueba DC aceite usado muestra B

Tabla 25. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra B prueba DC

Tabla 26. Rigidez dieléctrica aceite usado prueba DC

PRACTICA N° 8 – 9: DESCARGAS EN MATERIALES AISLANTES Y ACEITES

DIELECTRICOS

Integrantes: Edison Alexis Pachón Cod. 20081007043

Diego Alejandro Chaparro 20081007048

OBJETIVOS

Aplicar las técnicas de alta tensión revisadas en lo transcurrido del curso y los equipos usados

en el laboratorio.

Desarrollar habilidades prácticas en la realización de montajes, la medición altas tensiones e

impulsos de tensión y su aplicación en la prueba de materiales y equipo eléctrico.

Determinar las condiciones dieléctricas de un aceite aislante.

Analizar la influencia de la configuración del campo eléctrico y las condiciones ambientales

en la realización de pruebas de rigidez dieléctrica del medio aislante y en materiales.

Verificar los criterios de seguridad eléctrica e industrial en el laboratorio

PREINFORME

A. Defina brevemente los siguientes términos: nivel de aislamiento, rigidez dieléctrica,

ionización, descarga parcial, tensión de incepción corona, tensión de ruptura, disrupción, arco

eléctrico y flameo.

Nivel de Aislamiento: Es la correlación de esfuerzos dieléctricos en los asilamientos de los

distintos componentes de un sistema eléctrico de potencia y de alta tensión con el objetivo de

minimizar los riesgos de pérdida del suministro de energía eléctrica, causado por

sobretensiones que pudieran causar daños en los equipos y en los diferentes elementos de la

red eléctrica.

Rigidez Dieléctrica: Es la intensidad del campo eléctrico para el cual el material deja de ser

un aislador para convertirse en un material conductor. Hay un límite para la intensidad del

campo que puede existir en un conductor sin que se ionice el aire circundante. Cuando ello

ocurre, el aire se convierte en un conductor. El valor límite de la intensidad del campo

eléctrico en el cual un material pierde su propiedad aisladora, se llama rigidez dieléctrica del

material. Se mide en voltios por metro V/m (en el SI).

Ionización: Es el fenómeno químico o físico mediante el cual se producen iones, estos

son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta

de electrones respecto a un átomo o molécula neutro. A la especie química con más

electrones que el átomo o molécula neutros se le llama anión, y posee una carga neta

negativa, y a la que tiene menos electrones catión, teniendo una carga neta positiva. Hay

varias maneras por las que se pueden formar iones de átomos o moléculas.

Descargas Parciales: Las descargas parciales son pequeñas descargas que aparecen en el

interior de los dieléctricos como manifestación de la degeneración de los mismos. Una vez

iniciado este proceso, se mantendrá constante en el tiempo y será origen de la degeneración

del sistema aislante: el calor y compuestos químicos corrosivos atacarán al aislamiento

conduciéndolo lentamente a la destrucción y cortocircuito a tierra por perforación.

Tensión de Incepción Corona: La tensión de incepción Corona es la tensión más baja a la

cual se produce un pulso continuo de amplitud en tanto el voltaje se aumenta gradualmente.

La tensión de incepción corona disminuye a medida que la frecuencia de tensión aplicada

aumenta. Corona puede ocurrir en aplicaciones tan bajas como 300V dependiendo de las

condiciones de la prueba.

Tensión de ruptura: Voltaje mínimo que produce una perforación o ruptura en un aislante

con el consiguiente paso de corriente.

Disrupción: Se define como la ruptura en el equilibrio de un sistema es decir cuando en un

aislante o material dieléctrico se presenta una conducción eléctrica debido al aumento

progresivo en el campo eléctrico presentando ionizaciones que producen una descarga o arco

eléctrico.

Arco Eléctrico: Es una descarga eléctrica que se forma entre dos electrodos sometidos a una

diferencia de potencial y colocados en el seno de una atmósfera gaseosa enrarecida,

normalmente a baja presión, o al aire libre. Fue descubierto y demostrado por primera vez por

el químico británico Humphry Davy en 1800. Para iniciar un arco se ponen en contacto,

brevemente, los extremos de dos electrodos, usualmente en forma de lápiz, por lo general

de grafito, y se hace pasar una corriente intensa (unos 10 amperios) a través de ellos. Esta

corriente provoca un gran calentamiento en el punto de contacto, al separarse los electrodos,

se forma entre ellos una descarga luminosa similar a una llama.

La descarga está producida por electrones que van desde el electrodo negativo al positivo,

pero también, en parte, por iones positivos que se mueven en sentido opuesto. El choque de

los iones genera un calor intenso en los electrodos, calentándose más el electrodo positivo

debido a que los electrones que golpean contra él tienen mayor energía total.

Flameo: La descarga de corriente eléctrica en el aire de un conductor de fase a otro conductor

de fase, o desde un conductor de fase a tierra lo cual provoca un arco eléctrico que puede

calentar el aire hasta 35,000˚ F, lo que vaporiza el metal y les causa quemaduras graves a los

trabajadores por exposición directa al calor y el encendido de la ropa. Y la explosión de arco

que resulta de liberar la energía radiante concentrada, crea una onda de presión que puede

dañar la audición del personal y derribarlos, provocando traumatismos.

B. Explique el modelo eléctrico completo y el modelo aproximado de un material dieléctrico.

Compare sus expresiones matemáticas y enumere las ventajas y desventajas de usar cada

modelo.

Modelo Eléctrico Completo: En el modelo eléctrico completo se modelan las descargas

parciales internas, esto se produce dentro de las imperfecciones internas del dieléctrico, C1

representa la capacitancia del material sin cavidades, la capacitancia C2 la capacitancia del

material que esta por encima y por debajo de la cavidad, y la capacitancia Cv es la

capacitancia de la cavidad, cuando se presenta la descarga la tensión en la cavidad adopta el

valor de tensión residual, lo que se produce las descargas parciales, en el modelo se incluyen

las perdidas por calor (Rs) asociadas a una corriente superficial, la corriente volumétrica se

puede dividir en dos componentes: la corriente de conducción que genera las mismas perdidas

(Rc) y la corriente de polarización (Rp), el modelo se puede observar en la Fig 1.

Modelo aproximado: En el modelo aproximado se tiene un valor de capacitancia ideal

correspondiente al tipo de material del conductor y solo se consideran las pérdidas por calor,

es decir no se tienen en cuenta las imperfecciones en el material y las perdidas por la corriente

volumétrica y las descargas parciales que se pueden dar en un dieléctrico, este esquema se

observa en la Fig 2.

Figura 1. Modelo eléctrico completo de un dieléctrico.

Fuente: [7]

Figura 2. Modelo aproximado de un dieléctrico.

Fuente: [7]

El usar un modelo o el otro me permite calcular los valores de tangente delta, factor de

disipación, factor de calidad y perdidas de potencia, para lo cual en el modelo aproximado no se

tienen en cuenta en el calculo los otros valores de perdida y la deformaciones que sufra el

material. Cabe la pena destacar que dependiendo de nuestras necesidades, o de los requerimientos

del experimento es donde se debe analizar que modelo usar, es decir si nuestro calculo es sobre el

dieléctrico como tal se debe usar el modelo completo.

C. ¿Qué es tangente delta y que es factor de calidad en un dieléctrico? ¿Qué relación guarda con

la variación de la frecuencia? ¿Cómo se puede medir en un laboratorio?

Tangente Delta: Es un indicador del estado y de la calidad del aislamiento, este valor debe ser lo

mas bajo posible y variar lo mínimo con respecto al tiempo. Es uno de los factores mas utilizados

para saber si un aislante puede seguir realizando su trabajo o necesita ser reemplazado. En un

dieléctrico perfecto, la corriente adelanta al voltaje en 90°, sin embargo debido a las pérdidas, la

corriente adelanta al voltaje en 90°- δ, siendo δ el ángulo de perdida dieléctrica, esto se relación

con la perdida en forma de calor.

Factor de Calidad: Se utiliza para ver la relación entre la reactancia total y la resistencia

equivalente en un dieléctrico, entre mas pequeño sea el valor de resistencia, mayor será el factor

de calidad, lo que indica la ¨calidad¨ del material.

El comportamiento de la tangente delta y del factor de calidad muestra la razón de las corrientes

de desplazamiento a las de conducción. En la fig 3. se observa la variación de la tangente delta

con respecto a la frecuencia, a frecuencias muy bajas las pérdidas por conducciones (medidas con

cc. y ocasionadas por las corrientes debidas a las impurezas), aunque muy pequeñas, toman

interés ante valores cercanos a cero de la frecuencia. En el límite tendremos aún una corriente de

pérdidas y un valor nulo correspondiente al fenómeno capacitivo, por lo que la tangente delta

tiende a infinito. En el rango de las frecuencias de trabajo el valor de la tangente delta es

constante, este valor se ve afectado en valores altos de frecuencia debido a que el sistema entra en

resonancia, la frecuencia afecta a las perdidas e un material.

Figura 3. Comportamiento de la tangente delta frente a la frecuencia.

Fuente: [8]

El factor de disipación del aislamiento de un transformador se obtiene por lectura directa a través

de un puente capacitivo (puente de schering), por su parte el factor de potencia se calcula a partir

de los valores de factor de disipación obtenidos. Para el aislamiento general del transformador, el

factor de disipación o tangente delta por lo general se mide utilizando el método de DOBLE que

entrega directamente los valores de tangente delta y la capacidad (en Faradios) del aislamiento.

D. ¿Cuáles son los factores que influyen en la rigidez dieléctrica de un líquido y un solido?

La rigidez dieléctrica en los líquidos depende de factores que son capaces de modificar este

parámetro bajo determinadas condiciones, entre los cuales tenemos la temperatura, presión

estática aplicada, el material, la distancia entre las partes vivas de los equipos, la condición inicial

superficial de los electrodos, el contenido de las impurezas en el líquido y la densidad.

En los solidos la rigidez dieléctrica se ve afectada por muchos factores como temperatura

ambiente, la humedad, la duración de la prueba, impurezas o defectos estructurales si ac, dc o

tensiones de impulso son siendo utilizado, la presión aplicada a estos electrodos, entre otros.

E. Describa brevemente el proceso para que se genere una disrupción a través de un dieléctrico

líquido y en un dieléctrico solido.

Dieléctrico Líquido: En los líquidos se puede generar dos formas diferentes de disrupción, la

primera es por medio de una colisión de electrones generando una avalancha, a esta descarga se

le conoce como electrónica. El segundo método de disrupción es la descarga por partículas

suspendidas, esto quiere decir que en nuestro material están presentes impurezas ya sean solidas o

gaseosas.

Dieléctrico Solido: Para los solidos se tienen diferentes tipos de disrupción de las cuales

tenemos; descarga electrónica, se da en presencia de grandes densidades de electrones libres

generando colisiones entre estos.

Descarga de avalancha, se genera por ionización acumulativa, los electrones presentan choques y

producen avalancha. Otra descarga es electromecánica, la cual, es una falla que se presenta

debido a fuerzas de compresión electrostática frente a campos eléctricos intensos, esto produce

una deformación en el material también tenemos la descarga por erosión, producida por

cavidades dentro del material, fronteras del material y los electrodos y por ultimo la descarga

superficial.

F. ¿Cuál es el valor de la tensión disruptiva promedio de los aceites minerales utilizados como

aislante en transformadores de distribución? ¿Qué relación tiene la presión, la estructura

molecular, el contenido de agua y la presencia de partículas solidas sobre este valor?

Tabla 1. Aceite Dieléctrico NMX J 123

Fuente: [5]

Tabla 2. Fallas debido al deterioro del dieléctrico

Fuente: [5]

Tabla 3. Consecuencias en el desempeño del material debido al deterioro del dieléctrico

Fuente: [5]

G. ¿Qué relación existe entre el envejecimiento de los aislamientos, la contaminación del aceite

dieléctrico y la aparición o incremento de las descargas parciales en un transformador?

En los aceites dieléctricos se puede presentar contaminación debido a la presencia de

humedad (agua), partículas debido a los procesos de fabricación o por la vibración de las

diferentes partes y por oxidación del aceite aislante del transformador. La formación del canal

ionizado asociado requiere que el líquido se halla evaporizado antes, y que se formen

cavidades gaseosas. A medida que el transformador presenta un funcionamiento normal se va

degradando el aceite aislante, esto depende de la ubicación, temperatura, carga, tipo de

transformador, entre otros.

La humedad, contaminación, envejecimiento anormal del fluido, envejecimiento anormal de

la celulosa, pequeños arcos debido a las conexiones y descargas parciales son algunos de los

principales defectos del sistema dieléctrico. En las principales fallas tenemos caminos

conductores, contorneamiento, formación anormal del gas y sobrecalentamiento de la

celulosa.

H. Explique brevemente como se puede medir el nivel de pureza, la viscosidad y la densidad de

un aceite dieléctrico usado en transformadores de potencia.

Viscosidad: La viscosidad del aceite aislante, es la resistencia a un flujo continuo sin

turbulencias, inercia y otras fuerzas. Se mide usualmente mediante el tiempo del flujo de una

dada cantidad de aceite bajo condiciones controladas. Un acentuado crecimiento de la

viscosidad acompañada de un incremento del número de neutralización y bajo un color

obscuro, puede indicar un deterioro del aceite así como un efecto acentuado de la oxidación.

Un método practico para medir la viscosidad es le método de caída de columna.

Densidad Relativa: La densidad relativa es la relación del peso de un volumen de aceite, al

peso de un volumen igual de agua. Debido a que estos pesos varían con la temperatura, es

preciso especificar las dos temperaturas, 20/4 C, refiriéndose la primera temperatura al aceite

y la segunda al agua. Esta determinación puede indicar la posibilidad de contaminación por

fluidos distintos al aceite dieléctrico. Los métodos utilizados para medir la densidad relativa

pueden utilizar un hidrómetro o un picnómetro.

Contenido de Humedad: Determina la cantidad de mg/kg de agua existente en el aceite, el

método más utilizado para la realización de esta prueba es el Karl Fischer. El agua es uno de

los enemigos principales del aceite por lo que es necesario mantener un nivel bajo de

contenido de humedad en el mismo a fin de conservar bajas las características de perdida

dieléctrica y minimizar la corrosión interna en el equipo. Un alto contenido de humedad

puede conducir a una descarga eléctrica en el transformador, provocada por el deterioro de su

sistema de aislamiento, principalmente por la descomposición de las fibras del papel aislante

que es causada por la gran afinidad de este elemento con el agua.

I. Explique brevemente el proceso técnico-industrial por medio del cual se hace el reemplazo o

mantenimiento de un aceite dieléctrico usado en transformadores de potencia.

Proceso de restauración de los aceites dieléctricos: Cuando algunas de las pruebas físico-

químicas o cromatografías, las cuales indican que el aceite no cumple con los valores que son

medidos, debido a esto es necesario efectuar un tratamiento al aceite para extender la vida del

transformador, se pueden distinguir dos tipos: procesos de regeneración y proceso de

reacondicionamiento.

Proceso de Regeneración: Procedimiento que permite restaurar las propiedades físicas,

químicas y eléctricas del aceite dieléctrico, eliminando o reduciendo las sustancias

coloidales en suspensión productos de oxidación, los compuestos polares y las trazas de

ácidos orgánicos. Las técnicas que se utilizan en el tratamiento de regeneración son:

filtros de carbón activado, desgasificación bajo vacío, deshidratación bajo vacío y

aplicando temperatura, micro filtración y absorción por contactos de productos de

oxidación a través de tierras absorbentes.

Proceso de Rea-condicionamiento: Restaura las propiedades físicas, químicas y

eléctricas del aceite dieléctrico, de tal forma que su comportamiento en el interior del

transformador sea normalizado para un buen funcionamiento. Las técnicas usadas son:

micro filtración, desgasificación bajo vacío y deshidratación bajo vacío.

J. ¿Qué es distancia de fuga? ¿Qué relación tiene con la perforación dieléctrica de un material

sólido y una descarga superficial o flash-over? ¿Qué es una descarga superficial o flash-over?

La distancia de fuga es una medición que se utiliza comúnmente en la determinación de la

trayectoria conductora del flujo de la electricidad. La propia línea de fuga término tiene que

ver con la determinación de la distancia entre el punto de origen y el punto de terminación a

lo largo de la superficie del aislamiento utilizado para proteger el cableado utilizado en la

realización de la corriente eléctrica. Este tipo de medición es esencial para evaluar el impacto

del flujo de corriente en el aislamiento, especialmente en términos de la rapidez con un cierto

nivel de corriente dará lugar a daños en el aislamiento hasta el punto de que ya no ofrece una

protección adecuada. El deterioro, conocido como el seguimiento, es clave para determinar

qué tipo de aislamiento es mejor bajo diferentes condiciones, como la humedad y la altitud.

La idea detrás de la determinación de la distancia de fuga es identificar la distancia entre las

dos partes conductoras que pueden existir y aún así mantener la tasa de deterioro dentro de

límites razonables.

Dado que es probable que los aislantes bien se degraden con el tiempo, bien se contaminen

por suciedad de cualquier tipo, hay que introducir un margen de seguridad en el cálculo de las

distancias mínimas admisibles ("líneas de fuga") entre conductores para prever tal

posibilidad. Cuando se producen descargas superficiales, o flash-over, esta puede dañar la

superficie del aislador, tanto así, que dichos daños pueden llegar a ser significativamente

importantes como para disminuir la tensión de la descarga superficial hasta lograr dejar el

aislador completamente inútil.

Dichas descargas superficiales son altamente dependientes de la distancia de fuga, ya que de

esta depende que se produzcan a una tensión mayor, lo que las hace menos probables, es por

esto que los fabricantes diseñan sus aisladores de tal forma que estos tengan grandes

distancias de fuga. Descarga superficial. Descarga disruptiva a través del aire o sobre la

superficie de un aislante sólido, entre partes de diferente potencial o polaridad, generada por

una tensión eléctrica.

K. Según las características del material bajo prueba, existen tres (3) formas normalizadas

(ASTM) de aplicar la tensión de ensayo: Ensayo de breve duración, Ensayo de ritmo suave de

elevación de la tensión y Ensayo "paso a paso" o escalonado. Explique brevemente en qué

consiste cada uno de estos métodos, apóyese de imágenes si lo considera necesario

• Ensayo de breve duración: Esta prueba normalizada consiste en aplicar tensión uniforme a

los electrodos de prueba desde cero hasta que ocurra la disrupción a una tasa de

incremento de la tensión constante como se observa en la FiG 4.Se debe utilizar este tipo

de prueba si no se especifica alguna otra. Se debe seleccionar una tasa de crecimiento de

tal forma que la disrupción ocurra entre los 10 y 20 segundos de la prueba, por lo que

generalmente es necesario hacer una o dos pruebas preliminares con el fin de definir la

razón de crecimiento de la tensión más adecuada.

Figura 4. Perfil de voltaje para la prueba de breve duración

Fuente: [2]

• Ensayo paso a paso o escalonado: Consiste en aplicar voltaje a los electrodos de prueba

empezando con una tensión inicial de aproximadamente el 50 % del valor de tensión

disruptiva estimada mediante una prueba de corta duración, y continuando la prueba con

incrementos escalonados de aproximadamente el 10% del valor final como se muestra en

la Fig 5. La duración de cada intervalo de tiempo debe ser de 60 +- 5 segundos de tal

forma que se garantice que la tensión de disrupción se encuentre entre el paso 4 o 5 de la

prueba y entre 120 y 720 segundos de empezada. Si la disrupción sucede cuando se está

incrementando la tensión para el siguiente paso, se dice que la tensión disruptiva fue ese

último paso, mientras que si la disrupción se produce cuando la tensión permanece los 60

segundos en el paso actual la tensión de ruptura será el valor de dicho paso.

Figura 5. Perfil de voltaje para la prueba paso a paso

Fuente: [2]

• Ensayo de ritmo suave de elevación de la tensión: Consiste en aplicar tensión de acuerdo

a la figura 3, en donde debemos seleccionar una tensión inicial de aproximadamente el

50% de la tensión de ruptura estimada, luego de esto se incrementa la tensión a una tasa

tal que se produzca la disrupción luego de 120 segundos de prueba (tbd), si se produce

disrupción antes de este tiempo se debe reducir la tensión inicial o la tasa de crecimiento,

si la disrupción se produce a menos de 1.5 veces la tensión inicial se debe reducir la

tensión inicial, finalmente si la disrupción se produce a más del 2.5 veces la tensión

inicial se debe aumentar dicha tensión inicial.

Figura 6. Perfil de voltaje para la prueba de ritmo suave de elevación de la tensión

Fuente: [2]

INFORME

LOS DATOS RESALTADOS EN AMARILLO SON LOS DATOS QUE NO SE TIENEN EN

CUENTA

1. Prepare un recipiente para el ensayo y cerciórese de que sea de un material aislante, no

higroscópico e inatacable por el aceite (acrílico, vidrio, etc.). Tome las dimensiones del

recipiente, calcule el volumen máximo que puede contener, mida sus paredes, determine las

dimensiones de los electrodos y revise que no posea fugas.

Al iniciar la práctica se tomaron los siguientes valores sobre el recipiente

Figura 7. Volumen de un cilindro

Fuente: [Autores]

Diámetro [d]= 6,8 cm

Altura [h]= 10,4 cm

Volumen= = 377.69 cm3

Cabe la pena mencionar que en la segunda sesión en las pruebas DC el recipiente tenia una fuga

que fue compensado con la adición de líquido según lo perdido.

2. Limpie y seque completamente el recipiente y los electrodos. Para su limpieza se pueden usar

solventes libres de aditivos ó compuestos que contengan plomo. Lo más aconsejado es hacer

una limpieza utilizando los mismos líquidos que se han de ensayar.

Al iniciar la prueba se limpió el recipiente con el mismo contenido de la muestra correspondiente,

aceite usado y aceite nuevo respectivamente para cada prueba.

3. Caracterice e identifique dos líquidos a ensayar. Defina con su grupo de trabajo los

parámetros y/o características (eléctricas, físicas, químicas, etc.) para diferenciar los líquidos.

Según la tabla 3 podemos clasificas las dos muestras de aceite dieléctrico como:

Aceite nuevo: 0 - 1

Aceite usado: 1 – 2.5

Con sus respectivas características también contenidas en la tabla 3

4. El líquido a ensayar se debe verter en el recipiente lentamente, rozando las paredes del mismo

para evitar que se formen burbujas. Debe dejarse reposar como mínimo durante 2 o 3

minutos. Toda burbuja visible se debe eliminar utilizando una varilla plástica o de vidrio.

Antes de cada prueba se homogenizo el líquido correspondiente mediante una varilla, buscando

eliminar las burbujas de aire atrapadas en él.

Figura 8.Proceso de eliminación de burbujas en el recipiente

Fuente: [Autores]

5. La temperatura de ensayo debe estar entre 15ºC y 25ºC siendo la ideal 20°C. Registre las

condiciones ambientales en el momento de realizar cada prueba.

Para cada una de las muestras tomadas se registraron los datos de temperatura al momento de la

prueba, los datos resaltados corresponde a las muestras no validas de la práctica.

Prueba AC

Tabla 4. Temperaturas para la prueba AC

Fuente [Autores]

Prueba DC

Tabla 5. Temperaturas para la prueba DC

Fuente [Autores]

Temperatura [°C] Muestra

19,6

19,9

20

20

20,1

20,2

20,1

19,9

19,9

20

20

20

20

20,4

Aceite usado

A

B

Temperatura [°C] Muestra

20,5

20,5

20,6

20,5

20,7

20,7

20,7

21,1

20,8

20,6

20,3

20,2

20,1

20

20

20,2

20,1

19,9

19,9

A

B

Aceite Nuevo

Temperatura [°C] Muestra

20,5

20,2

20,1

20,1

20,1

20,3

20,3

20,2

20,2

20

19,8

19,8

19,8

19,7

19,7

19,7

19,8

A

B

Aceite Usado

6. Monte un circuito de generación de alta tensión AC y conecte a la salida una resistencia

limitadora entre el transformador y el recipiente con los electrodos. Llene el recipiente con el

líquido a ensayar de tal manera que quede cubierto al menos 3 o 4 cm por encima del borde

de los electrodos.

Figura 9.Esquema de montaje prueba AC

Fuente: [Autores]

Figura 10.Montaje práctico en el LAT prueba AC

Fuente: [Autores]

7. Explique el funcionamiento y configuración de cada uno de los métodos de medición que

pueden ser usados para la medición de altas tensiones AC y DC. Muestre el valor de sus

componentes y la relación de transformación de cada uno.

Divisor Resistivo Puro: Este divisor nos permite medir tensiones principalmente en DC, además

se pueden realizar mediciones en AC e impulso. Debido a su construcción, este divisor tiene un

alto grado de confiabilidad para niveles de tensión superiores a 300KV. Los valores de las

resistencias son:

Tabla 6. Relaciones de los Divisores Resistivos más usados en el LAT

Fuente: [Autores]

Divisor Resistivo Rat

3,6 MΩ 280 MΩ

Rbt=40KΩ; sin R de acople, protección 160VAC 210VDC 91 7001

Rbt=100KΩ; sin R de acople; protección 110VAC 160VDC 37 2801

Rbt=40KΩ; sin R de acople, protección 140VAC 210VDC 91 7001

Figura 11. Divisor resistivo puro

Fuente: [Autores]

Divisor Capacitivo Puro: Método usado para medir tensiones AC-HV e Impulso, aunque en alta

tensión la resistencia de fuga del condensador varía considerablemente, con lo que se genera

diferencias de potencial en éstas. Los condensadores en DC-HV funcionan como circuito abierto,

este tipo de medición se limita solo para AC-HV. Los valores de las capacitancias son:

Tabla 7. Relaciones de los Divisores Capacitivos más usados en el LAT

Fuente: [Autores]

Divisor Capacitancia AT [pF]

100 25000 1200 2000

C= 330nF; sin R de acople; protección 60VAC 80VDC 3301 14,2 276 166

C=464,3 nF; Racople=78,4Ω; protección 60VAC 80VDC 4644 19,572 387,9167 233,15

C=4,7uF; Racople=78,5Ω; protección 140VAC 210VDC 47001 189 3917,667 2351

C=203,9nF; sin R acople; protección 165VAC 220VDC 2040 9,156 170,9167 102,95

C=198nF; sin R de acople; protección 60VAC 80VDC 1981 2230 166 100

Figura 12. Divisor capacitivo puro.

Fuente: [Autores]

Divisor Resistivo Compensado: Un divisor resistivo compensado es un divisor resistivo que

tiene una capacitancia en paralelo, este divisor funciona tanto para AC-HV como DC-HV ya que

la parte dominante de cada impedancia es la parte resistiva. Es comúnmente usado en la medición

de impulsos, ya que reduce las oscilaciones de la señal de salida del mismo. Los valores de las

ramas de alta y baja son:

Tabla 8. Características divisor resistivo compensado

Fuente: [Autores]

Divisor

Resistivo Compensado

Características

Cat=98,79 pF; Rat=280MΩ; 140KV

Rb=102,3KΩ; Cb=0,27uF; Racople=78,5Ω

Tabla 9. Relación de transformación divisor resistivo compensado

Fuente: [Autores]

ZAT Relación

2551398,34365649+26606050,1148856i

2734,11 ZBT

934,862160815301+9734,59972426607i

Figura 13. Divisor resistivo compensado.

Fuente: [Autores]

Divisor Capacitivo Amortiguado: El divisor Capacitivo amortiguado consiste en un divisor

capacitivo con una resistencia en serie a cada condensador este presenta los mismos problemas

del capacitivo puro ya que la parte dominante de la impedancia es la del condensador por lo tanto

no es recomendable no funciona bien en DC-HV. Los valores de las ramas de alta y baja son:

Tabla 10. Características divisor capacitivo amortiguado

Fuente: [Autores]

Divisor

Capacitivo

Amortiguado

Características

Rat= 54,28 Ω; Cat=1227 pF; 140KV

Rbt=0,03952Ω; Cbt=1,686uF; Racople=74,3Ω; protección 160VAC

240VDC

Tabla 11. Relación de transformación divisor capacitivo amortiguado

Fuente: [Autores]

ZAT Relación

54,2799999657807+0,00136287291052429i

1374,48 ZBT

0,0395199999750639+9,92710374938817E-07i

Figura 14. Divisor capacitivo amortiguado.

Fuente: [Autores]

8. Describa las características físicas del recipiente. Adicionalmente, identifique y caracterice

los dos líquidos a ensayar (1 y 2). Analice su viscosidad, nivel de pureza y presencia de

humedad.

En la prueba se usaron dos líquidos (aceite), el primero de ellos de aspecto claro y el segundo de

aspecto oscuro o sucio. Más allá de la diferenciación visual no se podía hacer nada para

caracterizar los materiales debido a que en el LAT no existen herramientas o instrumentos que

permitan una evaluación más detallada de elementos de este tipo.

La viscosidad, el nivel de pureza y la presencia de humedad fueron factores que no se pudieron

analizar de un modo óptimo.

9. Con el recipiente listo y el aceite bajo prueba preparado. Configure la distancia de los

electrodos a 5 o 10 mm. A una velocidad constante de 3 kV/segundo (controle esta velocidad

con ayuda del sistema de medición) aplique tensión creciente desde cero hasta determinar el

valor de la tensión disruptiva de la muestra A del líquido 1 a esa distancia. Repita este

procedimiento seis veces descartando la primera medida.

Pendiente: 2,875KV/seg

Tabla 12. Datos prácticos Aceite usado muestra A

Fuente: [Autores]

Vac

(BT)

[V]

Vac

(AT)[V]

Humedad

[%]

Temperatura

[°C]

Presión

[mmHg]

Distancia

[mm] Muestra

8,303 28343,1208 64,6 19,6 564,1

10 A

9,283 31688,4488 62,7 19,9 564,1

10,117 34535,3912 62,6 20 564,1

9,795 33436,212 62,1 20 564,1

9,911 33832,1896 61,8 20,1 564,2

11,534 39372,4624 63,4 20,2 564,1

10,536 35965,6896 61,1 20,1 564,2

Tabla 13. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra A

Fuente: [Autores]

Promedio [V] 33891,583

Promedio +10% [V] 37280,74486

Promedio -10% [V] 30502,42762

10. Repita la prueba del numeral 9 pero cambie la muestra del líquido 1 para al menos otra

muestra (muestra B) del mismo aceite y obtenga otro valor de promedio aritmético

Pendiente: 2,875KV/seg

Tabla 14. Datos prácticos Aceite usado muestra B

Fuente: [Autores]

Vac

(BT)

[V]

Vac

(AT)[V]

Humedad

[%]

Temperatura

[°C]

Presión

[mmHg]

Distancia

[mm] Muestra

9,809 33484,0024 61,5 19,9 564,1

10 B

11,503 39266,6408 62,8 19,9 564,2

11,65 39768,44 62,5 20 564,1

13,989 47752,8504 62 20 564,2

12,384 42274,0224 62,2 20 564,2

11,936 40744,7296 63,4 20 564,2

12,323 42065,7928 62,4 20,4 564,2

Tabla 15. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra B

Fuente: [Autores]

Promedio [V] 40823,92512

Promedio +10% [V] 44906,31763

Promedio -10% [V] 36741,53261

11. Con al menos dos valores de promedio aritmético del mismo líquido (para las muestras A y

B), determine su tensión disruptiva definida como el promedio de dichos valores. Asegúrese

que estos valores no difieren entre sí en ±10%, en caso de que no se cumpla esta condición,

debe procederse a realizar pruebas sobre una tercera

Promedio A y B = 37357,75568 V

12. Repita las pruebas y procedimientos efectuados en los numerales 9 a 11 sobre el líquido 2

Pendiente: 3,07598KV/seg

Tabla 16. Datos prácticos Aceite nuevo muestra A

Fuente: [Autores]

Vac

(BT)

[V]

Vac

(AT)[V]

Humedad

[%]

Temperatura

[°C]

Presión

[mmHg]

Distancia

[mm] Muestra

9,344 31896,6784 63,8 20,5 564,1

5 A

9,397 32077,5992 65,5 20,5 564,1

8,339 28466,0104 63,2 20,6 564

7,83 26728,488 63,3 20,5 564,1

7,289 24881,7304 63,4 20,7 564

10,364 35378,5504 62,8 20,7 564,1

10,533 35955,4488 62,8 20,7 564,1

11,263 38447,3768 65,3 21,1 563,9

8,572 29261,3792 61,9 20,8 563,9

11,718 40000,5648 62,1 20,6 564

Tabla 17. Promedios aritméticos para Aceite nuevo muestra A

Fuente: [Autores]

Promedio [V] 32726,1832

Promedio +10% [V] 35998,80152

Promedio -10% [V] 29453,56488

Tabla 18. Datos prácticos Aceite nuevo muestra B

Fuente: [Autores]

Vac

(BT)

[V]

Vac

(AT)[V]

Humedad

[%]

Temperatura

[°C]

Presión

[mmHg]

Distancia

[mm] Muestra

4,7804 16318,37344 59,4 20,3 563,9

6 B

4 13654,4 59,1 20,2 563,9

3,2368 11049,14048 58,3 20,1 563,9

4,8 16385,28 58,7 20 564

5,4 18433,44 59,3 20 564

5,3 18092,08 59,3 20,2 564

4,447 15180,2792 59,3 20,1 563,9

5,2 17750,72 59,8 19,9 564

5,13 17511,768 60,1 19,9 563,9

Tabla 19. Promedios aritméticos para Aceite nuevo muestra B

Fuente: [Autores]

Promedio [V] 17634,6576

Promedio +10% [V] 19398,12336

Promedio -10% [V] 15871,19184

Promedio A y B = 25180,4204 V

13. Construya una tabla donde muestre el campo eléctrico máximo soportable (rigidez

dieléctrica) para cada líquido. Este valor puede ser obtenido de la relación de la tensión

disruptiva y la distancia interelectródica.

Tabla 20. Rigidez dieléctrica aceite usado

Fuente: [Autores]

Rigidez dieléctrica [V/cm] Muestra

31688,4488

A

34535,3912

33436,212

33832,1896

35965,6896

39266,6408

B

39768,44

42274,0224

40744,7296

42065,7928

Tabla 21. Rigidez dieléctrica aceite nuevo

Fuente: [Autores]

Rigidez dieléctrica [V/cm] Muestra

64155,1984

A

56932,0208

70757,1008

76894,7536

58522,7584

27308,8

B

30722,4

30153,46667

29584,53333

29186,28

14. ¿Es posible aplicar para la prueba tensión DC en lugar de la tensión AC? Seleccione uno de

los dos líquidos estudiados y repita las experiencias de los numerales 9 a 13 cambiando el

circuito de generación por una configuración DC

Figura 15. Esquema de montaje prueba HV-DC

Fuente: [Autores]

Figura 16. Montaje practico LAT para prueba HV-DC

Fuente: [Autores]

Pendiente: 3,07598KV/seg

Tabla 22. Datos prácticos prueba DC aceite usado muestra A

Fuente: [Autores]

Vdc BT

[V]

Vdc AT

[V]

Humedad

[%]

Temperatura

[°C]

Presión

[mmHg]

Distancia

[mm] Muestra

3,076 21942,4614 57,8 20,5 563,5

6 A

1,9028 13573,5096 58,3 20,2 563,6

2,0441 14581,4647 58,7 20,1 563,7

1,9774 14105,6643 59,9 20,1 563,7

2,4202 17264,3515 59,3 20,1 563,7

2,3547 16797,1112 59,7 20,3 563,7

2,2485 16039,5398 58,3 20,3 563,7

2,14 15265,5616 58,9 20,2 563,8

Tabla 23. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra A prueba DC

Fuente: [Autores]

Promedio [V] 15357,86831

Promedio +10% [V] 16893,65514

Promedio -10% [V] 13822,08148

Tabla 24. Datos prácticos prueba DC aceite usado muestra B

Fuente: [Autores]

Vdc BT

[V]

Vdc AT

[V]

Humedad

[%]

Temperatura

[°C]

Presión

[mmHg]

Distancia

[mm] Muestra

2,8049 20008,5859 59,7 20,2 563,8

6 B

2,1443 15296,2354 60,1 20 563,8

2,3946 17081,7354 60,1 19,8 563,8

2,5665 18307,9738 60,1 19,8 563,9

1,9662 14025,7697 60,1 19,8 563,8

1,6157 11525,499 60,7 19,7 563,8

2,3231 16571,6945 60,7 19,7 563,8

2,473 17640,9971 61,4 19,7 563,9

2,2849 16299,1971 62,9 19,8 563,9

Tabla 25. Promedios aritméticos para Aceite usado muestra B prueba DC

Fuente: [Autores]

Promedio [V] 17180,31956

Promedio +10% [V] 18898,35152

Promedio -10% [V] 15462,28761

Promedio A y B = 16269,09394 V

Tabla 26. Rigidez dieléctrica aceite usado prueba DC

Fuente: [Autores]

Rigidez dieléctrica

V/cm Muestra

24302,44117

A

23509,44043

27995,18528

26732,5664

25442,60267

28469,55904

B

30513,2896

27619,49077

29401,66187

27165,32843

15. Analice y concluya sobre los resultados obtenidos, la configuración de los electrodos, el tipo

de líquido, el tipo de tensión aplicada y las condiciones que se presentaron durante la prueba.

CONCLUSIONES

En un líquido la rigidez dieléctrica posee una relación con el nivel de la pureza, en el caso

propuesto, el aceite nuevo posee mejores características dieléctricas en comparación al

aceite desgastado o usado, ya que se generan impurezas debido al funcionamiento del

equipo que usa como aislante este aceite.

Las condiciones ambientales se mantuvieron dentro del rango establecido para el correcto

desarrollo de la práctica, llegando al valor óptimo o deseado (20°C).

Es recomendable que entre los ensayos, se debe esperar un determinado tiempo y por

medio de una varilla, eliminar las burbujas cerca a los electrodos y en la distancia

interelectrodica, con el fin de conseguir las condiciones iniciales de la practica.

Se observo que la diferencia entre aplicar una tensión DC o AC para conseguir la

disrupción en el liquido, se debe a su respuesta con respecto a la forma de onda, ya que en

el caso de tensión AC se puede determinar el valor de tensión disruptiva de una forma

mas sencilla.

REFERENCIAS

[1] Universidad de Sevilla. Modelado de descargas eléctricas en gases mediante redes neuronales,

[Online]

disponible:http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/70196/fichero/Capitulo3%252Fcapitulo3.pdf

[2] Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José F. Lozano, Descarga en materiales aislantes y

dieléctricos, [Online] Disponible:http://es.scribd.com/doc/104673038/DESCARGAS-EN-

MATERIALES-AISLANTES-Y-DIELECTRICOS-PARTE-1-DESCARGA-EN-GASES

[3] Universidad del País vasco, “Medida de la viscosidad de un líquido [Online]” disponible en:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad2/viscosidad2.htm

[4] Universidad de Antioquia, “Practica 3. Densidad de líquidos [Online]” disponible en:

http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabquimico/02practicas/practica03.htm

[5] BEWLUB, Página Web: http://www.bew.com.mx/

[6] C.L. Wadhwa, High Voltage Engineering, Ed New Age International, 2007

[7] E. Kuffel, W.S. Zaengl and J. Kuffel, High Voltage Engineering Fundamentals, Ed Newnes,

2000.

[8] Nova Miron, “Ensayo De Tangente Delta Y Capacidad [Online]” disponible en:

http://www.novamiron.com.ar/images/TangenteDelta.pdf.