Introduccin al laboratorio de alta tensin

Meza Xolo Gustavo, Reyes Reyes Jos Francisco

Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica,

Instituto Politcnico Nacional

Resumen Este documento representa el reporte final de la

prctica realizada en el laboratorio de Alta Tensin, la cual tuvo

como finalidad que al trmino de la prctica el alumno conociera

la utilidad del laboratorio de alta tensin (AT) para la prueba de

aislamiento de los equipos, conociera los equipos que componen

el laboratorio de AT as como su distribucin y finalmente

comprender las medidas de seguridad que se deben respetar para

la integridad del personal y de los equipos. De lo anterior, se

presentan en el reporte: la distribucin de los equipos en el rea

de trabajo, el principio de funcionamiento y las caractersticas

generales de los equipos identificados.

I. INTRODUCCIN TERICA

La Tcnica de las Altas Tensiones es una de las ramas de la

Ingeniera Elctrica que requiere de mucha experimentacin y

por consiguiente, de Laboratorios dotados de equipos e

instrumentos altamente especializados.

A. Pruebas de laboratorio. En estos laboratorios se realizan pruebas experimentales a

equipos de alta tensin, se estudia la fsica de los mecanismos

de ruptura dielctrica en diferentes materiales aislantes y se

estudia la aplicacin de energa pulsada en diferentes

procesos industriales.

El principal equipo con el que cuenta un laboratorio de alta

tensin es lo siguiente:

Transformador de prueba de alta tensin libre de

descargas parciales.

Probador de bobinas por comparacin de sobretensin.

Equipo de potencial.

Fuente regulada de alta tensin de CD.

Puntas Atenuadoras de alta tensin.

Bobinas de Precisin TCs.

Jaula de Faraday.

Detector de Descargas Parciales.

Divisor capacitivo de tensin.

Divisor capacitivoresistiva.

Algunas de las pruebas realizadas en laboratorios como

LAPEM de la CFE son las siguientes.

Ciclos de calentamiento enfriamiento a conectadores

para cables de hasta 1113 KCM

Diagnostico a apartarrayos, hasta 400 kV

Elevacin de temperatura (Equipo de prueba hasta

6000 A, monofsico y trifsico)

Medicin de corona, radio interferencia, descargas

parciales, capacitancia, perdidas dielctricas y de

humedad en gas hexafluoruro de azufre (SF6)

Pruebas a cables (Equipo de prueba para cables hasta

230 kV)

Pruebas con tensin de 60 Hz, con una o dos fuentes

simultneamente (Equipo de prueba hasta 1000 kV).

Pruebas con tensin de impulso (Equipo de pruebas

hasta 3500 kV rayo; 2600 kV maniobra)

Pruebas de aislamiento externo en ambiente

contaminado (Equipo de prueba hasta 500 kV)

Pruebas de corto circuito de alta potencia baja

tensin. 150 MVA 1 segundo, 5 MVA continuos,

184 a 1700 volts.

Pruebas de corto circuito de alta potencia, 2200

MVA 0.3 segundos

Pruebas de tensin de impulso y tensin de 60 Hz

simultneamente.

Pruebas de vida a aisladores polimricos y

recubrimientos.

Pruebas prototipo a transformadores de distribucin

Pruebas prototipo a wattmetros

B. Seguridad en el laboratorio. Las normas bsicas de seguridad son un conjunto de medidas

destinadas a proteger la salud de todos, prevenir accidentes y

promover el cuidado del material de los laboratorios. Son un

conjunto de prcticas de sentido comn: el elemento

clave es la actitud responsable y la concientizacin de

todos: personal y alumnado.

1. Si durante el desarrollo del curso se programase alguna

prctica, que pudiera presentar algn riesgo potencial

en la seguridad, el Profesor o el Ayudante dar las

instrucciones y recomendaciones del caso, pero

ningn alumno estar autorizado para modificar, en

manera alguna, el experimento al menos que tenga

autorizacin expresa de su profesor.

2. Cuando no est seguro del manejo u operacin de un

equipo, solicite ayuda a su Profesor, Ayudante o en

ltima instancia al Encargado de Laboratorio.

3. Ningn equipo del Laboratorio puede ser abierto,

movido, desconectado o alterado en ninguna forma.

Prctica No.1

4. Excepto en caso de emergencia, queda prohibido

correr en los laboratorios, as como la prctica de

juegos y conductas irresponsables.

5. No se permitir comer, beber o fumar al interior

de las instalaciones de los Laboratorios.

6. Evitar el uso de cadenas, collares, anillos y pulseras

metlicas.

7. En laboratorios slo se permitir el uso de zapatos

con suela de goma, totalmente cerrados en su parte

superior.

8. Bajo ninguna circunstancia trabajar descalzo.

9. Durante el desarrollo del trabajo de laboratorio,

asegurarse de que las manos estn bien secas.

II. DESARROLLO

Dentro de la inspeccin visual que se llev a cabo laboratorio

de altas tensiones I, se identificaron distintos equipos como

son:

Un generador de impulsos Fig. 1, el cual permite la realizar

ensayos dielctricos (condiciones de sobretensin) de

aparatos de alta tensin (interruptores, cables,

transformadores y reactancias).

Fig. 1. Generador de impulsos de alta tensin.

Un equipo de potencial en alta tensin con rectificadores Fig.

2, el cual esencialmente su ocupa como una fuente de alta

tensin en cd.

Fig. 2. Fuente de alta tensin con rectificadores.

Tambien se cuenta con un vltmetro de esferas (Fig. 3.), en el

cual se mide una tensin de ruptura, al ir separando las

esferas.

Fig. 3. Vtmetro de esferas.

Se tienen tambin algunos transformadores elevadores, se

tiene uno de 150 kV (Fig. 4.):

Fig. 4. Transformador de 220/150kV

Otro transformador de 60 kV (Fig. 5):

Fig. 5. Transformador de 4/60 kV.

As mismo cuando las pruebas requieren supervisin de

parmetros fsicos del ambiente, como temperatura, presin,

humedad, se cuenta con instrumentos para esto (Fig.).

Fig. 6. Instrumentos de medicin para parmetros fsicos del ambiente.

Dado que las pruebas que se realizan tienen su grado de

peligro, existe un tablero de control (Fig. 7.) que permite

operar los equipos de alta tensin desde un cuarto de control

aislado de un posible contacto elctrico con los equipos, que

estn bajo algn experimento.

Fig. 7. Tablero de control.

Un equipo interesante con el que cuenta el laboratorio, pero

que por cuestiones de espacio no est en operacin, es la

bobina de tesla (Fig. 8.)

Fig. 8. Bobina de tesla.

III. ANLISIS DE RESULTADOS

De acuerdo al levantamiento arquitectnico realizado en la

prctica, el plano de la Fig. 9. Representa la distribucin real

aproximada del laboratorio, en dicho plano se observan en

amarillo las reas destinadas para equipos especficos, as

tambin es notorio que existen separaciones entre las reas

designadas. Lo anterior es por cumplimiento a reglas y

recomendaciones de seguridad, para esto tipo de laboratorios.

Fig. 9. Distribucin arquitectnica con las dimensiones de las zonas de seguridad y de reas designadas para equipos especficos.

Los equipos inspeccionados e identificados, en su mayora

poseen datos de fbrica, lo cual nos permite conocer un poco

ms de su funcionamiento, su diseo, etc.

TABLA I.

Transformador elevador. Walter

TIPO TE 120 N 263828

220 / 100 000 V

5KVA permanentes

30 KVA 1 hora

Uess = 150 KV

F = 50 a 60 Hz

TABLA II.

Ferranti.

Unidad Rectificadora.

AC entrada. DC salida.

Clasificacin 30 mA CONT 30. 50 mA 1

hora.

TOP - VE BOTTOM + E

W.O. No. 11651/22588

Hollinwood, England

TABLA III.

Ferranti.

Triggatron Firing Equipment.

Supply 240 Volts 50 / 60 c/s

W.O. No. 11685 / 71146

Hollinwood, England

TABLA IV.

Emile Haefely & Cie SA BALE

Transformador. 6 KVA

220 V 27. 3 A 50 Hz.

4/60 KV WO 293304

No. 670571

Ferranti.

Divisor capacitivo.

400 pf 550 KV

W.O. 11651 / 82530

Hollinwood, England

TABLA V.

Ferranti.

Transformador.

Tensin Primario. Tensin

Secundario.

KVA

220 60 000 5

220 120 000 10

50 Hz. No. 162968

TABLA VI.

HIPOTRONICS

Derivador 400 KV

C (NOM) = 200 pF

R (NOM) = 1200 M

IV. CUESTIONARIO

A. Definicin de conceptos de seguridad en el trabajo.

1) Accidente de trabajo: es toda lesin orgnica o

perturbacin funcional, inmediata o posterior, o la

muerte, producida repentinamente en ejercicio, o con

motivo del trabajo, cualesquiera que sean el lugar y

el tiempo en que se preste.

2) Lesin: se conoce como lesin a un golpe, herida,

dao, perjuicio o detrimento. El concepto suele estar

vinculado al deterioro fsico causado por un golpe,

una herida o una enfermedad.

3) Condicin insegura: aqullas que derivan de la

inobservancia o desatencin de las medidas

establecidas como seguras, y que pueden con llevar

la ocurrencia de un incidente, accidente, enfermedad

de trabajo o dao material al centro de trabajo.

4) Riesgo de trabajo: son los accidentes y enfermedades a

que estn expuestos los trabajadores en ejercicio o

con motivo del trabajo.

5) Acto inseguro: Las acciones realizadas por el

trabajador que implican una omisin o violacin a un

mtodo de trabajo o medida determinados como

seguros.

B. Efectos producidos por la corriente en los seres

humanos, as como los valores de corrientes tolerables que

puede soportar.

La corriente elctrica a su paso por el cuerpo

humano produce diversos efectos que pueden

provocar lesiones fsicas (quemaduras, contracciones

musculares, dificultades respiratorias, paros

cardiacos, cadas, etc.) hasta el fallecimiento por

fibrilacin ventricular. Entre los efectos que produce

la corriente elctrica se distinguen:

Asfixia: si el centro nervioso que regula la

respiracin se ve afectado por la corriente,

puede llegar a producirse un paro

respiratorio.

Electrizacin: la persona forma parte del

circuito elctrico, circulando la corriente por

el cuerpo. Como mnimo se presenta un

punto de entrada y otro de salida de la

corriente.

Electrocucin: fallecimiento debido a la accin

de la corriente en el cuerpo humano.

Fibrilacin ventricular: movimiento arrtmico

del corazn que puede ocasionar el

fallecimiento de la persona.

Tetanizacin: movimiento incontrolado de los

msculos debido a la accin de la corriente

elctrica, con prdida de control

generalmente en brazos y piernas.

La Fig. 10. nos muestra que los mayores porcentajes de

contacto elctrico, se ubican en reas que son factibles de

proteger con elementos de proteccin personal -EPP- (manos,

cabeza, pies, pierna y ojos), por ejemplo guantes especiales

herramientas con mangos aislados entre otros.

Fig. 10. Porcentajes de incidencia de contacto elctrico.

En la TABLA VII. se muestran las repercusiones al cuerpo

humano por la exposicin a la corriente elctrica, con

frecuencias de 50/60 Hz.

TABLA VII.

Efectos fisiolgicos producidos por el paso de una intensidad

elctrica (50/60 Hz).

Intensidad Efectos fisiolgicos que se observan en

condiciones normales.

0 - 0.5 mA No se observan sensaciones ni efectos. El

umbral de percepcin se sita en 0.5 mA.

0.05 - 10 mA Calambres y reflejos musculares. El umbral

de no soltar se sita en 10 mA.

10 - 25 mA Contracciones musculares. Agarrotamiento

de brazos y piernas con dificultad de soltar

objetos. Aumento de la presin arterial y

dificultades respiratorias.

25 - 40 mA Fuerte tetanizacin. Irregularidades

cardiacas. Quemaduras. Asfixia a partir de 4

segundos de exposicin.

40 - 100 mA Efectos anteriores con mayor intensidad y

gravedad. Fibrilacin y arritmias cardiacas.

~1 A Fibrilacin y paro cardiaco. Quemaduras

muy graves. Alto riesgo de muerte.

1 - 5 A Quemaduras muy graves. Parada cardiaca

con elevada probabilidad de muerte

C. Jaula de Faraday, qu es? cmo funciona? y criterios

de diseo.

La Jaula de Faraday (tambin conocida como Blindaje de

RF), es una sala blindada contra las ondas electromagnticas

ambientes, especialmente aquellas cuya frecuencia se

encuentra del orden de las frecuencias de radio

(radiofrecuencia, o RF).

El funcionamiento de la jaula de Faraday se basa en las

propiedades de un conductor en equilibrio electrosttico.

Cuando la caja metlica se coloca en presencia de un campo

elctrico externo, las cargas positivas se quedan en las

posiciones de la red; los electrones, sin embargo, que en un

metal son libres, empiezan a moverse puesto que sobre ellos

acta una fuerza dada por:

Donde es la carga del electrn. Como la carga del electrn

es negativa, los electrones se mueven en sentido contrario al

campo elctrico y, aunque la carga total del conductor es

cero, uno de los lados de la caja (en el que se acumulan los

electrones) se queda con un exceso de carga negativa,

mientras que el otro lado queda con un defecto de electrones

(carga positiva). Este desplazamiento de las cargas hace que

en el interior de la caja se cree un campo elctrico

(representado en rojo en la siguiente animacin) de sentido

contrario al campo externo, representado en azul.

El campo elctrico resultante en el interior del conductor es

por tanto nulo.

Como en el interior de la caja no hay campo, ninguna carga

puede atravesarla; por ello se emplea para proteger

dispositivos de cargas elctricas. El fenmeno se denomina

apantallamiento elctrico.

V. CONCLUSIONES

A. Reyes Reyes Jos Francisco

Al trmino de la prctica logramos darnos cuenta de algunas

de las medidas de seguridad con las que se debe de operar

dentro del laboratorio de alta tensin, la primera de ellas fue

entrar con bata correctamente abotonada, una vez dentro del

laboratorio lo primero que se hizo fue descargar cada uno de

los equipos con una prtiga correctamente aterrizada,

mostrando as los muchos cuidados que se deben de tener

dentro del laboratorio. Otra parte importante de la prctica fue

el levantamiento arquitectnico que se hizo del laboratorio en

el cual logramos darnos cuenta que existe una distancia entra

cada equipo, esto con el fin de provocar una descarga y un

arco elctrico de un equipo a otro a la hora de realizar una

prueba.

Es importante decir que el laboratorio se encuentra dentro de

una jaula de Faraday esto con el fin proteger de los campos

elctricos estticos externos. Finalmente y como una medida

de seguridad ms se nos pidi utilizar calzado dielctrico para

aumentar la seguridad del personal.

B. Meza Xolo Gustavo

Con esta prctica introductoria del laboratorio de altas

tensiones I, identificamos los equipos con los que cuenta

dicho laboratorio, as como conocer de forma general la

aplicacin que tienen estos, resaltando como principal o

comn aplicacin; pruebas de aislamiento a equipos y

materiales, ejemplo: alambres y cables de potencia,

transformadores, equipos de medicin, etc.

Otro aspecto importante en la prctica fue la identificacin de

la distribucin de los equipos en el rea del laboratorio,

mediante un levantamiento arquitectnico, ya que esta parte

permite conocer que existen algunas reglas y

recomendaciones para la distribucin de equipos en esta clase

de laboratorios, las cuales tienen como objetivo que los

equipos funcionen bajo condiciones nominales, que no entren

equipos en conflicto a la hora de su operacin, ya sea con una

descarga elctrica, un arco elctrico, etc. as como que sean

seguros para los usuarios. Cabe mencionar que para garantizar

la seguridad del laboratorio este se encuentra encapsulado en

una jaula de Faraday, la cual va a prevenir un imprevisto con

los dems reas cercanas al laboratorio, por seales

electromagnticas externas.

Finalmente se hizo hincapi en las medidas de seguridad para

ingresar y desarrollar los experimentos en el laboratorio,

como son: el uso de botas dielctricas, bata de algodn, as

como descargar a tierra todo equipo que se desea operar.

VI. REFERENCIAS

[1]http://www.laba.usb.ve/alt/index.htm

[2]http://www.sepielectrica.esimez.ipn.mx/laboratorios.html

[3]http://nslie.blogspot.mx/

[4]http://www.cfe.gob.mx/ConoceCFE/9_LAPEM/Paginas/Pr

uebas-de-laboratorio.aspx

[5] NOM-019-STPS-2011, abril 2011

[6]http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fi

sica/electro/jaula.html

[7]http://www.dalde.com.ar/productos/blindajes/jaula-de

faraday