Practica 4 Rigidez Dielectrica
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S.E.P. S.N.E.S.T. D.G.E.S.T.
INSTITUTO TECNOLGICO DE TOLUCA
SUBESTACIONES ELECTRICAS
PRCTICA No. 4
ARREGLO DE SUBESTACION UNITARIA
EQUIPO: A3
ALUMNOS:
CAAS RAMIREZ LUIS EUGENIO
GONZALEZ TAPIA GABRIEL
MNDEZ AGUIAGA ISMAEL
MONTES DE OCA BAUTISTA ISRAEL
CARRERA: ING. ELECTROMECNICA
INGENIERO: CASTRO ZAMORA IGNACIO
Metepec, Estado de Mxico, abril de 2014
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INDICE
INDICE ........................................................................................................................................................ I
OBJETIVO ................................................................................................................................................. II
INTRODUCCIN ...................................................................................................................................... III
QU ES LA PRUEBA DE RIGIDEZ DIELECTRICA DEL ACEITE DE UN TRANSFORMADOR? 1
NMERO DE NEUTRALIZACION, NORMAS ASTM D-664 Y D-974 ............................................... 2
TENSIN INTERFACIAL, NORMA ASTM D-971 .................................................................................. 3
RELACIN DE ANLISIS ENTRE TENSIN INTERFACIAL Y ACIDEZ ........................................... 3
CONTENIDO DE HUMEDAD, NORMA ASTM D-1533 ....................................................................... 4
INDICE COLORIMTRICO (COLOR), NORMA ASTM D-1500 ......................................................... 4
CROMATOGRAFA DE GASES DISUELTOS ....................................................................................... 4
ANALISIS DE RESULTADOS: ................................................................................................................ 5
METODO DE ANALISIS CUALITATIVO ........................................................................................... 5 MTODO DE CANTIDAD DE GASES COMBUSTIBLES TOTALES ................................... 6
DESARROLLO ......................................................................................................................................... 6
1. EXTRACCIN DEL ACEITE .................................................................................................................. 6 2.- INSPECCION Y RECONOCIMIENTO DEL EQUIPO DE PRUEBAS ................................... 7 3.- REALIZAR LAS PRUEBAS ............................................................................................................. 8 4.-ALMACENAMIENTO DEL ACEITE ............................................................................................. 10
CONCLUSIN ......................................................................................................................................... 11
RECOMENDACIONES ........................................................................................................................... 11
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|ii
Objetivo
Mostrar al estudiante como se determina la rigidez del aceite, cual debe de ser su
apariencia para verificar que se encuentra en buen estado para que siga operando
dentro del transformador.
As como tambin la forma en la que se debe de almacenar para despus poder ser
usado. De igual manera se identificaran las normas que rigen esta prueba y que
determinan los niveles de voltaje a los que puede operar el aceite en el
transformador.
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Introduccin
Esta prueba al aceite es una de las ms frecuentes, ya que al conocer la tensin de ruptura que un aceite soporta es mucho ms valioso, adems, esta prueba revela cualitativamente la resistencia momentnea de la muestra del aceite al paso de la corriente y el grado de humedad, suciedad y slidos conductores en suspensin. Como es sabido en los transformadores sumergidos en aceite, ste hace dos funciones: de refrigerante y de aislante. En cuanto a la funcin de aislante, es necesario determinar la rigidez dielctrica del aceite, para lo cual se emplea un equipo probador que se le conoce como probeta y que en cuyo interior tiene dos electrodos calibrados, a los cuales se les aplica un potencial variable que provoca que al llegar a cierto valor dicho potencial se rompa el dielctrico del aceite y se registre dicho valor de tensin aplicada. La prueba se puede realizar con electrodos planos o semiesfricos y cuyo dimetro y separacin esta normalizado de acuerdo al tipo de prueba. Para electrodos semiesfricos la separacin es de 1.016 mm y para planos de 2.54 mm Los electrodos y la probeta deben limpiarse perfectamente de preferencia enjuagndolos con gasolina, bencina o algn solvente adecuado, libre de toda humedad. Hasta que se encuentren libres de fibras o bien deber lavarse la copa previamente con el mismo aceite que se va a probar. El aceite se debe tomar de la parte inferior del transformador (ya que es la parte donde posiblemente tenga mayor nmero de impurezas el mismo). La evaporacin de la gasolina de los electrodos puede enfriarlos lo suficiente para que haya una condensacin de humedad en la superficie. Por esta razn despus del enjuague final con gasolina, la copa debe llenarse inmediatamente con el aceite a probar. La temperatura de la copa de prueba y del aceite cuando se est probando debe ser igual a la del ambiente, a fin de reducir al mnimo la absorcin de humedad. La temperatura ambiente no debe ser menor de 20C. La mayora de los equipos que se tienen son de electrodos planos, por lo que la descripcin se har tomando de base este tipo de electrodos.
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1
QU ES LA PRUEBA DE RIGIDEZ DIELECTRICA DEL ACEITE DE UN
TRANSFORMADOR?
RIGIDEZ DIELECTRICA
Es una prueba que muestra la presencia de agentes contaminantes (agua,
polvo, partculas conductoras) en el aceite, las cuales pueden ser
representativas si se presentan valores bajos de rigidez. Cuando un aceite
est muy contaminado tiende a presentar valores bajos de rigidez los cuales
disminuyen el aislamiento del transformador.
La prueba consistente en aplicar un voltaje de C.A. entre dos electrodos
sumergidos en aceite a una distancia de 2.54 mm o 2.0 mm dependiendo
de la norma a ser utilizada.
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2
El valor de tensin en kilovoltios a la que se presenta descarga entre los
electrodos se le conoce como rigidez dielctrica y como norma general es el
promedio del resultado de 5 pruebas sobre la misma muestra espaciadas
un minuto.
Las normas utilizadas y los valores lmites permitidos para esta prueba son
las siguientes:
ASTM D-877: Electrodos planos separados 25.4 mm, Tensin Mnima
25 kV
ASTM D-1816: Electrodos semiesfricos separados 20mm, Tensin
mnima 50 kV.
NMERO DE NEUTRALIZACION, Normas ASTM D-664 y D-974
Dependiendo del origen, proceso de refinacin o deterioro en servicio de los
aceites aislantes, estos pueden presentar caractersticas cidas o alcalinas,
el nmero de neutralizacin expresado como nmero cido es una medida
de la cantidad de estas sustancias; por lo que podramos decir que la acidez
de un aceite nos da una idea del cambio o deterioro de su condicin aislante.
Una acidez alta indica presencia de lodos, que implica obstruccin de los
ductos de refrigeracin y por lo tanto disminucin de la capacidad del
transformador para disipar temperatura o sea disminucin de la capacidad
de potencia.
Los valores tpicos y lmites para esta prueba son los siguientes:
Aceite nuevo: 0.03 mg KOH/gr
Aceite usado: Entre 0.1 y 0.2 mg KOH/gr
A regenerar: Mayor a 0.2 mg KOH/gr
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TENSIN INTERFACIAL, Norma ASTM D-971
La tensin interfacial es un fenmeno fsico-qumico que se produce por las
fuerzas de atraccin que existen entre las molculas de dos lquidos. En los
aceites aislantes se utiliza para detectar presencia de productos de
oxidacin, no detectables con la prueba de acidez, por lo que podramos
concluir que es una prueba complementaria a esta.
La prueba consiste en medir el rompimiento de la interfase en dinas por
centmetro entre las superficies conformadas por el aceite a ser probado y
agua destilada.
Los valores mnimos permitidos son los siguientes:
Aceite nuevo: 45 dinas/cm
Aceite usado: 25 dinas/cm
Agua destilada: 70 dinas/cm
RELACIN DE ANLISIS ENTRE TENSIN INTERFACIAL Y ACIDEZ
La tensin interfacial y el nmero de neutralizacin son dos pruebas
complementarias ya que una disminucin en el valor de la tensin interfacial
generalmente est seguida por un aumento en el valor de la acidez.
Dividiendo estos dos valores se obtiene un nmero (sin unidades) que es un
excelente medio para evaluar la condicin del aceite, este valor se conoce
como ndice de MEYER o ndice de Calidad (I.C.) del aceite.
La siguiente tabla muestra el estado del aceite dependiendo del valor del
ndice de calidad, as como sus valores tpicos para la tensin interfacial y
la acidez.
INDICE DE
CALIDAD ACIDEZ TENSION
INTERFACIAL
ESTADO DEL
ACEITE
300-1500 0.01-0.1 30-45 Muy bueno
160-299 0.11-0.15 24-29 Aceptable
45-159 0.16-0.40 18-23 Malo
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CONTENIDO DE HUMEDAD, Norma ASTM D-1533
Esta prueba consiste en medir la cantidad de agua en partes por milln
presente en una muestra de aceite.
El aceite tiende a entregar agua al aislamiento del devanado del
transformador cuando su temperatura baja (condicin peligrosa si la
humedad es alta), por lo tanto la mayor cantidad de humedad en un
transformador se concentra all.
Los valores mximos permitidos dependiendo del aceite son los siguientes:
Aceite nuevo: 10 partes por milln
Aceite usado: 30 partes por milln
INDICE COLORIMTRICO (COLOR), NORMA ASTM D-1500
Esta prueba es utilizada para el control de los aceites en el proceso de
refinacin, no es una gua para determinar la calidad del aceite, pero en
conjuncin con las otras pruebas permite determinar el grado de deterioro.
La prueba consiste en comparar el color del aceite con unos colores patrones
que van numerados de 0.5 a 8.0 siendo 8.0 el ms oscuro.
Los valores tpicos son 0,5 aceite nuevo y 1,5 aceite usado.
CROMATOGRAFA DE GASES DISUELTOS Norma ASTM D-3621
Es una prueba de trascendental importancia para detectar que pudo haber
pasado que puede estar pasando en la parte interna de un transformador.
Consiste en analizar que tipo de gases estn disueltos en una muestra de
aceite.
Los gases dentro de un transformador se producen y disuelven en el aceite
por mltiples causas entre las que tenemos: altas temperaturas, descargas
parciales, arcos elctricos, humedad, etc.
El equipo utilizado para realizar esta prueba es el cromatgrafo de gases el
cual por medio de calentamiento extrae los gases a la muestra de aceite, los
separa y cuantifica en partes por milln.
Los gases de inters y que mejor informacin suministran a cerca del estado
del transformador son los siguientes:
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Hidrgeno H2
Nitrgeno N2
Oxgeno O2
Monxido de carbono CO
Dixido de carbono CO2
Metano CH4
Etano C2H6
Etileno C2H4
Acetileno C2H2
ANALISIS DE RESULTADOS:
Existen varios mtodos de anlisis para evaluar el estado de un
transformador a partir de la cantidad de gases encontrados en una muestra
de su aceite aislante. Entre los ms utilizados tenemos los siguientes:
METODO DE ANALISIS CUALITATIVO
GASES PRESENTES ESTADO DEL TRANSFORMADOR
CO, CO2, H2O Calentamiento del papel
CO, CO2 Papel quemado
C2H4, C2H6, CH4 Calentamiento de aceite
Por encima de 500C
CO2 calentamiento de aceite hasta 400C
H2O Calentamiento del aceite hasta 200C
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H2, C2H2, CH4, C2H4, C2H6 Arco Elctrico
MTODO DE CANTIDAD DE GASES COMBUSTIBLES TOTALES
CANTIDAD DE GASES EN PPM ESTADO DEL TRANSFORMADOR
0-500 Normal
500-1000 Hacer seguimiento
1000-2500 Investigar
Ms de 2500 Sacar de servicio e inspeccionar
DESARROLLO
1. Extraccin del aceite
Se extrae el aceite del transformador al cual se le har la prueba de rigidez dielctrica para
saber cul es el estado de operacin del aceite, el envase que se utilice para retirar el
aceite debe de estar totalmente limpio para que este no contamine al fluido.
El aceite se extrae como se muestra en las figuras.
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2.- INSPECCION Y RECONOCIMIENTO DEL EQUIPO DE PRUEBAS
El equipo de pruebas cuenta con un recipiente en el cual estn dos electrodos de
placas paralelas, un volmetro que es el que hace las lecturas de las pruebas, los
botones variadores de tensin, con estos se aumenta el voltaje para generar el arco
elctrico entre las placas, tambin cuenta con un botn de restablecimiento, este se
utiliza para restablecer el volmetro a 0.
El equipo en el que se realizaran las pruebas es un recipiente con electrodos
paralelos, el cual tiene una separacin de 25.4mm, para que dentro de estas se
genere el arco elctrico d acuerdo al voltaje que se le est aplicando.
Antes de realizar las pruebas se debe de inspeccionar que el equipo funcione de
manera correcta y que el recipiente que contiene al aceite este totalmente limpio
para evitar las malas lecturas.
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Cuando se conecte el equipo de pruebas se debe verifica que la aguja del volmetro
este en 0.
3.- REALIZAR LAS PRUEBAS
La primer prueba que se realizara es la del tacto, esta ayuda a que se vea el espesor
del aceite, su consistencia y adems a comparar entre una que se encuentra en
operacin y una que se encuentra almacenada, ya que cambia mucho su aspecto.
Aceite en operacin
Aceite almacenado
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Despus de realizar la prueba de del tacto, se llevara a cabo la prueba de rigidez
dielctrica, el aceite que se extrae del transformador se vierte dentro del recipiente,
se tapara el recipiente con la proteccin que tiene este, la proteccin cuenta con
una pequea placa de hierro la cual hace contacto con una barra del mismo material
estos elementos son los que cierran el circuito.
Se realizaron 3 pruebas con el aceite que se extrajo del transformador y los
resultados obtenidos fueron los siguientes:
1.- primer prueba = 40 KV
2.- segunda prueba= 25KV
3.- tercer prueba=35KV
Las pruebas se realizan con un espacio de tiempo de 30s entra cada una de ellas, la lectura mnima que se obtuvo es de 25 KV la mxima fue de 40KV, de acuerdo con la norma: ASTM D-877: Electrodos planos separados 25.4 mm, la Tensin Mnima
es de 25 kV.
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4.-ALMACENAMIENTO DEL ACEITE
El almacenamiento del aceite es de mucha importancia ya que este se debe de
realizar con los tambos en forma horizontal y en tarimas unos encima de otros
separados con estas, ya que de esta manera se evita que la presin se acumule
entre el espacio que se deja entre a tapa y el fluido.
ALMACENAJE CORRECTO
ALMACENAJE INCORRECTO
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CONCLUSIN
Esta prueba nos ayuda a determinar la localizacin de fallas, determinacin de
estas, deterioro del aceite y la deteccin de gases combustibles. La determinacin
de la prueba de rigidez dielctrica del aceite es importante para verificar la
capacidad que tiene para soportar esfuerzos dielctricos sin fallar. Permite tambin
detectar la presencia de agentes contaminantes, como agua, suciedad o algunas
partculas conductoras en el aceite.
Las condiciones del aceite y de la carga deben evaluarse sobre una base anual, sin embargo un programa de mantenimiento elctrico preventivo y predictivo, nos dir la frecuencia real de estas pruebas basadas en la importancia del equipo en el sistema y la condicin de operacin previamente analizada que tiene ese equipo. Se deben mantener registros permanentes de todos los ensayos realizados, en la medida que los ensayos demuestran la presencia de un deterioro evidente en el transformador en esa misma medida se acelera la frecuencia de la realizacin de las pruebas.
RECOMENDACIONES
Tanto los electrodos como la copa deben lavarse con aceite aislante en buenas
condiciones o con el aceite que se va a probar. Evitar tocar los electrodos y el
calibrador con los dedos, en caso de condensacin en la copa se deber calentar
ligeramente para evaporar la humedad antes de usarla.
Al iniciar las pruebas se deben examinar los electrodos asegurndose que no
existan escoriaciones causadas por el arco elctrico o acumulacin de
contaminantes. Si las escoriaciones son profundas se deben pulir. El carbn y la
suciedad deben eliminarse calibrando posteriormente la distancia entre los
electrodos.
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BIBLIOGRAFIA
http://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=9&ved=0C
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cfe.com.mx%2Fcontenidos%2Fcontenido_129.ppt&ei=teI8U7yyEeessQTlroHoDA
&usg=AFQjCNECYa7_eCNpKCHxxHwKl0bTw_zBSg
http://www.taringa.net/posts/apuntes-y-monografias/10119768/Prueba-de-rigidez-
dielectrica.html
http://books.google.com.mx/books?id=2UiPfOS5m6cC&pg=PA183&lpg=PA183&d
q=practica+prueba+de+rigidez+del+aceite&source=bl&ots=7ZYi9O2ZCF&sig=VKk
BTJj256d0nb4IRpuUNNUlt8c&hl=es-
419&sa=X&ei=wV07U8uaKIrJsQTEnILIAQ&ved=0CFQQ6AEwBw#v=onepage&q=
practica%20prueba%20de%20rigidez%20del%20aceite&f=false
http://www.eesmx.com/?page_id=16