Practica N°1 “Introducción al laboratorio de Alta Tensión”

OBJETIVO.

Recordar la importancia de un laboratorio de alta tensión para probar aislamientos y equipos, la seguridad en el mismo así como en los equipos que lo conforman.

Introducción.

Un laboratorio de alta tensión debe poseer una serie de fuentes de prueba que generen un conjunto de tensiones normalizadas que sean capaces de reproducir los mismos esfuerzos a los que se ven sometidos estos materiales y así verificar su soportabilidad y su calidad. Los estudios de Coordinación de Aislamiento y las normas de pruebas, determinan el conjunto de estas tensiones que deben ser utilizadas en las condiciones de ensayo. Voltmetro de Esferas. La norma ANSI/IEEE Standard 4-1995, define al voltmetro de esferas como "un dispositivo constituido por dos electrodos metálicos, esféricos y de igual diámetro, donde la distancia que los separa es regulada a voluntad". Al aplicar entre dichas esferas un potencial, la descarga a cierta distancia de ruptura ocurre a un valor de tensión predeterminado. En la prueba de impulso, este valor es el voltaje pico de la onda o nivel básico de aislamiento (BIL) del equipo a ensayar. La disposición física de las esferas se hace vertical u horizontalmente, vólmetros de Esferas con el Eje Vertical y Horizontal.

IMAGEN 1. VOLTMETRO DE ESFERAS PEQUEÑO.

IMAGEN 2. VOLTMETRO DE ESFERAS DE GRAN CAPACIDAD.

FUENTE DE ALTA TENSIÓN DE CORRIENTE ALTERNA.

Fuente de alta tensión de corriente alterna. Esta fuente tiene como objeto probar los equipos a la frecuencia de potencia o de 60 Hz. Se pueden asociar a esta fuente una cámara de niebla limpia para las pruebas de contaminación y un equipo detector de descargas parciales. Está constituida básicamente por un autotransformador, para el ajuste de la tensión de prueba, y un transformador elevador.

IMAGEN 3 Y 3. TRANSFORMADOR ELEVADOR CON SU RESPECTIVA PLACA DE DATOS.

I

MAGEN 5. REGULADOR DE TENSION.

IMAGEN 6 Y 7. DIODO RECTIFICADOR Y SU RESPECTIVA PLACA DE DATOS.

DIVISORES DE ALTA TENSIÓN; TIPOS WMC, GMR, SMCF, SMR, MCR y MCP

Los divisores de alta tensión se utilizan para medir tensiones y como acopladores para la captación de descargas parciales en sistemas de ensayo de alta tensión. Dependiendo del tipo específico, se utilizan para medir en sistemas de tensión alterna (AC), tensión continua (DC), tensión por impulso de rayo (LI), y tensión de impulso conmutado (SI). Los divisores de tensión de HIGHVOLT cumplen con las normas relevantes IEC 60060, 61083, y 60052. Los sistemas están disponibles tanto para uso externo como interno.

Tipos

Condensador AC, tipo WC (componente principal del divisor de AT MW)

+ Para medida de tensión AC+ Para desacoplar señales de PD

+ Para uso como carga básica en sistemas de ensayo resonante+ Componentes de un filtro de alta tensión para reducir el nivel de ruido de fondo en medidas de PD+ Disponibles modelos aislados en aire, aceite y SF6-+ Los modelos cubren un amplio rango de tensiones, incluso tensiones ultra elevadas

Condensador estándar de gas comprimido, tipo MCP

+ Para medida de tensión AC hasta 800 kV+ Para utilizar como condensador estándar para medidas de tangente delta+ Componente de sistemas de medida de referencia para calibración según la IEC 60060-2

Divisor de tensión amortiguada, capacitivo, tipo SMC

+ Para medida de tensión AC y tensiones de impulso hasta 1.500 kV AC y 6.000 kV LI+ Para utilizar como carga básica para sistemas de ensayo de tensión por impulso

Divisor de tensión amortiguada de referencia capacitivo tipo SMC...ref

+ Para medida de tensión AC e impulsos hasta 400 kV AC, 800 kV LI y 700 kV SI+ Para utilizar como divisor de tensión para calibrar tensiones de impulso tipo rayo, tensión de impulso de conmutación y sistemas de medida AC

Divisor de tensión de referencia de impulso tipo rayo, resistivo controlado, tipo SMR...ref

+ Para medida de tensión de impulso hasta 1.200 kV LI, en particular para tensiones de impulso de rayo recortado+ Para utilizar como divisor de tensión de referencia para calibrar sistemas de medida de tensión de impulso tipo rayo

Divisor de tensión de referencia resistivo/capacitivo universal, tipo MCR...ref

+ Para medida de varios tipos de tensión hasta 400 kV AC, 400 kV DC, 800 kV LI y 700 kV SI+ Para utilizarse como divisor de tensión patrón para calibrar sistemas de medida de tensión AC-DC, tensión impulso tipo rayo y tensión por impulso conmutado

Divisor de tensión de referencia resistivo de alto valor óhmico, tipo GMR...ref

+ Para medida de tensión DC hasta 400 kV DC+ Para utilizarse como divisor de tensión de referencia para calibrar sistemas de medida DC.

IMAGEN 8 Y 9. DIVISOR DE TENSION CON SU RESPECTIVA PLACA DE DATOS.

JAULA DE FARADAY

Se conoce como Jaula de Faraday a un sistema cerrado, construido de un material conductor, formando un blindaje electrostático. Este sistema tiene la particularidad de que al estar inmerso en un campo eléctrico, en su interior el campo es nulo.

Esto explica lo propuesto por la Ley de Gauss

El flujo eléctrico total en una superficie cerrada es cero.

FUNCIONAMIENTO DE LA JAULA DE FARADAY

Se basa en las propiedades de un conductor en equilibrio electrostático.

Cuando la caja metálica se coloca en presencia de un campo eléctrico 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 actúa una fuerza eléctrica.

Caja conductora inmersa en un campo eléctrico uniforme. El campo de las cargas inducidas en la caja se combina con el campo uniforme para dar un campo total de cero en el interior de la caja.

FUENTE DE PRUEBA DE IMPULSO TIPO RAYO.Esta fuente tiene como objeto probar equipos ante las sobretensiones transitorias producidas por los impactos directos o cercanos de las descargas atmosféricas. Estas sobretensiones se caracterizan por ondas viajeras de tensión con un frente de onda de pendiente rápida que suben bruscamente a su valor pico o máximo para luego descender muy lentamente a cero. La forma de onda normalizada por la IEC 60060-1 [4] es de 1,2 μs para alcanzar su valor pico y 50 μs para descender al 50% de este valor, especificada como una onda típica de rayo de 1,2/50 μs. Está constituido por una fuente de corriente continua, seis juegos de condensadores de 25 nF, resistencia de frente y cola de 500 y 200, respectivamente y espinterómetros para la formación del frente y cola de la onda de impulso y un sistema de

trigatrón para producir el inicio manual de la onda

IMÁGENES 10, 11 Y 12. CONJUNTO DEL GENERADOR DE IMPULSO CON SU PLACA DE DATOS.

PERTIGA.

Provista de un gancho y de un elemento aislante, que sirve para manipular conductores y elementos sometidos a tensión eléctrica.

Longitudes recomendadas en función del nivel de tensión:

Tensión de línea [kV.]

Longitud efectiva [m.]

13,2 1,0

33 1,5

66 2,0

132 2,5

En función de sus características de utilización las podemos clasificar en:

Pértigas acoplables Pértigas telescópicas Pértigas de gancho retráctil

PERTIGAS ACOPLABLES

Se proveen en uno o varios tramos, se vinculan entre sí a través de un perno hexagonal de 21mm, entre caras y una tuerca con rosca. Si bien se pueden proveer de cualquier longitud, las normales son: 0.7mm, 1 mm, 1.5mm, 2mm, 2.5mm, y 3mm.

PERTIGA TELESCOPICAS

Son muy prácticas para el trabajo de liniero, permitiéndole realizar muchas tareas rutinarias desde el suelo. El cople universal de su sección aislada superior admite el montaje de una gran variedad de accesorios para que el liniero pueda desconectar interruptores, cambiar el tubo portafusible en cortacircuitos, quitar protectores de poste, podar árboles y muchas otras tareas en línea.

Una vez retraída, la pértiga alcanza una longitud de un metro y medio permitiendo su transporte en casi todo tipo de vehículo.

PERTIGA DE GANCHO RETRACTIL

Están destinadas a la instalación y remoción de dispositivos que posean un ojal, pudiéndose emplear también para guiar y desplazar piezas.

Se construyen en un solo tramo de longitudes variables en función del alcance físico y tensión de servicio. La apertura y cierre del gancho se realiza a través de una varilla maciza de material sintético reforzado con fibra de vidrio. El gancho, la cremallera y los gatillos se construyen en latón y la corredera de aluminio.

Este tipo de pértigas están diseñadas para una tensión de servicio de hasta 33 kV.

IMAGEN 12. PÉRTIGA.

RED DE TIERRAS

Criterios de diseño

El factor más importante de la resistencia a tierra no es el electrodo en sí, sino la resistividad del suelo mismo, por ello es requisito conocerla para calcular y diseñar la puesta a tierra de sistemas .La resistividad del suelo es la propiedad que tiene éste, para conducir electricidad, es conocida además como la resistencia específica del terreno. En su medición, se promedian los efectos de las diferentes capas que componen el terreno bajo estudio, ya que éstos no suelen ser uniformes en cuanto a su composición, obteniéndose lo que se denomina "Resistividad Aparente". La resistividad del terreno está determinada por:

a) SALES SOLUBLES

La resistividad del suelo es determinada principalmente por su cantidad de electrolitos; esto es, por la cantidad de humedad, minerales y sales disueltas.

b) COMPOSICIÓN DEL TERRENO

La composición del terreno depende de la naturaleza del mismo. Por ejemplo, el suelo de arcilla normal tiene una resistividad de 40-500 ohm-m por lo que una varilla electrodo enterrada 3 m tendrá una resistencia a tierra de 15 a 200 ohms respectivamente. En cambio, la resistividad

de un terreno rocoso es de 5000 ohm-m o más alta, y tratar de conseguir una resistencia a tierra de unos 100 ohm o menos con una sola varilla electrodo es virtualmente imposible.

c) ESTRATIGRAFÍA

El terreno obviamente no es uniforme en sus capas. En los 3 m de longitud de una varilla electrodo típica, al menos se encuentran dos capas diferentes de suelos.

d) GRANULOMETRÍA

Influye bastante sobre la porosidad y el poder retenedor de humedad y sobre la calidad del contacto con los electrodos aumentando la resistividad con el mayor tamaño de los granos de la tierra. Por esta razón la resistividad de la grava es superior a la de la arena y ésta es mayor que la arcilla.

e) ESTADO HIGROMÉTRICO

El contenido de agua y la humedad influyen en forma apreciable. Su valor varía con el clima, época del año, profundidad y el nivel freático. Como ejemplo, la resistividad del suelo se eleva considerablemente cuando el contenido de humedad se reduce a menos del 15% del peso de éste. Pero, un mayor contenido de humedad del 15% mencionado, causa que la resistividad sea prácticamente constante. Puede tenerse el caso de que en tiempo de secas, un terreno llegue a tener tal resistividad que no pueda ser empleado en el sistema de tierras.

f) TEMPERATURA

A medida que desciende la temperatura aumenta la resistividad del terreno y ese aumento se nota aún más al llegar a 0° C, hasta el punto que, a medida que es mayor la cantidad de agua en estado de congelación, se va reduciendo el movimiento de los electrolitos los cuales influyen en la resistividad de la tierra

g) COMPACTACIÓN

La resistividad del terreno disminuye al aumentar la compactación del mismo. Por ello, se procurará

siempre colocar los electrodos en los terrenos más compactos posibles.

MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO

La resistividad del terreno se mide fundamentalmente para encontrar la profundidad y grueso de la roca en estudios geofísicos, así como para encontrar los puntos óptimos para localizar la red de tierras de una subestación. En general, los lugares con resistividad baja tienden a incrementar la corrosión. En este punto es necesario aclarar que la medición de la resistividad del terreno, no es requisito para hacer una malla de puesta a tierra. Aunque para diseñar un sistema de tierras de gran tamaño, es aconsejable encontrar el área de más baja resistividad para lograr la instalación más económica.

TELURÓMETRO

Para medir la resistividad del suelo se requiere de un telurómetro de cuatro terminales llamado en algunas zonas de México como "terrómetro" o "Megger de tierras” Los telurómetros inyectan una corriente de frecuencia diferente a 60 Hz para evitar se midan voltajes y corrientes de ruidos eléctricos. Los telurómetros tienen cuatro terminales: 2 de corriente (C1, C2) y 2 de potencial (P1, P2) que están marcadas en el aparato C1 P1 P2 C2.

Como la medición obtenida por un telurómetro es puntual, para obtener una lectura promedio del sitio, se deben hacer mediciones en un sentido, en otro a 90 grados del primero y en el sentido de las diagonales. En la medición de resistividad de un terreno, es común encontrar valores muy dispares, causados por la geología del terreno, por lo que es una práctica común el eliminar los valores que estén 50% arriba o abajo del promedio aritmético de todos los valores capturados.

El estudio de resistividad de un terreno conlleva el obtener el perfil de resistividad del suelo en varios puntos y con esos valores se puede determinar la profundidad de nuestro sistema de puesta a tierra.

IMAGEN 13 Y 14. RED DE TIERRAS.

IMÁGENES 15, 16 Y 17. CONJUNTO DE LA FUENTE DE CD.

IMÁGENES 18 Y 19. TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION CON SU PLACA DE DATOS.

IMÁGENES 20 Y 21. TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION Y SU PLACA DE DATOS.

GUANTES DIELÉCTRICOS.Los guantes dieléctricos son equipos de protección individual fabricados en látex que protegen al trabajador de posibles descargas eléctricas.Los guantes dieléctricos son utilizados por el trabajador para la protección de sus manos en el desempeño de tareas relacionadas con la electricidad. Gracias al material aislante con el que están fabricados, evita la posibilidad de sufrir daños ante una posible descarga eléctrica. Estos guantes pueden estar fabricados en goma o látex y se pueden encontrar de diferentes clases, que dependen de la tensión máxima de trabajo que se realice. Así pues, existen los de clase 00(500 voltios), clase 0 (1.000 voltios), clase 1(7.500 voltios), clase 2 (17.000 voltios), clase 3(26.500 voltios) y finalmente de clase 4 (36.000 voltios).

 Es importante que se permita la fácil detección de problemas en la superficie del guante, por ello, están realizados en colores que lo permitan. Por ello, antes y después del uso, lo correcto es verificar que se encuentran en perfecto estado de conservación inspeccionando su superficie. Además, es muy común acompañar los guantes dieléctricos con guantes de cuero que proporcionen una protección mecánica e incluso, como medida adicional de seguridad, es normal el uso, bajo los guantes aislantes, de guantes finos de materiales ignífugos y retar dantes de la llama.

IMAGEN 22. GUANTES DE SEGURIDAD.

IMAGEN 23. COMPUTADORA DE LA CABINA DE CONTROL.

CONSOLAS DE MEDICIÓN.

Se utilizan para medir de manera aislada a distancia lo que ocurre con los dispositivos que manipulan las grandes cantidades de tensión.

IMÁGENES 24 Y 25.

IMAGEN 26.

IMAGEN 27.

MEDIDAS DE SEGURIDAD NECESARIAS PARA LA OPERACIÓN Y USO DE LOS EQUIPOS DE UN LABORATORIO DE ALTA TENSION.

Asegúrese que su fuente y su circuito de alta tensión estén puestos a tierra.

NUNCA toque un cable de alta tensión o cualquier parte que haya sido conectada a una fuente de alta tensión sin haber antes cortocircuitado a tierra AL MENOS DOS VECES dicho elemento, con una barra a tierra. Para este propósito el laboratorio debe tener una barra con aislación para ser usada con alta tensión. El procedimiento a seguir en este caso es: fijar mecánicamente el

cable de la barra a una buena tierra y luego tocar el elemento que pudiera estar a alta tensión con el extremo aislado de la barra.

Usted debe suponer siempre que todos los condensadores están cargados, siempre cortocircuite con la barra de tierra todos los condensadores antes de tocarlos.

La descarga de un condensador de alta tensión puede ser letal aun si no ha estado conectado a una fuente de alta tensión por varios días. Las fuentes de alta tensión de su experimento pueden tener condensadores que permanecen cargados aun si la fuente ha sido apagada. Una descarga de tal

condensador puede ser letal, utilice la barra de tierra antes de tocar la salida de la fuente.

Cubra todas las conexiones de alta tensión para evitar contactos accidentales con las mismas

Coloque carteles “peligro, alta tensión” en todo experimento o conexión que lo requiera

Asegúrese que el piso o la mesa de trabajo no estén mojados cuando trabaja con alta tensión.

Use cables de especificaciones adecuadas para alta tensión.

Asegúrese de apagar las fuentes de alta tensión cuando no está controlando personalmente su experimento.

Las descargas rápidas de alta tensión emiten ruido electromagnético que pueden alterar el funcionamiento de marcapasos.

La tensión de línea también es potencialmente peligrosa, ya que con más de 80 volts el cuerpo humano admite una corriente que puede producir un paro cardiaco.

Controle la calidad de la tierra de su circuito antes de conectarlo

Por norma de seguridad todos los equipos tienen su correspondiente conexión a tierra

Tenga especial cuidado al conectar un autotransformador o variac, el borne común de este dispositivo debe estar conectado al neutro de la línea.

RESUCITACION CARDIOPULMONAR

Figura 1. Resumen de RCP

Figura 2. Maniobra de Heimlich

MEDIDAS INMEDIATAS ANTE UNA DESCARGA ELECTRICA EN EL CUERPO HUMANO.

-Antes de tocar o reanimar a la persona electrocutada, debemos llamar a los cuerpos de emergencia de nuestra localidad. Por

ningún motivo intentar asistirlo antes, ya que se pueden perder cinco minutos vitales para la vida de la persona herida. Además, si intentamos asistirlo sin conocer el tipo de lesión, podemos empeorar o complicar el estado del accidentado.

-Lo más común es encontrar a la persona herida con quemaduras de segundo o tercer grado, por lo que antes de tocarlo debemos observarlo para que durante la llamada a los cuerpos de emergencia les podamos indicar en qué estado se encuentra.

-Si está consciente la persona, tratar de tranquilizarla sin tocarla.

-Procurar que no se mueva, ya que desconocemos el tipo de lesión que tiene.

-Si tiene pegada a la piel ropa plástica o cualquier otro material, no se debe intentar retirar.

-Mantener limpia la herida, evitando que roce con algo o que le caiga polvo, agua o cualquier otra sustancia.

-Si el afectado está inconsciente o sigue convulsionando, para evitar la asfixia se debe poner de lado para evitar que se atragante con su propia saliva, sangre o lengua.

-No intentar reanimarlo. Solo las personas con conocimiento y experiencia en reanimación cardiopulmonar (RCP), pueden intentar auxiliar al herido.

NIVELES DE CORRIENTE PARA EL CUERPO HUMANO

Tabla 1. Niveles de corriente en el cuerpo humano.

Intensidad de la corriente

(en miliamperios)

Posible efecto en el cuerpo humano

1 mA Nivel de percepción. Una leve sensación de hormigueo. Aun así, puede ser peligroso bajo ciertas condiciones.

5 mA Leve sensación de choque; no doloroso, aunque incómodo. La persona promedio puede soltar la fuente de la corriente eléctrica. Sin embargo, las reacciones fuertes a los choques en esta escala pueden resultar en lesiones.

6-30 mA Choque doloroso donde se pierde el control muscular. Esto se conoce como "la corriente paralizante" o "la escala bajo la cual hay que soltar la fuente".

50-150 mA Dolor agudo, paro respiratorio, contracciones musculares severas. La persona no puede soltar la fuente de electricidad. La muerte es posible.

1000-4300 mA Fibrilación ventricular (el ritmo cardíaco cesa.) Ocurren contracciones musculares y daño a los nervios. La muerte es sumamente probable.

10,000 mA Paro cardíaco, quemaduras severas y con toda probabilidad puede causar la muerte.