1 UTN – FRRO Prof. Ing Marcelo Raúl Borgetto

FISICA II

COMPLEMENTO DE CAMPO ELECTRICO

TRES VECTORES DE CAMPO ELECTRICO

GRADIENTE DE POTENCIAL

APLICACIONES EN EL AMBITO PROFESIONAL

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL ROSARIO

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS

Autor: Ing. Marcelo Raúl Borgetto

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Objetivo:

El complemento amplía la información fundamentalmente con ilustraciones, sobre temas, que según la experiencia

han sido de difícil o errónea interpretación por parte del alumnado y presenta una visión dirigida a las aplicaciones

en el ámbito profesional de la ingeniería.

Las ilustraciones se encuentran sintetizadas, por lo que para la completa interpretación de los temas es necesario

participar en la clase.

En la primera ilustración se fundamenta el motivo de que un dipolo dentro de un campo uniforme no

experimenta fuerza de atracción ni repulsión, solo al existir un gradiente de E, aparece la fuerza. Se ilustran

instalaciones de alto potencial (500 kV) con aros equipotenciales para reducir el efecto de puntas

Se presenta la fundamentación física de la polarización dieléctrica y la relación entre D (desplazamiento), E

campo eléctrico y P (polarización). Notar que el campo D no depende de los materiales, solo de la disposición

geométrica de las cargas.

La polarización dieléctrica debe considerarse en forma importante cuando se aplican altos campos eléctricos y

frecuencias altas, dado que el giro de los dipolos absorbiendo una energía de 2p.E en cada ciclo genera calor que

es transformado en energía molecular que resulta en generación de calor. Esto que es notable en la utilización

del horno de microondas, el efecto en general es que genera calor y puede dañar las aislaciones eléctricas. Se

presenta una foto de termovisión mostrando dos aisladores calientes producto de que están solicitados a una

tensión superior a la nominal, debido a que los demás de la serie se encuentran con baja aislación.

El campo máximo admisible de los aislantes, debe mantenerse en cualquier condición, evitando el efecto de

puntas o altos gradientes de potencial. Se presentan casos de aislaciones degradadas por la distribución de

campo eléctrico desfavorable. Un punto crítico del alto campo se presenta en el pasaje de los cables de alta

tensión a través de la cuba puesta a tierra, para reducir el campo se debería disponer de un agujero de gran

diámetro (proveer una gran distancia entre el conductor a 500 kV y la cuba a 0 V) aumentando costos. Esto se

soluciona dando al componente, aislador pasa-tapas las características adecuadas. Se adjunta la gráfica del

formato de este aislador tipo condensador que produce un gradiente de potencial uniforme. Las placas de los

condensadores cilíndricos ecualizan las tensiones y por lo tanto los gradientes. Se muestra luego la consecuencia

de la degradación de esta aislación. Otros puntos críticos lo representan las discontinuidades de los cables de

alta tensión, como empalmes y conexiones terminales, donde el gradiente de potencial debe estar controlado, se

muestran las curvas equipotenciales para un empalme con un control de campo perfeccionado y otro común,

donde se aprecia que la construcción es artesanal y no se puede comparar a un empalme de baja tensión, sin

ningún cuidado. Se muestra el caso donde ha fallado la construcción del empalme terminal y la falla eléctrica

posterior.

Se presenta el caso en un transformador en aceite de un efecto de puntas de un cable de potencial (0V) (tierra)

pasando cerca de un cable de alta tensión (220000V) con su aislación de papel en aceite, el gradiente de

potencial fue tal que averió la misma, lo que puede notarse en las fotos.

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EFECTO DE PUNTAS Las conexiones de conductores con

elevado potencial representan zonas de puntas de alta densidad de cargas, que generan un alto E, el cual acelera los pocos portadores de carga del aire circundante que chocando con los átomos producen ionización y emisión de fotones, que se perciben por la luminosidad, efluvios o efecto corona. Esto provoca pérdida de energía e interferencias en comunicaciones

Instalación de (500 kV)

Para que el efecto se reduzca, se transforman las partes con puntas dándoles formas redondeadas, en estos casos se rodean con aros, así los puntos internos a los mismos son equipotenciales y el gradiente de potencial (E) se presenta a partir de éstos, con menor valor, como ejemplo simple para una esfera de radio R: E = V / R

Seccionadores de 500 kV

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TERMOVISION DE AISLADORES CALIENTES POR EL CAMPO ELECTRICO OSCILANTE

AISLADOR PASATAPAS TIPO CONDENSADOR PARA TRANSFORMADORES DE ALTA TENSION

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ARCO INTERNO EN UN TRANSFORMADOR POR FALLA DE AISLACION DEBIDO AL GRADIENTE SOBRE UN CABLE

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REEMPLAZO DE AISLADORES DE UNA LINEA DE TRANSMISION CON EL TECNICO A POTENCIAL DE 500KV

Arriba: preparativos, posicionar dos pértigas aislantes con sus herramientas tensoras y sogas de apoyo Abajo: ascenso del técnico con la soga aislante de apoyo, notar que usa un traje conductor (equipotencial)

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arriba: contacto con los conductores y ascenso sobre los mismosabajo: luego de instalar las dos herramientas tensoras adyacentes y liberar el peso de la línea sobre la morsetería y cadena de aisladores , el técnico la deschaveta para liberar mecánicamnete este conjunto

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La cadena de aisladores es elevada para retirarla, el peso de la línea queda soportado por las herramientas

tensoras, el técnico espera que baje la cadena de aisladores de reemplazo para realizar el trabajo inverso,

posicionar y enchavetar la morsetería con su cadena de aisladores, luego se quita la tensión mecánica sobre

las herramientas tensoras, dejando la línea sujeta por la nueva cadena de aisladores, finalmente se desarman

las herramientas tensoras para ser retiradas y concluir el trabajo.