UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERIA ELÉCTRICA

LABORATORIO DE AISLAMIENTO ELECTRICO

PRACTICA 8: DESCARGAS EN MATERIALES AISLANTES Y ACEITES DIELÉCTRICOS

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 ACTIVIDADES PARA ANTES DE INICIAR LA PRACTICA A. Defina los siguientes términos: nivel de aislamiento, disrupción, tensión de disrupción y rigidez dieléctrica. B. ¿Cuáles son los factores que influyen en la rigidez dieléctrica de un líquido y un sólido? C. Describa brevemente el proceso para que se genere una disrupción a través de un dieléctrico líquido y en un

dieléctrico sólido D. ¿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?

E. 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

F. ¿Qué es distancia de fuga? ¿Qué relación tiene con la perforación dieléctrica de un material y una descarga superficial o flash-over?

ACTIVIDADES Y DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Para tener en cuenta en el laboratorio antes de iniciar la práctica 1. Prepare el 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.

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.

3. Caracterice e identifique dos líquidos a ensayar. 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.

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.

Actividades durante la práctica 6. Explique el funcionamiento y configuración de cada uno de los métodos de medición empleados, muestre el valor

de sus componentes y la relación de transformación de cada uno 7. 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.

8. Configure la distancia de los electrodos a 5 o 10 mm. A una velocidad constante de 2 o 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 a esa distancia. Repita este procedimiento seis veces descartando la primera medida. NOTAS: • Consigne el valor de las condiciones ambientales durante las que se realizó la prueba • Entre ensayo y ensayo de una misma muestra se debe dejar pasar un tiempo de al menos 1 minuto • De los seis valores obtenidos, si no difieren entre sí en 10 % se obtiene el valor promedio aritmético de la

muestra A

V��� =A2 + A3 + A4 + A5 + A6

5

9. Repita la prueba del numeral (8) pero cambie la muestra del líquido bajo prueba y obtenga otro par de valores

promedio aritmético para las muestras B y C.

V�� =B2 + B3 + B4 + B5 + B6

5

V��� =C2 + C3 + C4 + C5 + C6

5

10. Con mínimo los tres promedios aritméticos de las muestras A, B y C del mismo liquido, determine su tensión

disruptiva como el promedio de los promedios de cada una de las pruebas. 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 cuarta muestra.

�� =V��� + V�� + V��� +⋯+ V���

N

11. Repita las pruebas y procedimientos efectuados en los numerales (8) a (10), pero sobre el otro líquido 12. Construya una tabla donde muestre el campo eléctrico máximo soportable (rigidez dieléctrica) para cada liquido,

obtenidos de la relación de la tensión disruptiva y la distancia interlectródica 13. Si es posible aumente la distancia entre los electrodos y repita las experiencias realizadas en los numerales 7 a

12 14. 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. PARA TENER EN CUENTA • El preinforme de cada práctica debe estar listo antes de iniciar la sesión de trabajo y debe contener como mínimo

el marco teórico, ecuaciones, diagramas, modelos y demás bases conceptuales de las cuales dependerá la efectiva realización de las tareas durante la sesión de trabajo, esto con el fin de aprovechar al máximo el tiempo en el laboratorio. NOTA: Los preinformes serán evaluados mediante un quiz en el inicio de la sesión o con preguntas abiertas durante el desarrollo de la práctica. Durante el desarrollo de las pruebas no se permite el uso de laptops, PDAs o cualquier dispositivo electrónico diferente a la calculadora.

• Antes de iniciar cualquier actividad práctica, en el tablero principal del laboratorio se deben exponer los circuitos que se probarán, sus respectivos componentes identificados, los equipos de medición y una formulación inicial de hipótesis de resultados. La finalización de cada práctica debe estar acompañada de una evaluación preliminar de los resultados obtenidos

• Toda prueba que requiera de energización debe estar antecedida de un análisis de riesgos y limitaciones expuestas y discutidas previamente dentro del grupo de trabajo

• Antes de la realización de las pruebas en el módulo de alta tensión se deben especificar y delegar responsabilidades entre los integrantes del grupo (manejo del tablero de control, instrumentación, conexiones, registro de información, etc.) y estas responsabilidades deberán pasar por cada uno de los integrantes del curso a lo largo del semestre

Preparado por Herbert Enrique Rojas IE, MSc, PhD Cand.