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Práctica 5
Ensayo de equipos y materiales de construcción de redes eléctricas de
distribución
Diana Motoche, Daniela Jaramillo, José Tipantaxi, Hamilton Paucar
Laboratorio de Alto Voltaje, Departamento de Energía Eléctrica, Escuela Politécnica Nacional
GR 3
Quito, Ecuador
Resumen.- En la práctica se realizaron pruebas de
descarga a distintos materiales eléctricos usados en la
construcción de Redes Eléctricas de Distribución como
lo son pararrayos y aisladores, con la finalidad de
observar su capacidad de aislamiento frente a altos
voltajes. Es imprescindible tener a la mano las normas
para cada elemento, ya que estas nos ayudan a verificar
la condición eléctrica de los materiales brindando
confianza y continuidad al servicio eléctrico.
I. INFORME
A. Analice los resultados de las pruebas sobre cada una
de las muestras, determine la clase de pruebas y si
serán a su criterio suficiente para calificar el equipo.
TABLA I
VOLTAJES DE CONTORNEO
MUES
TRA
VOLTAJE DE CONTORNEO
SECO HUMEDO
Ambi
ente C.N
Ambi
ente C.N
PIN
55
-4
1 56,1 79,01 1 43,4 61,12
2 57,2 80,56 2 41,9 59,01
3 57,1 80,42 3 44,2 62,25
PRO
M. 56,8 80,00
PRO
M. 43,17 60,79
CA
RR
ETE
1
53
-2
Ambi
ente C.N
Ambi
ente C.N
1 17,5 24,64 1 10,9 60,79
2 17,3 24,36 2 11,2 15,35
3 17,6 24,78 3 13,9 15,77
PRO
M. 17,47 24,59
PRO
M. 12,00 19,57
CA
RR
ETE
2
53
-2
Ambi
ente C.N
Ambi
ente C.N
1 17,4 24,5 1 12 16,9
2 16,9 23,8 2 10,9 15,35
3 17,7 24,9 3 10,3 14,5
PRO
M. 17,33 24,40
PRO
M. 11,07 15,58
SUSP
END
IDO
52
-1
Ambi
ente C.N
Ambi
ente C.N
1 43,3 60,98 1
2 42,8 60,28 2
3 43,1 60,7 3
PRO
M. 43,07 60,65
PRO
M.
SEC
CIO
NA
DO
R
Ambi
ente C.N
Ambi
ente C.N
1 61,6 86,76 1 68,1 95,91
2 65,5 92,25 2 65,5 92,25
3 65,1 91,69 3 65,9 92,81
PRO
M. 64,07 90,23
PRO
M. 66,50 93,66
PA
RA
RR
AY
O
Ambi
ente C.N
Ambi
ente C.N
1 13,3 18,73 1
2 13,2 18,59 2
3 13,7 19,29 3
PRO 13,40 18,87 PRO
𝛿 = 0.386𝑏
273 + 𝑡
Conociendo los datos:
t = 21,6ºC
b= 540 mmHg
Por lo tanto se tiene:
𝛿 = 0.386540
273 + 21,6
𝛿 = 0,707 ≈ 0,71
Para calificar el equipo vamos a tomar en cuenta la
siguiente ecuación además de los datos que vienen en la
norma para cada aislador.
𝑉𝑑𝐶.𝑁. = 𝑉𝑑𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 ·ℎ
𝛿
Como no se considera la altura, la ecuación general va a
ser:
𝑉𝑑𝐶.𝑁. =𝑉𝑑𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜
𝛿
Aislador tipo PIN clase 55-4
Se toma en cuenta el voltaje máximo de contorneo que
puede soportar el aislador en seco (70 kV), y con este se
puede calcular el voltaje medido al que se puede llegar, por
lo que se tiene que:
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 𝑉𝑑𝐶.𝑁. · 𝛿
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 70 · 0,71
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 49,7 [𝑘𝑉]
El promedio de los voltajes de descarga en seco va a ser de
56,8 y del teórico es de 49,7.
Se repite el procedimiento para el caso húmedo.
TABLA
VOLTAJES DE CONTORNEO AISLADOR TIPO PIN PRÁCTICA
Seco Húmedo
Voltajes de
descarga [kV]
56,8 43,17
Voltaje de
descarga [kV]
teórico
49,7 28,4
Como el que se midió en la práctica es mucho mayor al
teórico. Se puede decir que el aislador tipo PIN de prueba
es un buen aislador. Según los resultados de la práctica.
Aislador tipo Carrete (1) clase 53-2
Se toma en cuenta que el voltaje máximo en contorneo que
puede soportar este aislador en seco es 25 kV, y en húmedo
es 12 Kv.
Seco:
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 𝑉𝑑𝐶.𝑁. · 𝛿
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 25 · 0,71
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 17.75 [𝑘𝑉]
Húmedo:
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 𝑉𝑑𝐶.𝑁. · 𝛿
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 12 · 0,71
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 8.52 [𝑘𝑉]
TABLA I
VOLTAJES DE CONTORNEO AISLADOR TIPO ROLLO
PRÁCTICA
Seco Húmedo
Voltajes de
descarga [kV] 17.467
12
Voltaje de
descarga [kV]
teórico
17.75 8.52
Aislador tipo Carrete (2) clase 53-2
Se toma en cuenta que el voltaje máximo en contorneo que
puede soportar este aislador en seco es 25 kV, y en húmedo
es 12 Kv.
Seco:
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 𝑉𝑑𝐶.𝑁. · 𝛿
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 25 · 0,71
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 17.75 [𝑘𝑉]
Húmedo:
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 𝑉𝑑𝐶.𝑁. · 𝛿
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 12 · 0,71
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 8.52 [𝑘𝑉]
TABLA II
VOLTAJES DE CONTORNEO AISLADOR TIPO ROLLO
PRÁCTICA
Seco Húmedo
Voltajes de
descarga [kV] 17.3
11.07
Voltaje de
descarga [kV]
teórico
17.75 8.52
Tanto en la tabla I como en la tabla II se puede observar
que los aisladores pasan la prueba en húmedo, pero en seco
no. Esto podría deberse a que como estos aisladores han
sido utilizados por algunos años su aislamiento se vio
afectado, también estos aisladores están expuestos al polvo
lo que degrada las características de aislamiento.
Aislador Suspendido 52-1
TABLA III
VOLTAJES DE CONTORNEO AISLADOR TIPO SUSPENDIDO
PRÁCTICA
Seco Húmedo
Voltajes de
descarga [kV] 43.07
---
Voltaje de
descarga [kV]
teórico
42.6 ----
Como se puede observar el valor obtenido en el laboratorio
esta solo un poco mayor que el valor teórico, pero cumple
con la norma así que podemos decir que el aislante cumple
las condiciones de esta prueba.
Para este caso no se realizó la prueba en húmedo del
aislante debido a que el aislante se encontraba suspendido
sobre partes conductoras del circuito de prueba.
Aislador tipo Seccionador
Los aisladores tipo seccionador vienen con voltajes de
servicio de 33Kv hasta 220Kv.Con un voltaje teórico de
70Kv en seco se tiene:
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 49,7 [𝑘𝑉]
Y con 70Kv en húmedo:
𝑉𝑑𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 35.5 [𝑘𝑉]
TABLA IV
VOLTAJES DE CONTORNEO AISLADOR TIPO
SECCIONADOR
Seco Húmedo
Voltajes de
descarga [kV]
64.07 93.66
Voltaje de
descarga [kV]
teórico
49,7 49.7
Este tipo de aislador pasa la prueba ya que los valores de
descarga superan los valores teóricos tanto en condiciones
normales como en humedad.
Pararrayos
Seco Húmedo
Voltajes de
descarga [kV] 1-30
---
Voltaje de
descarga [kV]
teórico
13.4 ----
Si analizamos el primer dato como requerimientos para que
se pueda diseñar un pararrayos vemos que los voltajes
nominales que debe soportar son de 1 a 30kv. La descarga
o el voltaje de contorneo que se vio en el laboratorio dio
como promedio 13.4kV, entonces podemos decir que el
pararrayos del laboratorio se encuentra dentro de la norma.
B. Analice la disposición de los elementos bajo prueba, y
el método de prueba. Indique alguna otra disposición
o métodos, o de criterios sobre alguna mejora en el
proceso.
Aislador tipo PIN
El montaje para el aislador PIN, va a ser de forma vertical,
con la ayuda de un perno. Este método es el más usado y el
mejor para este aislador. Ya que la punta va a ser rodeada
del conductor por donde va a existir corriente, y el perno
va a estar conectado a tierra. Se va a elevar rápidamente el
voltaje hasta el 75% del voltaje de descarga teórico,
después se ira cargando lentamente, porque ya se acerca el
voltaje de contorneo.
La mejora que podría existir en este método es que en el
lugar donde se coloca el pin, y el cable usado para la prueba
debe estar conectado de mejor manera.
Aislador tipo Carrete
Los aisladores de porcelana tipo carrete son utilizados
como soporte y aislante de conductores en las estructuras
de distribución a tensiones menores o iguales a 1 kV.
El aislador debe ser montado horizontal o verticalmente,
una varilla con un diámetro adecuado debe pasar a través
de la ranura axial del aislador y por cada una de las correas.
Las correas deben extenderse horizontalmente en una
dirección desde la barra y permanecer paralelas entre ellas
desde el aislador hasta el poste. Los extremos de las correas
deben estar conectados adecuadamente a un soporte a
tierra.
Para realizar las pruebas eléctricas se debe de limpiar la
superficie del aislador, y el voltaje será aplicado debe
aumentar rápidamente hasta llegar al 75% del valor
esperado de descarga en seco o en húmedo, después de
cada prueba se debe de esperar 15 segundos.
Aislador Suspendido 52-1
El aislador suspendido como su nombre los dice estará
verticalmente suspendido al final de un conductor
conectado a tierra. Se siguió el método especificado de
aumentar rápidamente el voltaje hasta el 75% del esperado
de descarga según norma, y después despacio hasta que
ocurra la descarga. Con esto en seco se logro demostrar el
valor de descarga especificado en la norma, pero podría
mejorarse la prueba al realizarla también en mojado, para
esto deberíamos tener otro lugar donde suspender el
aislante de prueba o algo para evitar que el agua tenga
contacto con el circuito generador de altos voltajes
alternos.
Aislador tipo Seccionador
Para realizar la prueba de descarga en este aislador se lo
pone de manera vertical para aplicar voltaje con la
particularidad que posee una seguridad con un fusible en
paralelo que en caso de realizarse una descarga alta esta
parte del seccionador salte y no permita el paso de
corriente.
Pararrayos
Los pararrayos deben ser de una alta no linealidad y de muy
baja corriente nominal debido a que es pequeña la corriente
de fuga. Debe haber un aislamiento entre la fase interna y
la tierra. Para la prueba se los coloca de manera vertical.
En este caso no se podrá observar la descarga, ya que se
produce internamente, entonces se debe estar atentos al
sonido que la descarga emitirá para tomar los datos.
II. CONCLUSIONES
Diana Motoche
Al aplicar un voltaje el cual genera una
disrupción se produce un contorneo, en los datos
obtenidos se observa que el voltaje al cual se
produce este contorneo va a ser mayor cuando la
prueba se realiza en estado seco en comparación
al hacerlo en estado húmedo, esto se debe a que
el agua es conductora.
En la prueba realizada en el pararrayo se pudo
observar que no existe descarga de contorneo,
debido a que este elemento envía la descarga
internamente a tierra.
En la práctica se observó que casi todos los
aisladores pasaron la prueba, excepto el aislador
tipo carrete, el cual pasó la prueba en húmedo
pero no en seco. Es importante también esperar
un tiempo de 15 segundos entre cada prueba, con
la finalidad de que se reestablezcan las
propiedades del elemento.
Daniela Jaramillo
Los distintos tipos de aisladores, son diseñados
para ciertos voltajes, por ejemplo el tipo PIN va a
estar presente en líneas de transmisión de alto
voltaje (distribución). Por lo que el voltaje de
contorne va a ser mayor a la de un rollo, que lleva
voltajes más bajos.
En húmedo los aisladores van a tener menor
voltaje de contorne, por ejemplo en el caso del
aislador PIN se tiene que el voltaje de descarga en
seco será 56,8 [kV] y según las normas ANSI el
voltaje para las condiciones en las que medimos
es 49,7 [kV] , por lo que se puede decir que el
voltaje de la práctica es mucho mayor al de la
norma y que el aislador es muy bueno.
Como los aisladores pueden someterse a
cualquier tipo de ambiente, se prueba en dos
ambientes diferentes: seco y húmedo, para probar
los voltajes de contorneo de los aisladores.
José Tipantaxi
Se debe tomar en cuenta el tipo de ambiente en el
que se va a trabajar para de acuerdo a las
características de cada aislador en particular
realizar la mejor elección acorde al lugar de
trabajo.
La posición de trabajo de cada aislador según las
debidas normas establecidas para lograr obtener
la mayor seguridad de que el aislador va a cumplir
con su cometido, ya que unos son fabridos para
trabajar de manera horizontal y vertical y otros
solo en una de estas.
Hay que realizar las pruebas en los aisladores para
comprobar la calidad del equipo a utilizarse, para
así evitar el daño de algún equipo cuando estos
empiecen a trabajar.
Hamilton Paucar
Las pruebas que se realiza a los aisladores son de
suma importancia antes de que entren a operar, ya
que así se garantiza que habrá un buen aislamiento
y un buen servicio en las centrales de distribución,
postes, transformadores etc.
Se puede notar que al agua afecta
considerablemente a los aislantes, ya que por
norma y después comprobado en el laboratorio, se
puede notar que se llegara a una descarga eléctrica
con un menor voltaje aplicado.
Siempre se debe considerar las condiciones
ambientales en las que se realizan las pruebas,
para poder compararlas con los datos de las
normas específicas de cada aislante, asi se
obtendrá los valores reales a los cuales ocurrirá la
descarga de cada aislante.
REFERENCIAS
[1] Anónimo, “Alto Voltaje”, disponible en:
http://repositorio.utc.edu.ec/bitstream/27000/861/1/T-
UTC-0617.pdf [2] Flores R., Delgado F., Romero V., “Aplicaciones del SF6 en la
Industria Eléctrica y su Impacto en el Medio Ambiente”, 2012. [3] Anónimo, “Principales características del ozono”, disponible
en: http://www.quiminet.com/articulos/las-principales-
caracteristicas-del-ozono-60662.htm [4] www.frlp.utn.edu.ar/materias/tydee/seccionadores.pdf
Aislante tipo Pin clase 55-4
Anexos
Aislante tipo carrete
Aislante tipo suspensión
Seccionador
Pararrayos
