UNIDAD IV Ensayos en Corriente Continua Objetivos: Conocer los principios y aplicaciones de las pruebas en CC . Cual es el modelo dieléctrico del aislamiento Como se polariza un aislamiento al aplicar tensión continua Qué parámetros de aislación pueden determinarse con estas pruebas En que consisten las pruebas de tensión aplicada y salto de tensión en CC Como de mide la resistencia ohmica de devanados en motores, generadores y transformadores.

LECCIÓN 8 Principios Básicos Modelo dieléctrico Respuesta del dieléctrico a un escalón de cc Polarización del aislamiento

Modelo dieléctrico para ensayo en corriente continua

Al aplicar la fuente de tensión cerrando S1, la corriente a través del volumen aislante se puede subdividir en: Una componente capacitiva de muy corta duración, resultante de la capacidad geométrica del bobinado. Una componente denominada de absorción, que depende de la cantidad de impurezas al interior del dieléctrico y decae en el tiempo hasta hacerse nula. Es predominante en los primeros minutos del ensayo. Una componente de conducción que parte de cero y llega a un valor casi constante, motivada por los electrones libres que existen en el dieléctrico. Es predominante una vez extinguida la corriente de absorción, e incluye a la corriente de dispersión, la cual depende de la contaminación externa o humedad del bobinado. Lo anterior se observa gráficamente en la siguiente lámina.

Respuesta de un dieléctrico a un escalón en cc +Q -Q Area=A d

Una vez que se retira la fuente de tensión y se descarga el circuito capacitivo cerrando S2, se produce una corriente de descarga constituida por: Una componente de descarga de la capacidad del bobinado, que decae casi instantáneamente dependiendo de la resistencia de descarga. Una componente denominada de reabsorción, que decae desde un alto valor inicial hasta casi cero, tal como lo hace la corriente de absorción durante el periodo de carga.

Polarización La carga almacenada en el dieléctrico es redistribuida por el campo eléctrico. Los dipolos se reorientan forzados por el campo eléctrico. Las superficies de fuga aportan a las corrientes de conducción.

Indice de Polarización Se define el IP como la relación entre las corrientes de carga medidas al cabo de 1 minuto y de 10 minutos de aplicar el escalón de tensión. Dado que a los 10 minutos la corriente de absorción es despreciable, el IP puede expresarse como: IP = I conducción + I absorción = 1 + I absorción I conducción I conducción La gran ventaja de este parámetro es que no depende de las características geométricas y estructurales del bobinado, lo cual permite comparar valores y establecer criterios aplicables a cualquier máquina eléctrica.

LECCIÓN 9 Aplicaciones Ensayo de Polarización Parámetros de aislación Resistencia de aislación Tensión aplicada o Hi-Pot en cc Ensayo de salto de tensión Resistencia ohmica Resistencia de devanados en transformadores Resistencia de aislación en transformadores

Ensayo de polarización Objetivo: El ensayo se aplica para obtener una medida del nivel de contaminación y de humedad existente en el aislante. Recomendaciones: La temperatura existente en la aislación al momento de ejecutar la prueba debe ser mayor a la temperatura de condensación del agua (dew point o punto de rocío). El estator debe estar descargado, debiendo haber estado conectado a tierra, previo a la realización de la prueba, por un período suficientemente largo.

Ensayo de polarización Descripción: El ensayo consiste en la aplicación de un escalón de voltaje continuo al estator. Este puede ser aplicado en forma independiente sobre cada fase o de manera simultánea sobre estas. La magnitud varía entre los 500 V y los 5 kV. Se debe medir la resistencia de aislación en función del tiempo, siendo importante los valores presentes a los 30 segundos, al minuto y a los 10 minutos de aplicado el voltaje. Para la realización de la prueba se deben registrar la temperatura ambiental, la temperatura de los enrollados, la humedad relativa y la capacidad geométrica fase-tierra en micro Faradios.

Parámetros de Aislación - Indice de polarización (I.P.) : Corresponde a la razón entre la resistencia de aislación obtenida a los diez minutos y la obtenida al minuto de iniciado el test. - Factor de absorción dieléctrica (F.A.D.) : Corresponde a la razón entre la resistencia de aislación obtenida al minuto y a los 30 segundos de iniciado el test.

Parámetros de Aislación - Resistencia de aislación (Rc) : Corresponde a la resistencia observada al minuto de iniciado el test, siendo referida a 40 ° C. Se expresa en Mohm. R c = K t * R t R c = Resistemcia de aislación [Mohm] K t = factor de corrección R t = Resistencia obtenida [Mohm] - Constante de tiempo (C.T.) : Requiere de la medición previa de la capacitancia geométrica (µF). Corresponde al producto de este valor con la resistencia de aislación (Rc). Se expresa en segundos. C.T. = C * R c C.T. = Constante de tiempo [seg] C = capacitancia geométrica [µF] R c = Resistencia de aislación [Mohm]

Parámetros de Aislación Índice de Polarización (IP) = R1 M R1 M Factor de Absorción (FAD) = R30 s Resistencia de Aislación (Rc) = Kt * Rt (Mohm) Constante de Tiempo (CT) = C * Rc (seg)

Criterio de interpretación

Valores de referencia para máquinas rotatorias según Norma IEEE 43

Curvas típicas de IP

Resistencia de aislación Corresponde a la resistencia observada al minuto de iniciado el test, siendo referida a 40 ° C. Se expresa en MOhm. R A = K t * R t K t = factor de corrección R t = Resistencia obtenida [MOhm] Kt corresponde al factor de corrección de la resistencia, el cual se introduce ya que esta varía de manera inversa con la temperatura. De manera alternativa, se puede aproximar el resultado, aplicando el criterio que indica que la resistencia se duplica por cada 10 ° C de disminución de la temperatura.

Factor de corrección obtenido a diversas temperaturas de operación. Valores umbrales reconocidos: RA = kV + 1 Estándar IEEE 43 kV = Voltaje nominal entre fases expresado en kV Factor de corrección obtenido a diversas temperaturas de operación.

Tiempo v/s RA En el caso de un devanado en buenas condiciones la curva de resistencia es creciente en el tiempo (A). Una curva plana da indicios de una aislación con contaminación y/o humedad.

Prueba de Hi - Pot con corriente continua Objetivo: El ensayo se aplica para obtener una medición de la calidad del aislante, a través de la observación de la potencia dieléctrica y del voltaje de ruptura. Recomendaciones: Una vez finalizada la prueba, la máquina debe ser puesta a tierra por un período suficientemente largo, ya que producto de las altas tensiones utilizadas, esta puede quedar cargada. Idealmente, las fases deberían ser conectadas por sus dos terminales. Si esto no es posible, la conexión se puede realizar por cualquier extremo, independiente de cual sea este. Al finalizar la prueba, la tensión debe disminuirse gradualmente hasta llegar al 50% del voltaje final, a partir de lo cual, la máquina puede conectarse directamente a tierra. Los puntos conectados a la tensión de prueba deben registrar bajas pérdidas por efecto corona y por corrientes de fuga. Todos los equipos que se encuentren dentro de un radio de 3 mt. deben ser puestos a tierra antes de comenzar el test.

Prueba de Hi - Pot con corriente continua Requisitos: Para que la prueba sea realizada, debe haberse aprobado el ensayo de polarización en forma previa. Parámetros de evaluación obtenidos: Para este ensayo, no se dispone de parámetros de evaluación definidos, pero las normas señalan que aumentos abruptos en la curva indican que se está en las cercanías de la ruptura dieléctrica, debiendo detenerse la prueba. Si esto ocurre a voltajes lejanos de la tensión de prueba, se deduce que la aislación no se encuentra en buen estado. Descripción: El ensayo consiste en la aplicación de una sobre tensión al estator, partiendo desde un voltaje base hasta llegar a la tensión de prueba, la cual varía entre 1,25 a 1,5 veces el voltaje equivalente en continua de la máquina, correspondiente a 1,7 veces la tensión nominal.

De acuerdo a Norma IEEE - 95, es recomendable realizar durante los 10 primeros minutos el ensayo de polarización, utilizando para ello un escalón de magnitud correspondiente a la tercera parte de la tensión de prueba. Una vez realizado este test y en caso de ser aprobado, se prosigue con el ensayo, aumentando el voltaje aplicado al estator. Este procedimiento puede ser realizado de dos maneras: Se aumenta el voltaje en forma pareja y a una tasa no mayor a un 3 % del voltaje de prueba por minuto. En caso de que lo anterior no sea posible, se aplican escalones idénticos de duración de un minuto cada uno, teniendo en consideración que mientras más pequeños sean los saltos, es más probable que se identifique cuando el aislante está cercano a la ruptura. En ambos casos, se debe registrar las corrientes que circulan por el aislante al cabo de cada minuto y antes de realizar los cambios de tensión para el segundo caso señalado. A partir de esto, se obtiene la curva de corriente en función del voltaje, gráfico que debe realizarse de manera simultánea a la prueba.

Diversas curvas obtenidas para el ensayo Hi - Pot Norma : Estándar IEEE número 95 Instrumento utilizado : Megóhmetro Valores umbrales reconocidos : No definidos Anexos : Diversas curvas obtenidas para el ensayo Hi - Pot

Prueba de salto de tensión El criterio consiste en observar el comportamiento del dieléctrico al incrementarse la exigencia eléctrica. Una reducción de la resistencia final en cualquiera de los tramos de aplicación de tensión, nos indica: Comportamiento anómalo que se puede asociar a una falla incipiente Contaminación de la aislación Humedad Suciedad Descargas parciales

PRUEBA SALTO DE TENSIÓN HASTA 5 KV

Planilla tipo para el ensayo de salto de tensión

Curva típica del salto de tensión

Resistencia Ohmica La resistencia de los conductores eléctricos depende de la temperatura. Rs= Rt x (Ts + k)/(Tt + k) Rs: resistencia a la temperatura Ts Rt: resistencia a la temperatura del ensayo (Tt). K: constante característica del material conductor.

Resistencia Ohmica Esta prueba puede diagnosticar cortocircuitos entre espiras, falta de contacto eléctrico adecuado, falla en uniones soldadas. Valores de resistencia de mohm o menores de 5 Ohm. Se utiliza Puente Kelvin o equivalente.

Resistencia de devanados en Transformadores de Poder Objetivos Verificar la calidad de las conexiones y soldaduras Contrastar valores calculados y medidos Verificar la existencia de posibles cortocircuitos entre espiras Verificar la operación del conmutador bajo carga (si lo hubiera) Determinar experimentalmente la componente I2R de las pérdidas en carga Determinar la elevación del devanado durante el ensayo de calentamiento Interpretación de los Resultados: La diferencia entre los valores calculados y experimentales no debe ser superior el 3% La diferencia entre dos fases, transformadores iguales o mediciones previas no debe superar el 5% Ya que la medición de la resistencia se afecta por el aumento de temperatura, es necesario referir los valores a una temperatura preestablecida de 20 °C para su comparación con medidas anteriores

Resistencia de devanados en Transformadores de Poder La medición de la resistencia de devanados consiste en aplicar la ley de Ohm, en este caso se inyecta una corriente DC que no supere el 15% de la corriente nominal a fin de evitar el calentamiento de la bobina y alterar la medida. Simultáneamente se registra la tensión en bornes de la bobina. Durante la inyección de corriente en la medición, no se puede desconectar súbitamente la fuente ya que esto generará una sobretensión que podría poner en riesgo los operarios y la fuente empleada en el ensayo. Los registros deben tomarse a la estabilización del instrumento ya que este tipo de medidas se ven afectadas por flujos dispersos y la capacidad del transformador.

Resistencia de Aislamiento en Transformadores de Poder Criterio de Aceptación del Ip y Diagrama de Conexión Aislamiento Núcleo/Tierra > 1 Gohm

Actividad: A continuación te invitamos a leer una Guía para Pruebas de Diagnóstico de Aislamiento, utilizando el instrumento MEGGER.

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