Distribucin de la Tensin Aplicada en una Cadena de Aisladores Marlon Everth Cajacuri Terrel 20114054G, Jhon Elvis Quito Abat 20110227D, Antony Franz Aliaga Cajacuri 20111199D, Jean Pool Tasayco Atuncar 20114048G, Miguel Horacio Colcas Meneses 20110061I, Leonardo Andre Romero Snchez. 20110318J

Resumen.-- En el presente informe se presentar el estudio y resultado de las mediciones de tensin hechas a una cadena de 4 aisladores de porcelana, para realizar dichas mediciones se utilizaron instrumentos de media y alta tensin como un transformador elevador y un voltmetro electrosttico de discos mviles.I. INTRODUCCIN

Los aisladores de alta y media tensin constituyen elementos importantes para el transporte de energa elctrica ya que cumplen dos funciones: Sostener al conductor energizado y aislar elctricamente al conductor de los soportes.

Una de las clases de aisladores ms utilizados son los aisladores cermicos, son muy confiables en ambientes contaminados y adems son de fcil mantenimiento.

Existe un efecto de las estructuras y elementos conductores que estn cerca a la cadena de aisladores en distribuir de forma desigual el gradiente de Tensin en dicha cadena de aisladores, que trae como consecuencia tensiones de sostenimiento distintos para cada aislador, como consecuencia, algunos aisladores estarn sometidos a ms tensin que otros y en general los aislantes que estn ms cerca de gradientes ms grandes de Tensin sern ms afectados con niveles de tensiones que pueden superar el valor mximo de tensin de sostenimiento.

La solucin que se encuentra para este problema est relacionada con la disminucin de dichos gradientes con el incremento del rea superficial de los puntos energizados en contacto con la cadena de aisladores, para esto se usan electrodos en forma de anillo en el punto de unin del conductor con la cadena de aisladores.

II. OBJETIVO DE LA EXPERIENCIA

El objetivo de la experiencia de laboratorio es comprobar y observar la forma en que se distribuye la tensin aplicada en la cadena de aisladores para tensiones de aplicacin de 80kV, 70kV y 40kV.

III. FUNDAMENTO TEORICO

En sistemas de alta tensin es de mucha importancia conocer la distribucin del potencial en los aisladores por razones de seguridad. Se observar que la distribucin de potencial en una cadena de aisladores no es lineal, esto quiere decir que cada aislador o unidad est sometida a un valor diferente de tensin, dependiendo de su ubicacin en la cadena, presentndose los mayores gradientes en las unidades ms cercanas a la lnea. Un aislador puede representarse elctricamente por un condensador formado a su vez por otros en serie o paralelo. Los dielctricos ms usados son la porcelana, vidrio o polimricos.

Circuito equivalente En una cadena de aisladores se manifiestan varias capacitancias asociadas a las diferentes partes conductoras que la rodean; tales son: La capacitancia debida al dielctrico (porcelana o vidrio), entre la cuenca o caperuza y el pin de cada unidad (C). La capacitancia entre las partes metlicas (herrajes) y el terminal de tierra (torre), debida principalmente al dielctrico aire, siendo capacidades de dispersin. La capacitancia entre cualquier elemento metlico de la cadena y todos los dems elementos metlicos de la misma (se considera despreciable en la mayora de casos). La capacitancia entre las partes metlicas de los aisladores (herrajes) y el conductor de fase.Se simplifica a un circuito equivalente

Fig.1 Modelamiento de capacitancias en la estructura aislador soporte.

Al aumentar la capacidad de cada unidad al conductor la distribucin se hace menos lineal, esto es de esperarse puesto que son stas capacidades parsitas las que producen esta no-linealidad. En trminos generales puede decirse que la distribucin de potencial es independiente de la magnitud de la tensin aplicada, es decir se obtienen los mismos porcentajes de tensin para cada aislador. Sin embargo, a medida que estos son ms sobrecargados por efecto del campo elctrico, aumentan los fenmenos tales como el efecto corona, que varan totalmente el modelo ya que aparecen nuevos elementos en el circuito equivalente.

Envejecimiento de los aisladores.

Se ha observado a travs del tiempo que los aisladores despus de un lapso de aos sin presentar averas se comienzan a deteriorar en un lapso breve de tiempo. Adems se ha llegado a la conclusin de que el tipo de deterioro es el resultado de fenmenos de carcter mecnico y trmico.Los resquebrajamientos se producen frecuentemente por las dilataciones del material que vincula las campanas entre s o a estas con el soporte. Por lo cual puede atribuirse al comportamiento defectuoso de los cementos utilizados y tambin a la dilatacin o contraccin de la campana exterior por la accin de las variaciones de temperatura.Para el caso de aisladores en depsitos, el deterioro es semejante a los que se encuentran en servicio siempre que las condiciones climticas sean iguales. Bajo la accin de las lluvias el agua puede penetrar en fisuras existentes produciendo la rotura final de los aisladores.Para evitar los inconvenientes mencionados, es importante que los aisladores sean correctamente fabricados y fundamentalmente no someterlos a esfuerzos mecnicos exagerados.Las principales causas de deterioro de los aisladores son las siguientes:

Porosidad del material (se ioniza el aire existente en los poros facilitando consecuentemente la perforacin del aislador). Defectuosa distribucin del campo elctrico. Pequea resistencia mecnica.

IV. PRUEBAS A REALIZAR-Se medir la tensin en los puntos metlicos de cada aislador (pines), mediante un voltmetro electrosttico.Con lo cual que podr determinar la distribucin del potencial en la cadena de aisladores.

Fig.2 Esquema elctrico de la prueba de distribucin de tensin en la cadena de aisladores.

V. EQUIPOS UTILIZADOS- 4 Aisladores ANSI 52-3-Voltmetro Electrosttico de 20kV(max)- Prtiga de prueba de potencial.

VI. RESULTADOS OBTENIDOS A continuacin se muestra la tensin que soporta cada aislador:Tensin de Fase kV807040

Aislador 16kV5kV4kV

Aislador 22kV2kV1kV

Aislador 35kV3.5kV2kV

Aislador 4 (Medicin Indirecta)67kV59.5kV33kV

VII. CUESTIONARIO

1. Por qu y para que se utilizan estas pruebas en la cadena de aisladores? Fundamente sus respuestas con normas.

Los conductores de una lnea area deben estar mecnicamente conectados y elctricamente aislados de las estructuras. Los aisladores se utilizan para fijar los conductores a las estructuras y deben estar dimensionados de forma de soportar los esfuerzos mecnicos y elctricos que produzcan, por tanto se debe garantizar su buen funcionamiento mediante pruebas o ensayos a las cuales se les somete los aisladores para ser aprobadas.

Ensayo mecnico Ensayo de tensin de contorneo Ensayo de perforacin

2. Explicar, De qu modo se puede mejorar la distribucin de potencial en la cadena de aisladores?-Para mejorar la distribucin uniforme del campo elctrico se usan los uniformizadores de campo elctrico, son anillos de pantalla reguladora del gradiente de potenciales, la eficacia de estos anillos consiste en que tienden a igualar el gradiente a lo largo del aislador y a producir un campo elctrico ms uniforme.

Fig.3 Uniformizadores de campo elctrico.

Fig.4

3. De qu manera varan los potenciales en la cadena de aisladores?Al aumentar el nmero de aisladores en la cadena se aumenta el efecto de la no-linealidad, es decir, aumentan las diferencias entre las primeras unidades y las ltimas. A manera de ejemplo en una cadena de tres aisladores los porcentajes obtenidos son: 29.3, 32.3 y 38.4%respectivamente, mientras en 30 aisladores al primero le corresponden 0.005% y al ltimo 27.0%.

En el siguiente grafico se muestra la distribucin de potencial de una cadena de 12 aisladores y como varia con anillos uniformizadores de campo.

En nuestro caso, en la prueba de 4 aisladores, las distribuciones de tensin se muestran en el grfico Fig. 4

4. Calcule las capacitancias a la lnea desde cada uno de los aisladores de la cadena.-Para el clculo de la capacitancia de la lnea a los aisladores es necesaria la siguiente ecuacin:

Donde:Lc: Longitud de la caperuza metalica : Permitividad del aire que acta como dielctrico b: Distancia del eje de la cadena de aisladores a la estructura.c: Semi-distancia entre aislador elegido y el conductor.(nEc/2)a1: Radio medio cilndrico de la caperuza metlica del aislador.(d1+d2)/2

d1=5,5cm d2=8,5cm Lc=9,8cm 2a1=11cm b1=1m , b2=1.3ma1=(d1+d2)/2=7cm

Punto de prueba Pin-Lnea(Ce)Pin-Soporte Izquierdo(Co)Pin-Soporte Derecho(Co)

x1.54pF6.1pF6.02pF

Y1,93pF6.1pF6.02pF

Z3,63pF6.1pF6.02pF