Download Determinación de los protocolos de prueba en alta tensión a ser

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DETERMINACIÓN DE LOS PROTOCOLOS DE
PRUEBA EN ALTA TENSIÓN A SER APLICADOS EN
EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS EN NIVEL DE
HASTA 22KV.
Tesis previa a la obtención del
Título de Ingeniero Eléctrico.
Autor:
Olmedo Portocarrero De La Torre
Director:
Ing. Flavio Quizhpi Palomeque.
2011 - 2012
Cuenca Ecuador
1
Todos los conceptos desarrollados, análisis realizados y las conclusiones vertidas en el siguiente trabajo, son de exclusiva responsabilidad de los autores Y autorizo a la Universidad
Politécnica Salesiana el uso de la misma para nes académicos.
Cuenca, marzo 12 del 2012.
OLMEDO PORTOCARRERO DE LA TORRE.
2
Ingeniero FLAVIO QUIZHPI PALOMEQUE Director de Tesis.
CERTIFICA: Que la tesis con el título DETERMINACIÓN DE LOS PROTOCOLOS
DE PRUEBA EN ALTA TENSIÓN A SER APLICADOS EN EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS EN NIVEL DE HASTA 22KV. , ha sido desarrollada por el estudiante
Olmedo Portocarrero, ha sido revisada y asesorada de acuerdo a los requerimientos establecidos en la propuesta inicial y al cronograma denido, por lo que después de reunir
los requisitos estipulados en los Documentos Generales e Instructivos de Graduación de la
Universidad, autorizo su presentación para los nes legales consiguientes.
Cuenca a marzo 12 del 2012.
Ing. Flavio Quizhpi P.
3
DEDICATORIA:
Con profundo agradecimiento, dedico este trabajo a mi madre, esposa, hijos y hermanos; quienes con su apoyo incondicional y paciencia han hecho posible ésta anhelada meta,
inicio de nuevas experiencias y futuros desafíos.
4
RECONOCIMIENTO:
Mi mas sincero agradecimiento y reconocimiento al Señor
e Ing. Flavio Quizhpi maestro y amigo. Quien infundido de
ese espíritu salesiano, de servicio y apoyo, hizo posible la
culminación exitosa de este libro de tesis.
5
DETERMINACIÓN DE LOS PROTOCOLOS DE
PRUEBA EN ALTA TENSIÓN A SER APLICADOS EN
EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS EN NIVEL DE
HASTA 22KV.
OLMEDO PORTOCARRERO
11 de julio de 2012
Índice general
1. CARACTERÍSTICAS DEL LABORATORIO DE ALTA TENSIÓN DE
LA U P S
9
1.1.
Equipos del Laboratorio [1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.2.
Como Funciona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
1.2.1.
11
Capacidad de Generación de Señales . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1.1.
Altas tensiones AC sinusoidales - 60Hz hasta de 100kVrms
y 10kVA.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
1.2.1.2.
Altas tensiones DC hasta de 140kV y 5kVA. . . . . . . . . .
11
1.2.1.3.
Altas tensiones impulso tipo rayo normalizadas (1.2/50us)
hasta de 120kV.
1.2.1.4.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Altas corrientes impulso tipo rayo normalizadas (8/20us)
hasta de 10kA y 8kV.
1.3.
Seguridad
1.3.1.
1.4.
1.5.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Distancias de Seguridad
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
12
12
1.3.1.1.
Bloqueo de Seguridad
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
1.3.1.2.
Esquema del Banco de Control . . . . . . . . . . . . . . . .
12
Toma de Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
Megger [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
1.5.1.
Descripción Del Megger
16
1.5.2.
Pantalla de Cristal Liquida
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
1.5.3.
Comprobación de Aislamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
1.5.3.1.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Conguración del Megger para una Comprobación de Aislamiento
1.6.
11
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
19
1.5.3.2.
Comprobación en Rampa o en Régimen estático
1.5.3.3.
Conguración de la Duración de una Comprobación
1.5.3.4.
Índice de Polarización (PI)
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
1.5.3.5.
Índice de Absorción Dieléctrica . . . . . . . . . . . . . . . .
20
1.5.3.6.
Capacitancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
. . . .
19
19
1.5.4.
Advertencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
1.5.5.
PRECAUCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
Pruebas Posibles a ser Realizadas con este Equipo [1] [3] . . . . . . . . . . .
21
1.6.1.
Pruebas de Corriente Continua en Aislamiento Sólido [3.1] . . . . . .
21
1.6.2.
Prueba de Resistencia de Aislamiento [4] . . . . . . . . . . . . . . . .
21
1.6.3.
Prueba de Alto Potencial DC. [3.2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
1.6.4.
Pruebas en Corriente Alterna para Equipos con Aislamiento Sólido
22
1.6.5.
Prueba de Alto Potencial AC. [3.3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
1.6.5.1.
22
Prueba de Factor de Potencia [3.4] [6]
1
. . . . . . . . . . . .
2. ENSAYO DE LOS AISLADORES
2.1.
Pruebas en Corriente Continua
2.1.1.
2.2.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
Prueba de Resistencia de Aislamiento [4] . . . . . . . . . . . . . . . .
23
2.1.1.1.
Prueba de Corto Tiempo o Lectura Puntual [5] . . . . . . .
24
2.1.1.2.
Protocolo de Prueba de Corto tiempo
24
2.1.1.3.
Prueba de Absorción Dieléctrica DAR [7] [8]
. . . . . . .
24
2.1.1.4.
Protocolo de Prueba del Indice de Absorción Dieléctrica [9]
24
2.1.1.5.
Prueba de Tensión por Pasos [9]
25
2.1.1.6.
Protocolo de la Prueba del Método de Tensión por Pasos
2.1.1.7.
Prueba de Tiempo Resistencia [5]
2.1.1.8.
Protocolo de la Prueba para el Método de Tiempo Resistencia 25
. . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
.
25
. . . . . . . . . . . . . .
25
Generación de Impulsos de Tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
2.2.1.
Funcionamiento del Circuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
2.2.2.
Protocolo de Prueba para el Impulso Estándar de Rayo
2.2.1.1.
2.3.
23
Método de Prueba Estadístico [10] [11]
. . . . . . . . . . .
27
Mediciones y Análisis de Resultados de las Pruebas de Aislamiento . . . . .
28
2.3.1.
Datos Obtenidos de los Ensayos del Aislador 52.1 . . . . . . . . . . .
28
2.3.1.1.
Datos de la Prueba de Corto Tiempo
28
2.3.1.2.
Datos de la Prueba de Índice de Absorción Dieléctrica e
. . . . . . . . . . . .
Indice de Polarización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
2.3.1.3.
Datos de la Prueba de Tensión por Pasos
30
2.3.1.4.
Datos de la Prueba de Tiempo Resistencia
. . . . . . . . .
31
2.3.1.5.
Datos de la Prueba de Impulso . . . . . . . . . . . . . . . .
32
. . . . . . . . . .
3. ENSAYO DE INTERRUPTORES
3.1.
3.2.
Pruebas de Corriente Continúa
36
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1.
Prueba de Resistencia de Contactos
3.1.2.
Protocolo de Pruebas de Resistencia de Contactos
3.1.3.
Prueba de Velocidad de Operación de Interruptores [12]
3.1.4.
Protocolo de Prueba de Velocidad de Operación de Interruptores
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . .
36
36
37
37
. .
38
Aislamientos en Seccionadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39
3.2.1.
Pruebas en Seccionadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39
3.2.2.
Prueba de Resistencia de Aislamiento [4] . . . . . . . . . . . . . . . .
39
3.2.2.1.
Prueba de Tiempo Resistencia [5]
40
3.2.2.2.
Protocolo de la Prueba para el Método de Tiempo Resistencia 40
3.2.2.3.
Método de la Prueba de Absorción Dieléctrica [7] . . . . . .
3.2.2.4.
Prueba de Tensión por Pasos [9]
3.2.2.6.
Protocolo de la Prueba del Método de Tensión por Pasos
. . . . . . . . . . . . . . .
40
40
40
.
41
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
Datos Obtenidos en los Ensayos del Seccionador ST (30-60 kV)
3.3.1.1.
. . .
41
Datos de la Prueba de Absorción Dieléctrica e Indice de
Polarización
3.3.2.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2.5.
Mediciones y Análisis de Resultados
3.3.1.
. . . . . . . . . . . . . .
Protocolo de la Prueba de Absorción Dieléctrica DAR _Indice
de Polarización PI
3.3.
27
. . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1.2.
Datos de la Prueba de Tensión por Pasos
3.3.1.3.
Datos de la Prueba de Tiempo Resistencia
Prueba de Resistencia de contactos.
2
41
. . . . . . . . . .
42
. . . . . . . . .
43
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
4. ENSAYO DE PARARRAYOS
4.1.
Pruebas de Corriente Continua [3.1]
4.1.1.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
Prueba de Resistencia de Aislamiento [4] . . . . . . . . . . . . . . . .
44
4.1.1.1.
Obtención de la Resistencia de Aislamiento . . . . . . . . .
45
4.1.1.2.
Método de la Tensión por Pasos [9]
45
4.1.1.3.
Protocolo de la Prueba para el Método de la Tensión por
Pasos
4.2.
44
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
Prueba de Absorción Dieléctrica DAR [7]
4.1.1.5.
Protocolo de la Prueba de Absorción Dieléctrica
4.1.1.6.
Prueba de Indice De Polarización PI [7]
4.1.1.7.
Protocolo de la Prueba de Indice de Polarización
4.1.1.8.
Prueba de Tiempo Resistencia [5]
4.1.1.9.
Protocolo de la Prueba para el Método de Tiempo Resistencia 47
. . . . . .
46
46
. . . . .
46
. . . . . . . . . . . . . .
47
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
Datos Obtenido de la prueba de Absorción Dieléctrica e Índice de
4.2.1.1.
Datos de la Prueba de Tensión por Pasos
4.2.1.2.
Datos de la Prueba de Tiempo Resistencia
Pruebas en Corriente Alterna
4.3.1.
46
. . . . . . . . . .
Polarización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.
45
4.1.1.4.
Mediciones y Análisis de Resultados
4.2.1.
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
48
. . . . . . . . .
49
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
Prueba de Factor de Potencia
4.3.1.1.
47
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
Protocolo de la prueba de factor de potencia de aislamiento
52
I Conclusiones y Recomendaciones
53
II Anexo 1
63
III Anexo 2
66
IV ANEXO 3
71
V ANEXO 4
73
VI ANEXO 5
76
VII Test Methods for Electrical Power Insulators
79
.1.
Scope
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
.2.
Denitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
.2.1.
Insulators and Parts
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
.2.1.1.
Insulator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
.2.1.2.
Shell.
82
.2.1.3.
Pin Insulator.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
.2.1.4.
Post Insulator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
.2.1.5.
Cap and Pin Insulator.
.2.1.6.
Line Insulator (Pin, Post).
.2.1.7.
Apparatus Insulator (Cap and Pin, Post).
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
82
82
82
.2.2.
.2.3.
.2.4.
.2.1.8.
Suspension Insulator.
.2.1.9.
Strain Insulator.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
.2.1.10.
Spool Insulator.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
.2.1.11.
Wire Holder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
83
.2.2.1.
Low Frequency.
83
.2.2.2.
Low-Frequency Flashover Voltage.
.2.2.3.
Low-Frequency Withstand Voltage.
.2.2.4.
Low-Frequency Puncture Voltage.
.3.2.
.3.3.
.3.4.
.3.5.
. . . . . . . . . . . . . .
83
. . . . . . . . . . . . .
83
. . . . . . . . . . . . . .
83
83
.2.3.1.
Impulse Wave.
83
.2.3.2.
Impulse Flashover Voltage.
.2.3.3.
Critical Impulse Flashover Voltage.
.2.3.4.
Impulse Withstand Voltage.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
. . . . . . . . . . . . .
83
. . . . . . . . . . . . . . . . .
83
Mechanical Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84
.2.4.1.
84
Ultimate Mechanical Strength.
. . . . . . . . . . . . . . .
Combined Mechanical and Electrical Strength (Suspension
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.2.4.3.
Time-Load Withstand Strength.
.2.4.4.
Mechanical-Impact Strength.
84
. . . . . . . . . . . . . . .
84
. . . . . . . . . . . . . . . .
84
Miscellaneous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84
.2.5.1.
84
Radio-Inuence Voltage.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Test-Specimen Mounting for Electrical Tests
.3.1.
.4.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Impulse Voltages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Insulator).
.3.
82
Low-Frequency Voltages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.2.4.2.
.2.5.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Suspension Insulators
. . . . . . . . . . . . . . . . .
84
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84
.3.1.1.
Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84
.3.1.2.
Energized Electrode.
84
.3.1.3.
Proximity of Other Objects.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
85
Line Insulators (Pin, Post) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
85
.3.2.1.
Mounting Arrangement (Crossarm).
. . . . . . . . . . . .
85
.3.2.2.
Mounting Pin (If Required).
. . . . . . . . . . . . . . . . .
85
.3.2.3.
Energized Electrode.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
85
.3.2.4.
Proximity of Other Objects.
. . . . . . . . . . . . . . . . .
Apparatus Insulators (Cap and Pin, Post)
85
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
85
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
85
.3.3.1.
Mounting Arrangement.
.3.3.2.
Energized Electrode.
.3.3.3.
Proximity of Other Objects.
Strain insulators
. . . . . . . . . . . . . . . . .
85
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
.3.4.1.
Mounting Arrangement.
.3.4.2.
Proximity of Other Objects.
Spool Insulators
85
. . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
. . . . . . . . . . . . . . . . .
86
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
.3.5.1.
Mounting Arrangement.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.3.5.2.
Energized Electrode.
86
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
.3.5.3.
Proximity of Other Objects.
. . . . . . . . . . . . . . . . .
86
Electrical Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
.4.1.
General.
86
.4.2.
Low-Frequency Dry Flashover Voltage Tests . . . . . . . . . . . . . .
86
.4.2.1.
Mounting Arrangement.
86
.4.2.2.
Voltage Application.
.4.2.3.
Dry Flashover Voltage Vdue.
.4.2.4.
Corrections
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
. . . . . . . . . . . . . . . . .
86
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
4
.4.3.
.4.4.
.4.5.
.4.6.
.4.7.
.4.8.
.4.9.
.4.10.
.4.11.
Low-Frequency Wet Flashover Voltage Tests
. . . . . . . . . . . . .
88
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
.4.3.1.
Mounting Arrangement.
.4.3.2.
Precipitation.
.4.3.3.
Preparation of Test Specimen.
. . . . . . . . . . . . . . . .
88
.4.3.4.
Voltage Application.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
.4.3.5.
Wet Flashover Voltage Value. . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
.4.3.6.
Corrections.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Low-Frequency Dry Withstand Voltage Tests
. . . . . . . . . . . . .
88
88
.4.4.1.
Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
.4.4.2.
Voltage Application. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
.4.4.3.
Test Voltage and Time.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
.4.4.4.
Corrections.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
Low-Frequency Wet Withstand Voltage Tests
. . . . . . . . . . . . .
89
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
.4.5.1.
Mounting Arrangement.
.4.5.2.
Precipitation.
.4.5.3.
Preparation of Test Specimen.
.4.5.4.
Voltage Application.
.4.5.5.
Test Voltage and Time.
.4.5.6.
Corrections.
. . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
89
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
Low-Frequency Dew Withstand Voltage Tests
. . . . . . . . . . . .
89
.4.6.1.
Preparation of Test Specimen.
. . . . . . . . . . . . . . . .
89
.4.6.2.
Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
.4.6.3.
Voltage Application.
.4.6.4.
Test voltage and Time.
.4.6.5.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
Corrections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
Impulse Flashover Voltage Tests
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
.4.7.1.
General. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
.4.7.2.
Mounting Arrangement.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
.4.7.3.
IrnpulseVoltage Wave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
.4.7.4.
Critical Impulse Flashover Voltage Value. . . . . . . . . . .
90
.4.7.5.
Volt-Time Flashover Cuives.
90
.4.7.6.
Corrections.
. . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Impulse Withstand Voltage Tests
90
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
.4.8.1.
General.
.4.8.2.
Mounting Arrangement.
.4.8.3.
Corrections.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
Radio-Inuence Voltage Tests
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
.4.9.1.
Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
.4.9.2.
Equipment.
91
.4.9.3.
Atmospheric Conditions.
.4.9.4.
Precautions in Making Radio-Inuence Voltage Tests.
. . .
91
.4.9.5.
Methods of Making Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
Visual CoronaTest
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
.4.10.1.
General. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
.4.10.2.
Mounting Arrangement.
.4.10.3.
Procedure.
Puncture Tests
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
.4.11.1.
Mounting Arrangement.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
.4.11.2.
Voltage Application. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
.4.11.3.
Percent Average Variation of Puncture Volt age.
92
5
. . . . . .
.5.
Mechanical Tests
.5.1.
.5.2.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ultimate Mechanical-Strength Tests
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
.5.1.1.
General.
.5.1.2.
Suspension Insulators
.5.1.3.
Line Insulators (Pin, Post) (Cantilever Strength).
.5.1.4.
Apparatus Insulators (Cap and Pin, Post)
.5.1.5.
Strain Insulators (Tensile Strength).
.5.1.6.
Spool Insulators (Transverse Strength).
.5.1.7.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.5.4.
.5.5.
.5.6.
93
. . . . .
93
. . . . . . . . .
93
. . . . . . . . . . . .
93
. . . . . . . . . . .
94
Wire Holders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
Combined Mechanical- and Electrical-Strength Test (Suspension.Insulators).
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.5.3.
92
Time-Load-WithstandStrengthT est
.5.3.1.
Mounting Arrangement.
.5.3.2.
Loading.
94
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
.5.4.1.
Preparation of Test Specimens. . . . . . . . . . . . . . . . .
94
.5.4.2.
Testing Solution.
.5.4.3.
Procedure.
.5.4.4.
Interpretation of Results.
Porosiîy Test
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
Thermal Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
.5.5.1.
Cenerai.
95
.5.5.2.
Testing Arrangement.
.5.5.3.
Equipment.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
.5.5.4.
Method of Making Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pinhole-Gaging Test
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
.5.6.1.
General. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
.5.6.2.
Test Procedure.
95
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.6.
Galvanizing Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
.7.
Routine Tests
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
Electrical Tests. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
.7.1.1.
High-Frequency Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
.7.1.2.
Low-Frequency Test.
.7.1.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
Mechanical Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
.7.2.1.
Suspension Insulators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
.7.2.2.
Apparatus Insulators.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
Revision of American National Standards Referred to in This Document . .
96
.7.2.
.8.
6
Índice de guras
1.0.1.Laboratorio de Alta Tensión UPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.1.Circuitos de Control
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
14
1.3.2.Circuitos Principales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
1.5.1.Descripción del Megger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
1.5.2.Descripción de los Botones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
1.5.3.Funciones de la Pantalla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
2.2.1.Características de los Parámetros de la Norma de Tensiones de Pruebas de
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
2.2.2.Circuitos Básicos de Impulso de Tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Impulso
27
2.2.3.Montaje experimental para la generación de impulso tipo rayo . . . . . . . .
28
2.3.1.Aislador de Suspensión 52.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
2.3.2.Tendencia de la Resistencias del Aislador 52.1 - Prueba Tensión por Pasos .
30
2.3.3.Aislador 52.1 Curva Tiempo Resistencia
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
2.3.4.Aproximación Lineal y(U) y Probabilidad Relativa P(U): Impulso Positivo .
33
2.3.5.Densidad de Prob., Prob. Acumulativa: Impulso Positivo . . . . . . . . . . .
33
2.3.6.Aproximación Lineal y(U) y Probabilidad Relativa P(U): Impulso Negativo
34
2.3.7.Densidad. de Prob., Prob. Acumulativa: Impulso Negativo . . . . . . . . . .
35
3.1.1.Circuito de medición de resistencia de contactos . . . . . . . . . . . . . . . .
37
3.1.2.Interruptor en posición de ensayo utilizando un Impulso grafo . . . . . . . .
38
3.1.3.Cortacircuitos de 15kV 100 A
39
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1.Tendencia de la Resistencia del Seccionador ST 22 kV
. . . . . . . . . . . .
42
3.3.2.Seccionador ST Curva Tiempo Resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
4.1.1.a) Uso Del Terminal de Guarda.- gura tomada de The Lowdown on High
Voltage DC Testing
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
4.2.1.Pararrayos Clase y Norma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
4.2.2.Tendencia de la Resistencia de el Pararrayos 18 kV
. . . . . . . . . . . . . .
49
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
4.2.3.Pararrayos Curva Tiempo Resistencia
4.3.1.Modelo paralelo de aislamiento
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
.0.2. Corrientes en un Dieléctrico ante un Campo Eléctrico DC. . . . . . . . . . .
64
.0.3. Descripción del Pararrayos de 18 kV-15.3 kV MCOV
74
. . . . . . . . . . . . .
.0.4. Características Eléctricas del Pararrayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
.4.1. Low-Frequency Humidity Correction Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
.4.2. Impulse Humidify Correction Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
7
Índice de cuadros
1.1.1.Componentes Modulares del Laboratorio de Alta Tensión
. . . . . . . . . .
10
1.5.1.Descripción de las funciones de la Pantalla . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
2.1.1.Resistencia de Aislamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
2.1.2.Valores de Referencia para los Indices DAR
24
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1.Mediciones de Resist. Volumétrica y Supercial del Aislador 52.1
. . . . . .
29
2.3.2.Resultados de la Prueba DAR del Aislador 52.1 . . . . . . . . . . . . . . .
29
2.3.3.Resultado de la Prueba de Tensión por Pasos
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.4.Aislador 52.1 Datos de Prueba Tiempo Resistencia
2.3.5.Datos Prueba de Impulso Positivo
30
. . . . . . . . . . . . . .
31
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
2.3.6.Regresión por Mínimos Cuadrados: Impulso Positivo
. . . . . . . . . . . . .
32
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
2.3.8.Regresión por Mínimos Cuadrados: Impulso Negativo . . . . . . . . . . . . .
34
2.3.9.Valores Característicos de las Curvas de Densidad de Probabilidad
35
2.3.7.Datos a Impulso Negativo
3.1.1.Resistencia de Contactos para Interruptores de Potencia
. . . . .
. . . . . . . . . . .
37
3.2.1.Valores de referencia para los indices DAR e PI . . . . . . . . . . . . . . . .
40
3.3.1.Datos de Prueba de Absorción Dieléctrica e Índice de Polarización del Seccionador ST Brasil 2002
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.2.Seccionador ST.- Prueba de Tensión por Pasos
41
. . . . . . . . . . . . . . . .
42
3.3.3.Seccionador ST Datos de Prueba Tiempo Resistencia . . . . . . . . . . . . .
43
4.2.1.Datos de Prueba de Índice de Absorción Dieléctrica e Índice de Polarización
48
4.2.2.Pararrayos 18 kV_15.3 MCOV Prueba de Tensión por Pasos . . . . . . . . .
48
4.2.3.Pararrayos Datos de Prueba Tiempo Resistencia
. . . . . . . . . . . . . . .
49
4.3.1.Voltajes de Prueba de Pararrayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
4.3.2.Aislador 52.1 Calicación del Aislamiento Indice DAR y PI
. . . . . . . . .
56
. . . . . . . . . .
58
4.3.3.Seccionador Calicación del Aislamiento Indice DAR y PI
4.3.4.Pararrayos Calicación del Aislamiento Indice DAR y PI . . . . . . . . . . .
59
4.3.5.Relación.a Resistencias y Corrientes de Fuga . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
.0.6. Modelo de Tabla para Tabular las Disrupciones . . . . . . . . . . . . . . . .
67
.0.7. Modelo de Tabla para Tabular Datos de Probabilidad
. . . . . . . . . . . .
.0.8. Valores Referencia-les de la Prueba Descarga Dieléctrica
. . . . . . . . . . .
68
70
.0.9. Hoja de Datos del Aislador 52.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
.0.10.Referencias Especicas - Normas de Ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
.0.11.Normas de Prueba de Contorneo
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
.5.1. Rate of Increase of Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
8
Capítulo 1
CARACTERÍSTICAS DEL
LABORATORIO DE ALTA
TENSIÓN DE LA U P S
El laboratorio de Alta tensión de la Universidad Politécnica Salesiana es tipo
modular. Posee un generador clase Marx, que probablemente es la forma más
común de generar altas tensiones DC y AC, cuando el voltaje requerido es mayor a la tensión disponible de alimentación del sistema. Un generador de Marx
es un tipo de circuito eléctrico cuyo objetivo es generar un pulso de voltaje
alto. Lo que hace este generador, primero es usar un Transformador elevador
de voltaje a la entrada común de 220VAC, luego ésta es recticada a través de
un diodo de alta corriente, y como va a ser un recticador de media onda (un
semiciclo de la componente AC) va a cargar/descargar a los Capacitores del
circuito, que es una red de resistores y capacitores, conformando una red RC,
aunque también se puede usar una red LC (Bobinas y Capacitores), pero hay
un manejo de mayor corriente que podría ser peligrosa, ya suciente tenemos
con el alto voltaje, como recomendación, solamente uno de ellos debería ser
tan grande como queramos, no ambas.
1.1. Equipos del Laboratorio [1]
Los componentes del laboratorio se encuentran debidamente identicados por un número de parte código alfanumérico , un símbolo de elemento y valores de componente,
que hace posible el uso adecuados de los mismos dentro de una conguración de circuito
Figura 1.0.1: Laboratorio de Alta Tensión UPS
9
requerida, referido al cuadro 1.1.1
DESCRIPCIÓN DEL COMPONENTE
TERCO TIPO NO
Mesa de control
HV9103
HV prueba de transformador
HV9105
Conector exible HV
HV9106
Varilla de tierra
HV9107
Barra de conexión
HV9108
Conector de copa
HV9109
Pedestal de piso
HV9110
Recticador
HV9111
Capacitor de Alisamiento
HV9112
Resistencia de medición
HV9113
Interruptor de tierra
HV9114
Espaciador
HV9118
Barra espaciadora
HV9119
Capacitor de descarga
HV9120
Resistencia de carga
HV9121
Resistor de frente de onda
HV9122
Resistor wavetail
HV9123
Barra de aislamiento
HV9124
Esfera gap (Explosor)
HV9125
Unidad para la esfera gap
HV9126
Resistencia de carga 10 M ohms
HV9127
Divisor de baja tensión
HV9130
Unidad de disparo
HV9131
Esfera de disparo
HV9132
Esfera de descarga con medición de distancia y ajuste motorizada
HV9133
Recipiente de presión y vacío
HV9134
Corona Cage
HV9135
Recipiente para pruebas de aceite
HV9136
Taza para prueba de aceite
HV9137
Electrodo
HV9138
Condensador de medición
HV9141
Condensador de gas comprimido
HV9144
Condensador de acoplamiento
HV9146
Voltímetro para AC pico
HV9150
Voltímetro DC
HV9151
Voltímetro de impulso máximo
HV9152
Descargas parciales metro
HV9153
Cuadro 1.1.1: Componentes Modulares del Laboratorio de Alta Tensión
10
1.2. Como Funciona
La manera de obtener alta tensión es mediante un arreglo serie paralelo de condensadores y resistencias que forman los conocidos circuitos multiplicadores de tensión. Los
condensadores actúan como los acumuladores de carga y en ellos vamos a establecer las
tensiones necesarias para la experimentación, en tanto que las resistencias actúan como
los elementos atenuadores en la carga y descarga de la tensión acumulada. Los circuitos
multiplicadores pueden estar conformados por diferentes etapas dependiendo de la tensión
que se desee obtener. El tiempo requerido para la carga y descarga de los condensadores
acumuladores depende esencialmente del valor de las resistencias y de la capacidad de los
condensadores que en denitiva son los que establecen las constantes de tiempo RC. Así
por ejemplo, para un generador de impulsos de rayo, con una tensión de fase de 100 kV, y
una tensión de salida deseada de 1 MV (es decir, 10 etapas), las resistencias de carga debe
ser de 20 a 40 k Ohm (que corresponde a un arco de corriente continua de 5 a 10 amperios).
Si los condensadores eran de 1 uf, entonces el tiempo de descarga constante sería de 20
milésimas de segundo, mucho, mucho más largo que la constante de tiempo de 50 micro
segundos de un impulso de prueba estándar. Este generador de ejemplo tendría una energía
almacenada de 5 kJ / por etapa o de 50 kJ para el sistema total. La energía que se disipa
por la resistencia de carga será igual a la energía almacenada en los condensadores.
1.2.1. Capacidad de Generación de Señales
En este momento el laboratorio con el sistema modular que cuenta está en capacidad
de generar las siguientes señales; que nos permitirá realizar ensayos en aislamientos sólidos,
líquidos y otros tipos de aislamientos.
1.2.1.1.
Altas tensiones AC sinusoidales - 60Hz hasta de 100kVrms y 10kVA.
Ensayos:
a. Prueba de Alto Potencial AC.
b. Prueba de Factor de Potencia
c. Prueba de Análisis de Respuesta en Frecuencia.
1.2.1.2.
Altas tensiones DC hasta de 140kV y 5kVA.
Ensayos:
a. Prueba de Resistencia de Aislamiento
b. Prueba de Alto Potencial DC
c. Prueba de Absorción Dieléctrica d. Prueba de Voltaje por Pasos
1.2.1.3.
Altas tensiones impulso tipo rayo normalizadas (1.2/50us) hasta de
120kV.
1.2.1.4.
Altas corrientes impulso tipo rayo normalizadas (8/20us) hasta de
10kA y 8kV.
Ensayos:
a. Impulso Estándar de Rayo.
b. Impulso Estándar de Interrupción
11
1.3. Seguridad
Todas las instalaciones de alta tensión están protegidas contra la entrada involuntaria
en la zona de peligro.
1.3.1. Distancias de Seguridad
En el establecimiento las distancias para tensiones de hasta 1 MV, son los siguientes:
Para tensiones alterna y tensiones continuas. 50 cm por cada 100 kV.
Para tensiones de impulso. 20 cm por cada 100 kV.
Un espacio mínimo de 50 cm se observa, independiente del valor y el tipo de voltaje. Está
prohibido introducir objetos conductores a través de la cerca mientras que la instalación
este en uso.
1.3.1.1.
Bloqueo de Seguridad
En las instalaciones de alta tensión cada puerta posee interruptores de seguridad, los
cuales permiten la apertura de la puerta sólo cuando todos los conductores principales de
la instalación se interrumpieron. En lugar de una interrupción directa, el interruptor de
seguridad también puede operar sobre el relé de falta de tensión, en lugar de un interruptor
de circuito de potencia, que, al abrir la puerta, interrumpe todos los cables principales de la
instalación. Estos interruptores de potencia también puede ser conectada de nuevo cuando
la puerta está cerrada.
En las instalaciones de alta tensión cada puerta posee interruptores de seguridad, los
cuales permiten la apertura de la puerta sólo cuando todos los conductores principales de
la instalación se interrumpieron. En lugar de una interrupción directa, el interruptor de
seguridad también puede operar sobre el relé de falta de tensión, en lugar de un interruptor
de circuito de potencia, que, al abrir la puerta, interrumpe todos los cables principales de la
instalación. Estos interruptores de potencia también puede ser conectada de nuevo cuando
la puerta está cerrada.
La condición de la conmutación de una instalación debe ser indicada por un cambio
de conguración de la lámpara roja encendida y por un programa de instalación de la
lámpara verde apagada .
Si la cerca se abre para el montaje y desmontaje de la instalación, o para efectuar
modicaciones en gran escala, todas las precauciones descritas a un lado u otro de la
entrada a la instalación deben ser observadas. Aquí se debe prestar especial atención a la
interrupción segura de los cables principales, al interruptor de aislamiento u otros puntos de
desconexión sobre la mesa de control de la instalación en cuestión, que aparecen advirtiendo
juntas la inscripción "No encienda! ½Peligro! .
1.3.1.2.
Esquema del Banco de Control
El circuito completo de la mesa de control contempla:
Circuitos de Control
Circuitos Principales
12
Circuitos de Control
Entre estos tenemos:
Circuitos de seguridad que garantizan un funcionamiento libre de accidentes. No
obstante esta garantía esta completa si solo y solo si el experimentador observa
adicional-mente las normas de seguridad del laboratorio; y son:
1. Botón de apagado emergente S 5 (Emergency o ) que tiene por función interrumpir
el suministro de energía que alimenta a las bobinas de los contactores F1 y que
controlan los circuitos de potencia.
2. El conmutador de contacto de la puerta S 16. De función similar al botón de apagado
de emergencia.
Circuitos de control. Entre los que tenemos:
1. Botones de activación del primario y del secundario del transformador.
2. Y el botón de cierre Un Locking.
Circuito de encendido, activado por la llave de operación, el conmutador S6 (key
operated switch).
La gura 1.3.1 ejemplica con claridad estos circuitos y su función.
Circuitos Principales
Hay que aclarar que todos los circuitos son de mucha importancia
y que el nombre que lleva este en particular, se debe a que con ellos se establece las tensiones
de experimentación. Estos son:
Circuito de alimentación 220 V - 240 V, 50 Hz - 60 Hz.
EL circuito Variac 5.5 kVA. Es un transformador de espiras variables que tiene por
función regular la tensión de manera controlada.
EL circuito de encendido principal (Main Swich) pone a trabajar los circuitos de
medición (voltímetro y amperímetro).
El circuito de control de señal 24 V. Controla la salida del regulador de voltaje
Circuito de medición de tensión y corriente primaria.
Estos se muestran en la gura 1.3.2
13
Figura 1.3.1: Circuitos de Control
14
Figura 1.3.2: Circuitos Principales
1.4. Toma de Tierra
A una instalación de alta tensión se puede entrar sólo cuando todas las piezas que
puedan asumirse de alta tensión están en la zona de contacto de toma de tierra. La puesta
a tierra sólo se puede efectuar por el conductor a tierra dentro de la cerca. La jación de
15
los cables de puesta a tierra en las piezas a tierra se debe hacer con la ayuda de barras de
aislamiento. Puestas a tierra del interruptor con una posición de funcionamiento claramente
visible, también son permitidos. En las conguraciones de alta potencia con suministro
directo de la red de alto voltaje, la puesta a tierra se consigue mediante aisladores de
puesta a tierra. Puesta a tierra sólo puede hacer después de la desconexión de la fuente
de corriente, y sólo podrán ser removidos cuando no hay nadie más presente dentro de la
cerca o si la conguración esta bacante después de la retirada de la tierra. Todos las partes
metálicas de la instalación que no tienen potencial durante el servicio normal deben estar
conectadas a tierra de manera able y con una sección transversal adecuada de 1,5 mm 2
de conductor de Cu.
En las conguraciones de prueba con suministro directo de la red de alta tensión,
las conexiones de tierra deben hacerse con las consideraciones particulares de las fuerzas
dinámicas que pueden surgir.
1.5. Megger [2]
El megger equipo indispensable en un laboratorio de alta tensión, es esencialmente
un medidor de alto rango (óhmetro). Que por sus características de generación de altas
tensiones DC, y sosticado diseño nos permite determinar de manera directa Capacitancias,
Resistencias de Aislamiento, Indice de Polarización Dieléctrica y el Indice de Absorción
Dieléctrica.
1.5.1. Descripción Del Megger
A continuación presentamos una descripción gráca.
Figura 1.5.1: Descripción del Megger
16
Figura 1.5.2: Descripción de los Botones
Además,
y
también se utilizan para acceder a los siguientes elementos del menú:
1.X Insulation Functions (Funciones de aislamiento):
1.1 Ramp o (Rampa desactivada; opción predeterminada)
1.2 Ramp on (Rampa activada)
1.3 DAR T= 01-00
1.4 DAR/PI T= 10-00
2 Time limit xx-xx (Límite de tiempo xx-xx)
3 Show results (Mostrar resultados)
4 Delete results (Eliminar resultados)
Pulse
para seleccionar.
1.5.2. Pantalla de Cristal Liquida
En la siguiente gura 1.5.3 se observa las funciones elegibles para la realización de las
distintas pruebas, los iconos de alerta para que el usuario tome la precauciones debidas
durante la experimentación, etc. El cuadro 1.5.1 relacionado con este gráco describe cada
uno de sus partes.
17
Figura 1.5.3: Funciones de la Pantalla
Cuadro 1.5.1: Descripción de las funciones de la Pantalla
1.5.3. Comprobación de Aislamiento
Varias son las funciones que adaptan la comprobación a sus requisitos.
Esta funciones permiten:
Denir una tensión de prueba
Realizar una selección de comprobación en rampa
Establecer un límite de tiempo (duración) para la comprobación
18
Medir el índice de polarización (PI)
Medir el índice de absorción dieléctrica (DAR)
Medir la capacitancia
1.5.3.1.
Conguración del Megger para una Comprobación de Aislamiento
1. Con el Comprobador encendido, congure las opciones de medición disponibles adecuándolas a los requisitos de su comprobación. Entre estas opciones se incluyen:
Tensión de prueba: puede establecer un rango entre 250 V y 10.000 V(en incrementos
de 50 V/100 V).
Comprobación en rampa: puede activarla o desactivarla.
Límite de tiempo: sin límite, o de 1 a 99 minutos.
2. Conecte las sondas al circuito de corriente que se va a comprobar.
3. Pulse durante 1 segundo para comenzara la comprobación del aislamiento.
4. Cuando se naliza la comprobación, en la pantalla aparece STORE RESULT? (¾Almacenar resultado?). Si procede, memorice los resultados
1.5.3.2.
Comprobación en Rampa o en Régimen estático
La función de comprobación Ramp (Rampa) es una comprobación automatizada que
comprueba el aislamiento ante posibles rupturas eléctricas.
Durante una comprobación en rampa, la tensión de salida comienza en 0 V y aumenta
lineal mente (100 V/s) hasta alcanzar la tensión de prueba especicada o hasta que se
detecte una disminución repentina de la resistencia medida. A continuación, se detiene
la comprobación Ramp (Rampa), la tensión de prueba disminuye hasta cero y la tensión
del punto de ruptura eléctrica se guarda en la memoria del Comprobador. El resto de
resultados de la comprobación se considerarán no válidos si la comprobación no alcanza
la tensión de prueba especicada. Si la comprobación cumple satisfactoriamente con las
normas requeridas sin que se produzca una ruptura eléctrica, los únicos resultados válidos
de la prueba serán la tensión de prueba y la resistencia del aislamiento.
1.5.3.3.
Conguración de la Duración de una Comprobación
Se puede controlar la duración de una comprobación del aislamiento mediante la conguración de un temporizador. El tiempo (duración de la comprobación) se puede establecer
en incrementos de 1 minuto hasta un máximo de 99 minutos.
Durante una comprobación de duración especíca, el límite de tiempo aparece en la
esquina inferior derecha de la pantalla y el tiempo transcurrido se muestra en el medio de
la pantalla. Una vez transcurrido el tiempo especicado, la comprobación del aislamiento
se habrá completado y la comprobación habrá nalizado.
19
1.5.3.4.
Índice de Polarización (PI)
Como parte de la comprobación del aislamiento, el Comprobador mide y memoriza el
índice de polarización, si procede. Una comprobación del índice de polarización tarda en
realizarse 10 minutos. Por lo tanto, el Comprobador comenzará la cuenta atrás cuando
queden 10 minutos. Cuando una comprobación del aislamiento lleva 10 minutos o más,
la comprobación del índice de polarización se naliza y memoriza. El campo en pantalla
gura como PI=.
PI =
1.5.3.5.
R ∗ 10 minutos
R ∗ 1 minuto
(1.5.1)
Índice de Absorción Dieléctrica
Como parte de una comprobación del aislamiento, el Comprobador mide y memoriza
el índice de absorción dieléctrica (DAR), si procede. Una comprobación del DAR tarda 1
minuto en completarse. Por lo tanto, el valor medido y memorizado será no será válido
en todas aquellas comprobaciones del aislamiento con una duración inferior a 1 minuto.
Cuando una comprobación del aislamiento dura 1 minuto o más, la comprobación del DAR
se incluye en los resultados. El campo en pantalla gura como DAR=.
DAR =
1.5.3.6.
R ∗ 1 minuto
R ∗ 30 seg
(1.5.2)
Capacitancia
Como parte de la comprobación del aislamiento, el Comprobador mide y memoriza la
capacitancia, si procede. El campo en pantalla gura como C=.
1.5.4.
Advertencias
Antes y después de efectuar comprobaciones, conrme que el Comprobador no indica
la presencia de tensiones peligrosas. Si el Comprobador emite un sonido de forma
continua y la pantalla muestra una tensión peligrosa, desconecte los conductores de
comprobación y la alimentación del circuito de corriente que se va a comprobar.
Desconecte todas las fuentes de alimentación del circuito de corriente que se va a
comprobar y descargue la capacitancia de dicho circuito antes de utilizar el Comprobador.
Conecte el conductor de comprobación común antes que el conductor de comprobación con corriente, y retire éste último antes que el conductor de comprobación
común.
1.5.5. PRECAUCIÓN
Nunca conecte un probador de aislamiento MEGGER a líneas o equipo energizados.
Nunca utilice el probador o cualquiera de sus cables o accesorios para ningún otro propósito
½Los aparatos bajo prueba no deben estar vivos!
No utilice el instrumento en una atmósfera explosiva
20
1.6. Pruebas Posibles a ser Realizadas con este Equipo [1] [3]
Conductores, transformadores, aisladores, pararrayos, seccionadores, etc. son elementos
muy importantes en un esquema de transmisión distribución y protección dentro de un
Sistema Eléctrico de Potencia.
La correcta selección y dimensionamiento de estos elementos, entre otros, que conformen la red eléctrica; y dentro del ámbito de sus especicaciones, determina el grado
de conabilidad del sistema. Con el paso del tiempo, las condiciones medio ambientales
y de operación, cambian las características constructivas de estos, lo que causa daños o
deterioros importantes en el resto de elementos que conforman la red.
El conocimiento del estado de las características electro mecánicas, de los equipos,
permiten a técnicos e ingenieros tomar decisiones sobre su mantenimiento, reparación o
remplazo.
Los parámetros o características eléctricas de los equipos, elementos o aparatos que se
utilizan en las redes de energía eléctricas, se determinan básicamente mediante ensayos de
laboratorio que mencionaremos a continuación. Estos ensayos se realizan bajo normas de
aceptación nacional o internacional:
Pruebas en Corriente Continua en Aislamiento solido
Pruebas en Corriente Alterna para Equipos con aislamiento Solido
1.6.1. Pruebas de Corriente Continua en Aislamiento Sólido [3.1]
Los aislamientos sólidos son materiales utilizados en varios niveles de voltajes, que
proveen un alto nivel de aislamiento y una capacidad importante de disipación de calor. Se
comportan como materiales dieléctricos que previenen el ujo de electricidad entre puntos
de diferente potencial. Se han utilizado para este propósito resinas epóxicas, porcelana,
vidrio y polímeros base EPR, silicona o elastómeros termoplásticos.
Dos tipos de prueba en DC pueden ser conducidas en aislamiento sólido:
Prueba de Resistencia de Aislamiento
Prueba de Alto Potencial DC
1.6.2. Prueba de Resistencia de Aislamiento [4]
Esta prueba se conduce con equipos que aplican voltajes entre 100 y 15000 voltios para
algunos fabricantes y hasta 200000 voltios para otros fabricantes. El equipo empleado es
un medidor de alta resistencia (en el rango de Mega Ohmios) cuyo propósito es establecer
la resistencia de aislamiento.
La calidad del aislamiento es evaluada según el valor obtenido. La resistencia de aislamiento también depende de factores externos al sujeto bajo evaluación estos pueden ser la
temperatura, humedad y otros factores ambientales.
El resultado de esta prueba tiene mayor poder predictivo si se compara con resultados
de un registro histórico de pruebas efectuadas. De esta forma, se puede vericar la tendencia
del nivel de aislamiento.
Un valor puntual de la resistencia de aislamiento pudiera ser insuciente para indicar la
fortaleza o debilidad del aislamiento. Un valor bajo en la resistencia de aislamiento pudiera
indicar contaminación o la existencia de un problema que pudiera causar daños a corto
plazo.
21
1.6.3. Prueba de Alto Potencial DC. [3.2]
La prueba tiene como objeto vericar la rigidez dieléctrica de un material aislante.
La rigidez dieléctrica de un material aislante se dene como el máximo gradiente de
potencial que un material puede soportar sin que exista perforación o canales de conducción
en el mismo. Esta es calculada a partir de los voltajes de ruptura y del espesor del aislante
en el punto de ruptura o en un punto cercano a él.
La rigidez dieléctrica se expresa normalmente en términos de gradiente de voltaje en
unidades tales como voltios por milímetros o Kilo voltios por centímetros. La rigidez dieléctrica de un sistema aislante determina el nivel de voltaje al cual el equipo puede operar.
También determina cuanto sobre voltaje continuo o instantáneo puede soportar.
1.6.4. Pruebas en Corriente Alterna para Equipos con Aislamiento Sólido
Básicamente existen dos tipos de pruebas en corriente alterna para equipos con aislamiento sólido.
1.6.5. Prueba de Alto Potencial AC. [3.3]
Se realizan con voltajes superiores a los de operación normal por un tiempo relativamente corto, alrededor de un minuto. El nivel de voltaje utilizado debe estar acorde con
lo recomendado por el fabricante y lo indicado por las normas correspondientes. Generalmente estos valores se encuentran alrededor del 75 % del voltaje de prueba de fábrica para
pruebas de aceptación y entre el 125 % y el 150 % del voltaje nominal para pruebas de
mantenimiento por un período de 1 minuto.
Las conexiones de prueba son iguales a las recomendadas para pruebas de alto potencial
DC con la salvedad de que no se requiere la descarga de los equipos.
1.6.5.1.
Prueba de Factor de Potencia [3.4] [6]
Es una prueba importante para determinar la calidad del aislamiento en todo tipo de
equipo eléctrico. En el caso de aislamiento sólido, se recomienda utilizar un nivel de voltaje
similar al valor de voltaje nominal del equipo.
En secciones posteriores, se describirá en detalle el principio teórico de esta prueba, el
resultado de la misma no puede ser considerado como concluyente por sí mismo, siempre
debe compararse con resultados anteriores con valores referidos al mismo nivel de voltaje
y a 20 grados centígrados.
22
Capítulo 2
ENSAYO DE LOS AISLADORES
2.1. Pruebas en Corriente Continua
La información obtenida de estas pruebas indicará la necesidad de mantenimiento correctivo, reemplazo del equipo bajo prueba o la conrmación de que el equipo puede ser
energizado sabiendo que la posibilidad de falla durante la puesta en servicio, será mínima.
2.1.1. Prueba de Resistencia de Aislamiento [4]
El voltaje aplicado en una prueba de aislamiento depende de la tensión nominal del
equipo a ensayar como referencia se puede aplicar un voltaje según lo indicado en la cuadro
2.1.1, por un período entre 30 y 60 segundos, luego se mide la resistencia de aislamiento.
El resultado de esta prueba tiene mayor validez si es comparado con valores históricos,
obtenidos de pruebas anteriores. Todos los valores deben estar referidos a 20° centígrados.
Voltaje Nominal [V]
Voltaje Recomendado
De Prueba DC
Mínimo Valor De
Resistencia De
Aislamiento [MΩ]
250
500
25
600
1000
100
1000
1000
100
2500
1000
500
5000
2500
1000
8000
2500
2000
15000
2500
5000
25000
5000
20000
35000
1500
100000
46000
15000
10000
Mayor a 69000
15000
10000
Cuadro 2.1.1: Resistencia de Aislamiento
23
2.1.1.1.
Prueba de Corto Tiempo o Lectura Puntual [5]
Es una prueba DC que inyecta energía por un lapso de 30 a 60 segundos al aislador.
El valor de la prueba tiene mayor valides si se lo contrasta con registros históricos. [ver
Métodos de Prueba (Ensayos Eléctricos)
2.1.1.2.
]
Protocolo de Prueba de Corto tiempo
Limpiar la supercie de aislador para eliminar contaminantes o humedad de ella.
Armar el circuito de ensayo en el laboratorio (MEGGER).
Seleccionar una tensión de ensayo (10 kV)
Seleccionar la función de prueba Ramp.
Seleccionar el tiempo de duración de la prueba (2 min)
Aplicar las tensiones de ensayo durante el ultimo minuto del tiempo seleccionado.
Registrar la resistencia.
Analice el resultado comparando con el valor esperado
2.1.1.3.
Prueba de Absorción Dieléctrica DAR [7] [8]
La prueba de absorción dieléctrica se conduce al nivel de tensión nominal del equipo.
El resultado de esta prueba consiste en realizar el cociente del valor de resistencia de
aislamiento tomada a los 60 segundos y el valor de resistencia de aislamiento tomada a los
30 segundos.
La prueba mide la calidad del aislamiento. Si el aislamiento se encuentra en buenas
condiciones el valor de la resistencia de aislamiento se incrementa a medida que transcurre
el tiempo. [ ver
2.1.1.4.
Métodos de Prueba (Ensayos Eléctricos)
]
Protocolo de Prueba del Indice de Absorción Dieléctrica [9]
Limpiar la supercie de aislador para eliminar contaminantes o humedad de ella.
Armar el circuito de ensayo en el laboratorio (MEGGER).
Seleccionar una tensión de ensayo (10 kV)
Seleccionar la función de prueba DAR
Contraste el resultado con la tabla.
Condición Del Aislamiento
Relación 60/30 Segundos
Peligroso
-
Dudoso
1,0 a1,25
Bueno
1,4 a1,6
Excelente
Arriba de 1,6
Cuadro 2.1.2: Valores de Referencia para los Indices DAR
24
2.1.1.5.
Prueba de Tensión por Pasos [9]
Esta prueba se realiza con un tiempo de aplicación de tensión de 60 segundos [ver
Métodos de Prueba (Ensayos Eléctricos)
2.1.1.6.
]
Protocolo de la Prueba del Método de Tensión por Pasos
Limpiar la supercie del aislador para liberarlo de cualquier contaminante que pueda
inuir en el resultado
Armar el circuito de ensayo en el laboratorio (MEGGER).
Seleccionar una tensión de ensayo (3 kV, 6 KV, 9 kV)
Seleccionar el tiempo de duración de la prueba (2 min, 3 min, 3 min)
Aplicar las tensiones de ensayo, en pasos de igual duración (60 segundos).
Tabular en un cuadro las resistencias obtenidas a las tensiones aplicadas.
Gracar la curva de ajuste de los puntos de resistencia contra tensión.
2.1.1.7.
Prueba de Tiempo Resistencia [5]
La prueba se realiza a tensión constante. Se basa en el efecto de absorción dieléctrica del
aislador. En un buen aislador aumenta la tensón conforme pasa el tiempo hasta alcanzar
un valor estable
2.1.1.8.
Protocolo de la Prueba para el Método de Tiempo Resistencia
Eliminar todo residuo o contaminante de la supercie aislante del aislador
Armar el circuito de ensayo en el laboratorio (MEGGER).
Aplicar la tensión y en el primer minuto hacer 4 lecturas espaciadas igualmente en
el tiempo (15, 39, 45 y 60 segundos), luego una lectura cada minuto, hasta el minuto
5; en el minuto 10 se toma una lectura nal.
Tabular las lecturas obtenidas de 0 a los 5 minutos y a los 10 minutos
Des-energizar el circuito armado para el ensayo
Ajustar los puntos de resistencia contra tensión.
2.2. Generación de Impulsos de Tensión
Dos son los aspectos de uso común para caracterizar el aislamiento de los aparatos de
energía estas son Nivel básico de aislamiento para impulso de rayo y Nivel básico para
impulso de interrupción; estas se denen en función de ondas especícas y son:
1. IMPULSO ESTÁNDAR DE RAYO. Un impulso completo que tiene un tiempo frontal de 1.2
µs
y un tiempo a valor medio de 50
µs.
Se describe como un impulso
1.2/50. (Norma American National Standard, C68.1-1968 Measurement of Voltage
in Dielectric Tests)
25
2. IMPULSO ESTÁNDAR DE INTERRUPCIÓN. Un impulso completo que tiene un
µs.
tiempo frontal de 250
y un tiempo medio de 2500
µs.
Este se describe como un
impulso 250/2500. (Norma American National Standard C68.1-1968).
La identicación de las características del tiempo de las tensiones de impulso se da en la
Fig. 2.2.1 En este experimento de tensiones de impulso tipo rayo se utiliza sobre todo un
frente de onda de T1 = 1.2
µs
y un tiempo de cola de T2 = 50µs en promedio
Figura 2.2.1: Características de los Parámetros de la Norma de Tensiones de Pruebas de
Impulso
Esta forma 1.2/50
µs,
es comúnmente elegida para realizar pruebas de impulso.
Por regla general, tensiones de choque se generan en el circuito básicos que se muestran
en la Fig. 2.2.2 Las relaciones entre los valores de los elementos y las magnitudes características que describen la curva en función del tiempo están dadas por las constantes de
tiempo:
T1 ≈ Re (Cs + Cb )
T2 ≈ Rd
Cs × Cb
Cs + Cb
Donde:
Cs capacitor de impulso
Cb capacitor de carga
Rd resistencia de frente y
Re resistencia de cola
26
(2.2.1)
(2.2.2)
Para tensiones de impulso tipo rayo de la forma normalizada 1.2/50 las constantes de
tiempo son:
T1 = 68,22µs
(2.2.3)
T2 = 0,405µs
(2.2.4)
En el diseño de circuitos de tensiones de impulso, se debe tener en cuenta que la capacidad del objeto de prueba está conectada en paralelo a Cb y por lo tanto el tiempo de
frente y la eciencia
η
en particular puede verse afectada. Las normas permiten toleran-
cias relativamente grandes de
establece una tolerancia del
±30 %
±3 %
para
T 1y
de
±
20 % para
T 2.
Igualmente la norma
entre el valor de la tensión de ensayo medida durante el
ensayo y el valor de la tensión de ensayo especicada.
Figura 2.2.2: Circuitos Básicos de Impulso de Tensión
2.2.1. Funcionamiento del Circuito
El condensador Cs se carga mediante una fuente de corriente continua y luego se aísla
de la fuente. El impulso se genera cuando el explosor F se cebe actuando como interruptor.
El condensador De descarga Cs esta ahora cargado con una tensión
U0
y el condensa-
dor Cb esta descargado. El cebado de los explosores actúa de interruptor provocando la
rápida descarga de la capacidad, Cb, fundamentalmente a través de la resistencia Rd. La
resistencia Re es la que determina el transitorio subsecuente.
2.2.1.1.
Método de Prueba Estadístico [10] [11]
La prueba de impulso tipo rayo 1.2/50 , tiene carácter aleatorio y genera una función
de densidad de probabilidad conocida como función de Gauss. Esto nos lleva a proponer
el siguiente protocolo de prueba. [ver
Métodos de Prueba (Ensayos Eléctricos)
]
2.2.2. Protocolo de Prueba para el Impulso Estándar de Rayo
1. El generador de impulsos de una sola etapa debe ser tal como se establece en la gura
2.2.3 El objeto a ensayar; se integrara al circuito colocándolo paralelo al equipo de
laboratorio identicado con HV9120 en el circuito b) de la gura 2.2.3
2. Establecer una tensión
c0
U
de carga
3. Congurar el Osciloscopio para registrar el impulso estándar de rayo
4. Obtener el valor máximo de la tensión de impulso:
5. Determinar la muestra estadística.
6. Denir el numero de ensayos por muestra.
27
b = ηU
c0
U
7. Procesar en forma estadística el resultado de las muestras.
a)
b)
Figura 2.2.3: Montaje experimental para la generación de impulso tipo rayo
2.3. Mediciones y Análisis de Resultados de las Pruebas de
Aislamiento
En este puto expondremos las mediciones realizadas sobre el Aislador de Suspensión
52.1 descrito en la gura 2.3.1 .
Figura
Descripción
Clase - norma
Método de
ensayo norma
Aislador de
suspensión a
Clase 52
horquilla -
ANSI C29.2
ALSH y
ANSI C29.1
ALSHF
Figura 2.3.1: Aislador de Suspensión 52.1
En el parte IV presentamos las características del 52.1 que pone a disposición el fabricante.
2.3.1. Datos Obtenidos de los Ensayos del Aislador 52.1
2.3.1.1.
Datos de la Prueba de Corto Tiempo
Condiciones de prueba:
28
20o C
56 %
Temperatura =
Humedad =
Cuadro 2.3.1: Mediciones de Resist. Volumétrica y Supercial del Aislador 52.1
Interpretación de la Prueba
La prueba realizada bajo condiciones normales es decir
a la misma temperatura, humedad; la misma tensión y tiempo de ejecución nos permite
comparar los resultados.
Observamos de inmediato que la resistencia supercial (Rsup
mayor que la resistencia volumétrica (Rvol
= 359 GΩ),
= 1,67 M Ω)
es mucho
y que resulta en un valor esperado.
Su forma posee una área supercial mínima necesaria que es función de la tensión y de la
resistividad del medio para evitar descargas disruptivas de contorneo.
2.3.1.2.
Datos de la Prueba de Índice de Absorción Dieléctrica e Indice de
Polarización
Los datos que se muestran en el cuadro 2.3.2 a continuación fueron tomados a una
temperatura de
20o C
y un humedad relativa de
56 %.
Cuadro 2.3.2: Resultados de la Prueba DAR del Aislador 52.1
29
Interpretación de la Prueba
La interpretación de la prueba se realiza por comparación
con el cuadro de Indice de Absorción [ver cuadro 2.1.2], lo cual nos dice que siendo el
DAR = 1,12 < 1,4 y P I = 1,35 < 2
2.3.1.3.
el aislador se encuentra en condiciones dudosa.
Datos de la Prueba de Tensión por Pasos
Condiciones de prueba.
Temperatura =
20o C
Humedad relativa =
56 %
Cuadro 2.3.3: Resultado de la Prueba de Tensión por Pasos
Figura 2.3.2: Tendencia de la Resistencias del Aislador 52.1 - Prueba Tensión por Pasos
30
Interpretación de la Prueba
Los valores de resistencia volumétrica (Rv ), supercial
(Rs ) y la resultante (Rp ) que observamos, sin duda cumple con lo teorizado. La resistencia
de un aislamiento tiende a incrementarse ante un aumento de la tensión. En este punto
podemos decir que tomando en cuenta estas lecturas y las de la prueba de corto tiempo,
como también el rango de variaciones de la tensión de prueba; la resistencia de aislamiento
se estabiliza a un determinado valor no menor que la resistencia de diseño para la tensión
nominal de trabajo.
En la gura 2.3.2 representación gráca de la tendencia del aislamiento. Podemos conrmar la pendiente creciente de
2.3.1.4.
Rv y Rs
así como la estabilidad, que en efecto,
Rp evidencia.
Datos de la Prueba de Tiempo Resistencia
Condiciones de prueba.
Temperatura =
20o C
Humedad relativa =
56 %
Tensión de Prueba 5[kV]
Tiempo [s]
15
30
45
60
120
180
240
300
600
Resistencia [G(Ω)]
195
243
264
277
306
321
329
336
356
Cuadro 2.3.4: Aislador 52.1 Datos de Prueba Tiempo Resistencia
Interpretación de la Prueba
Sin lugar a dudas la curva (Figura 2.3.3) muestra la
forma característica del comportamiento de un buen aislamiento.
Figura 2.3.3: Aislador 52.1 Curva Tiempo Resistencia
31
2.3.1.5.
Datos de la Prueba de Impulso
Condiciones de prueba.
Temperatura =
20,8o C
Humedad relativa =
57 %
La toma de datos debe hacerse a impulso positivo y negativo. El aislamiento sometido a
diferentes solicitaciones puede responder, de echo, de diferente manera si se toma el ciclo
positivo de la tensión recticada o el ciclo negativo. El análisis de los datos obtenidos nos
dirá, como se comporta el objeto ensayado.
En su realización se tomo tensiones a intervalos de 5 kV con un número de muestras
¨n¨
por tensión igual a 20.
Prueba a Impulso Positivo [10]
Cuadro de Datos
En esta registramos el número de disrupciones (nd) por tensión de
prueba aplicada (x [kV]). La probabilidad relativa Q[ %] resulta de dividir el numero nd
(disrupciones) por el número
¨n¨
de muestras (n=20).
x[kV]
nd
Q[ %]
y
105
1
5
-1.6452
110
7
35
-0.3849
115
14
70
0.5240
Cuadro 2.3.5: Datos Prueba de Impulso Positivo
Regresión Lineal por Mínimos Cuadrados
¨b¨
y
¨m¨
Tiene por objeto denir los parámetros
de la ecuación, que permite aproximar la probabilidad de ocurrencia de una
una disrupción a una tensión dada.
y =m*U+b=0.2169*U
(2.3.1)
2
x
y
xy
105
-1.6452
-172.7472
11025
110
-0.3849
-42.3365
12100
115
P
- 24.3634
0.5240
x = −330
P
y = −1,5061
x
60.2602
P
xy = −154,8235
xmd
ymd
110
-0.5020
13225
P
x2 = −36350
Cuadro 2.3.6: Regresión por Mínimos Cuadrados: Impulso Positivo
Con los parámetros resultado de la regresión lineal queda denida la ecu: 2.3.1 que se
gráca en la gura 2.3.6. En la misma gura 2.3.6 se a gracado la probabilidad relativa
de descarga disruptiva a escala probabilista.
32
Figura 2.3.4: Aproximación Lineal y(U) y Probabilidad Relativa P(U): Impulso Positivo
La obtención de
y(U ) ≈ P (U )
resulta en un procedimiento para determinar valores
fundamentales que caracterizan al objeto ensayado. Estos son: Umd (tensión media de
ruptura), s (desviación estándar) y BIL (nivel básico de aislamiento). La gura 2.3.5 representa la función de densidad de probabilidad y la función de probabilidad acumulativa.
Figura 2.3.5: Densidad de Prob., Prob. Acumulativa: Impulso Positivo
33
Prueba a Impulso Negativo [10]
Cuadro de Datos
En adelante lo que se expuso para la prueba a impulso positivo, es
valida para ésta. En este párrafo nos limitaremos a mostrar los resultados.
x[kV]
nd
Q[ %]
y
105
2
10
1.2817
110
18
90
-1.2817
115
19
95
-1.6452
Cuadro 2.3.7: Datos a Impulso Negativo
Regresión Lineal por Mínimos Cuadrados
y = 0,2927 ∗ U − 31,6479
P
(2.3.2)
2
x[kV]
y
xy
105
-1.2817
-134.5815
11025
110
1.2817
140.9902
12100
15
1.6452
189.1993
x = 330
P
y = 1,6452
P
xy = 195,6080
x
xmd
ymd
110
0.5484
13225
P
x2 = 36350
Cuadro 2.3.8: Regresión por Mínimos Cuadrados: Impulso Negativo
Gráca de la Aproximación g. 2.3.6 y Funciones de Prob. g. 2.3.7
Figura 2.3.6: Aproximación Lineal y(U) y Probabilidad Relativa P(U): Impulso Negativo
34
Figura 2.3.7: Densidad. de Prob., Prob. Acumulativa: Impulso Negativo
Interpretación de la Prueba
De la comparación de los cuadros de datos 2.3.7 a im-
pulso negativo y 2.3.5 a impulso positivo notamos de inmediato que a paridad de tensión,
existe una mayor ocurrencia de descargas en la prueba a impulso negativo, que en la de
impulso positivo. Esto se debe a la aleatoriedad maniesta de las descargas, pero ademas
y principalmente a las características físico químicas del aislador ensayado.
Dos echos concretos se desprenden de este comportamiento particular del elemento en
prueba:
1. El modulo de la tensión media (U ) a la que se producen disrupciones sera menor
en la prueba a impulso negativo que en la de impulso positivo. Esto es de esperarse
dado que existe una mayor probabilidad disruptiva a tensiones negativas.
2. La desviación estándar (s) a impulso negativo, también resulta ser menor que la
desviación estándar a impulso positivo. Lo que implica que existe una mayor concentración de descargas cuando las tensiones son negativas, o de otra manera podemos
decir que existe una mayor dispersión de las descargas cuando la tensión es positiva.
La tensión media, desviación estándar y otra característica de suma importancia, el nivel
básico de aislamiento (BIL). Son deducibles a partir de la ecuación de regresión lineal
y(U); lo cual habla de la importancia que tiene ésta y la extrapolación como método de
aproximación.
El siguiente cuadro nos muestra como calcular estos valores.
Valores característicos
b
U = −m
1
s= m
BIL = U − 2,5 ∗ s
y =m∗U −b
Impulso Positivoy =
0,2169 ∗ −24,3634
Impulso Negativoy
=
0,2927 ∗ U − 31,6479
112.3143 [kV]
108.1264 [kV]
4.6100 [kV]
3.4165 [kV]
100.79 [kV]
99.59 [kV]
Cuadro 2.3.9: Valores Característicos de las Curvas de Densidad de Probabilidad
35
Capítulo 3
ENSAYO DE INTERRUPTORES
INTERRUPTORES DE POTENCIA
El interruptor de potencia es un dispositivo electromecánico cuya función principal es la
de conectar y desconectar circuitos eléctricos bajo condiciones normales o de falla, además
pueden realizar o efectuar re-cierres, cuando sea una función que se requiera en el sistema.
Debido a las operaciones de sierre y apertura que cumplen los interruptores durante
su vida útil , estos están sometidos al desgaste de sus contactos y es función del número
de maniobras que realiza el mismo. El desgaste de los contactos incrementa la resistencia
eléctrica entre ellos, lo que trae como consecuencia un incremento de la temperatura de
contacto y viceversa, el incremento de la temperatura resulta en una disminución de la
fuerza de contacto y un rápido incremento de la resistencia.
Además de los factores mecánicos, los factores ambientales como la humedad, el polvo
ambiental, la oxidación de las supercies de contacto de un interruptor tienen efecto directo
sobre su resistencia.
De modo que para evaluar las condiciones de los contactos del interruptor, se han
establecido dos tipos de pruebas, ambos miden la resistencia
R,
estática y dinámica.
3.1. Pruebas de Corriente Continúa
3.1.1. Prueba de Resistencia de Contactos
La medición de la resistencia de contacto se realiza usualmente usando los principios
de la ley de Ohm:
V =R×I
(3.1.1)
Donde:
V
I
R
es el voltaje a través del contacto;
es la corriente;
es la resistencia.
Si aplicamos una corriente
directamente dividiendo
V
Iy
por
medimos el voltaje
V,
la resistencia
R
se puede obtener
I.
R=
Como se ve en la gura 3.1.1
36
V
I
(3.1.2)
Figura 3.1.1: Circuito de medición de resistencia de contactos
Dado que la cámara de interrupción es un contenedor cerrado, sólo tenemos acceso a
los conductores de entrada y de salida; la
R
medida entre estos dos puntos sería la suma
de todas las resistencias de contacto halladas en serie (contactos jos, de cierre y apertura
y los deslizantes).
De acuerdo a la norma IEC 694, artículo 6.4.1, el valor de la corriente a usar debería ser
lo más cercana a la corriente nominal para la que fue diseñada la cámara de interrupción.
Si esto es imposible de lograr, se pueden usar corrientes más pequeñas pero no menos a 50
A para eliminar el efecto galvánico que podría afectar las lecturas
3.1.2. Protocolo de Pruebas de Resistencia de Contactos
1. Armar el circuito que suministre la corriente nominal del interruptor.
2. Vericar que la cámara de interrupción del interruptor este en la posición cerrada
3. Limpiar los puntos de conexión a la red del interruptor, que deben estar libres de
polvo, oxido o humedad que afecte la medida de resistencia.
4. Realizar varias pruebas consecutivas y calcular el promedio.
5. El valor obtenido debe estar dentro del rango de valores presentada el cuadro 3.1.1.
Tensión nominal del
Resistencia
interruptor [kV]
[µΩ]
25
100-350
120
80-200
120-30
100
735
20-80
Cuadro 3.1.1: Resistencia de Contactos para Interruptores de Potencia
3.1.3. Prueba de Velocidad de Operación de Interruptores [12]
En los interruptores, el tiempo de apertura y cierre es crítico ya que el mismo está
ligado a la cantidad de energía que puede manejar el interruptor. Durante la secuencia de
37
apertura o cierre, el arco eléctrico aparece entre el contacto móvil y el contacto jo. Si
la apertura o cierre del interruptor no se realiza en el tiempo para el que fue diseñado,
la energía asociada al arco eléctrico puede superar la capacidad de disipación de energía
térmica del interruptor con el consecuente daño del equipo. Por otra parte, la no extinción
a tiempo del arco eléctrico acelera el deterioro de los contactos del interruptor lo cual
adelanta el requerimiento de mantenimiento mayor en el mismo.
Esta prueba requiere de un equipo especial y un procedimiento más complicado que el
método estático.
La información recogida es de una naturaleza diferente y nos da un mayor entendimiento
de la condición del contacto que no está disponible en la prueba estática.
3.1.4. Protocolo de Prueba de Velocidad de Operación de Interruptores
1. Vericar la arquitectura mecánica del interruptor.
2. Armar el circuito como se indica en la gura 3.1.2.
3. Se inyecta una corriente y se mide el voltaje. Esto nos dará el valor de la resistencia
en todo su recorrido desde la posición cerrada hasta la posición abierta.
4. El impulsó-grafo puede registrara la curva de operación del mecanismo del interruptor
desde una posición cerrada, a medida que se mueve a su posición de apertura.
5. Comparar los resultados con los datos de fabricante
Figura 3.1.2: Interruptor en posición de ensayo utilizando un Impulso grafo
SECCIONADORES
38
Este es un equipo de maniobra diseñado sólo para abrir o cerrar un circuito eléctrico
en condiciones energizadas o no, pero sin circulación de corriente de carga o cortocircuito,
sus maniobras de conexión o desconexión se hacen en vacío.
Figura 3.1.3: Cortacircuitos de 15kV 100 A
Las partes principales de un seccionador son:
1.- Columna de aislamiento: Forma el aislamiento a tierra respecto a puntos energizados
del seccionador.
2.- Cuchilla: Parte móvil de contacto que embraga una con otra, ya sea móvil o ja.
3.- Base: Es el soporte metálico donde se ja el seccionador.
4.- Terminales: Son las piezas conductoras a las cuales se jan los conectores de los conductores de entrada y salida del seccionador.
5.- Mecanismo de Accionamiento: Es elemento necesario para realizar las maniobras del
seccionador. Estas pueden ser por pértiga aislada.- manual (directa o a distancia).eléctrica por medio de un motor eléctrico accionado de forma local o remota.
3.2. Aislamientos en Seccionadores
El aislamiento de los seccionadores básicamente está constituido por piezas cerámicas,
en forma de columnas y sirve para soportar y aislar las piezas conductoras que van a
conectarse al circuito.
3.2.1. Pruebas en Seccionadores.
Pruebas de operación mecánica.
Prueba de Resistencia de Aislamiento.
Prueba de Resistencia de contactos.
Evidentemente que entre las pruebas mencionadas, las que nos dará información acerca del
comportamiento eléctrico del seccionador una vez instalada en red de suministro son las
dos últimas.
3.2.2. Prueba de Resistencia de Aislamiento [4]
Las pruebas de aislamiento para seccionadores son similares a las pruebas ya indicadas
para los otros equipos aquí expuestos. Esta prueba trata de determinar si existe un camino
de baja resistencia en el aislamiento.
39
3.2.2.1.
Prueba de Tiempo Resistencia [5]
Es casi independiente de la temperatura y pude darnos información relevante y concluyente sobre el estado del seccionador. [ver
Métodos de Prueba (Ensayos Eléctri-
cos)]
3.2.2.2.
Protocolo de la Prueba para el Método de Tiempo Resistencia
Eliminar todo residuo o contaminante de la supercie aislante del seccionador
Armar el circuito de ensayo en el laboratorio (MEGGER).
Aplicar la tensión y en el primer minuto hacer 4 lecturas espaciadas igualmente en
el tiempo (15, 39, 45 y 60 segundos), luego una lectura cada minuto, hasta el minuto
5; en el minuto 10 se toma una lectura nal.
Tabular las lecturas obtenidas de 0 a los 5 minutos y a los 10 minutos
Des-energizar el circuito armado para el ensayo
Ajustar los puntos de resistencia contra tensión.
3.2.2.3.
[ver
Método de la Prueba de Absorción Dieléctrica [7]
Métodos de Prueba (Ensayos Eléctricos)
3.2.2.4.
]
Protocolo de la Prueba de Absorción Dieléctrica DAR _Indice de
Polarización PI
Liberar la supercie del seccionador de posible contaminación por aceite o humedad
Armar el circuito de ensayo en el laboratorio (MEGGER).
Seleccionar la función de prueba DAR_PI.
Determinar la relación de absorción dieléctrica DAR_PI
Contrastar de los Valores Obtenidos vs. Valores de Referencia del cuadro 3.2.1
Condiciones del
Relación 60-30
Relación 10/1 minuto
Aislamiento
Segundos
PI (Indice de
Polarización)
Peligroso
-
Menos de 1
Dudoso
1.0 a 1.25
1.0 a 2
Bueno
1.4 a 1.6
2 a 4
Excelente
Arriba de 1.6
Arriba de 4
Cuadro 3.2.1: Valores de referencia para los indices DAR e PI
3.2.2.5.
Prueba de Tensión por Pasos [9]
El tiempo de aplicación de tensión de prueba es de 60 segundos [ver
Prueba (Ensayos Eléctricos)
]
40
Métodos de
3.2.2.6.
Protocolo de la Prueba del Método de Tensión por Pasos
La supercie del seccionador debe estar libre de cualquier contaminante que pueda
inuir en el resultado
Armar el circuito de ensayo en el laboratorio (MEGGER).
Seleccionar una tensión de ensayo (3 kV, 6 kV, 9 kV)
Seleccionar el tiempo de duración de la prueba (2 min, 3 min, 3 min)
Aplicar las tensiones de ensayo, en pasos de igual duración (60 segundos).
Tabular en un cuadro las resistencias obtenidas a las tensiones aplicadas.
Gracar la curva de ajuste de los puntos de resistencia contra tensión.
3.3. Mediciones y Análisis de Resultados
Objeto de experimentación Seccionador ST-Brasil 2002 de 30-60 kV de tensión nominal.
3.3.1. Datos Obtenidos en los Ensayos del Seccionador ST (30-60 kV)
3.3.1.1.
Datos de la Prueba de Absorción Dieléctrica e Indice de Polarización
Condiciones de prueba:
20o C
56 %
Temperatura =
Humedad =
Cuadro 3.3.1: Datos de Prueba de Absorción Dieléctrica e Índice de Polarización del Seccionador ST Brasil 2002
Interpretación de la Prueba
El seccionador empleado para la prueba fue dado de
baja por una empresa de distribución eléctrica. Los resultados de la prueba dan la razón
al personal técnico que decidió retirar del servicio el seccionador. Comparando los indices
DAR y PI resultantes de la experimentación, notamos que están por debajo de los
valores tolerables. [ver cuadro 3.2.1]
41
3.3.1.2.
Datos de la Prueba de Tensión por Pasos
Condiciones de prueba:
20o C
56 %
Temperatura =
Humedad =
Cuadro 3.3.2: Seccionador ST.- Prueba de Tensión por Pasos
Figura 3.3.1: Tendencia de la Resistencia del Seccionador ST 22 kV
Interpretación de la Prueba
Es evidente, que tanto la resistencia volumétrica (Rv ),
como la supercial (Rs ), muestran una caída de varios cientos de
42
G Ω;
de igual manera la
resultante (Rp ). Los resultados de la prueba de Indice de Absorción y de Polarización nos
ayuda a concluir que el aislamiento se encuentra en mal estado. La gura 3.3.1 evidencia
la tendencia a la baja de las resistencias lo que conrma lo antes expuesto.
3.3.1.3.
Datos de la Prueba de Tiempo Resistencia
Condiciones de prueba:
20o C
56 %
Temperatura =
Humedad =
Tensión de Prueba 10[kV]
Tiempo [s]
15
30
45
60
120
180
240
300
600
Resistencia [GΩ]
118
122
130
128
132
131
135
135
113
Cuadro 3.3.3: Seccionador ST Datos de Prueba Tiempo Resistencia
Interpretación de la Prueba
El comportamiento errático de la curva de resistencia,
termina en una drástica caída de la misma. Su forma ya muestra a simple vista el grave
deterioro del aislamiento
Figura 3.3.2: Seccionador ST Curva Tiempo Resistencia
3.3.2. Prueba de Resistencia de contactos.
La prueba de residencia de contactos en seccionadores tiene el mismo objetivo que la
prueba realizada en interruptores expuestos en este mismo capítulo. Y es por ello que nos
remitiremos a ella siempre que queramos hacer una prueba de estas en seccionadores
43
Capítulo 4
ENSAYO DE PARARRAYOS
Los Pararrayos son elementos de protección que se caracterizan por presentar dos estados básicos de operación o funcionamiento que depende fundamentalmente del nivel de
tensión al que esta sometido.
Así el pararrayos se comportara como un aislador cuando se encuentra a su tensión
nominal de diseño, que no es mas que el máximo valor ecaz de voltaje fase tierra entre
sus polos, que le permiten una operación normal ante sobre-tensiones transitorias.
Cuando el voltaje al que se ve sometido el pararrayos alcanza el nivel de sebado, entra
en estado de conducción y evacua cualquier sobre tensión; luego de lo cual recupera su
condición de aislador.
4.1. Pruebas de Corriente Continua [3.1]
Las pruebas de DC que se realizan en un pararrayos están motivadas tomando en cuenta
su condición de aislador y sus características constructivas.
Si el pararrayos consta de varias secciones se probará cada una de ellas. Este es el caso
de los pararrayos de oxido zinc, elemento que le permite un comportamiento dinámico
cuando esta sometido a sobre-tensiones no transitorias o a la tensión de cebado.
4.1.1. Prueba de Resistencia de Aislamiento [4]
Como se indicó son pruebas destinadas a establecer la tendencia de la resistencia de
aislamiento del equipo o elemento bajo prueba.
Los pararrayos están sometidos a diferentes exigencias eléctricas y medioambientales
que podrían causar el deterioro de este importante elemento de protección. Las razones
para realizar estas pruebas en este equipo y en otros de su misma naturaleza, son varias:
Recepción de equipos.- Que tiene por objeto asegurar que el equipo adquirido se
encuentre en buenas condiciones, que cumplan con las especicaciones de la contratación y que no sean fuente de perdidas económicas.
Mantenimiento preventivo.- Motivadas principalmente por seguridad. Su objetivo,
precautelar la vida humana, incrementar la conabilidad del servicio y evitar perdidas
materiales y económicas.
Mantenimiento correctivo.- Encaminada a mejorar las condiciones de trabajo y el
rendimiento de los sistemas.
44
Recomendaciones Iniciales
Seguridad en el laboratorio.- Lea con atención las recomendaciones del capítulo 1:
El pararrayos debe estar totalmente limpio de carbonilla o algún otro tipo de contaminante que pueda causar una descarga eléctrica no prevista especialmente cuando
el ensayo se realiza en ambientes húmedos.
De ser el caso si posee un elevada característica capacitiva (pararrayos de oxido
metálico) debe descargarse por completo antes de realizar cualquier ensayo.
4.1.1.1.
Obtención de la Resistencia de Aislamiento
Durante la prueba de aislamiento, se aplica una alta tensión continua VDC sobre el
elemento ensayado. Esta tensión provoca una corriente de circulación en la supercie (is ) y
en el interior (iv ) del aislamiento, del orden de los micro-amperios. Su intensidad responde
a parámetros físicos y de diseño del pararrayos, así como a las condiciones del medio
circundante (temperatura y humedad) existentes en el momento de la prueba.
Estas corrientes permiten determinar la resistencia de aislamiento supercial y/o la
resistencia de aislamiento volumétrica dependiendo de la conguración del circuito en la
prueba.
Mediante la aplicación de la ley de Ohm obtenemos la resistencia o la corriente de fuga,
según el método y el equipo utilizado en la experimentación.
R = V dc/I
El valor de la resistencia se expresa en mega ohmios -[M Ω]
I = V dc/R
El valor de la corriente se expresa en micro amperios -
[µA]
Pararrayos
4.1.1.2.
Método de la Tensión por Pasos [9]
En la ejecución, se aplican tensiones que podrían manifestar disrupciones o disminución de la resistencia de aislamiento como consecuencia de la humedad, agrietamiento o
presencia de contaminantes.
En el ensayo se aplica cada tensión de prueba durante el mismo período de tiempo,
normalmente 60 segundos y se traza un gráco de la resistencia de aislamiento registrada.
4.1.1.3.
Protocolo de la Prueba para el Método de la Tensión por Pasos
Si el pararrayos a ensayar ha sido retirado momentos antes de la red de servicio,
se recomienda cortocircuitar sus extremos, con el objeto de eliminar cualquier carga
capacitiva presente en él.
Armar el circuito de ensayo en el laboratorio (MEGGER).
Seleccionar una tensión de ensayo (3 kV, 6 KV, 9 kV)
Seleccionar el tiempo de duración de la prueba (2 min, 3 min, 3 min)
Aplicar las tensiones de ensayo, en pasos de igual duración.
Tabular en un cuadro las tensiones obtenidas.
Gracar la curva de ajuste de los puntos de resistencia contra tensión.
45
El método expuesto y una variación del circuito de conexión del pararrayos con el Megger,
da como resultado la determinación de la tendencia de aislamiento volumétrica o supercial,
la gura 4.1.1 a continuación nos muestra la manera correcta de armar el circuito.
Figura 4.1.1: a) Uso Del Terminal de Guarda.- gura tomada de The Lowdown on High
Voltage DC Testing
4.1.1.4.
Prueba de Absorción Dieléctrica DAR [7]
La prueba de absorción dieléctrica es especialmente recomendable cuando en el ambiente de trabajo; el material se encuentra expuesto a contaminantes líquidos aceites y/o
humedad. [ ver
4.1.1.5.
Métodos de Prueba (Ensayos Eléctricos)
]
Protocolo de la Prueba de Absorción Dieléctrica
Si el pararrayos a ensayar ha sido retirado momentos antes de la red de servicio,
se recomienda cortocircuitar sus extremos, con el objeto de eliminar cualquier carga
capacitiva presente aun él.
Armar el circuito de ensayo en el laboratorio (MEGGER).
Seleccionar la tensión de prueba (10 kV).
Seleccionar la función DAR
Determinar la relación de absorción dieléctrica DAR
Contrastar los Valores Obtenidos vs. Valores de Referencia para los Índices DAR
[Table 2.1.2 on page 24]
4.1.1.6.
Prueba de Indice De Polarización PI [7]
Esta prueba es aplicable a materiales u objetos de fácil polarización, pude revelar
humedad o contaminación. [ver
4.1.1.7.
Métodos de Prueba (Ensayos Eléctricos)
]
Protocolo de la Prueba de Indice de Polarización
Si el pararrayos a ensayar ha sido retirado momentos antes de la red de servicio,
se recomienda cortocircuitar sus extremos, con el objeto de eliminar cualquier carga
capacitiva presente aun él.
46
Armar el circuito de ensayo en el laboratorio (MEGGER).
Seleccionar la tensión de prueba (10 kV).
Seleccionar la función DAR _PI
Determinar la relación de absorción dieléctrica DAR_PI
Contrastar los Valores Obtenidos con los Valores de Referencia cuadro 3.2.1
4.1.1.8.
Prueba de Tiempo Resistencia [5]
4.1.1.9.
Protocolo de la Prueba para el Método de Tiempo Resistencia
Si el pararrayos a ensayar ha sido retirado momentos antes de la red de servicio,
se recomienda cortocircuitar sus extremos, con el objeto de eliminar cualquier carga
capacitiva presente aun él.
Armar el circuito de ensayo en el laboratorio (MEGGER).
Aplicar la tensión y en el primer minuto hacer 4 lecturas espaciadas igualmente en
el tiempo (15, 39, 45 y 60 segundos), luego una lectura cada minuto, hasta el minuto
5; en el minuto 10 se toma una lectura nal.
Tabular las lecturas obtenidas de 0 a los 5 minutos y a los 10 minutos
Des-energizar el circuito armado para el ensayo
Ajustar los puntos de resistencia contra tensión.
4.2. Mediciones y Análisis de Resultados
El objeto de ensayo es el Pararrayos de 18 kV - 15.3 kV (MOCV).
Figura
Descripción
Pararrayos
PDV100 Optima
Clase
Método de ensayo norma
18 kV 15.3
ANSI/IEE
MCOV
C62.11 estándar
Figura 4.2.1: Pararrayos Clase y Norma
En parte V encontramos los datos técnicos del producto
4.2.1. Datos Obtenido de la prueba de Absorción Dieléctrica e Índice
de Polarización
Condiciones de prueba:
20o C
56 %
Temperatura =
Humedad =
47
Cuadro 4.2.1: Datos de Prueba de Índice de Absorción Dieléctrica e Índice de Polarización
Interpretación de la Prueba
Realizando la comparación con el cuadro de referencia
podemos armar que el aislamiento del pararrayo se encuentra en buen estado [ver cuadro
3.2.1]
4.2.1.1.
Datos de la Prueba de Tensión por Pasos
Condiciones de prueba:
20o C
56 %
Temperatura =
Humedad =
Cuadro 4.2.2: Pararrayos 18 kV_15.3 MCOV Prueba de Tensión por Pasos
Interpretación de la Prueba
La interpretación de los registros de las pruebas del
pararrayo como cualquier otro objeto, responde a sus características constructivas y a su
función en un sistema de potencia.
48
Figura 4.2.2: Tendencia de la Resistencia de el Pararrayos 18 kV
En este registro se aprecia que la resistencia volumétrica (Rv ) sufre un descenso signicativo a incrementos iguales de la tensión de prueba, no así la resistencia supercial (Rs )
que crece vertiginosamente. La resistencia volumétrica es un varistor de oxido metálico, que
ante un incremento de tensión reacciona disminuyendo su resistividad eléctrica, por tanto
la disminución de la resistencia entre sus terminales eléctricos, al punto de que cuando la
tensión que se aplica sobre el elemento llega ser la tensión de cebado el pararrayos cruza
la frontera entre las características de un aislador a las características de un conductor. La
función de la resistencia volumétrica es la de brindar un camio de evacuación a las sobre
tensiones, hecho que se cumple bajo determinadas condiciones de tensión. La gura 4.2.2
ilustra grácamente este comportamiento.
4.2.1.2.
Datos de la Prueba de Tiempo Resistencia
Condiciones de prueba:
20o C
56 %
Temperatura =
Humedad =
Tensión de Prueba 5 [kV]
Tiempo [s]
15
30
45
60
120
180
240
300
600
Resistencia [GΩ]
433
613
696
759
875
932
975
997
1090
Cuadro 4.2.3: Pararrayos Datos de Prueba Tiempo Resistencia
Interpretación de la Prueba
Esta prueba conrma el análisis sobre el comportamiento
de la resistencia volumétrica. La resistencia integral del pararrayos muestra el comportamiento típico, por tanto se encuentra en buen estado.
49
Figura 4.2.3: Pararrayos Curva Tiempo Resistencia
4.3. Pruebas en Corriente Alterna
Las pruebas de corriente alterna someten a los equipos a esfuerzos eléctricos similares
a las condiciones de operación normal, con excepción de la prueba de Alta Tensión AC.
4.3.1. Prueba de Factor de Potencia
Es una prueba importante para determinar la calidad del aislamiento en todo tipo de
equipo eléctrico. En el caso de aislamiento sólido, se recomienda utilizar un nivel de tensión
similar al valor de tensión nominal del equipo.
El resultado de la misma no puede ser considerado como concluyente por si mismo,
siempre debe compararse con resultados anteriores con valores referidos al mismo nivel de
voltaje y a 20 grados centígrados.
La medición de las pérdidas dieléctricas es efectiva en la detección de pararrayos defectuosos, contaminados o deteriorados.
La prueba del factor de potencia se basa en un modelo conformado por un capacitor
en paralelo con una resistencia o un capacitor en serie con una resistencia.
El capacitor representa la capasitancia del equipo bajo prueba y la resistencia representa
las pérdidas en el aislamiento cuando se le aplica un voltaje de prueba.
Para nuestro análisis el modelo considerado es una resistencia en paralelo con un capacitor. La gura 4.3.1 muestra este modelo donde It representa la corriente total que circula
por el equipo de prueba, Ic es la corriente capacitiva e Ir la corriente resistiva.
50
Figura 4.3.1: Modelo paralelo de aislamiento
El elemento resistivo en el circuito equivalente representa los vatios de pérdidas disipados en el aislamiento cuando se aplica un voltaje. El elemento capacitivo representa el
capacitor que existe entre la parte que se energiza del equipo, la carcasa y tierra.
En un circuito eléctrico con un voltaje AC aplicado los vatios pérdida vienen dados
por:
V atios = E × It × cosφ
(4.3.1)
Donde ø representa el ángulo de fase entre el voltaje de prueba y la corriente total que
uye por el aislamiento.
El coseno del ángulo ø es conocido como factor de potencia y es igual a:
cosφ =
V atios
E × It
(4.3.2)
De igual forma el ángulo complementario, ø representa el ángulo entre la corriente total
y la corriente capacitiva. Para este ángulo existe una relación que se denomina factor de
disipación denido como:
T angδ =
Ir
IC
(4.3.3)
R
XC
(4.3.4)
lo que en el plano de impedancias implica:
T angδ =
Por lo que:
T angδ = R × W × C
(4.3.5)
El cuadro 4.3.1, muestra cuales son los voltajes de pruebas para los diferentes valores
de voltaje nominal de pararrayos.
Tensión Nominal
Tensión de Prueba
entre 2.7 y 5.1 [V]
2.5 [kV]
entre 6.0 y 5 [kV]
5 [kV]
entre 8.1 y 10 [kV]
7.5 [kV]
mas de 12 [kV]
10 [kV]
Cuadro 4.3.1: Voltajes de Prueba de Pararrayos
51
4.3.1.1.
Protocolo de la prueba de factor de potencia de aislamiento
El protocolo de la prueba de factor de potencia de aislamiento es el siguiente:
Des energizar el pararrayos.
Cortocircuitar los extremos del pararrayos, con el n de eliminar las cargas residuales
que este pueda tener.
Efectuar las conexiones entre el pararrayos y el aparato medidor de factor de potencia,
evitando el contacto con las partes que serán energizadas.
Conectar el aparato medidor de factor de potencia, y desconectarlo luego de obtener
una medición constante.
Retirar las conexiones entre el pararrayos y el medidor de factor de potencia.
Cortocircuitar el pararrayos, durante un tiempo igual a 5 veces el tiempo que este
permaneció energizado.
52
Parte I
Conclusiones y Recomendaciones
53
Toda prueba sobre un equipo, objeto o sistema. Tiene como objetivo determinar una
característica(s) o condiciones del sujeto de ensayo, que permita establecer sin lugar a
dudas cual sera su perfomans en el entorno de trabajo.
Dichas características resultan de suma importancia a la hora de usar, remplazar o
sugerir la utilización de los elementos ya mencionados. Especialmente cuando son parte
sensible de un todo, donde la rentabilidad o perdida dependen de su funcionamiento. Pero
además y mucho mas importante, cuando de ellos depende la seguridad de las personas
que laboran en fabricas e industrias, la vida de pacientes en hospitales y centros de salud
y en la calle mismo.
La industria de la energía eléctrica, quizás es la que mayor importancia reviste en
la cotidianidad de la vida del ser humano. Podría decirse y sin temor a equivocarse que
tiene una aplicación universal, la mayoría de las actividades realizadas por el hombre
están relacionadas con el uso de la electricidad o depende de ella; todo funciona en su
rededor ya sea que fuere el elemento motor primario o como resultado de una conversión
de energías. Esto hace que el dimensionamiento y ulterior protección de un sistema de
potencia de energía eléctrica a todo nivel de tensón, requiera una especial atención, para
cumplir con los objetivos principales de calidad y conabilidad, consecuentemente asegurar
las inversiones económicas y proteger vida.
Del Laboratorio de Alta Tensión
Los aisladores, seccionadores , interruptores, pararrayos; objetos de ensayo en esta tesis
han de cumplir con determinadas características eléctricas para satisfacer las exigencias de
su entorno de trabajo. Estas deben ser determinadas en un laboratorio, capas de brindar
las condiciones apropiadas par considerar los resultados de una prueba como ables. Quiere
decir que la exactitud en las mediciones pasa por las condiciones medioambientales, por la
experiencia del experimentador como por los equipos de medición o ensayo disponibles en
el laboratorio. las pruebas realizadas las conclusiones obtenidas de ellas, que se exponen
mas adelante, están sujetas a las condiciones que en el momento brindaba el laboratorio.
Las pruebas que no se pudieron realizar se mencionan describiendo el protocolo a seguir. Las conclusiones que podamos sacar una ves realizadas, podrían seguir la siguiente
secuencia:
a) Presentación de los Datos de Experimentación
b) Análisis de la Información
c) Conclusiones a las que podemos llegar
El Laboratorio de Alta Tensión es un espacio de trabajo que exige la observación de algunas
normas de seguridad. Pero ademas la preparación cuidadosa de los ensayos a realizar, aquí
algunas recomendaciones previas a tener en cuanta:
1. El experimentador debe prepara concienzudamente el fundamento teórico sobre el
que se basa el ensayo que piensa aplicar. Esto le permitirá diseñar adecuadamente el
experimento.
2. Proveerse de la hoja de datos de sujeto de ensayo si lo tuviera.
3. Observar los limites de tensión o corriente que exhibe el datasheet objeto.
4. Otro requerimiento es la norma a utilizar en el ensayo, norma que se contrasta ademas
con la norma usada por el fabricante del equipo u objeto etc.
54
5. Establecer el método de prueba a usarse. este dependerá de lo que queramos investigar
o establecer.
6. Diseñar un cuadro de datos a para la tabular de la información producto de la
experimentación
Del Aislador 52.1
No existe el aislamiento perfecto. Decimos esto puesto que al escuchar la frase aislador
eléctrico podríamos estar tentados a suponer que por el no atraviesa ninguna corriente.
De echo esto no es verdad todo material utilizado como aislador eléctrico permite el paso
en alguna medida de la corriente eléctrica cuando esta sometida a una tensión. Esta es la
corriente aprovechada por los instrumentos de medición para determinar características como la Resistencia volumétrica y supercial, el Indice de absorción y de polarización. Existe
barios métodos para determinar la resistencia de aislamiento; la utilización de cualquiera
de ellos depende del propósito de la prueba como del lugar donde se realiza la misma.
El Método de Corto Tiempo.
No constituye un método concluyente pero nos da una
muy buena idea del estado de la resistencia de aislamiento.
La interpretación de los resultados depende tanto de la norma utilizada para su evaluación; como de las características eléctricas del elemento; que el fabricante provee con
la intensión de que el ingeniero o técnico posea una referencia conable al momento de
seleccionar un equipo para una aplicación dada. Ademas podrían usarse los resultados
históricos de pruebas anteriores con el n de establecer el estado en el que se encuentra.
Los resultados de la medición nos da la resistencia volumétrica (Rv
cial (Rs
= 1,67 T Ω),
= 359 GΩ) y super-
que contrastada con el cuadro 2.1.1 de resistencias esperadas según
la tensión nominal de trabajo, muestra que éstas están dentro de los limites permisibles
como lo establece la norma MTS-1993
Pruebas de Absorción Dieléctrica (DAR) e Indice de Polarización (PI).
Esta
destinada a detectar la existencia de micro poros en el interior del aislamiento (Prueba
DAR) y los depósitos de humedad, polución o algún otro contaminante en la supercie del
aislador (Prueba PI). Es aconsejable que en la interpretación de los resultados se tome en
cuenta el entorno donde se encuentra instalado el equipo (en programa de mantenimiento
por ejemplo), como también las condiciones en las que se realiza el ensayo.
Los valores de estas pruebas (DAR = 1.12, PI = 1.35) comparados con el del cuadro
3.2.1 nos dice que el aislamiento no esta en buen estado. El resultado PI puede deberse
posiblemente a que las supercie este contaminada por algún agente externo como aceite
o polvo, que se abría depositado en la aislador en algún momento previo a la prueba. El
valor del indice DAR tampoco es alentador nos hace pensar que el interior del aislamiento
esta porosa y a la mejor húmeda esto explicaría que el resultado de la prueba sea dudosa.
El siguiente cuadro permite consignar el resultado y calicar la prueba
55
Equipo
DAR
Calicación General
Peli.
1.12
Peligroso
Dudoso
x
Bueno.
PI
Aislador
1.35
Peligroso.
Dud.
Bue.
Exce.
Excelente.
x
Dudoso
x
Bueno
Excelente
Cuadro 4.3.2: Aislador 52.1 Calicación del Aislamiento Indice DAR y PI
Prueba de Tensión por Pasos.
Sabemos que esta prueba tiene por objeto determinar
la tendencia del aislamiento y que si el aislamiento se incrementa o estabiliza en algún
valor en tanto se aumenta la tensión, él pasa la prueba. Pero el objetivo de esta prueba
no solo es jarnos en la tendencia creciente del aislamiento sino también en el valor de la
tendencia , y el valor ultimo de ella al nalizar el ensayo. Contrastando su valor ultimo
con los valores del cuadro 2.2.1 sabremos entonces si el aislador pasa o no la prueba.
El cuadro de datos 2.3.3 muestra que cada una de las resistencias (Rv ,
Rs , Rp )
allí
medidas alcanzan un valor estable que se encuentra dentro de los limites tolerables y
referencia-les exigidos en el cuadro 2.1.1.
Tomando en cuenta todos los resultados de las pruebas de aislamiento realizadas en el
aislador podemos concluir que pasa la prueba.
Prueba Tiempo Resistencia.
El método toma lecturas a incrementos especícos de
tiempo y se prolonga por un espacio temporal mayor que el requerido para que la capacitancia del aislador se cargue. La presencia de contaminantes y humedad en el aislador
ocasiona que el efecto de absorción dieléctrica se enmascare y la resistencia se disminuya
o permanezca constante.
Para el aislador los resultados muestra más bien que la resistencia mantiene una tendencia creciente y que al menos en lo que a resistencia de aislamiento se reere se encuentra
en muy buen estado
Prueba de Impulso Tipo Rayo.
Es una de las de mayor relevancia en el estudio del
aislamiento. La naturaleza aleatoria, de las descargas eléctricas, las características especicas del impulso de tensión, y la duración de la exposición del aislador a la tensión de
prueba; motiva la siguientes recomendaciones:
1. Denir y medir exactamente las tensiones de prueba
2. Calibrar adecuadamente el osciloscopio
3. Denir el numero de ensayos a realizar.
4. Proveerse de un buen cronometro
5. Anotar los datos de temperatura y humedad
6. Diseñe una tabla adecuada para registrar la información
El objetivo fundamental es determinar el Nivel Básico de Aislamiento (BIL). Esto es el
valor de cresta del máximo impulso de tensión que es capas de soportar el aislador sin
que se produzca una descarga disruptiva. Siendo las descargas eléctricas un fenómeno
aleatorio en aislamientos autorregenerables se puede obtener experimentalmente la curva
de probabilidad acumulativa (P(U)). por lo que :
56
La recopilación de datos y el tratamiento de la información resulta en un proceso
estadístico (Norma IEC).
Se recomienda utilizar la aproximación lineal por mínimos cuadrados para la obtención de la recta y(U) que nos permita extrapolar la probabilidad de descarga para
una tensión especica.
Si se conoce y(U), se puede determinar los parámetros tensión media (U ) y desviación
estándar (s) que caracteriza la curva de densidad de probabilidades (GAUSS) y a partir
de ellos el BIL.
Esto muestra la relevancia que tiene la recta y(U), al punto que podríamos armar que
es el propósito primario del tratamiento estadístico de los dato
En el cuadro tenemos los resultados. Muestra dos ecuaciones lineales, corresponden a
la prueba a Impulso Positivo y Negativo, dos tensiones medias, dos desviaciones estándar
y dos valores de BIL. Las grácas que resultan de la aplicación de estos valores no son muy
diferentes entre si, lo que tiene sentido pues la desviación estándar de una y otra resultan
estar muy próximos y en cuanto al BIL podríamos decir que son iguales.
Como usar los resultados:
Primero considerar que las grácas se trazaron tomando el modulo de las tensiones
de prueba y del BIL.
Segundo considerar que el nivel básico de aislamiento es el de menor valor absoluto.
Del Seccionador ST
Todo lo dicho en cuanto a la forma de interpretar los resultados obtenidos para el
aislador 52.1, se aplica también para el seccionador fusible aquí ensayado. ¾Pero como es
posible esto?. La función que cumple el seccionador en el sistema de potencia aria pensar
que no existe ninguna relación entre este y el aislador, salvo que los dos son usados en un
sistema eléctrico de potencia. ¾Entonces por que la interpretación de los resultados han
de ser echo de la misma forma que la del aislador?. La explicación es simple y radica en
que, entre las partes constructivas se tiene una Columna de aislamiento, que cumple como
aislador a tierra de los puntos energizados del seccionador. Hasta aquí su semejanza con el
52.1, pues ademas sirve de interruptor para seccionar o separar circuitos. Esta es realizada
por la Cuchilla ( Parte móvil de contacto que embraga una con otra, ya sea móvil o ja),
en ella esta adicionada el fusible que reacciona a sobre corrientes, que puede ser resultado
de una falla eléctrica imprevista, por lo que el seccionador también es un dispositivo de
protección.
Las pruebas sobre seccionadores no estarán completas tan solo con probar la calidad de
su aislamiento. Las funciones adicionales que debe cumplir este importante equipo, ya es
un motivo suciente para que sobre él se deba hacer pruebas adicionales que garantice su
idoneidad. Estas no son factibles de ser realizadas aun por falta del equipamiento adecuado.
En cuanto al seccionador que hemos utilizado para ilustrar el ensayo, fue retirado de
la red de suministro eléctrico. Se esperaría que las pruebas realizadas sobre el aclaren en
alguna medida cual seria la razón para su retiro.
Prueba de Absorción Dieléctrica e Indice de Polarización
muestra los resultados del seccionador.
57
El siguiente cuadro
Equipo
DAR
Calicación General
Peli.
1.10
Peligroso
Dudoso
x
Bueno
PI
Seccionador
1.17
Peligroso
Dudoso
x
Dud.
Bue.
Exce.
Excelente
x
Bueno
Excelente
Cuadro 4.3.3: Seccionador Calicación del Aislamiento Indice DAR y PI
Observando la calicación que obtiene el seccionador y la que obtuvo el aislador 52.1
en cuanto a los indices DAR y PI. Podemos inferir que esta prueba no es la mas adecuada
para ser realizada sobre un tipo de aislamiento cerámico, como es el caso que nos ocupa.
Hay materiales que exhiben muy poca o ninguna absorción dieléctrica lo que explica que
estos indicadores estén muy cercanos a uno.
Las siguientes recomendaciones podrían facilitarnos el análisis de los resultados en
cuanto a estos indices:
No arse de estos indicadores si el material no es polariza-ble. Pruebe otro tipo de
ensayos.
Cada prueba da una vista diferente sobre las condiciones del aislamiento; saber el
verdadero estado del mismo depende de si hemos realizado todas la pruebas pertinentes.
DAR y PI son una relacional a-dimensional auto-contenida por lo que su valor indica
una tendencia. Un valor mayor a 1,6 (DAR) o mayor a 4 (PI) indicaría un excelente
aislamiento. Valores demasiado altos de estos podrían indicar que el aislamiento se
encuentra agrietado, quebradizo o fracturado lo que obviamente no es bueno.
Prueba de Tensión por Pasos
Del cuadro 3.3.2 de valores registrados en esta prueba
resalta inmediatamente la gran diferencia entre las lecturas de resistencia tomadas a distintas tensiones. Esto es cierto para
Rs ,
como para
Rv
y no muy notorio para
Rp ;
la gura
3.3.2 muestra con claridad esta tendencia.
En consecuencia la resistencia de aislamiento del seccionador no pasa las pruebas, su
tasa de variación con respecto a la tensión es muy acentuada por lo que la conclusión lógica
es anticipar su mal estado.
Una practica recomendable antes de una prueba, es inspeccionar visualmente el objeto
en busca de signos de ameo como carbonilla, rastros de algún contaminante y vericar la
integridad de su estructura
Prueba Tiempo Resistencia
Lo dicho esta prueba resulta ser denitiva pues evidencia
el muy mal estado del seccionador; su curva errática comparada con la forma suave y
creciente característica de un buen aislamiento no deja dudas.
Prueba de Impulso de Tensión tipo Rayo
Esta no es posible realizar en este sec-
cionador en particular puesto que el BIL de diseño para él; requiere de niveles de tensión
de prueba que supera por el momento la capacidad que tienen el laboratorio para generar
este impulso.
58
Del Pararrayo
Las partes constructivas del pararrayos destinados a cumplir una función especíca en
caso de una eventualidad electromagnética, se evidencia en los resultados obtenidos en
cada una de las pruebas que en él fueron posible hacer.
Prueba de Absorción Dieléctrica e Indice de Polarización
El cuadro a continua-
ción muestra la asignación de valores y calicación.
Equipo
DAR
Calicación General
Peli.
Peligroso
1.27
Dudoso
Bueno
x
PI
Pararrayos
Peligroso
2.17
Dudoso
Dud.
Bue.
Exce.
Excelente
x
Bueno
x
Excelente
Cuadro 4.3.4: Pararrayos Calicación del Aislamiento Indice DAR y PI
Prueba de Tensión Por Pasos
Esta muestra el particular accionar que tiene la
Rv que
presenta un decrecimiento según se aumenta la tensión. Este comportamiento es propio
de la acción de protección, pues se trata de un varistor cuya resistencia debe disminuir en
función de la tensión creciente estableciéndose así el mecanismo de acción que se espera de
él.
La resistencia supercial a diferencia de la volumétrica, crece continuamente de acuerdo
a la tensión a la que esta sometida. Cualquier sobre-tensión se debe descargar por la
resistencia volumétrica y no por la supercie del pararrayos.
Prueba de Tiempo Resistencia
esto es la de
Rp que
Nos conrma la tendencia del aislamiento del conjunto
en denitiva es la expuesta esta expuesta a la tensión. No podemos
separar la resistencia
Rv y Rs pues
forma un conjunto estructural.
Prueba de Impulso Tipo Rayo
Como se había dicho los recurso del laboratorio están
limitados a una determinada tensión por lo que no se a contemplado esta prueba. Pero es
común que los pararrayos sean diseñados con un muy alto nivel de aislamiento (BIL).
Observaciones Generales
Habiendo reexionado cada prueba realizada en todos los objetos de ensayo no esta
por demás una observación general sobre la resistencia de aislamiento y algunas recomendaciones aplicables a todas las pruebas.
En cuanto A la resistencia de aislamiento observamos que:
El indice DAR y PI no es una prueba realizable, aclaratorio o aplicable a todos los
equipos. Debe aplicarse a materiales de fácil polarización
Las resistencias
Rv , Rs y Rp no siempre revisten la misma importancia en los equipos;
por poner un ejemplo en el caso de los pararrayos, la resistencia sometida a la tensión
de esfuerzo es
Rp , en cambio que para el caso de un aislador tipo carrete la resistencia
expuesta a la tensión siempre es la supercial. Existe una relación evidente entre estas
59
resistencias y se muestran en el siguiente cuadro 4.9. En el se muestra la resistencia
Rp como
la aproximación del paralelo de la supercial y volumétrica al igual que
la corriente
Ip
como la suma de las corrientes de fuga supercial y paralela. Algo
que no podemos pasar por alto es la relación entre las resistencia así como las de
las corrientes (resaltadas en color rojo), del seccionador, no muestran coherencia, lo
que podría servir como una conrmación del mal estado en el que se encuentra el
aislamiento de este objeto.
Equipo
Aislador
Seccionador
Pararrayos
Tensión
[V]
1000
1500
2000
3000
6000
9000
1000
2000
3000
Rs[GΩ]
Rv[GΩ]
Rp[GΩ]
Rp[GΩ]≈
Is[nA]
Iv[nA]
Ip[nA]
Rs∗Rv
Rs+Rv
1060
1580
1710
817
420
165
1060
2110
3160
327
337
338
983
318
141
446
343
325
281
280
281
804
189
162
315
290
285
250
278
282
446
181
76
314
295
295
Ip[nA]≈
Is + Iv
1
1
1.23
3.21
19.9
63.7
1
1
1
3.24
4.70
6.24
3.87
15
57.4
2.37
6.15
9.72
3.77
5.65
7.51
3.93
33.4
58.2
3.36
7.26
11.1
4.24
5.70
7.47
7.08
34.9
124.7
3.37
7.15
10.72
Cuadro 4.3.5: Relación.a Resistencias y Corrientes de Fuga
Vericar la integridad estructural del objeto a ensayar podría ayudar a ahorra tiempo
y realizar un diagnostico mas acertado sobre el aislamiento.
Antes de realizar cualquier ensayo o prueba eléctrica. Establecer los niveles de tensión
de ensayo para evitar errores de medición o algún accidente
Ante pruebas contradictorias. investigar posibles errores de medición a causa de contaminación o humedad o tal-ves a causa de la elección inadecuada de la tensión de
prueba. Si la contradicción no se supera, considerar el resultado menos favorable
como el resultado nal.
60
Bibliografía
[1]
TERCO High Voltage Experiments.-pagina 1
[2]
FLUKE Manual De Uso.-
[3]
MEGGER Pruebas De Aislamiento.- Evaluación de Estado de Equipo de Subestación-
[4]
Comisión Federal De Electricidad.- Coordinación De Distribución.- Pruebas De Resistencia De Aislamiento.-secó 2.3.2
[5]
Comisión Federal De Electricidad.- Coordinación De Distribución.- Métodos de
Medición.- Prueba De Tiempo Resistencia subsección 2.3.2.3.- párrafo a)
[3.1] MEGGER
Pruebas
De
Aislamiento.-
Evaluación
de
Estado
de
Equipo
de
Subestación.- Pruebas en Corriente Continua Aislamiento Sólido.- pagina 4- Dirección
de
Internet:
http://www.pdf/guias_megger/Equipos %20de %20subestaciones.pdf-
Fecha de consulta: 11/30/2011
[3.2] MEGGER
Pruebas
De
Subestación.-Prueba
Aislamiento.-
de
Alto
Potencial
Evaluación
DC.-
de
pagina
Estado
de
Equipo
10-Dirección
de
de
Internet:
http://www.artecing.com.uy/pdf/guias_megger/Equipos %20de %20subestaciones.pdfFecha de consulta: 11/30/2011
[3.3] MEGGER
de
Pruebas
Subestación.-
De
Aislamiento.-
Pruebas
En
Evaluación
Corriente
Alterna-
de
Estado
de
Dirección
de
Equipo
Internet:
http://www.artecing.com.uy/pdf/guias_megger/Equipos %20de %20subestaciones.pdfFecha de consulta: 11/30/2011
[3.4] MEGGER
Pruebas
De
Aislamiento.-
Evaluación
de
Estado
de
Equipo
de
Subestación.-Prueba De Alto Potencial AC.- pagina 16- Dirección de Internet:
http://www.artecing.com.uy/pdf/guias_megger/Equipos %20de %20subestaciones.pdfFecha de consulta: 11/30/2011
[3.5] MEGGER
Pruebas
De
Aislamiento.-
Evaluación
de
Estado
de
Equipo
de
Subestación.- Prueba De Factor De Potencia.- pagina 16- Dirección de Internet:
http://www.artecing.com.uy/pdf/guias_megger/Equipos %20de %20subestaciones.pdfFecha de consulta: 11/30/2011
[6]
Comisión Federal De Electricidad.- Coordinación De Distribución.-Prueba De Factor
de Potencia a los Aislamientos.- sección 2.3.3
[7]
MEGGER
Relación
La
de
Guía
Completa
Absorción
para
Dieléctrica.-
Pruebas
paginas
de
Aislamiento
18-19-Dirección
de
Eléctrico.Internet:
http://www.ingeborda.com/biblioteca/Megger/Guia_pruebas_aislamiento.pdfFecha de consulta: 12/2/2011
61
[8]
IEEE Recommended Practice for Testing Insulation Resistance Rotating Machinery.Polarization index readings.- sección 5.4
[9]
MEGGER
Pruebas
Subestación.-
De
Métodos
Aislamiento.De
Prueba.-
Evaluación
paginas
de
4-5-6-7
Estado
-
de
Dirección
Equipo
de
de
Internet:
http://www.artecing.com.uy/pdf/guias_megger/Equipos %20de %20subestaciones.pdfFecha de consulta: 11/30/2011
[10]
IEC 60 Magnitudes y Deniciones.- Aparte 6.1, 6.2, 6.3.- paginas 27-31-33
[11]
UNE - EN 60060-2 (1997-4) Técnicas de ensayo en alta tensión. Parte 2: Sistema de
medidas
[12]
MEGGER
po
de
de
Pruebas
De
Aislamiento.-
Subestación.-Prueba
Velocidad
de
De
Operaciones.-
Evaluación
Resistencia
pagina
14-
de
De
Estado
de
Equi-
Contactos.-Prueba
Dirección
de
Internet:
http://www.guias_megger/Equipos %20de %20subestaciones.pdf - Fecha 11/30/2011
62
Parte II
Anexo 1
63
Características Eléctricas de los Materiales
Las características mas importantes desde el punto vista eléctrico; y que deben ser
determinados en equipos y materiales utilizados en Alta Tensión son:
Resistencia de Aislamiento
Nivel Básico de Aislamiento
Rigidez Dieléctrica
Resistencia de Aislamiento
La resistencia de aislamiento no es mas que la facilidad
maniesta del material o del objeto bajo ensayo, al paso de la corriente eléctrica.
El modelo básico de un aislamiento eléctrico, como se ve en la gura 1.6.1 nos muestra
la circulación de corriente presente en presencia de una tensión eléctrica.
Figura .0.2: Corrientes en un Dieléctrico ante un Campo Eléctrico DC.
donde:
is
= corriente supercial
iv =
corriente metricara
ic =
corriente capacitiva de carga
ia =corriente
de absorción dieléctrica
Corriente supercial
La corriente supercial es la corriente que circula por la supercie
o exterior del aislamiento y es causadas por varios factores, como la contaminación, la
polución, la humedad a través de los cuales pasa el campo eléctrico.
Corriente metricara
Ella atraviesa o circula por el interior del material aislante y es
esta corriente la que nos permite determinar el estado del aislamiento al interior del mismo.
64
Corriente capacitiva de carga
Forma parte de la corriente de fuga metricara y de-
pende de la capacidad que intrínsecamente se forma cuando el material se expone a una
tensión DC y se maniesta como acumulación de energía de campo eléctrico y puede ser
calculada según:
−t
V
∗ exp RC
R
ic =
donde:
ic .......Corriente
de carga capacitiva
V
......Voltaje en kV
R
......Resistencia en Mega-ohmios
C
.....Capacitancia en microfaradios
t
.......Tiempo en segundos
Corriente de absorción dieléctrica
También forma parte de la corriente metricara;
aparece como resultado del movimiento de cargas, por el efecto polarizan te del campo
eléctrico DC., disminuye cuando disminuye el movimiento de las cargas; su intensidad se
calcula así:
ia = V ∗ C ∗ D ∗ T − n
donde:
ia .....Corriente
V .....Voltaje
de absorción dieléctrica
de prueba en kV
C .....Capacitancia
D....
del equipo bajo prueba, en microfaradios
Constante de proporcionalidad
T .....Tiempo
en segundos
n......Constante
Nivel Básico de Aislamiento
Para caracterizar el aislamiento de los aparatos de
energía de alta tensión se emplea parámetros como el Nivel Básico de Aislamiento para
impulso de rayo y Nivel Básico para Impulso de Interrupción (BIL, por basic lightning
impulse insulation level). Este es un nivel especico del aislamiento expresado en función
del valor de cresta de un impulso estándar de rayo.
65
Parte III
Anexo 2
66
Métodos de Prueba (Ensayos Eléctricos)
Los métodos de prueba o ensayo a ser utilizados en la experimentación depende básicamente del tipo de objeto a ensayar, de lo que nos interesa determinar en el ; así como de
sus características mecánicas y eléctricas.
Métodos Estadísticos
Prueba de Corto Tiempo o Lectura Puntual
Método Tiempo Resistencia
Método de voltaje por pasos
Prueba de Relación de Absorción Dieléctrica
Prueba de Indice de Polarización
Prueba de Descarga Dieléctrica
Los mencionados aquí tienen por objeto determinar el comportamiento de la resistencia
de aislamiento, son pruebas DC, que a diferencia de las que se realizan en AC no son destructivas y mas importante, revelan el estado del material, permitiendo al experimentador
inferí el remplazo o mantenimiento y de ser el caso recomendar o no el empleo del mismo
en una aplicación especica de diseño.
Métodos Estadísticos
Son empleados cuando la variable en estudio posee un compor-
tamiento aleatorio de difícil predicción. Este comportamiento depende del nivel de tensión
nominal de trabajo del aislamiento como de las condiciones medioambientales que por su
naturaleza también son probabilistas. En esta tesis el método va orientado al tratamiento
estadístico de las pruebas de impulso de tensión tipo rayo. A continuación se propone el
procedimiento a seguir:
El tratamiento estadístico empieza por registrar y tabular las disrupciones que se
presentan durante la prueba. Se propone el siguiente cuadro .1 para registrar estos
eventos. Se llenas cada casilla con un si o un no en caso de disrupcion sumando los
resultados positivos para cada tensión de ensayo.
Tensión de Prueba en [kV]
Muestra
U1
U2
U3
....
....
Un
1
No
....
....
....
....
....
2
Si
....
....
....
....
....
3
?
....
....
....
....
....
.....
?
....
....
....
....
....
.....
?
....
....
....
....
....
n
?
....
....
....
....
....
Cuadro .0.6: Modelo de Tabla para Tabular las Disrupciones
El resultado obtenido en el paso anterior se tabulan para su procesamiento en el
cuadro..0.7. Aquí aparece los valores de y(U) que es la aproximación lineal de la
distribución de probabilidades relativas P(U).. No se pude establecer una correspondencia analítica entre los valores de P(U) e y(U) pero la siguiente aproximación se
pude utilizar con las condiciones que se enuncia con ella.
67
U[kV]
nd
Q[ %]
y
U1
nd1
P1(U)
y1
U2
nd2
P2(U)
y2
U3
nd3
P3(U)
y3
....
....
....
....
....
....
....
....
Un
ndn
Pn(U)
yn
Cuadro .0.7: Modelo de Tabla para Tabular Datos de Probabilidad
y =t−
C0 + C1 t + C2 t 2
+ | (Q) |
1 + d1 t + d2 t2 + d3 t3
Donde:
| (Q) |< 4, 5 ∗ 10−4
es el error contenido al usar la aproximación.


q
ln Q12
q
t=
 ln 1 2
(1−Q)
para 0 < Q ≤ 0, 5
para 0, 5 < Q < 1
con:
C0 = 2, 515517
C1 = 0, 802853
C2 = 0, 010328
d1 = 1, 432788
d2 = 0, 189269
d3 = 0, 001308
entonce con U como
el valor de la escala lineal correspondiente a
(
U=
Q
y para 0 < Q ≤ 0, 5
−y para 0, 5 < Q < 1
Esto permitirá determinar la ecuación lineal
y = mU + b
lo que nos permitirá conocer
por extrapolación la probabilidad de ocurrencia de una ruptura a una tensión dada.
Prueba de Corto Tiempo o Lectura Puntual
Los materiales u objetos que se some-
ten a esta prueba, no poseen una característica capacitiva notoria por lo que, la corriente
capacitiva de carga como la corriente de absorción dieléctrica tienden a desaparecer en
poquísimo tiempo. Esto permite una lectura conable de la resistencia de aislamiento.
Se realiza conectado al equipo en prueba a una tensión DC inyectándole energía por
un lapso de 30 a 60 segundos. El valor de la prueba tiene mayor valides si los resultados se
comparan con lecturas realizadas a la misma tensión y temperatura (20 grados) en pruebas
anteriores.
Método Tiempo Resistencia
Basada en el conocimiento del decaimiento que sufre
la corriente de absorción dieléctrica en el tiempo. Propone analizar la tendencia de la
resistencia de aislamiento sometida a una tensón ja y a intervalos de tiempo especícos.
Arrojando resultados concluyentes sin el apoyo de pruebas previas.
Esta se desarrolla tomando lecturas puntuales en esos intervalos especícos. En un
buen aislamiento se espera que al disminuir la corriente que atraviesa el volumen del
aislante su resistencia se incremente, de no ocurrir así diríamos que el mismo se encuentra
comprometido.
68
Método de Voltaje por Pasos
Esta recomendado para aquellos aislamientos que pre-
sentan una alta característica capacitiva, misma que limita la abilidad de una lectura de
corto tiempo o puntual. Las mediciones se realizan a diferentes tensiones, la tendencia en
la lectura de la resistencia debe ser creciente a medida que se incremente el voltaje de
prueba. Se recomienda dos a tres lecturas como mínimo.
Una disminución de la resistencia indicaría un deterioro del aislamiento producto del
envejecimiento, daño del equipo, o contaminación.
Prueba de Absorción Dieléctrica
Se conduce a tensión nominal, tomando lecturas
a los 30 segundos y 60 seguidos de haber iniciado la prueba y se realiza el cociente entre
la lectura a los 60 segundos y la tomada a los 30 segundos. Al igual que en las pruebas
anteriores se juzga la tendencia de la resistencia de aislamiento para determinar el estado
del mismo.
El indice de absorción dieléctrica se lo representa por las siglas DAR y es igual a:
DAR =
R60
R30
donde:
R60 .....Resistencia
a los 60 segundos
R30 .....Resistencia
a los 30 segundos
Prueba de Indice de Polarización
Conocida por sus siglas PI se la determina tomando
una lectura al primer minuto y otra a los 10 minutos de la prueba. Esta es valida para
materiales de fácil polarización; esta prueba podría detectar humedad o contaminación.
La ecuación que la dene es:
IP =
R10
R1
donde:
R10 .....Resistencia
a los 10 minutos
R1 ......Resistencia
al primer minuto
Prueba de Descarga Eléctrica
Esta prueba esta diseñada para revelar el estado del
interior del aislamiento. Explota la característica capacitiva y de absorción del mismo.
Permitiendo que la corriente capacitiva de carga se extinga y midiendo la corrinte circulante
de absorción.
La prueba se realiza inyectando energía al aislamiento por un tiempo entre 10 a 30
minutos luego se deja transcurrir 1 minuto, permitiendo que la corriente capacitiva se
extinga, pues posee una constante de tiempo RC muy reducida. La medición de la corriente
de absorción se realiza de manera indirecta introduciendo una resistencia de medición para
determinarla, por la caída de tensión en la misma aplicando la ley de ohm.
El nivel de lectura de la corriente de absorción determina el estado de aislamiento,
una lectura alta indica contaminación generalmente por humedad, seguramente porque el
aislamiento se encuentra fracturado o agrietado, una lectura de corriente baja nos dirá
que el aislamiento se encuentra en buen estado; estas lecturas son inuenciada por la
temperatura por lo que se aconseja tomar anotación de ella.
El indicador se representa por la siglas DD y viene dado por:
69
DD = ia (en nA)/[V oltaje de P rueba (en V ) ∗ Capacitancia (en mf )]
Podemos utilizar el cuadro 4.3.2 comparativo con el n de usarlos como valores referenciales.
Descarga Dieléctrica
Condición del
Resultante
Aislamiento
Mayor a 7
Malo
Mayor a 4
Pobre
Entre 2 y 4
Cuestionable
Menor de 2
Bueno
Cuadro .0.8: Valores Referencia-les de la Prueba Descarga Dieléctrica
70
Parte IV
ANEXO 3
71
Cuadro .0.9: Hoja de Datos del Aislador 52.1
72
Parte V
ANEXO 4
73
Figura .0.3: Descripción del Pararrayos de 18 kV-15.3 kV MCOV
74
Figura .0.4: Características Eléctricas del Pararrayos
75
Parte VI
ANEXO 5
76
Pruebas y Normas de Diseño
Aislador
Tipo
Prueba
Norma
Clausula
Poliméricos
Retención
Contorneo Frecuencia
ANSI C29.13
8.1
ANSI C29.13
8.2
ANSI C29.13
8.3
Industrial Seco
Polimérico
Retención
Contorneo Frecuencia
Industrial Húmedo
Polimérico
Retenció
Voltaje Critico Impulso
Plimérico
Retención
Radio Interferencia
ANSI C29.13
8.4
Polimérico
Pin
Contorneo Frecuencia
ANSI C29.5 O
8.2.1
Industrial Seco
ANSI 29.6
ANSI C29.5 O
Positivo y Negativo
Polimérico
Pin
Contorneo Frecuencia
Industrial Húmedo
ANSI 29.6
Polimérico
Pin
Voltaje Critico Impulso
ANSI C29.5
Positivo y Negativo
ANSI C29.6
Radio Interferencia
ANSI C29.5
Polimérico
Pin
8.2.2
8.2.3
8.2.4
ANSI C29.6
Polimérico
Line Post
Eléctricas
IEC 61952
11.1
Porcelana
Line Post
Contorneo Frecuencia
ANSI C29.7
8.2.1
ANSI C29.7
8.2.2
ANSI C29.7
8.2.3
ANSI C29.7
8.2.4
Industrial Seco
Porcelana
Line Post
Contorneo Frecuencia
Industrial Húmedo
Porcelana
Line Post
Voltaje critico Impulso
Positivo y Negativo
Porcelana
Line Post
Radio Interferencia
Cuadro .0.10: Referencias Especicas - Normas de Ensayos
Prueba de Rutina.- Tensión de Contorneo de
Aisladores de Porcelana o Vidrio
Tipo
Norma
Clausula
Retención
ANSI C29.2
8.4.4
Pin
ANSI C29.5 -
8.4
ANSI C29.6
Line Post
ANSI C29.7
8.4.1
Cuadro .0.11: Normas de Prueba de Contorneo
Pruebas y Normas.- Guía de consulta, norma y ensayo según el tipo de objeto
Descripción de algunos acápites de interés para la ejecución de los ensayos
Pruebas de Rutina
ANSI C29.2
Para Aisladores De Porcelana O Vidrio Tipo Retención.
Ensayos De Voltaje De Contorneo_Clausula (8.4.4).
Cada aislador de porcelana será sometido a una prueba de rutina de un contorneo
según7.1 de la norma ANSI C29.1. Todos los aislantes cumplirán con los requisitos de esta
norma.
Para Aisladores De Porcelana Tipo Pin.
ANSI C29.6
77
Ensayos De Voltaje De Contorneo_Clausula (8.4).
Cada aislador de porcelana será sometido a una prueba de rutina de un contorneo
según7.1 de la norma ANSI C29.1. Todos los aislantes cumplirán con los requisitos de esta
norma.
Para Aisladores De Porcelana Tipo Line Post (Pilar).
ANSI C29.7
Ensayos De Voltaje De Contorneo_Clausula (8.4.1).
Cada núcleo aislante de la cavidad podrá ser sometido a una prueba de contorneo, de
conformidad con la cláusula 7.1 de la norma ANSI C29.1. Para esta prueba, un electrodo
se coloca en cada lado de, y junto a la barrera de porcelana. Todos los aislantes que la
punción no cumple con los requisitos de esta norma.
78
Parte VII
Test Methods for Electrical Power
Insulators
79
Secretariat
National Electrical Manufacturers Association
Approved as an
American National Standards Institute, Inc.
NOTICE AND DISCLAIMER
The information in this publication was considered technically sound by the consensus
of persons engaged in the development and approval of the document at the time it was
developed. Consensus does not necessarily mean that there is unanimous agreement among
every person participating in the development of this document.
The National Electrical Manufacturers Association (NEMA) standards and guideline
publications, of which the document contained herein is one, are developed through a voluntary consensus standards development process. This process brings together volunteers
and/or seeks out the views of persons who have an interest in the topic covered by this
publication. While NEMA administers the process and establishes rules to promote fairness in the development of consensus, it does not write the document and it does not
independently test, evaluate, or verify the accuracy or completeness of any information or
the soundness of any judgments contained in its standards and guideline publications.
NEMA disclaims liability for any personal injury, property, or other damages of any
nature whatsoever, whether special, indirect, consequential, or compensatory, directly or
indirectly resulting from the publication, use of, application, or reliance on this document.
NEMA disclaims and makes no guaranty or warranty, express or implied, as to the accuracy
or completeness of any information published herein, and disclaims and makes no warranty
that the information in this document will fulll any of your particular purposes or needs.
NEMA does not undertake to guarantee the performance of any individual manufacturer
or seller's products or services by virtue of this standard or guide.
In publishing and making this document available, NEMA is not undertaking to render
professional or other services for or on behalf of any person or entity, nor is NEMA undertaking to perform any duty owed by any person or entity to someone else. Anyone using
this document should rely on his or her own independent judgment or, as appropriate,
seek the advice of a competent professional in determining the exercise of reasonable care
in any given circumstances. Information and other standards on the topic covered by this
publication may be available from other sources, which the user may wish to consult for
additional views or information not covered by this publication.
NEMA has no power, nor does it undertake to police or enforce compliance with the
contents of this document. NEMA does not certify, test, or inspect products, designs, or
installations for safety or health purposes. Any certication or other statement of compliance with any health or safety-related information in this document shall not be attributable
to NEMA and is solely the responsibility of the certier or maker of the statement.
Approval of an American National Standard requires verication by ANSI that the
requirements for due process, consensus, and other criteria for approval have been met by
the standards developer.
Consensus is established when, in the judgment of the ANSI Board of Standards Review, substantial agreement has been reached by directly and materially aected interests.
Substantial agreement ineans much more than a simple majority, but not necessarily unaniinity. Consensus requires that all views and objections be considered, and that a concerted
eort be made toward their resolution.
The use of American National Standards is completely voluntary; their existence does
not in any respect preclude anyone, whether he has approved the standards or not, from
80
manufacturing, marketing, purchasing, or using products, processes, or procedures not
conforming to the standards.
The American National Standards Institute does not develop standards and will in
no circumstances give an interpretation of any American National Standard. Moreover,
no person shall have the right or authority to issue an interpretation of an American
National Standard in the name of the American National Standards Institute. Requests
for interpretations should be addressed to the secrefariat or sponsor whose name appears
on the title page of this standard.
CAUTION NOTICE:
This American National Standard may be revised or withdrawn
at any time. The procedures of the American National Standards Institute require that
action be taken perioäically to rearm, revise, or withdraw this standard. Purchasers of
American National Standards may receive current information on all standards by calling
or writing the American National Standards Institute.
81
American National Standard for Electrical Power Insulators - Test Methods
.1. Scope
.2.1.5.
A cap and pin insulator is an assembly
This standard comprises a manual of
test methods to be followed in making tests
to determine the characteristics of electrical
power insulators, as dened herein. Individual tests shall be made only when specied.
.2. Denitions
Cap and Pin Insulator.
of one or more shells with metallic cap .
and pin, having means for direct and rigid
mounting.
.2.1.6.
Line Insulator (Pin, Post).
A line hsulator.is an assembly of one or
more shells, having means for semirigidly
supporting line conductors.
NOTE: Denitions as given
herein apply specically to the
subject
treated
in
this
.2.1.7.
stan-
see
American
National
Stan-
An apparatus insulator is an assembly
dard Dictionary of Electrical and
of one or more apparatus- insulator units,
Electronics Terms, ANSI/IEEE
having means for rigidly supporting electric
100-1988.
equipment.
.2.1. Insulators and Parts
.2.1.1.
Apparatus Insulator (Cap and
Pin, Post).
dard. For additional denitions
2.1.7.1 Unit.
Insulator.
An apparatus-insulator unit is an assem-
An insulator is a device intended to give
bly of one ormore shelis with attached metal
exible or rigid support to electric conduc-
parts, the function of which is to support
tors or equipment and to insulate these con-
rigidly a conductor, bus, or other conduct-
ductors or equipment from ground or from
ing elements on a structure or base member.
other conductors or equipment.
An insulator comprises one or more in-
2.1.7.2 Stack.
sulating parts to which connecting devices
(metal ttings) are often permanently attached.
.2.1.2.
An apparatusinsulator stack is a rigid assembly of two or more apparatus-insulator
units.
Shell.
.2.1.8.
Suspension Insulator.
A shell is a single insulating member,
A suspension insulator is an insulator
having a skirt or skirts without cement or
with attached metal parts having means for
other connecting devices, intended to form
nonrigidly supporting electric conductors.
a part of an insulator or an insulator assembly.
2.1.8.1 Unit.
.2.1.3.
A suspension-insulator unit is an assem-
Pin Insulator.
bly of a shell and hardware, having means
A pin insulator is an insulator having
for nonrigid coupling to other units or ter-
means for rigid mounting on a separable pin.
minal hardware.
.2.1.4.
2.1.8.2 String.
Post Insulator.
A post insulator is an insulator of gener-
A suspension-insulator string is an as-
ally columnar shape, having means for direct
sembly of two or more suspension insulators
and rigid mounting.
in tandem.
82
.2.1.9.
2.2.3.1 Dry withstand voltage tests are
Strain Insulator.
Astrain insulator is an insulator gener-
tests as described in
4.4.
ally of elongated shape, with two transverse
2.2.3.2 Wet withstand voltage tests are
holes or slots.
tests as described in
4.5.
2.2.3.3 Dew withstand voltage tests
.2.1.10.
are tests as described
Spool Insulator.
A spool insulator is an insulator of gener-
.2.2.4.
Puncture
Voltage.
ally cylindrical form having an axial mounting hole and a circumferential groove or
grooves for the attachment of a conductor.
Low-Frequency
in 4.6.
A lowfrequency puncture voltage of an
insulator is the rootmean- square value of
the low-frequency voltage that, under spec-
.2.1.11.
ied conditions, causes disruptive discharge
Wire Holder.
through any part of the insulator. Puncture
A wire holder is an insulator of generally
tests are tests as described in 4.1 1.
cylindrical or pear shape, having a hole for
securing the conductor and a screw or bolt
for mounting
.2.3. Impulse Voltages
.2.3.1.
.2.2. Low-Frequency Voltages
.2.2.1.
Impulse Wave.
An impulse wave is a unidirectional surge
generated by the release of electrical energy
Low Frequency.
into an impedance network.
Low frequency, as used in this standard,
means any frequency between 15 and 100
.2.3.2.
hertz.
Impulse Flashover Voltage.
An impulse ashimpulse over voltage of
an insulator is the crest value of the impulse
.2.2.2.
Low-Frequency
Flashover
Voltage.
A lowfrequency ashover voltage of an
wave that, under specied conditions, causes
ashover through the surrounding medium.
.2.3.3.
insulator is the root. mean-square value of
Critical
Impulse
Flashover
Voltage.
the low-frequency voltage that, under specied conditions, causes a sustained disruptive
The critical impulse ashover voltage of
discharge through the surrounding medium.
an insulator is the crest value of the impulse wave that, under specied conditions,
2.2.2.1 Dry ashover voltage tests are
tests as described in
4.2.
.2.2.3.
Low-Frequency
medium .on 50% of the applications.
Im-
pulse ashover voltage tests are tests as de-
2.2.2.2 Wet ashover voltage tests are
tests as described in
causes ashover through the surrounding
4.3.
scribed in 4.7.
.2.3.4.
Withstand
Voltage.
Impulse Withstand Voltage.
The impulse withstand voltage of an insulator is the crest value of an applied im-
A lowfrequency withstand voltage of an
pulse voliage that, under specied condi-
insulator is the rootmean-square value of the
tions, does not cause a ashover, puncture,
low-frequency voltage that, under specied
or disruptive discharge on the test specimen.
impulse withstand voltage tests are tests
conditions, can be applied without causing
ashover or puncture.
as described in 4.8.
83
.2.4. Mechanical Strength
.2.4.1.
dry ashover test.
Ultimate Mechanical Strength.
The ultimate mechanicd strength of an
(Surfaces coated with
semiconducting glaze shall be considered '
as eective leakage surfaces, and leakage distance over such surfaces shali be included
insulator is the load at which any part of the
in the leakage distance.)
insulator fails to perform its function of pro-
Distance.
viding a mechanical support without regard
insulator is the shortest distance through
to electrical failure.
the surrounding medium between terminai
Ultimate mechanical-
2.5.3 Dry-Arcing
The dry-arcing distance of an
electrodes, oc the sum of the distances be-
strength tests are tests as described in 5:l.
tween intermediate electrodes, whichever is
.2.4.2.
Combined
Mechanical
and
Electrical Strength (Suspen-
the shorter, with the insulator mounted for
dry ashover test.
sion Insulator).
The combined mechanical and electrical
.2.5.1.
Radio-Inuence Voltage.
strength of a suspension insulator is the me-
The radio-inuence voltage of an insula-
chanical load at which the insulator fails
tor is the radio-frequency voltage measured
to perform its function either electrically or
under specied conditions. Radio-inuence
mechanically, when voltage and mechanical
voltage tests are tests as described in 4.9.
stress are applied simultaneously.
bined
mechanical-
and
A com-
electrical-strength
test is a test as described in 5.2.
.2.4.3.
Time-Load
Withstand
Strength.
The time-load withstand strength of an
.3. Test-Specimen Mounting
for Electrical Tests
.3.1. Suspension Insulators
.3.1.1.
insulator is the mechanical load that, under
specied conditions, can be continu.
ously
applied without mechanical or electrical failure. A time-load withstand test is a test as
described in 5.3.
.2.4.4.
Mounting Arrangement.
Unless otherwise specied, the test specimen (unit or string) shall be suspended vertically at the end of a grounded conductor
so that the vertical distance from the uppermost point of the insulator hardware to the
supporting structure shall be not less than 3
Mechanical-Impact Strength.
feet (9 14 mm).
The rnechanicalimpact strength of an insulator is the impact which, under speci-
.3.1.2.
Energized Electrode.
ed conditions, the insulator can withstand
without damage.
The energized or bottom electrode or
- A mechanical-impact
strength test is a test as described in 5.1.2.2.
conductor shall be a straight, smooth rod
or tube having an outside diameter not less
.2.5. Miscellaneous
than 314 inch (19 mm) nor more than 1-112
inches (38 mm). It shall be coupled to the
2.5.1 Test Specimen. A test specimen is
lower integral tting of the test specimen so
an insulator which is representative of the
that the distance from the lowest edge of the
product being tested; it is a specimen that
insulator shell to the upper surface of the
is undamaged in any way which would in-
electrode shall be between 0.5 and 0.7 of the
uence the result of the test.
diameter of the lowest insulator.
2.5.2 Leak-
The con-
age Distance. The leakage distance of an in-
ductor shall be horizontal and at right angles
sulator is the sum of the shortest distances
to the axis of the test specimen.
measured along the insulating surfaces be-
ductor shall be of such length that ashover
tween the conductive parts, as arranged for
will not be initiated at the electrode ends.
84
The con-
.3.1.3.
Proximity of Other Objects.
not smaller than No.
No objects, other than parts of the test
assembly, shall be nearer the test specimen
or energized electrodes than 1-1/2 times the
test-specimen dry-arcing distance, with a
minimum allowable distance of 3 feet (9 14
Wire Gage), the ends being closely wrapped
around the conductor on each side of the insulafor.
.3.2.4.
mm).
Proximity of Other Objects.
No objects, other than parts of the test
assembly, shall be nearer the test specimen
.3.2. Line Insulators (Pin, Post)
.3.2.1.
8 AWG (American
Mounting
or energized electrodes than 1-1/2 times the
Arrangement
(Crossarm).
test-specimen dry-arcing distance, with a
minimum al. lowable distance of 3 feet (914
mm).
Unless otherwise specied, the supporting crossarm shall be a horizontal, straight,
smooth , grounded, metallic tube or structural member having a horizontal width not
less than 3 inches (76 mm) nor more than 6
.3.3. Apparatus Insulators (Cap
and Pin, Post)
.3.3.1.
inches (152 mm). It shall be of such length
that ashover will not be initiated at its
ends.
.3.2.2.
Mounting Arrangement.
Unless otherwise specied, the test specimen shall be mounted vertically upright
on a horizontal, grounded 10-inch (254-mm)
channel, with the channel anges project-
Mounting Pin (If Required).
ing down. A subbase shallbe used if the in-
When a separable pin is required, the
sulator characteristics are predicated on its
test specimen shall be mounted vertically on
use. The supporting channel shall be of such
a 1-inch (25-mm) diameter metal pin of such
length that askover will not be initiated at
length that the shortest dry.arcing distance
its ends, and its top surface shall be not less
from the upper electrode and
than 3 feet (914 mm) above the ground.
connected
metallic parts to the supporting crossarm
shall be 25% greater than the similar distance to the pin.
.3.3.2.
Energized Electrode.
The pin shall be coaxial
Insulators having
The energized or top electrode or con-
integrally assembled means for mounting on
ductor shall be a horizontal round rod or
a crossarm shall be mounted vertically and
tube at right angles to the supporting chan-
directly on th'e test crossam.
nel, and of a diameter approximately 5% of
with the test specimen.
the test-specimen dry-arcing distance within
.3.2.3.
the limits of 4-1/2 inches (1 14 mm) maxi-
Energized Electrode.
mum and 112 inch (13 mm) minimum. The
The energized or top electrode or con-
length of the conductor shall be such that
ductor shall be a horizontal round rod or
ashover will not be initiated at its ends. It
tube placed at right angles to the support-
shall be mounted directly in contact with the
ing crossarm, and 0f.a diameter not less than
top integral tting of the test specimen, and
1/2 inch (13 mm). It shail be of such length
with its horizontal axis in the same vertical
that ashover will not be initiated at its
plane as the vertical axis of the test speci-
ends. The conductor shall be placed in the
men.
top conductor groove of the test specimen.
When there is no top conductor groove, the
conductor shall be placed in the other means
.3.3.3.
Proximity of Other Objects.
provided for the conductor support. If a tie
No objects, other than parts of the test
wire is to be used, the conductor shall be se-
assembly, shall be nearer the test specimen
cured by means of at least two turns of wire
or energized electrodes than 1-1/2 times the
85
test-specimen dry-arcing distance, with a
other ends of the straps shall be suitably
minimum allowable distance of 3 feet (9 14
connected to a grounded Support.
mm).
.3.5.2.
.3.4. Strain insulators
.3.4.1.
Energized Electrode.
The energized electrode shall consist of
one turn of No.
Mounting Arrangement.
8 AWG conductor placed
around the wire groove and served back on
Unless otherwise specied, the test spec-
itself. This conductor shall be carried away
imen shall be mounted in a position with
from the test specimen parallel to and in a
its major axis at 45 degrees from the ver-
direction opposite to the supporting straps.
tical (for wet ashover test, the major axis
shall be at right angles to the spray direc-
.3.5.3.
tion, and the axis of the upper conductor
hole or slot shall be horizontal), using exible metal conductors of approximately 50%
of the hole diameter. The conductors shall
be clamped with guy clamps, spaced from
the test specimen at a distance not less than
the test-specimen length.
Mechanical ten-
sion sucient to avoid appreciable sag in the
setup shall be applied to the test specimen.
Proximity of Other Objects.
No objécfs, other than parts of the test
assembly, shall be nearer to the test specimen or energized electrodes than 1 foot (305
mm).
.4. Electrical Tests
.4.1. General.
The lower conductor shall be grounded.
Test specimens used for the tests in this
section shall have clean insulating surfaces.
.3.4.2.
Proximity of Other Objects.
No objects, other than parts of the test
assembly, shall be nearer the test specimen
or energized electrodes than 1-1/2 times the
.4.2. Low-Frequency Dry Flashover
Voltage Tests
.4.2.1.
dry-arcing distance of the test specimen,
with a minimum allowable distance of 1 foot
(305 mm).
test-specimen
mounting
for
dry
ashover voltage tests shall be in accordance
with Section 3.
.3.5. Spool Insulators
.3.5.1.
The
Mounting Arrangement.
.4.2.2.
Mounting Arrangement.
The
The test specimen shall be mounted horizontally or vertically [as specied in Fig. 1
through 5 of American National Standard
for Wet-Process Porcelain Insulators (Spool
Type), ANSI C29.3-1986) , and in contact
with two smaothmetallic straps 1-1/2 inches
(38 mm) wide and of any suitable thickness.
A rod of suitable diameter shall pass through
Voltage Application.
initiai
applied
voltage
may
be
quickly raised to approximately 75% of the
expected average dry ashover voltage value.
The continued rate of voltage increase shall
be such that the time to ashover will be not
less than 5 seconds nor more than 30 seconds
after 15% of the ashover value is reached.
.4.2.3.
Dry Flashover Voltage Vdue.
the axial hole of the test specimen and one
The dry ashover voltage value of a test
end of each of the straps. The straps shall
specimen shall be the arithmetical mean of
extend horizontally in one direction from the
not less than ve individual ashovers taken
rod and remain parallel to each other for a
consecutively. The period between consecu-
distance from the test specimen of not less
tive ashovers shall be not less than 15 sec-
than the height of the test specimen.
onds nor more than 5 minutes.
The
86
.4.2.4.
Corrections
b =barometric pressure, in inches of mercury
4.2.4.1 Standard Conditions.
f
Dry ashover voltage values shall be cor-
=temperature
t0 =wet-bulb
tional Standard Techniques for High-Voltage
grees Fahrenheit
Testing, ANSI/IEEE 4-1978, except the fol-
29.92 inches
(1 0.086 X 1 O'
P h =vapor pressure, in pascals
P =pressure, in pascals, of saturated
77'F (25OC)
mercury
(2.051
X
temperature of air, in de-
where
pascals)
0.6085 inch of
degrees
P h = P s − 0.0876b(t − t0 )(1 + 0.00115t0 )
of mercury
Vapor pressure:
in
For SI units:
lowing standard conditions shall apply:
Temperature:
air,
Fahrenheit
rected in accordance with American Na-
Barometric pressure:
of
aqueous vapor at
temperature t'
lo3
b =barometric
pascals)
pressure, in pascals
t = temperature of air, in degrees Celsius
t0 =wet-bulb
Humidity and relative air density corrections shall be calculated in accordance with
temperature of air, in de-
grees Celsius
4.2.4.2 and 4.2.4.3
4.2.4.3 Air Density.
4.2.4.2 Humidity.
The dry ashover voltage value shall be
corrected to standard humidity conditions in
accordance with the curves in Fig. 1. (Humidity correction curves are not available for
spool and strain insulators.)
The vapor pressure shall be determined
The dry ashover voltage value shall be
coxrected to standard atmospheric temperature and pressure conditions. To do so, divide the measured voltage value by the relative air density correction factor, Kd, Calculated in one of the following ways:
For US. customary units:
by the following procedure:
Humidity shall be measured with wet-
kd = 17,95
and dry-bulb thermometers, the air being
circulated past the thermometers at a vewhere
locity of 3 meters (9.84 feet), or more, per
P =barometric pressure in inches of mer-
second, or with the sling psychrometer. The
measurements shall be reduced to vapor
cury
T =air
pressure with the assistance of the Smithsonian Meteorological Tables or by the fol-
P
(460 + T )
temperature in degrees Fahren-
heit
lowing formulas:
For Si units:
For U.S. customary units:
Ph = Ps − 0,00367b(t − t, )(1 +
P Kd = 0.002955 − (273 + T )
t, − 32
)
1571
where
Where
P h =vapor
pressure, in inches of mer-
P =barometric pressure in pascals
T =air temperature in degrees Celsius
or
cury
P =pressure, in inches of mercury, of satkd = 0,032
urated aqueous
vapor at temperature t'
87
p
(273 + T )
where
ashover will be not less than 5 seconds nor
P =barometric pressure in millimeters of
more than 30 seconds after 75% of the wet
mercury
ashover voltage value is reached.
T =air
temperature in degrees Celsius
.4.3.5.
Wet Flashover Voltage Value.
.4.3. Low-Frequency Wet Flashover The wet ash. over voltage value of a
Voltage Tests
test specimen shall be the arithmetical mean
.4.3.1.
The
Mounting Arrangement.
test
specimen
mounting
for
of not less than ve individual ashovers
wet
ashover voltage jests shall be in accordance
with Section 3.
.4.3.2.
taken consecutively.
15 seconds nor more than 5 minutes.
.4.3.6.
Precipitation.
The precipitation shall be applied in accordance with subsection L3.3.2 and Table
1.2 (Practice in USA) of ANSI/IEEE 4-1978.
The period between
consecutive ashovers shall be not less than
Corrections.
Corrections shall be made in accordance
with 4.2.4, except that no correction for humidity shall be made.
.4.4. Low-Frequency Dry Withstand Voltage Tests
.4.4.1.
The
Mounting Arrangement.
test-specimen
mounting
for
dry
withstand voltage tests shall be in accordance with Section 3.
.4.4.2.
Voltage Application.
75% of the rated dry withstand voltage
may be applied in one step and gradually
raised to the required value in not less than
5 nor more than 30 seconds.
.4.4.3.
Figure .4.1: Low-Frequency Humidity Correction Factors
Test Voltage and Time.
The test voltage, which is the rated dry
withstand voltage with appropriate atmospheric corrections applied, shall be held on
.4.3.3.
Preparation of Test Specimen.
The preparation of the test specimen
shall
be
in
accordance
with
subsection
the test specimen for 1 minute.
.4.4.4.
Corrections.
Corrections shall be made in accordance
1.3.3.2 of ANSI/IEEE 4-1978.
with 4.2.4.
.4.3.4.
existing atmospheric conditions is obtained
Voltage Application.
At not less than 1 minute after the nal
adjustment of the spray, the applied voltage may be raised quickly to approximately
from the rated withstand voltage, as given
for standard atmospheric conditions, by use
of the following equation:
75% of the expected average wet ashover
voltage value.
The test voltage applicable to
V = Vs ×
The continued rate of volt-
age increase shall be such that the time to
88
where
δ
H
V =test
where
Voltage, in kilovolts, applied to
V =test
test specimen
Vs =rated withstand voltage, in kilovolts
S =relative air density
H =humidity correction factor applica-
voltage, in kilovolts, applied to
test specimen
Vs =rated withstand voltage, in kilovolts
δ =relative air density
ble for the particular test specimen
.4.6. Low-Frequency Dew Withstand Voltage Tests
.4.5. Low-Frequency Wet Withstand Voltage Tests
.4.6.1. Preparation of Test Specimen.
.4.5.1.
Mounting Arrangement.
The
test-specimen
mounting
for
The test specimen shall be placed in a
wet
chamber having a temperature of from -10°C
withstand voltage tests shall be in accor-
to -15°C (14°F to 5°F) until the specimen is
dance with Section 3.
thoroughly cooled. (Cooling may take 10 to
12 hours.)
.4.5.2.
Precipitation.
The precipitation shall be applied in ac-
.4.6.2.
Mounting Arrangement.
cordance with subsection 1.3.3.2 and Table
The test specimen shall be mounted in
1.2 (Practice in USA) of ANSI/lEEE 4-1978.
accordance with Section 3 in a test chamber having a temperature of approximately
.4.5.3.
Preparation of Test Specimen.
The preparation of the test specimen
shall
be
in
accordance
with
subsection
77'F (25°C). The relative humidity in the
test chamber shall be approximately 100%.
This may be obtained by passing live steam
at atmospheric pressure into the chamber.
1.3.3.2 of ANSI/IEEE 4-1978.
.4.6.3.
.4.5.4.
Voltage Application.
Voltage Application.
The voltage shall be raised rapidly to
75% of the rated wet withstand voltage
dew withstand test voltage, while the test
may be applied in one step and gradually
suecimen is completely covered with dew.
raised to the required value in not less than
The time to raise the voltage shall bé not
5 nor more than 30 seconds.
more than 20 seconds.
.4.5.5.
.4.6.4.
Test Voltage and Time.
Test voltage and Time.
The test voltage, which is the rated wet
The test voltage, which is the rated dew
withstand voltage, with appropriate atmo-
withstand voltage with appropriate atmo-
spheric corrections applied, shall be held on
spheric corrections applied, shall be held on
the test specimen for 10 seconds.
the test specimen for 10 seconds.
.4.5.6.
.4.6.5.
Corrections.
Corrections shall be'made in accordance
Corrections shall be in accordance with
4.2.4,
except that no correction shall be
made for humidity. The test voltage applicable to existing atmospheric Conditions is obtained from the rated withstand voltage, as
given for standard atmospheric conditions,
by use of the following equation:
Corrections.
with 4.5.6
.4.7. Impulse Flashover Voltage
Tests
.4.7.1.
General.
Impulse ashover voltage tests are made-
V =Vs × δ
under dry conditions only.
89
.4.7.2.
Mounting Arrangement.
The test-specimen mounting for impulse
ashover voltage tests shall be in accordance
with Section 3.
.4.7.3.
.4.8.1.
General.
Impulse
IrnpulseVoltage Wave.
withstand
voltage
tests
are
made to determine that the test specimen is
All tests shall be made with a 1.2 X
50-microsecond wave,
.4.8. Impulse Withstand Voltage
Tests
in accordance with
capable of withstanding a specied impulse
voltage.
ANSI/IEEE 4-1978
.4.7.4.
Critical
Impulse
Flashover
Voltage Value.
.4.8.2.
The test-specimen mounting for impulse
The critical impulse ashover voltage
shall
be
detetmined
in
accordance
with
withstand voltage tests shall be in accordance with Section 3.
ANSI/IEEE 4-1978.
.4.7.5.
Mounting Arrangement.
Volt-Time Flashover Cuives.
The volt-time ashover cumes shall be
.4.8.3.
Corrections.
determined in accordance with ANSIIIEEE
Corrections shall be made in accordance
4-1978
with 4.4.4, except that the curves in Fig. 2
.4.7.6.
Corrections.
4.7.6.1
Critical
Impulse
shall be used.
Flashover
Voltage.
4.8.4 Voltage Application. impulse withstand voltage tests shall be made with an
impulse of that polaiity which produces the
The critical impulse ashover voltage
lower ashover voltage on the test specimen.
value shall be corrected to standard condi-
Three consecutive impulses shall be applied
tions in accordance with 4.2.4, except that
to the test specimen.
the curves in Fig. 2 shall be used.
each shall be not less than the specied im-
The crest voltage of
pulse withstand voltage, with appropriate
atmospheric corrections.
4.7.6.2 Volf-Time Curves.
The full air-density corrections shall be
applicable. The humidity correction shall be
made as follows:
(1) When the critical ashover voltage
.4.9. Radio-Inuence
Tests
Voltage
value occurs at more than 10 microseconds,
full corrections shall be applied to all values
.4.9.1.
Mounting Arrangement.
with time lags of 10 microseconds or more.
When ashover above critical voltage occurs
The test-specimen mounting shall be in
at less than 10 microseconds, the correction
accordance with Section 3, except that the
shall be reduced in the direct ratio that the
clearance to objects, other than parts of the
time to ashover bears to 10 microseconds.
test assembly, shall in no case be less than 3
(2) When the critical ashover voltage
feet (914 mm) per 100 kilovolts of test volt-
value occurs at less than 10 microseconds,
age.
the correction shall be reduced in the direct
circuit shall be relatively free of radio inu-
ratio that the time to ashover bears to the
ence at a voltage 10% higher than the volt-
time at the critical ashover.
age at which the tests are to be performed.
90
All haidware assocjated with the test
if suitable correction factors should be determined, they could be applied to previous
measure. ments.
.4.9.4.
Precautions in Making RadioInuence Voltage Tests.
The following precautions should be observed when making a radio-inuence voltage test on a test specimen:
(1) The test
specimen should be at approximately the
same temperature as the room in which the
test is made. (2) The test specimen should
be clean.
(3) In some c.ases it may be
found that the radioinuence voltage falls o
Figure .4.2:
Impulse Humidify Correction
rapidly after the 60-hertz voltage has been
applied for a short time. In such cases it is
Factors
permissible to stabilize conditions by preex-
.4.9.2.
citing the test specimen at normal operating
Equipment.
voltage for a period not to exceed 5 minutes
The equipment used in making the radio-
before proceeding with the tests.
inuence voltage tests shall be in accordance
with NEMA 107-1964 (R1987), Methods of
.4.9.5.
Measuring Radio Noise?
4.9.5.1 Radio-Inuence Voltage.
4.9.2.1 Wave Shape.
The wave shape of the a p plied voltage
shall
be
a
sine
wave
of
acceptable
commcrcia1 standards in accordance with
ANSI/IEEE 4-1978.
The specied voltage shall be applied to
the test specimen, and the radio-inuence
voltage shall be measured in microvolts at
the specied radio frequency.
It is consid-
ered impractical to read radio-inuence test
voltages that are less than 10 microvolts.
4.9.2.2 Supply-Voltage Frequency.
The frequency of the supply voltage shall
be 60 hertz k 5%.
.4.9.3.
Methods of Making Tests
4.9.5.2
Radio-Inuence
Characteris-
tics.
Atmospheric Conditions.
The radio-inuence characteristics are
Tests shall be conducted under atmospheric conditions prevailing at the time and
place of test, but it is recommended that
determined
against
the
by
plotting
the
corresponding
test
voltage
radioinuence
voltage.
tests be avoided when the vapor pressure
exceeds 0.6 inch of mercury (2.02
∗ 103
pas-
cals). Since the eects of humidity and air
density upon the radio-inuence voltage are
.4.10. Visual CoronaTest
.4.10.1.
General.
not denitely known, no correction factors
To assist in locating a source of radio-
are recommended for either at the present
time.
However,
it is recommended that
inuence voltage, a corona test may be per-
barometric pressure and dry- and wet-bulb
formed.
thermometer readings be recorded so that
oughly darkened room.
91
The test shall be made in a thor-
.4.10.2.
.4.11.3.
Mounting Arrangement.
Percent Average Variation of
Puncture Volt age.
The test-specimen mounng shall be in
accordance with 4.9.1.
The percent average variation of the
puncture voltage is determined as follows:
.4.10.3.
Procedure.
Let
V I, V 2, V 3 ..., V n =individual
A voltage well above the corona point
shall be applied and slowly lowered until
values, in kilovolts
all discharges disappear from the test specimen.
V =average
The point of disappearance shall be
the corona voltage. The observer's eyes shall
punc-
ture voltage
puncture volt-
age, in
be thoroughly accustomed to the darkened
kilovolts
room before making visual observations.
then
.4.11. Puncture Tests
.4.11.1.
Mounting Arrangement.
V =
Puncture tests shall be performed on
fully assembled insulators only.
(V1 + V2 + V3 , ... + Vn )
n
Let
The test
a1 = V − V1
a2 = V − V2
a3 = V − V3
An = V − Vn
specimen shall be inverted and immersed in
insulating oil having a sucient dielectric
strength to prevent external ashover of the
specimen.
The oil shall be at least 6 inches (152
mm) deep over all parts of the test specimen. Voltage shall be applied between the
NOTE:
integrally assembled electrode (cap and pin)
positive: that is, neglect the slgns.
Consider all these values of n as
on all units having these parts. In the case
Let
of pin insulators having no conducting elec-
a =average variation, in kilovolts
A =percent average variation
trodes at one or both terminals, electrodes
shall be provided as follows:
then
An electrode in the pinhole shall be provided by setting a metallic thimble, with
suitable conducting material, such as cement
a=
or alloy. The thimble shall be provided with
(a1 + a2 + a3 + ..... + an )
n
a close-tting pin for attaching the conductor.
The top of the test specimen shall be
A=
coated with conducting material to a diam-
100 a
V
eter of approximately I inch (25 mm) larger
than the tesf-specimen head.
.5. Mechanical Tests
.4.11.2.
.5.1. Ultimate
MechanicalStrength Tests
Voltage Application.
Voltage shall be applied between the
electrodes, as described in 4.1 1.1. The ini. tiai applied voltage may be raised quickly
.5.1.1.
General.
to the rated dry ashover voltage of ihe test.
Mechanical load shall be applied to the
specimen. The voltage shall then be raised
test specimen in the manner prescribed in S.
at the rate of approximately 10000 volts ev-
1.1 through 5.3.2. The load shall be started
ery 15 seconds to the value at which punc-
at zero and smoothly brought up in a prac-
ture occurs.
tically stepless variation to the failure point.
92
The load may be increased rapidly to ap-
the test specimen and the testing machine
proximately 75% of rated strength of the in-
shall be such that no appreciable deection
sulator.
takes place at values up to the failure point
The rate of increase of load from
of the test specimen.
75% of rating to failure is given in Table 1.
Insulators whose de-
sign incorporates selfcontained metal caps,
.5.1.2.
Suspension Insulators
mounting bases, pins, or conductor clamps,
shall be tested with this hardware, using a
5.1.2.1 Tensile Strength.
suitable rigid support.
Mechanical-tensile load shall be applied
between terminal ttings in line with the
.5.1.4.
Apparatus
Insulators
(Cap
and Pin, Post)
axis of the test specimen.
5. 1.4.1 Cantilever Strength.
Cantilever-strength tests shall be made
with the test specimen adequately secured
to the testing machine.
The load shall be
applied normal to the axis of the test specimen at the specied point of application. in
demonstrating stack ratings, one insulator
unit may be used. The equivalent lever arm
Table .5.1: Rate of Increase of Load
may be obtained by bolting a bar or pipe of
proper length and stiness to the test spec-
5.1.2.2 Mechanical-Impact Strength.
imen.
The test specimen shall be mourited in
the specied test machine in the specied
5.1.4.2 Torsional Strength.
manner under a tensile load of approximately 2000 pounds-force (8896 N). The
bearing point of the pendulum shall be so
adjusted that, when released, the copper
nose will strike the outer rim of the shell
squarely in a direction parallel to the axis of
the unit and towards the cap. The test specimen shall receive an impact of the specied
severity by releasing the pendulum when its
shaft is opposite the corresponding mark on
Torsional-strength tests shall be made
with the test specimen adequately secured to
the testing machine. The torsional load shall
be applied to the test specimen through a
torque member so constructed that the test
specimen is not subjected to any cantilever
stress.
5.1.4.3 Tensile Strength.
the indicating scale. The pendulum shall be
released with no imparted acceleration. After receiving the specied impact, the test
specimen shall be tested for soundness by
Tensile-strength tests shall be made with
the test specimen adequately secured to the
testing machine. The load shall be applied
in line with the axis of the test specimen.
momentary ashover.
.5.1.3.
Line
Insulators
(Pin,
Post)
5.1.4.4 Compression Strength.
Compressionstrength tests shall be made
(Cantilever Strength).
Mechanical load shall be applied inline
with the side groove of the test specimen
and normal to the axis of the pinhole. The
load at the tie-wire groove may be applied
by applying load in compression in line with
the axis of the test specimen
.5.1.5.
Strain
Insulators
(Tensile
Strength).
by means of a loop of exible stranded caThe mounting pin,
Mechanical load shall be applied in line
connecting hardware, and linkages between
with the main axis of the test specimen, us-
ble or the equivalent.
93
ing exible, stranded, steel cable. Each cable loop shall be secured with clamps so positioned that the distance between the edge
.5.2. Combined Mechanical- and
Electrical-Strength
Test
(Suspension.Insulators).
of the nearest clamp and the end of the test
specimen is the same as the length of the
test specimen.
The diameter of the cable
used should not exceed 50% of the diameter
of the hole in the test specimen.
.5.1.6.
Load shall be applied as described in
5.1.1 and 5.1.2.1. Simultaneously, a lowfrequency voltage of not less than 75% of the
rated dry ashover voltage shall be applied
to the test specimen.
Spool Insulators (Transverse
Strength).
The test specimen shall be mounted between close-tting parallel straps, using a
.5.3. Time-Load-WithstandStrengthT
est
.5.3.1.
Mounting Arrangement.
through bolt of the same diameter as that
The test-specimen mounting shall be in
for which the test specimen is designed.
accordance with the pertinent provisions in
The straps and connecting linkage shall be
5.1.
such that no appreciable deection will take
place.
Mechanical load shall be applied in
.5.3.2.
the plane of the external wire groove. The
load shall be applied by means of a loop of
exible, stranded, steel cable. The diameter
of the cable shall not exceed the radius of
the wire grooves.
.5.1.7.
specied
load
shall
be
applied
smoothly, without undue vibration or shock,
and maintained for the specied period. After the load has been removed, the test specimen shall be checked for electrical soundness
by being subjected to momentary ashover.
Wire Holders
Test specimens having more than one shell
shall have each shell checked individually for
5.1.7.1 Tensile Strength.
electrical soundness.
The mounting screw or bolt shall be installed in such a manner that the mounting
surface of the test specimen does not touch
the support.
The
Loading.
Load shall be applied in line
.5.4. Porosiîy Test
.5.4.1.
using a loop of exible, stranded, steel cathe radius of the wire hole in the insulator.
The loop shall be clamped, with the inside
edge of the nearest clamp placed 9 inches
(229 mm) from the end of the insulator.
of
Test
Speci-
mens.
with the axis of the mounting screw or bolt,
ble, the diameter of which shall not exceed
Preparation
Freshly broken fragments of the insulator, having clean surfaces exposed, shall be
used for this test. At least 75% of the Surface area shall be free from glaze or other
treatment.
Fragments approximately 1/4
inch (6 mm) in the smallest dimension up
to 3/4 inch (19 mm) in the largest dimension are recommended.
5.1.7.2 Cantilever Strength.
The mounting screw , or boit shall be
held
rigidly
in
such
a
manner
that
the
.5.4.2.
Testing Solution.
mounting base of the test specimen seats
For this test, a solution consisting of 1
squarely against the face of the plate. Load
gram of basic fuchsine dye dissolved in 1 liter
shall be applied in a plane parallel to the
of 50% alcohol shall be used. If a denatured
mounting surface, passing through the cen-
alcohol is used, one should be selected which
ter of the wire groove, using the exible loop
does not react with the dye to cause fading
arrangement described in 5.1.7.1.
of the color.
94
.5.4.3.
.5.5.4.
Procedure.
The test specimens shall be completely
The
Method of Making Test.
test
specimen
shall
rst
be
im-
immersed in the testing solution within a
mersed in a hot water bath for 10 minutes.
pressure chamber.
It shall then be withdrawn and immersed
A minimum pressure of
4000 poundsforce per square inch (27 600
2
in a cold water bath for 10 minutes.
Not
kN/m ) shall be applied for not less than
more than 5 seconds shall elapse in trans-
5 hours, or an optional test at minimum
ferring the test specimen from one bath to
10000 pounds-force per square inch (68 900
another. After the specied number of hot
2
kN/m ) for not less than 2 hours may be
and cold cycles; the test specimen shall be
used. At the conclusion of the pressure ap-
tested for electrical soundness by momen-
plication, the test specimens shall be thor-
tary ashover.
oughly dried and broken for examination.
.5.4.4.
.5.6. Pinhole-Gaging Test
Interpretation of Results.
.5.6.1.
General.
Penetration into small ssures formed in
preparing the test specimens shall be disre-
When the threaded pinholes of pin insu-
garded. Porosity is indicated by penetration
lators are gaged, the specied pinhole gage
of the dye into the test specimen to an extent
shall be used.
visible to the unaided eye.
.5.6.2.
.5.5. Thermal Test
.5.5.1.
Test Procedure.
The gage shall be screwed into the test
Cenerai.
specimen until the gage is tight.
The thermal test shall consist of alter
nate immersions of the test specimen in hot
and cold water.
The dis-
tance from the bottom of the pinhole to the
point where the gage stops, as indicated by
the plunger and scale on the gage, shall be
read.
The gage shall be removed from the
test specimen, and the number of revolutions
.5.5.2.
of the gage required to release it from the
Testing Arrangement.
pinhole shall be counted.
The test specimens shall be arranged so
that they are not in contact with each other
and so that air shall not be entrapped during
irnmersion. Free circulation of water shall be
.6. Galvanizing Test.
provided. Test specimens shall be at least 2
inches (5 1 mm) from the walls of the tank.
Test for thickness of coating shall be in
accordance with Standard Measurement of
Coating.Thickness by the Magnetic Method:
.5.5.3.
Nonmagnetic Coatings of Mag netic Base
Equipment.
Metals, ASTM B 499-75 (1987).
Each bath shall have a weight of water at
least 10 times the weight of the test specimen
immersed. Either natural or forcea circulation may be used to maintain the temperature of all parts of the bath within
±40 F
0
(2 C ) of the specied value. The recorded
.7. Routine Tests
.7.1. Electrical Tests.
temperature shall be measured at least 4
Flashover tests on shells or insulators
inches (102 mm) from the heating or cool-
may be made in accordance with either the
ing elements.
pro- . cedure in 7.1.1 or in 7.1.2.
95
.7.1.1.
.7.2. Mechanical Tests
High-Frequency Test
.7.2.1.
7.1.1.1 Method 1.
Suspension Insulators.
Prior to or simultaneous with the nal
The shells or insulators shall be sub-
electrical test, the assembled suspension in-
jected to a damped high-frequency voltage
sulators shaU be given a tensile-strength test
sucient to cause ashover for from 3 to
3 seconds in duration, at the specied value,
5 seconds.
applied in line with the axis of the insulator.
The frequency shall be approx-
imately 200 kilohertz in damped trains.
.7.2.2.
Apparatus Insulators.
Prior to or simultaneous. with the nal
electrical test, .the assembled apparatus in-
7.1.1.2 Method 2.
sulators shall be given a tensile-strength test
The shells or insulators shall be subjected to a high-frequency discharge from a
. transformer adjusted to a no-load voltage
of not less than 115% of the low-frequency
dry ashover of the shells or insulators, this
test to be continued for a period of from
3 to 5 seconds.
The frequency superim.
posed upon the low-frequency voltage shall
be higher than 100 kilohertz.
3 seconds in duration, at the specied value,
applied in line with the axis of the insulator.
.8. Revision of American
National Standards Referred to in This Document
When the following American National
Standards referred to in this document are
superseded by a revision approved by the
.7.1.2.
Low-Frequency Test.
American National Standards Institute, Inc,
the revision shall apply:
ANSI C29.3-1986W, et-Process Porce-
The shells or insulators shall be subjected to vigorous dry ashover for from 3 to
lain Insulators (Spool Type)
ANSI/IEEE
5 minutes. The voltage control shall be such
that a continual ashover occurs and divides
ANSI/IEEE
uniformly over the shells orinsulators under
test.
4-1978,
Techniques
for
High-Voltage Testing
100-1988,
Dictionary
Electrical and Electronics Terms.
96
of
American National Standards
The standard in this booklet is one of 8000 standards approved to date by . the American National Standards Institute.
The Standards Institute provides the machinery for creating voluntary standards. It
serves to eliminate duplication of standards activities and to weld conicting standards
into single, nationally accepted standards under the designation "American National Standards."
Each standard represents general agreement among maker, seller, and user groups as
to the best current practice with regard to some specic problem. Thus the completed
standards cut across the whole fabric of production, distribution, and consumption of goods
and services. American National Standards, by reason of Institute procedures, reect a
national consensus of manufacturers, consumers, and scientic, technical, and professional
organizations, and governmental agencies. The completed standards are used widely by
industry and commerce and often by municipal, state, and federal governments.
The Standards Institute, under whose auspices this work is being done, is the United
States clearinghouse and coordinating body for voluntary standards activity on the national
level. It is a federation of trade associations, technical societies, professional groups, and
consumer organizations. Some 1 O00 companies are aJiated with the Institute as company
members.
The American National Standards Institute is the United States member of the International Organization for Standardization (60)an d the International Electrotechnical
Commission (I ECh Through these channels U.S. standards interests make their positions
felt on the international level. American National Standards are on le in the libraries of
the national standards bodies of more than 60 countries
97