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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

LABORATORIO DE ALTO VOLTAJE ______________________________________________________________________________________________________

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

HOJAS GUÍAS

LABORATORIO DE

ALTO VOLTAJE

SEMESTRE 2015-A

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Laboratorio de Alto Voltaje:

Jaula de Faraday.

Mesa de control.

Equipo de medición.

Osciloscopio.

Laboratorio de Alto Voltaje:

Letrero de precaución de Alto

Voltaje. 2



1 GENERALIDADES

1.1 EL LABORATORIO

La Escuela Politécnica Nacional, en la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, cuenta con un Laboratorio de Alto Voltaje.

El Laboratorio de Alto Voltaje, tiene como objetivos, entregar conocimientos en la parte práctica, a fin de perfeccionar la teoría; también aspira entrenar, desarrollar actitudes y aptitudes a los estudiantes, para que se familiaricen y profundicen los conocimientos teóricos; también el Laboratorio de Alto Voltaje, está calificado, para prestar servicios a industrias, empresas y personas que lo requieran, en mediciones, calibraciones y pruebas de equipos, accesorios y materiales, cumpliendo así los principios de la Misión de la Escuela Politécnica Nacional.

El Laboratorio de Alto Voltaje, cuenta con los equipos requeridos para este tipo de Laboratorios certificados; y ha sido diseñado, con todas las protecciones y seguridades, a fin de proteger a los estudiantes y a los Instructores que laboran en este lugar.

1.2 NORMAS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO

Toda persona que trabaja con las instalaciones de alto voltaje, está obligada a observar las normas de seguridad.

La falta de atención a estas regulaciones, hace peligrar la propia vida y la de los demás.

En referencia al Laboratorio, toda persona, que tenga que entrar en la instalación de Alto Voltaje (Jaula de Faraday-área de pruebas), debe asegurarse visualmente que: Todos los equipos estén sin energía(APAGADA LA ALIMENTACIÓN)

Los equipos, conductores y accesorios que podrían estar con voltaje, se hallen conectados a tierra.

Los interruptores en las líneas de alimentación se hallen abiertos.

Al ingresar en la Jaula, debe obligado descargar toda la instalación, usando un descargador o pértiga.

La entrada y permanencia de personas extrañas al Laboratorio, sólo está permitida en compañía de personas autorizadas.

Está terminantemente prohibido, fumar durante las prácticas.

Toda persona, que anímicamente no esté en condiciones normales, debe abstenerse a ingresar.

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LABORATORIO DE ALTO VOLTAJE ______________________________________________________________________________________________________ 1.3 BLINDAJE O CERRAMIENTO

Toda instalación de Alto Voltaje, debe estar blindada o cerrada por una malla metálica de protección, conectada a tierra (Jaula de Faraday).

Las distancias mínimas entre la malla y las piezas sometidas a alto voltaje debe ser:

Voltaje alterno: 50 cm. por cada 100 kV Voltaje de choque: 20 cm. por cada 100 kV Separación mínima: 50 cm.

La introducción de objetos conductores a través de la malla, es prohibida en todos los

casos (excepto cables de medida blindados, previa comprobación que el blindaje se halle conectado a tierra).

Las puertas de acceso a la instalación de prueba, están provistas de un interruptor

de seguridad, que bloquea la alimentación al transformador elevador

Las luces de señal indican:

ROJO: Alto Voltaje conectado: PELIGRO

VERDE: Alto Voltaje desconectado

Está prohibida la permanencia de cualquier persona dentro de la jaula, cuando está conectado el Alto Voltaje.

1.4 PUESTA A TIERRA

Al ingresar a la Jaula de pruebas, por principio, se debe primero poner a tierra la instalación y luego cortocircuitar los elementos, (líneas, condensadores y transformadores)

La puesta a tierra, debe ser hecha, solamente después de haber desconectado la fuente de alimentación.

1.5 DESARROLLO DEL TRABAJO

Si varias personas participan en un mismo experimento, solamente una de ellas, puede hacer las maniobras de conexión y desconexión.

Antes de iniciar el trabajo, revisar el circuito, especialmente las resistencias de protección y los divisores de voltaje, así como la conexión correcta de los instrumentos de medida.

Para experimentos con aceite y otros materiales fácilmente inflamables, se debe tomar especiales medidas de seguridad. Todos los participantes deben conocer el manejo de extintores de gas carbónico.

Mientras en una prueba o experimento, las partes estén energizadas, no debe 4



alejarse del sitio, el estudiante que está excepción, es en pruebas de duración, necesarias.

haciendo el experimento. La única

una vez tomadas las precauciones

Todo aquel que trabaje en el Laboratorio, está obligado a tener en orden las máquinas, instrumentos de medida y equipos; de observar que existe físicamente desperfectos, daños o en las pruebas o experimentos de vea fallas en su funcionamiento, se debe comunicar inmediatamente al Instructor.

1.6 COMPORTAMIENTO EN CASO DE ACCIDENTE

Las personas que participan en un experimento con alto voltaje, deben conocer las

normas básicas de primeros auxilios para accidentes eléctricos. Teléfonos a los que se puede llamar en caso de accidente:

Ext. 2691 Departamento Médico 9 131 Cruz Roja 9 102 Cuerpo de Bomberos 9 911 Emergencias

De requerir hacer una llamada de emergencia, use el aparato telefónico existente en el laboratorio; marcar el número requerido anteponiendo el número 9.

1.7 NORMAS PARA PRESENTACIÓN DE INFORMES

Todo informe, debe ser presentado impreso, o digital según requerimiento del tutor, siguiendo normas de artículos técnicos internacionales.

Se debe adjuntar en todo informe, la hoja de datos, donde consta el registro (sello)

de realización de la práctica.

Todo gráfico se lo realizará, usando un programa de gráficas, a escala y colores

adecuados, para hacer notar diferencias de variables.

No es necesario adjuntar al informe, las hojas guías de la práctica.

Se debe presentar un informe por grupo.

En cada grupo, cada estudiante, entregará conclusiones individuales, recomendaciones y aplicaciones prácticas.

La presentación, el contenido, la bibliografía y las conclusiones, son los aspectos

de mayor peso en el informe. 5



2 EL SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA (SEP)

2.1 OBJETIVO

El objetivo de un SEP, es:

- Entregar energía eléctrica en grandes cantidades -A toda hora -A todo lugar -A todo usuario que lo requiera -En las mejores condiciones técnicas y económicas

2.2 ETAPAS.-

-Generación ( 6300 ó 13800 V )

-Transmisión ( 230 ó 138 kV ) ALTO VOLTAJE

-Sub Transmisión ( 34 – 46 – 69 kV ) ALTO VOLTAJE

-Distribución ( 22.8 – 13.2 - 6.0 kV ) MEDIO VOLTAJE

-Comercialización ( 220/127 – 210/121 V ) BAJO VOLTAJE

3 EQUIPO DE ALTO VOLTAJE El equipo de Alto Voltaje, sirve fundamentalmente, para la generación y medida de voltajes alternos, continuos y de choque.

Los elementos para generación, están construidos, para acoplarse y formar cada uno de los circuitos de experimentación.

Normalmente, una instalación grande de 500 a 1.000 kVA con un millón de voltios, por ejemplo, necesita una corriente de 0.5 a 1 [ A], proporcionalmente para una de 100 kV tendremos de 50 a l00 mA. En este caso particular se tiene para 60 Hz, una cargabilidad de 50 mA. En 15 minutos. (KO 15) lo cual proporciona una potencia monofásica de 5 kVA durante el mismo tiempo, esto significa que el transformador podrá ser cargado con una capacidad de prueba de hasta 1.600 pF (1.66 M-ohm), lo cual no se presenta frecuentemente.

Para pruebas con voltaje continuo, utilizando rectificadores y condensadores de aplanamiento puede obtenerse hasta 130 kV y 260 kV, en cascada de una o dos etapas respectivamente. El porcentaje de ondulación es de 10% utilizando condensadores de 6.000 pF, con una corriente máxima de 5 mA (debido a la limitación de los rectificadores).

Para la generación de altos voltajes de impulso se utiliza como alimentación la fuente de continua de 130 kV, y se usan los condensadores de 6.000 pF como capacidad de choque. Con esto, se puede tener una energía de 60 W-s para una sola etapa y de 120 W-s para dos etapas, en conexión según Marx.

La capacidad de carga, con el objeto de tener una onda normalizada, es aproximadamente la quinta parte de la de choque, o sea 1.200 pF. Utilizando resistencias adecuadas para la descarga y amortiguamiento, se puede obtener las ondas de 1/50 y 1/100 micro-segundos.

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LABORATORIO DE ALTO VOLTAJE ______________________________________________________________________________________________________ 4 ELEMENTOS DE GENERACIÓN DE ALTOS VOLTAJES

4.1.-TRANSFORMADOR El Laboratorio, cuenta con un transformador marca TZG de prueba de 100 kV, con aislamiento seco de resina fundida y que puede ser conectada en forma simétrica 2 x 50 kV.

La entrada primaria en baja tensión es variable y ajustable en el tablero de mando, mediante un volante manual; el ajuste va de 0 voltios AC a 250 V AC.-BV Las variaciones del voltaje de entrada, facilitan obtener variaciones en voltaje de salida MV, que va de 0-50-100 kV. Tiene las siguientes especificaciones y conexiones.

TRANSFORMADOR DE ALTO VOLTAJE

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LABORATORIO DE ALTO VOLTAJE ______________________________________________________________________________________________________ 4.2.-ELEMENTOS DISPONIBLES

a) RECTIFICADORES DE SELENIO SUMERGIDOS EN ACEITE

Tienen una resistencia de protección de 500 kΩ., 8W. Esta resistencia si bien aumenta la caída de voltaje, protege al rectificador y mantiene la corriente máxima de cortocircuito en 25 mA, durante 5 seg; sirve para formar al circuito rectificador, en la producción de altos voltajes continuos.

b) CONDENSADOR DE 6000 pF Sirven además de capacitancias de choque para el aplanamiento de la onda rectificada.

Tienen una pequeña inductancia de aproximadamente 1,5 micro-Henrios, y como todos los otros capacitores del equipo, tienen aislamiento de papel impregnado en aceite.

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LABORATORIO DE ALTO VOLTAJE ______________________________________________________________________________________________________ c) CONDENSADORES DE 1200 pF

Son utilizados como capacitancias de carga o como divisores de voltaje. Tienen una salida especial para conectar una capacitancia secundaria.

d) RESISTENCIAS Hay resistencias de 416 Ω, 9500 Ω, 50 kΩ, 10 MΩ; están aisladas con aire y tiene una muy pequeña inductancia; pueden ser utilizadas, como resistencias de campo o como limitadoras de corriente en casos especiales. e ) EXPLOSORES En el Laboratorio, hay explosores de ignición, utilizados en el circuito de choque para la generación de altos voltajes d e impulsos y en la formación de cascadas con el mismo propósito. Se acoplan a pequeños motores, incorporados en la mesa y que son controlados desde el panel de mando para la variación de la distancia entre las esferas.

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NOTA:

Se recomienda leer detenidamente las normas de seguridad.

5 MEDICIÓN DE ALTOS VOLTAJES

5.1.- MEDICIÓN DE ALTOS VOLTAJES ALTERNOS

DIVISOR CAPACITIVO La serie Hipotronics kVM de kilovoltmeters digitales son muy precisos, sistemas portátiles de medición de alto voltaje. La serie kVM 200-A se compone de un conjunto divisor de alto voltaje, un dispositivo de lectura de precisión, calibrados a ± 1% para CA y ± 0,5% para DC hasta 200kV.

Características.

Realiza mediciones múltiples: o Corriente continua

o Ondulaciones de la tensión AC Superpuesta con DC

o Picos AC + y -

o AC medio absoluto o Valor RMS

Lectura digital

Dos rangos de medida

Acoplamiento de CA y CC

Batería u operación de la línea de alimentación

Ligero y portátil Beneficios

Adecuado para su uso en el campo, la fábrica o laboratorio de pruebas.

Fácil de usar.- la unidad se puede utilizar con los osciloscopios o otros aparatos de medición

Ahorro de tiempo.- mediciones rápidas y precisas en distintas condiciones ambientales

Trazabilidad.- trazables a los estándares nacionales e internacionales 10



Especificaciones

Características de la pantalla

Instrumento Digital, 31/2 dígitos 1/2 "LED, polaridad automática

De gama alta 0-199.9 kV

Rango Bajo 0 a 19,99 kV

Precisión Todas las precisiones como% de la escala de gama completa, de

(10-100)% de la escala

Entrada Impedancia = 1m; nivel = 100 VFS

Requisitos de energía Batería interna - 4 baterías de NiCd, Tamaño D

8 horas de 16 horas de recarga (a 120V o 220V)

funcionamiento

Operación externa 115, 60 Hz o 220 V, 50 Hz

Asambleas de alta divisor de tensión

RMS: 200 kV de CA

Tensión nominal DC: 200 kV DC

Pico: 283 kVp

Relación nominal (Vout / Suponiendo una impedancia de carga de 1 M y <500 pF, 2000:1

Vin)

Paralelo R & C ramas

Impedancia del brazo HV Resistencia: 760 M

Capacidad: 200 pF

Respuesta de frecuencia DC a 1 kHz

• Voltímetro YEW, Clase 2.5, aislado, para medición de voltajes eficaces 0-5 kV.

• Voltímetro electrostático YEW, con aislamiento propio, para valores eficaces del voltaje desde 0-50 kV.

• Esferas espinterométricas (MF), de 10 y 5 cm. de diámetro, con variación automática y

a control remoto de la distancia, permite obtener el voltaje de cresta mediante la distancia, curvas y factores de corrección.

• Circuito de Chub-Fortescue para una corriente de medida máxima de 5 mA.

5.2.- MEDICIÓN DE VOLTAJES CONTINUOS

• Resistencia de 140 M-Ohm y miliamperímetros de bobina móvil, graduado en kV,

conectado en serie.

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LABORATORIO DE ALTO VOLTAJE ______________________________________________________________________________________________________ 5.3.- MEDICIÓN DE VOLTAJES DE IMPULSO

• Condensador de 1.200 pF. (CB), y el instrumento STM 613, o utilizando Osciloscopios

de alta velocidad con memoria, con las correspondientes protecciones y cables coaxiales y capacitancias secundarias para medición del orden de 75, 150 y 300 kV.

6 ELEMENTOS DE PRUEBA PARA LA MEDICIÓN DE ALTOS VOLTAJES

ALTERNOS

• Recipiente de presión con acoplamiento para electrodos, en el que se puede conseguir

una sobrepresión de 5 atmósferas.

• Varios electrodos como puntas, placas con perfil Rogowsky, electrodos para la prueba

de aceite aislante según VDE, BS y ASTM.

• Electrodos según Norma A.S.T.M. para estudio de las propiedades dieléctricas

de: Láminas, sólidas, aceites aislantes y láminas embebidas en dieléctricos. 7 EQUIPO COMPLEMENTARIO

• Cabezas, bases, soportes y uniones para el armado del circuito de prueba.

• Cables coaxiales.

• Elementos complementarios de protección y control.

8 EQUIPOS PARA EXPERIMENTOS ESPECÍFICOS

Además del equipo anteriormente descrito, existen elementos para el desarrollo de pruebas

específicas, las cuales pueden necesitarse de alimentación con altos voltajes, tanto alternos

como continuos. Estos experimentos pueden realizarse en el laboratorio en las diferentes

instalaciones que existen dentro o fuera de la Jaula de Faraday.

8.1 Cilindro metálico de 60 cm. de diámetro y 240 cm. de longitud para estudio de

efecto corona.

• Fuentes de Corona.

• Detector de corona interna y externa.

8.2 Puente potenciómetro para observación de líneas equipotenciales en la

determinación experimental de campos eléctricos.

8.3 Puente de Schering de corriente alterna y condensador patrón a presión para la

medida de las pérdidas y constantes dieléctricas de materiales aislantes.

8.4 Cuba electrolítica para la determinación del campo eléctrico tridimensional para

puesta a tierra con diferentes electrodos. 12



8.5 Medidores de resistencia de tierra con implementos para

instalación.

8.6 Medidores de resistencia de aislamiento e implementos para

instalación.

8.7 Equipo para pruebas dieléctricas en aceites aislantes según normas A.S.T.M.,

VDE y CEI.

8.8 Cámara de niebla para pruebas en medios contaminados.

8.9 Mufla para estudios de envejecimiento en materiales aislantes

orgánicos y poliméricos.

8.10 Fuente de Alto Voltaje D.C. variable: O - 10.000 V.

8.11 Graficador X, Y1, Y2

8.12 Equipo adicional:

• Multímetros

• Osciloscopios • Fuentes de bajo voltaje variable AC y DC. 13



INFORME PRÁCTICA Nº 1

TEMA: CONOCIMIENTO DEL LABORATORIO

Elabore las hojas guías correspondientes, según el siguiente formato:

1. Objetivo

2. Información

3. Equipo

4. Procedimiento

5. Informe

6. Referencias Nota: Para la realización de esta práctica preparar:

Normas de Seguridad para Alto Voltaje.

Normas básicas de primeros auxilios en caso de accidentes eléctricos.

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