Determinación de los protocolos de prueba en alta … POLITÉCNICA SALESIANA CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DETERMINACIÓN DE LOS PROTOCOLOS DE PRUEBA EN ALTA TENSIÓN A SER APLICADOS

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

DETERMINACIÓN DE LOS PROTOCOLOS DEPRUEBA EN ALTA TENSIÓN A SER APLICADOS ENEQUIPOS 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 si-guiente trabajo, son de exclusiva responsabilidad de los autores Y autorizo a la UniversidadPolitécnica 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 PROTOCOLOSDE PRUEBA EN ALTA TENSIÓN A SER APLICADOS EN EQUIPOS Y MATERIA-LES UTILIZADOS EN NIVEL DE HASTA 22KV., ha sido desarrollada por el estudianteOlmedo Portocarrero, ha sido revisada y asesorada de acuerdo a los requerimientos esta-blecidos en la propuesta inicial y al cronograma denido, por lo que después de reunirlos requisitos estipulados en los Documentos Generales e Instructivos de Graduación de laUniversidad, 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 ma-

dre, esposa, hijos y hermanos; quienes con su apoyo incon-

dicional 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 DEPRUEBA EN ALTA TENSIÓN A SER APLICADOS ENEQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS EN NIVEL DE

HASTA 22KV.

OLMEDO PORTOCARRERO

11 de julio de 2012

Índice general

1. CARACTERÍSTICAS DEL LABORATORIO DE ALTA TENSIÓN DELA U P S 91.1. Equipos del Laboratorio [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2. Como Funciona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2.1. Capacidad de Generación de Señales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.2.1.1. Altas tensiones AC sinusoidales - 60Hz hasta de 100kVrms

y 10kVA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.2.1.2. Altas tensiones DC hasta de 140kV y 5kVA. . . . . . . . . . 111.2.1.3. Altas tensiones impulso tipo rayo normalizadas (1.2/50us)

hasta de 120kV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.2.1.4. Altas corrientes impulso tipo rayo normalizadas (8/20us)

hasta de 10kA y 8kV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.3. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3.1. Distancias de Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3.1.1. Bloqueo de Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3.1.2. Esquema del Banco de Control . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.4. Toma de Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.5. Megger [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.5.1. Descripción Del Megger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5.2. Pantalla de Cristal Liquida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.5.3. Comprobación de Aislamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.5.3.1. Conguración del Megger para una Comprobación de Ais-lamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.5.3.2. Comprobación en Rampa o en Régimen estático . . . . . . 191.5.3.3. Conguración de la Duración de una Comprobación . . . . 191.5.3.4. Índice de Polarización (PI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.5.3.5. Índice de Absorción Dieléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . 201.5.3.6. Capacitancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.5.4. Advertencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.5.5. PRECAUCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.6. Pruebas Posibles a ser Realizadas con este Equipo [1] [3] . . . . . . . . . . . 211.6.1. Pruebas de Corriente Continua en Aislamiento Sólido [3.1] . . . . . . 211.6.2. Prueba de Resistencia de Aislamiento [4] . . . . . . . . . . . . . . . . 211.6.3. Prueba de Alto Potencial DC. [3.2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.6.4. Pruebas en Corriente Alterna para Equipos con Aislamiento Sólido 221.6.5. Prueba de Alto Potencial AC. [3.3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.6.5.1. Prueba de Factor de Potencia [3.4] [6] . . . . . . . . . . . . 22

1

2. ENSAYO DE LOS AISLADORES 232.1. Pruebas en Corriente Continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.1.1. Prueba de Resistencia de Aislamiento [4] . . . . . . . . . . . . . . . . 232.1.1.1. Prueba de Corto Tiempo o Lectura Puntual [5] . . . . . . . 242.1.1.2. Protocolo de Prueba de Corto tiempo . . . . . . . . . . . . 242.1.1.3. Prueba de Absorción Dieléctrica DAR [7] [8] . . . . . . . 242.1.1.4. Protocolo de Prueba del Indice de Absorción Dieléctrica [9] 242.1.1.5. Prueba de Tensión por Pasos [9] . . . . . . . . . . . . . . . 252.1.1.6. Protocolo de la Prueba del Método de Tensión por Pasos . 252.1.1.7. Prueba de Tiempo Resistencia [5] . . . . . . . . . . . . . . 252.1.1.8. Protocolo de la Prueba para el Método de Tiempo Resistencia 25

2.2. Generación de Impulsos de Tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.1. Funcionamiento del Circuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.2.1.1. Método de Prueba Estadístico [10] [11] . . . . . . . . . . . 272.2.2. Protocolo de Prueba para el Impulso Estándar de Rayo . . . . . . . 27

2.3. Mediciones y Análisis de Resultados de las Pruebas de Aislamiento . . . . . 282.3.1. Datos Obtenidos de los Ensayos del Aislador 52.1 . . . . . . . . . . . 28

2.3.1.1. Datos de la Prueba de Corto Tiempo . . . . . . . . . . . . 282.3.1.2. Datos de la Prueba de Índice de Absorción Dieléctrica e

Indice de Polarización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.3.1.3. Datos de la Prueba de Tensión por Pasos . . . . . . . . . . 302.3.1.4. Datos de la Prueba de Tiempo Resistencia . . . . . . . . . 312.3.1.5. Datos de la Prueba de Impulso . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3. ENSAYO DE INTERRUPTORES 363.1. Pruebas de Corriente Continúa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.1.1. Prueba de Resistencia de Contactos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.1.2. Protocolo de Pruebas de Resistencia de Contactos . . . . . . . . . . 373.1.3. Prueba de Velocidad de Operación de Interruptores [12] . . . . . . . 373.1.4. Protocolo de Prueba de Velocidad de Operación de Interruptores . . 38

3.2. Aislamientos en Seccionadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.2.1. Pruebas en Seccionadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.2.2. Prueba de Resistencia de Aislamiento [4] . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.2.2.1. Prueba de Tiempo Resistencia [5] . . . . . . . . . . . . . . 403.2.2.2. Protocolo de la Prueba para el Método de Tiempo Resistencia 403.2.2.3. Método de la Prueba de Absorción Dieléctrica [7] . . . . . . 403.2.2.4. Protocolo de la Prueba de Absorción Dieléctrica DAR_Indice

de Polarización PI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.2.2.5. Prueba de Tensión por Pasos [9] . . . . . . . . . . . . . . . 403.2.2.6. Protocolo de la Prueba del Método de Tensión por Pasos . 41

3.3. Mediciones y Análisis de Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.3.1. Datos Obtenidos en los Ensayos del Seccionador ST (30-60 kV) . . . 41

3.3.1.1. Datos de la Prueba de Absorción Dieléctrica e Indice dePolarización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.3.1.2. Datos de la Prueba de Tensión por Pasos . . . . . . . . . . 423.3.1.3. Datos de la Prueba de Tiempo Resistencia . . . . . . . . . 43

3.3.2. Prueba de Resistencia de contactos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2

4. ENSAYO DE PARARRAYOS 444.1. Pruebas de Corriente Continua [3.1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.1.1. Prueba de Resistencia de Aislamiento [4] . . . . . . . . . . . . . . . . 444.1.1.1. Obtención de la Resistencia de Aislamiento . . . . . . . . . 454.1.1.2. Método de la Tensión por Pasos [9] . . . . . . . . . . . . . 454.1.1.3. Protocolo de la Prueba para el Método de la Tensión por

Pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454.1.1.4. Prueba de Absorción Dieléctrica DAR [7] . . . . . . . . . 464.1.1.5. Protocolo de la Prueba de Absorción Dieléctrica . . . . . . 464.1.1.6. Prueba de Indice De Polarización PI [7] . . . . . . . . . . 464.1.1.7. Protocolo de la Prueba de Indice de Polarización . . . . . 464.1.1.8. Prueba de Tiempo Resistencia [5] . . . . . . . . . . . . . . 474.1.1.9. Protocolo de la Prueba para el Método de Tiempo Resistencia 47

4.2. Mediciones y Análisis de Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.2.1. Datos Obtenido de la prueba de Absorción Dieléctrica e Índice de

Polarización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.2.1.1. Datos de la Prueba de Tensión por Pasos . . . . . . . . . . 484.2.1.2. Datos de la Prueba de Tiempo Resistencia . . . . . . . . . 49

4.3. Pruebas en Corriente Alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504.3.1. Prueba de Factor de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.3.1.1. 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.1.6. Line Insulator (Pin, Post). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.1.7. Apparatus Insulator (Cap and Pin, Post). . . . . . . . . . 82

3

.2.1.8. Suspension Insulator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

.2.1.9. Strain Insulator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

.2.1.10. Spool Insulator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

.2.1.11. Wire Holder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.2.2. Low-Frequency Voltages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

.2.2.1. Low Frequency. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

.2.2.2. Low-Frequency Flashover Voltage. . . . . . . . . . . . . . . 83

.2.2.3. Low-Frequency Withstand Voltage. . . . . . . . . . . . . . 83

.2.2.4. Low-Frequency Puncture Voltage. . . . . . . . . . . . . . . 83.2.3. Impulse Voltages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

.2.3.1. Impulse Wave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

.2.3.2. Impulse Flashover Voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

.2.3.3. Critical Impulse Flashover Voltage. . . . . . . . . . . . . . 83

.2.3.4. Impulse Withstand Voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.2.4. Mechanical Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

.2.4.1. Ultimate Mechanical Strength. . . . . . . . . . . . . . . . 84

.2.4.2. Combined Mechanical and Electrical Strength (SuspensionInsulator). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

.2.4.3. Time-Load Withstand Strength. . . . . . . . . . . . . . . . 84

.2.4.4. Mechanical-Impact Strength. . . . . . . . . . . . . . . . . 84.2.5. Miscellaneous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

.2.5.1. Radio-Inuence Voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.3. Test-Specimen Mounting for Electrical Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

.3.1. Suspension Insulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.3.1.1. Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.3.1.2. Energized Electrode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.3.1.3. Proximity of Other Objects. . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

.3.2. 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

.3.3. Apparatus Insulators (Cap and Pin, Post) . . . . . . . . . . . . . . 85.3.3.1. Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85.3.3.2. Energized Electrode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85.3.3.3. Proximity of Other Objects. . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

.3.4. Strain insulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86.3.4.1. Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86.3.4.2. Proximity of Other Objects. . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

.3.5. Spool Insulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86.3.5.1. Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86.3.5.2. Energized Electrode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86.3.5.3. Proximity of Other Objects. . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

.4. 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

.4.2.3. Dry Flashover Voltage Vdue. . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

.4.2.4. Corrections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4

.4.3. Low-Frequency Wet Flashover Voltage Tests . . . . . . . . . . . . . 88.4.3.1. Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88.4.3.2. Precipitation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88.4.3.3. Preparation of Test Specimen. . . . . . . . . . . . . . . . . 88.4.3.4. Voltage Application. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88.4.3.5. Wet Flashover Voltage Value. . . . . . . . . . . . . . . . . . 88.4.3.6. Corrections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

.4.4. Low-Frequency Dry Withstand Voltage Tests . . . . . . . . . . . . . 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

.4.5. Low-Frequency Wet Withstand Voltage Tests . . . . . . . . . . . . . 89.4.5.1. Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89.4.5.2. Precipitation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89.4.5.3. Preparation of Test Specimen. . . . . . . . . . . . . . . . . 89.4.5.4. Voltage Application. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89.4.5.5. Test Voltage and Time. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89.4.5.6. Corrections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

.4.6. 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89.4.6.4. Test voltage and Time. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89.4.6.5. Corrections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

.4.7. 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

.4.8. Impulse Withstand Voltage Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90.4.8.1. General. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90.4.8.2. Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90.4.8.3. Corrections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

.4.9. Radio-Inuence Voltage Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90.4.9.1. Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90.4.9.2. Equipment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.4.9.3. Atmospheric Conditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.4.9.4. Precautions in Making Radio-Inuence Voltage Tests. . . . 91.4.9.5. Methods of Making Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

.4.10. Visual CoronaTest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.4.10.1. General. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.4.10.2. Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.4.10.3. Procedure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

.4.11. Puncture Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.5.1. Ultimate Mechanical-Strength Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

.5.1.1. General. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

.5.1.2. Suspension Insulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

.5.1.3. Line Insulators (Pin, Post) (Cantilever Strength). . . . . . 93

.5.1.4. Apparatus Insulators (Cap and Pin, Post) . . . . . . . . . 93

.5.1.5. Strain Insulators (Tensile Strength). . . . . . . . . . . . . 93

.5.1.6. Spool Insulators (Transverse Strength). . . . . . . . . . . . 94

.5.1.7. Wire Holders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.5.2. Combined Mechanical- and Electrical-Strength Test (Suspension.Insulators).

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.5.3. Time-Load-WithstandStrengthT est . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

.5.3.1. Mounting Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

.5.3.2. Loading. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.5.4. Porosiîy Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

.5.4.1. Preparation of Test Specimens. . . . . . . . . . . . . . . . . 94

.5.4.2. Testing Solution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

.5.4.3. Procedure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

.5.4.4. Interpretation of Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.5.5. Thermal Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

.5.5.1. Cenerai. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

.5.5.2. Testing Arrangement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

.5.5.3. Equipment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

.5.5.4. Method of Making Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.5.6. Pinhole-Gaging Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

.5.6.1. General. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

.5.6.2. Test Procedure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.6. Galvanizing Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.7. Routine Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

.7.1. Electrical Tests. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.7.1.1. High-Frequency Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96.7.1.2. Low-Frequency Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

.7.2. Mechanical Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96.7.2.1. Suspension Insulators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96.7.2.2. Apparatus Insulators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

.8. Revision of American National Standards Referred to in This Document . . 96

6

Índice de guras

1.0.1.Laboratorio de Alta Tensión UPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3.1.Circuitos de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3.2.Circuitos Principales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.5.1.Descripción del Megger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5.2.Descripción de los Botones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.5.3.Funciones de la Pantalla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.2.1.Características de los Parámetros de la Norma de Tensiones de Pruebas deImpulso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.2.2.Circuitos Básicos de Impulso de Tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.2.3.Montaje experimental para la generación de impulso tipo rayo . . . . . . . . 282.3.1.Aislador de Suspensión 52.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.3.2.Tendencia de la Resistencias del Aislador 52.1 - Prueba Tensión por Pasos . 302.3.3.Aislador 52.1 Curva Tiempo Resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.3.4.Aproximación Lineal y(U) y Probabilidad Relativa P(U): Impulso Positivo . 332.3.5.Densidad de Prob., Prob. Acumulativa: Impulso Positivo . . . . . . . . . . . 332.3.6.Aproximación Lineal y(U) y Probabilidad Relativa P(U): Impulso Negativo 342.3.7.Densidad. de Prob., Prob. Acumulativa: Impulso Negativo . . . . . . . . . . 35

3.1.1.Circuito de medición de resistencia de contactos . . . . . . . . . . . . . . . . 373.1.2.Interruptor en posición de ensayo utilizando un Impulso grafo . . . . . . . . 383.1.3.Cortacircuitos de 15kV 100 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.3.1.Tendencia de la Resistencia del Seccionador ST 22 kV . . . . . . . . . . . . 423.3.2.Seccionador ST Curva Tiempo Resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.1.1.a) Uso Del Terminal de Guarda.- gura tomada de The Lowdown on HighVoltage DC Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4.2.1.Pararrayos Clase y Norma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.2.2.Tendencia de la Resistencia de el Pararrayos 18 kV . . . . . . . . . . . . . . 494.2.3.Pararrayos Curva Tiempo Resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504.3.1.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 . . . . . . . . . . 101.5.1.Descripción de las funciones de la Pantalla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.1.1.Resistencia de Aislamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.1.2.Valores de Referencia para los Indices DAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.3.1.Mediciones de Resist. Volumétrica y Supercial del Aislador 52.1 . . . . . . 292.3.2.Resultados de la Prueba DAR del Aislador 52.1 . . . . . . . . . . . . . . . 292.3.3.Resultado de la Prueba de Tensión por Pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.3.4.Aislador 52.1 Datos de Prueba Tiempo Resistencia . . . . . . . . . . . . . . 312.3.5.Datos Prueba de Impulso Positivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.3.6.Regresión por Mínimos Cuadrados: Impulso Positivo . . . . . . . . . . . . . 322.3.7.Datos a Impulso Negativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.3.8.Regresión por Mínimos Cuadrados: Impulso Negativo . . . . . . . . . . . . . 342.3.9.Valores Característicos de las Curvas de Densidad de Probabilidad . . . . . 35

3.1.1.Resistencia de Contactos para Interruptores de Potencia . . . . . . . . . . . 373.2.1.Valores de referencia para los indices DAR e PI . . . . . . . . . . . . . . . . 403.3.1.Datos de Prueba de Absorción Dieléctrica e Índice de Polarización del Sec-

cionador ST Brasil 2002 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.3.2.Seccionador ST.- Prueba de Tensión por Pasos . . . . . . . . . . . . . . . . 423.3.3.Seccionador ST Datos de Prueba Tiempo Resistencia . . . . . . . . . . . . . 43

4.2.1.Datos de Prueba de Índice de Absorción Dieléctrica e Índice de Polarización 484.2.2.Pararrayos 18 kV_15.3 MCOV Prueba de Tensión por Pasos . . . . . . . . . 484.2.3.Pararrayos Datos de Prueba Tiempo Resistencia . . . . . . . . . . . . . . . 494.3.1.Voltajes de Prueba de Pararrayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.3.2.Aislador 52.1 Calicación del Aislamiento Indice DAR y PI . . . . . . . . . 564.3.3.Seccionador Calicación del Aislamiento Indice DAR y PI . . . . . . . . . . 584.3.4.Pararrayos Calicación del Aislamiento Indice DAR y PI . . . . . . . . . . . 594.3.5.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 . . . . . . . . . . . . 68.0.8. Valores Referencia-les de la Prueba Descarga Dieléctrica . . . . . . . . . . . 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 DELLABORATORIO DE ALTATENSIÓN DE LA U P S

El laboratorio de Alta tensión de la Universidad Politécnica Salesiana es tipomodular. Posee un generador clase Marx, que probablemente es la forma máscomún de generar altas tensiones DC y AC, cuando el voltaje requerido es ma-yor a la tensión disponible de alimentación del sistema. Un generador de Marxes un tipo de circuito eléctrico cuyo objetivo es generar un pulso de voltajealto. Lo que hace este generador, primero es usar un Transformador elevadorde voltaje a la entrada común de 220VAC, luego ésta es recticada a través deun diodo de alta corriente, y como va a ser un recticador de media onda (unsemiciclo de la componente AC) va a cargar/descargar a los Capacitores delcircuito, que es una red de resistores y capacitores, conformando una red RC,aunque también se puede usar una red LC (Bobinas y Capacitores), pero hayun manejo de mayor corriente que podría ser peligrosa, ya suciente tenemoscon el alto voltaje, como recomendación, solamente uno de ellos debería sertan grande como queramos, no ambas.

1.1. Equipos del Laboratorio [1]

Los componentes del laboratorio se encuentran debidamente identicados por un nú-mero 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 conden-sadores y resistencias que forman los conocidos circuitos multiplicadores de tensión. Loscondensadores actúan como los acumuladores de carga y en ellos vamos a establecer lastensiones necesarias para la experimentación, en tanto que las resistencias actúan comolos elementos atenuadores en la carga y descarga de la tensión acumulada. Los circuitosmultiplicadores pueden estar conformados por diferentes etapas dependiendo de la tensiónque se desee obtener. El tiempo requerido para la carga y descarga de los condensadoresacumuladores depende esencialmente del valor de las resistencias y de la capacidad de loscondensadores que en denitiva son los que establecen las constantes de tiempo RC. Asípor ejemplo, para un generador de impulsos de rayo, con una tensión de fase de 100 kV, yuna tensión de salida deseada de 1 MV (es decir, 10 etapas), las resistencias de carga debeser 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 20milésimas de segundo, mucho, mucho más largo que la constante de tiempo de 50 microsegundos de un impulso de prueba estándar. Este generador de ejemplo tendría una energíaalmacenada de 5 kJ / por etapa o de 50 kJ para el sistema total. La energía que se disipapor 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 capacidadde 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 de120kV.

1.2.1.4. Altas corrientes impulso tipo rayo normalizadas (8/20us) hasta de10kA 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 involuntariaen 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. Estáprohibido introducir objetos conductores a través de la cerca mientras que la instalacióneste en uso.

1.3.1.1. Bloqueo de Seguridad

En las instalaciones de alta tensión cada puerta posee interruptores de seguridad, loscuales permiten la apertura de la puerta sólo cuando todos los conductores principales dela instalación se interrumpieron. En lugar de una interrupción directa, el interruptor deseguridad también puede operar sobre el relé de falta de tensión, en lugar de un interruptorde circuito de potencia, que, al abrir la puerta, interrumpe todos los cables principales de lainstalación. Estos interruptores de potencia también puede ser conectada de nuevo cuandola puerta está cerrada.

En las instalaciones de alta tensión cada puerta posee interruptores de seguridad, loscuales permiten la apertura de la puerta sólo cuando todos los conductores principales dela instalación se interrumpieron. En lugar de una interrupción directa, el interruptor deseguridad también puede operar sobre el relé de falta de tensión, en lugar de un interruptorde circuito de potencia, que, al abrir la puerta, interrumpe todos los cables principales de lainstalación. Estos interruptores de potencia también puede ser conectada de nuevo cuandola puerta está cerrada.

La condición de la conmutación de una instalación debe ser indicada por un cambiode conguración de la lámpara roja encendida y por un programa de instalación de lalámpara verde apagada.

Si la cerca se abre para el montaje y desmontaje de la instalación, o para efectuarmodicaciones en gran escala, todas las precauciones descritas a un lado u otro de laentrada a la instalación deben ser observadas. Aquí se debe prestar especial atención a lainterrupción segura de los cables principales, al interruptor de aislamiento u otros puntos dedesconexión sobre la mesa de control de la instalación en cuestión, que aparecen advirtiendojuntas 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. Noobstante esta garantía esta completa si solo y solo si el experimentador observaadicional-mente las normas de seguridad del laboratorio; y son:

1. Botón de apagado emergente S 5 (Emergency o) que tiene por función interrumpirel suministro de energía que alimenta a las bobinas de los contactores F1 y quecontrolan los circuitos de potencia.

2. El conmutador de contacto de la puerta S 16. De función similar al botón de apagadode 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 (keyoperated 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 importanciay que el nombre que lleva este en particular, se debe a que con ellos se establece las tensionesde 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 porfunción regular la tensión de manera controlada.

EL circuito de encendido principal (Main Swich) pone a trabajar los circuitos demedición (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 quepuedan asumirse de alta tensión están en la zona de contacto de toma de tierra. La puestaa 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 deaislamiento. Puestas a tierra del interruptor con una posición de funcionamiento claramentevisible, también son permitidos. En las conguraciones de alta potencia con suministrodirecto de la red de alto voltaje, la puesta a tierra se consigue mediante aisladores depuesta a tierra. Puesta a tierra sólo puede hacer después de la desconexión de la fuentede corriente, y sólo podrán ser removidos cuando no hay nadie más presente dentro de lacerca o si la conguración esta bacante después de la retirada de la tierra. Todos las partesmetálicas de la instalación que no tienen potencial durante el servicio normal deben estarconectadas a tierra de manera able y con una sección transversal adecuada de 1,5 mm 2de 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 fuerzasdinámicas que pueden surgir.

1.5. Megger [2]

El megger equipo indispensable en un laboratorio de alta tensión, es esencialmenteun medidor de alto rango (óhmetro). Que por sus características de generación de altastensiones DC, y sosticado diseño nos permite determinar de manera directa Capacitancias,Resistencias de Aislamiento, Indice de Polarización Dieléctrica y el Indice de AbsorciónDieléctrica.

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 lasdistintas pruebas, los iconos de alerta para que el usuario tome la precauciones debidasdurante la experimentación, etc. El cuadro 1.5.1 relacionado con este gráco describe cadauno 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 ade-cuándolas 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 incrementosde 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? (¾Alma-cenar 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 quecomprueba el aislamiento ante posibles rupturas eléctricas.

Durante una comprobación en rampa, la tensión de salida comienza en 0 V y aumentalineal mente (100 V/s) hasta alcanzar la tensión de prueba especicada o hasta que sedetecte una disminución repentina de la resistencia medida. A continuación, se detienela comprobación Ramp (Rampa), la tensión de prueba disminuye hasta cero y la tensióndel punto de ruptura eléctrica se guarda en la memoria del Comprobador. El resto deresultados de la comprobación se considerarán no válidos si la comprobación no alcanzala tensión de prueba especicada. Si la comprobación cumple satisfactoriamente con lasnormas requeridas sin que se produzca una ruptura eléctrica, los únicos resultados válidosde 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 con-guración de un temporizador. El tiempo (duración de la comprobación) se puede estableceren incrementos de 1 minuto hasta un máximo de 99 minutos.

Durante una comprobación de duración especíca, el límite de tiempo aparece en laesquina inferior derecha de la pantalla y el tiempo transcurrido se muestra en el medio dela pantalla. Una vez transcurrido el tiempo especicado, la comprobación del aislamientose 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 elíndice de polarización, si procede. Una comprobación del índice de polarización tarda enrealizarse 10 minutos. Por lo tanto, el Comprobador comenzará la cuenta atrás cuandoqueden 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 pantallagura como PI=.

PI =R ∗ 10minutos

R ∗ 1minuto(1.5.1)

1.5.3.5. Índice de Absorción Dieléctrica

Como parte de una comprobación del aislamiento, el Comprobador mide y memorizael índice de absorción dieléctrica (DAR), si procede. Una comprobación del DAR tarda 1minuto en completarse. Por lo tanto, el valor medido y memorizado será no será válidoen 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 DARse incluye en los resultados. El campo en pantalla gura como DAR=.

DAR =R ∗ 1minuto

R ∗ 30 seg(1.5.2)

1.5.3.6. Capacitancia

Como parte de la comprobación del aislamiento, el Comprobador mide y memoriza lacapacitancia, si procede. El campo en pantalla gura como C=.

1.5.4. Advertencias

Antes y después de efectuar comprobaciones, conrme que el Comprobador no indicala presencia de tensiones peligrosas. Si el Comprobador emite un sonido de formacontinua y la pantalla muestra una tensión peligrosa, desconecte los conductores decomprobación 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 acomprobar y descargue la capacitancia de dicho circuito antes de utilizar el Compro-bador.

Conecte el conductor de comprobación común antes que el conductor de compro-bación con corriente, y retire éste último antes que el conductor de comprobacióncomún.

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 elementosmuy importantes en un esquema de transmisión distribución y protección dentro de unSistema Eléctrico de Potencia.

La correcta selección y dimensionamiento de estos elementos, entre otros, que con-formen la red eléctrica; y dentro del ámbito de sus especicaciones, determina el gradode conabilidad del sistema. Con el paso del tiempo, las condiciones medio ambientalesy de operación, cambian las características constructivas de estos, lo que causa daños odeterioros 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 oremplazo.

Los parámetros o características eléctricas de los equipos, elementos o aparatos que seutilizan en las redes de energía eléctricas, se determinan básicamente mediante ensayos delaboratorio que mencionaremos a continuación. Estos ensayos se realizan bajo normas deaceptación 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, queproveen un alto nivel de aislamiento y una capacidad importante de disipación de calor. Secomportan como materiales dieléctricos que previenen el ujo de electricidad entre puntosde 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 paraalgunos fabricantes y hasta 200000 voltios para otros fabricantes. El equipo empleado esun medidor de alta resistencia (en el rango de Mega Ohmios) cuyo propósito es establecerla resistencia de aislamiento.

La calidad del aislamiento es evaluada según el valor obtenido. La resistencia de aisla-miento también depende de factores externos al sujeto bajo evaluación estos pueden ser latemperatura, humedad y otros factores ambientales.

El resultado de esta prueba tiene mayor poder predictivo si se compara con resultadosde un registro histórico de pruebas efectuadas. De esta forma, se puede vericar la tendenciadel nivel de aislamiento.

Un valor puntual de la resistencia de aislamiento pudiera ser insuciente para indicar lafortaleza o debilidad del aislamiento. Un valor bajo en la resistencia de aislamiento pudieraindicar contaminación o la existencia de un problema que pudiera causar daños a cortoplazo.

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 conducciónen el mismo. Esta es calculada a partir de los voltajes de ruptura y del espesor del aislanteen el punto de ruptura o en un punto cercano a él.

La rigidez dieléctrica se expresa normalmente en términos de gradiente de voltaje enunidades tales como voltios por milímetros o Kilo voltios por centímetros. La rigidez die-léctrica 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 Só-lido

Básicamente existen dos tipos de pruebas en corriente alterna para equipos con aisla-miento sólido.

1.6.5. Prueba de Alto Potencial AC. [3.3]

Se realizan con voltajes superiores a los de operación normal por un tiempo relativa-mente corto, alrededor de un minuto. El nivel de voltaje utilizado debe estar acorde conlo recomendado por el fabricante y lo indicado por las normas correspondientes. General-mente estos valores se encuentran alrededor del 75% del voltaje de prueba de fábrica parapruebas de aceptación y entre el 125% y el 150% del voltaje nominal para pruebas demantenimiento por un período de 1 minuto.

Las conexiones de prueba son iguales a las recomendadas para pruebas de alto potencialDC 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 deequipo eléctrico. En el caso de aislamiento sólido, se recomienda utilizar un nivel de voltajesimilar al valor de voltaje nominal del equipo.

En secciones posteriores, se describirá en detalle el principio teórico de esta prueba, elresultado de la misma no puede ser considerado como concluyente por sí mismo, siempredebe compararse con resultados anteriores con valores referidos al mismo nivel de voltajey 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 co-rrectivo, reemplazo del equipo bajo prueba o la conrmación de que el equipo puede serenergizado sabiendo que la posibilidad de falla durante la puesta en servicio, será mínima.


El voltaje aplicado en una prueba de aislamiento depende de la tensión nominal delequipo a ensayar como referencia se puede aplicar un voltaje según lo indicado en la cuadro2.1.1, 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 DeResistencia 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. [verMétodos 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 deaislamiento tomada a los 60 segundos y el valor de resistencia de aislamiento tomada a los30 segundos.

La prueba mide la calidad del aislamiento. Si el aislamiento se encuentra en buenascondiciones el valor de la resistencia de aislamiento se incrementa a medida que transcurreel tiempo. [ ver Métodos de Prueba (Ensayos Eléctricos) ]

2.1.1.4. Protocolo de Prueba del Indice de Absorción Dieléctrica [9]

Limpiar la supercie de aislador para eliminar contaminantes o humedad de ella.


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 [verMétodos 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 puedainuir en el resultado


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 delaislador. En un buen aislador aumenta la tensón conforme pasa el tiempo hasta alcanzarun 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


Aplicar la tensión y en el primer minuto hacer 4 lecturas espaciadas igualmente enel tiempo (15, 39, 45 y 60 segundos), luego una lectura cada minuto, hasta el minuto5; 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 deenergía estas son Nivel básico de aislamiento para impulso de rayo y Nivel básico paraimpulso de interrupción; estas se denen en función de ondas especícas y son:

1. IMPULSO ESTÁNDAR DE RAYO. Un impulso completo que tiene un tiempo fron-tal de 1.2 µs y un tiempo a valor medio de 50 µs. Se describe como un impulso1.2/50. (Norma American National Standard, C68.1-1968 Measurement of Voltagein Dielectric Tests)

25

2. IMPULSO ESTÁNDAR DE INTERRUPCIÓN. Un impulso completo que tiene untiempo frontal de 250 µs. y un tiempo medio de 2500 µs. Este se describe como unimpulso 250/2500. (Norma American National Standard C68.1-1968).

La identicación de las características del tiempo de las tensiones de impulso se da en laFig. 2.2.1 En este experimento de tensiones de impulso tipo rayo se utiliza sobre todo unfrente 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 deImpulso

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 carac-terísticas que describen la curva en función del tiempo están dadas por las constantes detiempo:

T1 ≈ Re (Cs + Cb) (2.2.1)

T2 ≈ Rd

Cs × Cb

Cs + Cb

(2.2.2)

Donde:

Cs capacitor de impulso

Cb capacitor de carga

Rd resistencia de frente y

Re resistencia de cola

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Para tensiones de impulso tipo rayo de la forma normalizada 1.2/50 las constantes detiempo 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 ca-pacidad del objeto de prueba está conectada en paralelo a Cb y por lo tanto el tiempo defrente y la eciencia η en particular puede verse afectada. Las normas permiten toleran-cias relativamente grandes de ±30% para T 1y de ± 20% para T 2. Igualmente la normaestablece una tolerancia del ±3% entre el valor de la tensión de ensayo medida durante elensayo 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 aíslade 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 larápida descarga de la capacidad, Cb, fundamentalmente a través de la resistencia Rd. Laresistencia 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 funciónde densidad de probabilidad conocida como función de Gauss. Esto nos lleva a proponerel 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 gura2.2.3 El objeto a ensayar; se integrara al circuito colocándolo paralelo al equipo delaboratorio identicado con HV9120 en el circuito b) de la gura 2.2.3

2. Establecer una tensión U0 de carga

3. Congurar el Osciloscopio para registrar el impulso estándar de rayo

4. Obtener el valor máximo de la tensión de impulso: U = ηU0

5. Determinar la muestra estadística.

6. Denir el numero de ensayos por muestra.

27

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 deAislamiento

En este puto expondremos las mediciones realizadas sobre el Aislador de Suspensión52.1 descrito en la gura 2.3.1 .

Figura Descripción Clase - normaMétodo de

ensayo norma

Aislador desuspensión ahorquilla -ALSH yALSHF

Clase 52ANSI C29.2

ANSI C29.1

Figura 2.3.1: Aislador de Suspensión 52.1

En el parte IV presentamos las características del 52.1 que pone a disposición el fabri-cante.

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

Temperatura = 20oCHumedad = 56 %

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 decira la misma temperatura, humedad; la misma tensión y tiempo de ejecución nos permitecomparar los resultados.

Observamos de inmediato que la resistencia supercial (Rsup = 1,67 MΩ) es muchomayor que la resistencia volumétrica (Rvol = 359 GΩ), y que resulta en un valor esperado.Su forma posee una área supercial mínima necesaria que es función de la tensión y de laresistividad del medio para evitar descargas disruptivas de contorneo.

2.3.1.2. Datos de la Prueba de Índice de Absorción Dieléctrica e Indice dePolarización

Los datos que se muestran en el cuadro 2.3.2 a continuación fueron tomados a unatemperatura 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 comparacióncon el cuadro de Indice de Absorción [ver cuadro 2.1.2], lo cual nos dice que siendo elDAR = 1,12 < 1,4 y PI = 1,35 < 2 el aislador se encuentra en condiciones dudosa.

2.3.1.3. Datos de la Prueba de Tensión por Pasos

Condiciones de prueba.

Temperatura = 20oC

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

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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 resistenciade un aislamiento tiende a incrementarse ante un aumento de la tensión. En este puntopodemos 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 aislamientose estabiliza a un determinado valor no menor que la resistencia de diseño para la tensiónnominal de trabajo.

En la gura 2.3.2 representación gráca de la tendencia del aislamiento. Podemos con-rmar la pendiente creciente de Rvy Rs así como la estabilidad, que en efecto, Rpevidencia.

2.3.1.4. Datos de la Prueba de Tiempo Resistencia


Temperatura = 20oC


Tensión de Prueba 5[kV]

Tiempo [s] 15 30 45 60 120 180 240 300 600Resistencia [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 laforma 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


Temperatura = 20,8oC


La toma de datos debe hacerse a impulso positivo y negativo. El aislamiento sometido adiferentes solicitaciones puede responder, de echo, de diferente manera si se toma el ciclopositivo de la tensión recticada o el ciclo negativo. El análisis de los datos obtenidos nosdirá, 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 deprueba 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 Tiene por objeto denir los parámetros¨b¨ y ¨m¨ de la ecuación, que permite aproximar la probabilidad de ocurrencia de unauna disrupción a una tensión dada.

y=m*U+b=0.2169*U - 24.3634 (2.3.1)

x y xy x2 xmd ymd

105 -1.6452 -172.7472 11025110 -0.3849 -42.3365 12100115 0.5240 60.2602 13225∑

x = −330∑y = −1,5061

∑xy = −154,8235

∑x2 = −36350 110 -0.5020

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 segráca en la gura 2.3.6. En la misma gura 2.3.6 se a gracado la probabilidad relativade 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 valoresfundamentales que caracterizan al objeto ensayado. Estos son: Umd (tensión media deruptura), s (desviación estándar) y BIL (nivel básico de aislamiento). La gura 2.3.5 re-presenta 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, esvalida para ésta. En este párrafo nos limitaremos a mostrar los resultados.

x[kV] nd Q[%] y

105 2 10 1.2817110 18 90 -1.2817115 19 95 -1.6452

Cuadro 2.3.7: Datos a Impulso Negativo

Regresión Lineal por Mínimos Cuadrados

y = 0,2927 ∗ U − 31,6479 (2.3.2)

x[kV] y xy x2 xmd ymd

105 -1.2817 -134.5815 11025110 1.2817 140.9902 1210015 1.6452 189.1993 13225∑x = 330

∑y = 1,6452

∑xy = 195,6080

∑x2 = 36350 110 0.5484

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 deimpulso positivo. Esto se debe a la aleatoriedad maniesta de las descargas, pero ademasy principalmente a las características físico químicas del aislador ensayado.

Dos echos concretos se desprenden de este comportamiento particular del elemento enprueba:

1. El modulo de la tensión media (U) a la que se producen disrupciones sera menoren la prueba a impulso negativo que en la de impulso positivo. Esto es de esperarsedado que existe una mayor probabilidad disruptiva a tensiones negativas.

2. La desviación estándar (s) a impulso negativo, también resulta ser menor que ladesviación estándar a impulso positivo. Lo que implica que existe una mayor concen-tración de descargas cuando las tensiones son negativas, o de otra manera podemosdecir 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 nivelbásico de aislamiento (BIL). Son deducibles a partir de la ecuación de regresión linealy(U); lo cual habla de la importancia que tiene ésta y la extrapolación como método deaproximación.

El siguiente cuadro nos muestra como calcular estos valores.

y = m ∗ U − bValores característicos Impulso Positivoy =

0,2169 ∗ −24,3634Impulso Negativoy =0,2927 ∗ U − 31,6479

U = − bm 112.3143 [kV] 108.1264 [kV]

s = 1m 4.6100 [kV] 3.4165 [kV]

BIL = U − 2,5 ∗ s 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 POTENCIAEl interruptor de potencia es un dispositivo electromecánico cuya función principal es la

de conectar y desconectar circuitos eléctricos bajo condiciones normales o de falla, ademáspueden 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 durantesu vida útil , estos están sometidos al desgaste de sus contactos y es función del númerode maniobras que realiza el mismo. El desgaste de los contactos incrementa la resistenciaeléctrica entre ellos, lo que trae como consecuencia un incremento de la temperatura decontacto y viceversa, el incremento de la temperatura resulta en una disminución de lafuerza de contacto y un rápido incremento de la resistencia.

Además de los factores mecánicos, los factores ambientales como la humedad, el polvoambiental, la oxidación de las supercies de contacto de un interruptor tienen efecto directosobre su resistencia.

De modo que para evaluar las condiciones de los contactos del interruptor, se hanestablecido 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 principiosde la ley de Ohm:

V = R× I (3.1.1)

Donde:

V es el voltaje a través del contacto;

I es la corriente;

R es la resistencia.

Si aplicamos una corriente Iy medimos el voltaje V , la resistencia R se puede obtenerdirectamente dividiendo V por I.

R =V

I(3.1.2)

Como se ve en la gura 3.1.1

36

Figura 3.1.1: Circuito de medición de resistencia de contactos

Dado que la cámara de interrupción es un contenedor cerrado, sólo tenemos acceso alos conductores de entrada y de salida; la R medida entre estos dos puntos sería la sumade todas las resistencias de contacto halladas en serie (contactos jos, de cierre y aperturay los deslizantes).

De acuerdo a la norma IEC 694, artículo 6.4.1, el valor de la corriente a usar debería serlo 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 50A 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 depolvo, 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 delinterruptor [kV]

Resistencia[µΩ]

25 100-350120 80-200

120-30 100735 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 estáligado 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. Sila 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 energíatérmica del interruptor con el consecuente daño del equipo. Por otra parte, la no extincióna tiempo del arco eléctrico acelera el deterioro de los contactos del interruptor lo cualadelanta el requerimiento de mantenimiento mayor en el mismo.

Esta prueba requiere de un equipo especial y un procedimiento más complicado que elmétodo estático.

La información recogida es de una naturaleza diferente y nos da un mayor entendimientode 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 resistenciaen todo su recorrido desde la posición cerrada hasta la posición abierta.

4. El impulsó-grafo puede registrara la curva de operación del mecanismo del interruptordesde 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

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Este es un equipo de maniobra diseñado sólo para abrir o cerrar un circuito eléctricoen 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 energizadosdel 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 con-ductores de entrada y salida del seccionador.

5.- Mecanismo de Accionamiento: Es elemento necesario para realizar las maniobras delseccionador. 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 aconectarse 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 delcomportamiento eléctrico del seccionador una vez instalada en red de suministro son lasdos últimas.


Las pruebas de aislamiento para seccionadores son similares a las pruebas ya indicadaspara los otros equipos aquí expuestos. Esta prueba trata de determinar si existe un caminode baja resistencia en el aislamiento.

39


Es casi independiente de la temperatura y pude darnos información relevante y con-cluyente sobre el estado del seccionador. [ver Métodos de Prueba (Ensayos Eléctri-

cos)]


Eliminar todo residuo o contaminante de la supercie aislante del seccionador






3.2.2.3. Método de la Prueba de Absorción Dieléctrica [7]

[ver Métodos de Prueba (Ensayos Eléctricos) ]

3.2.2.4. Protocolo de la Prueba de Absorción Dieléctrica DAR_Indice dePolarización PI

Liberar la supercie del seccionador de posible contaminación por aceite o humedad


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 delAislamiento

Relación 60-30Segundos

Relación 10/1 minutoPI (Indice dePolarización)

Peligroso - Menos de 1Dudoso 1.0 a 1.25 1.0 a 2Bueno 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 Métodos de

Prueba (Ensayos Eléctricos) ]

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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 puedainuir en el resultado


Seleccionar una tensión de ensayo (3 kV, 6 kV, 9 kV)


Aplicar las tensiones de ensayo, en pasos de igual duración (60 segundos).

Tabular en un cuadro las resistencias obtenidas a las tensiones aplicadas.


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:Temperatura = 20oCHumedad = 56 %

Cuadro 3.3.1: Datos de Prueba de Absorción Dieléctrica e Índice de Polarización del Sec-cionador ST Brasil 2002

Interpretación de la Prueba El seccionador empleado para la prueba fue dado debaja por una empresa de distribución eléctrica. Los resultados de la prueba dan la razónal personal técnico que decidió retirar del servicio el seccionador. Comparando los indicesDAR y PI resultantes de la experimentación, notamos que están por debajo de losvalores tolerables. [ver cuadro 3.2.1]

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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 GΩ; de igual manera la

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resultante (Rp). Los resultados de la prueba de Indice de Absorción y de Polarización nosayuda a concluir que el aislamiento se encuentra en mal estado. La gura 3.3.1 evidenciala tendencia a la baja de las resistencias lo que conrma lo antes expuesto.



Tensión de Prueba 10[kV]

Tiempo [s] 15 30 45 60 120 180 240 300 600Resistencia [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 gravedeterioro 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 laprueba realizada en interruptores expuestos en este mismo capítulo. Y es por ello que nosremitiremos a ella siempre que queramos hacer una prueba de estas en seccionadores

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Capítulo 4

ENSAYO DE PARARRAYOS

Los Pararrayos son elementos de protección que se caracterizan por presentar dos es-tados básicos de operación o funcionamiento que depende fundamentalmente del nivel detensión al que esta sometido.

Así el pararrayos se comportara como un aislador cuando se encuentra a su tensiónnominal de diseño, que no es mas que el máximo valor ecaz de voltaje fase tierra entresus 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, entraen estado de conducción y evacua cualquier sobre tensión; luego de lo cual recupera sucondición de aislador.

4.1. Pruebas de Corriente Continua [3.1]

Las pruebas de DC que se realizan en un pararrayos están motivadas tomando en cuentasu condición de aislador y sus características constructivas.

Si el pararrayos consta de varias secciones se probará cada una de ellas. Este es el casode los pararrayos de oxido zinc, elemento que le permite un comportamiento dinámicocuando esta sometido a sobre-tensiones no transitorias o a la tensión de cebado.


Como se indicó son pruebas destinadas a establecer la tendencia de la resistencia deaislamiento del equipo o elemento bajo prueba.

Los pararrayos están sometidos a diferentes exigencias eléctricas y medioambientalesque podrían causar el deterioro de este importante elemento de protección. Las razonespara 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 seencuentre en buenas condiciones, que cumplan con las especicaciones de la contra-tación 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 perdidasmateriales y económicas.

Mantenimiento correctivo.- Encaminada a mejorar las condiciones de trabajo y elrendimiento de los sistemas.

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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 conta-minante que pueda causar una descarga eléctrica no prevista especialmente cuandoel ensayo se realiza en ambientes húmedos.

De ser el caso si posee un elevada característica capacitiva (pararrayos de oxidometálico) 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 elelemento ensayado. Esta tensión provoca una corriente de circulación en la supercie (is) yen el interior (iv) del aislamiento, del orden de los micro-amperios. Su intensidad respondea parámetros físicos y de diseño del pararrayos, así como a las condiciones del mediocircundante (temperatura y humedad) existentes en el momento de la prueba.

Estas corrientes permiten determinar la resistencia de aislamiento supercial y/o laresistencia de aislamiento volumétrica dependiendo de la conguración del circuito en laprueba.

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 -[MΩ]

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 disminu-ción de la resistencia de aislamiento como consecuencia de la humedad, agrietamiento opresencia 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 cargacapacitiva presente en él.


Seleccionar una tensión de ensayo (3 kV, 6 KV, 9 kV)


Aplicar las tensiones de ensayo, en pasos de igual duración.

Tabular en un cuadro las tensiones obtenidas.


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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 HighVoltage DC Testing

4.1.1.4. Prueba de Absorción Dieléctrica DAR [7]

La prueba de absorción dieléctrica es especialmente recomendable cuando en el am-biente de trabajo; el material se encuentra expuesto a contaminantes líquidos aceites y/ohumedad. [ ver Métodos de Prueba (Ensayos Eléctricos) ]

4.1.1.5. 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 cargacapacitiva presente aun él.


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 revelarhumedad o contaminación. [ver Métodos de Prueba (Ensayos Eléctricos) ]

4.1.1.7. Protocolo de la Prueba de Indice de Polarización


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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









4.2. Mediciones y Análisis de Resultados

El objeto de ensayo es el Pararrayos de 18 kV - 15.3 kV (MOCV).

Figura Descripción Clase Método de ensayo norma

PararrayosPDV100 -Optima

18 kV 15.3MCOV

ANSI/IEEC62.11 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 Índicede Polarización


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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 referenciapodemos armar que el aislamiento del pararrayo se encuentra en buen estado [ver cuadro3.2.1]



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 delpararrayo como cualquier otro objeto, responde a sus características constructivas y a sufunción en un sistema de potencia.

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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 signi-cativo 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, queante un incremento de tensión reacciona disminuyendo su resistividad eléctrica, por tantola disminución de la resistencia entre sus terminales eléctricos, al punto de que cuando latensión que se aplica sobre el elemento llega ser la tensión de cebado el pararrayos cruzala frontera entre las características de un aislador a las características de un conductor. Lafunción de la resistencia volumétrica es la de brindar un camio de evacuación a las sobretensiones, hecho que se cumple bajo determinadas condiciones de tensión. La gura 4.2.2ilustra grácamente este comportamiento.



Tensión de Prueba 5 [kV]

Tiempo [s] 15 30 45 60 120 180 240 300 600Resistencia [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 comportamientode la resistencia volumétrica. La resistencia integral del pararrayos muestra el comporta-miento típico, por tanto se encuentra en buen estado.

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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 similaresa 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 deequipo eléctrico. En el caso de aislamiento sólido, se recomienda utilizar un nivel de tensiónsimilar 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 devoltaje y a 20 grados centígrados.

La medición de las pérdidas dieléctricas es efectiva en la detección de pararrayos de-fectuosos, contaminados o deteriorados.

La prueba del factor de potencia se basa en un modelo conformado por un capacitoren paralelo con una resistencia o un capacitor en serie con una resistencia.

El capacitor representa la capasitancia del equipo bajo prueba y la resistencia representalas 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 capa-citor. La gura 4.3.1 muestra este modelo donde It representa la corriente total que circulapor el equipo de prueba, Ic es la corriente capacitiva e Ir la corriente resistiva.

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Figura 4.3.1: Modelo paralelo de aislamiento

El elemento resistivo en el circuito equivalente representa los vatios de pérdidas disi-pados en el aislamiento cuando se aplica un voltaje. El elemento capacitivo representa elcapacitor 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 dadospor:

V atios = E × It × cosφ (4.3.1)

Donde ø representa el ángulo de fase entre el voltaje de prueba y la corriente total queuye 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 totaly la corriente capacitiva. Para este ángulo existe una relación que se denomina factor dedisipación denido como:

Tangδ =IrIC

(4.3.3)

lo que en el plano de impedancias implica:

Tangδ =R

XC(4.3.4)

Por lo que:

Tangδ = R×W × C (4.3.5)

El cuadro 4.3.1, muestra cuales son los voltajes de pruebas para los diferentes valoresde 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

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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 residualesque 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 obteneruna 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 estepermaneció energizado.

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Parte I

Conclusiones y Recomendaciones

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Toda prueba sobre un equipo, objeto o sistema. Tiene como objetivo determinar unacaracterística(s) o condiciones del sujeto de ensayo, que permita establecer sin lugar adudas cual sera su perfomans en el entorno de trabajo.

Dichas características resultan de suma importancia a la hora de usar, remplazar osugerir la utilización de los elementos ya mencionados. Especialmente cuando son partesensible de un todo, donde la rentabilidad o perdida dependen de su funcionamiento. Peroademás y mucho mas importante, cuando de ellos depende la seguridad de las personasque laboran en fabricas e industrias, la vida de pacientes en hospitales y centros de saludy en la calle mismo.

La industria de la energía eléctrica, quizás es la que mayor importancia reviste enla cotidianidad de la vida del ser humano. Podría decirse y sin temor a equivocarse quetiene una aplicación universal, la mayoría de las actividades realizadas por el hombreestán relacionadas con el uso de la electricidad o depende de ella; todo funciona en surededor ya sea que fuere el elemento motor primario o como resultado de una conversiónde energías. Esto hace que el dimensionamiento y ulterior protección de un sistema depotencia de energía eléctrica a todo nivel de tensón, requiera una especial atención, paracumplir con los objetivos principales de calidad y conabilidad, consecuentemente asegurarlas inversiones económicas y proteger vida.

Del Laboratorio de Alta Tensión

Los aisladores, seccionadores , interruptores, pararrayos; objetos de ensayo en esta tesishan de cumplir con determinadas características eléctricas para satisfacer las exigencias desu entorno de trabajo. Estas deben ser determinadas en un laboratorio, capas de brindarlas condiciones apropiadas par considerar los resultados de una prueba como ables. Quieredecir que la exactitud en las mediciones pasa por las condiciones medioambientales, por laexperiencia del experimentador como por los equipos de medición o ensayo disponibles enel laboratorio. las pruebas realizadas las conclusiones obtenidas de ellas, que se exponenmas 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 se-guir. Las conclusiones que podamos sacar una ves realizadas, podrían seguir la siguientesecuencia:

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 algunasnormas de seguridad. Pero ademas la preparación cuidadosa de los ensayos a realizar, aquíalgunas recomendaciones previas a tener en cuanta:

1. El experimentador debe prepara concienzudamente el fundamento teórico sobre elque se basa el ensayo que piensa aplicar. Esto le permitirá diseñar adecuadamente elexperimento.

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 ademascon la norma usada por el fabricante del equipo u objeto etc.

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5. Establecer el método de prueba a usarse. este dependerá de lo que queramos investigaro establecer.

6. Diseñar un cuadro de datos a para la tabular de la información producto de laexperimentación

Del Aislador 52.1

No existe el aislamiento perfecto. Decimos esto puesto que al escuchar la frase aisladoreléctrico 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 pasoen alguna medida de la corriente eléctrica cuando esta sometida a una tensión. Esta es lacorriente aprovechada por los instrumentos de medición para determinar características co-mo la Resistencia volumétrica y supercial, el Indice de absorción y de polarización. Existebarios métodos para determinar la resistencia de aislamiento; la utilización de cualquierade 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 unamuy buena idea del estado de la resistencia de aislamiento.

La interpretación de los resultados depende tanto de la norma utilizada para su eva-luación; como de las características eléctricas del elemento; que el fabricante provee conla intensión de que el ingeniero o técnico posea una referencia conable al momento deseleccionar un equipo para una aplicación dada. Ademas podrían usarse los resultadoshistóricos 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 = 359GΩ) y super-cial (Rs = 1,67 TΩ), que contrastada con el cuadro 2.1.1 de resistencias esperadas segúnla tensión nominal de trabajo, muestra que éstas están dentro de los limites permisiblescomo lo establece la norma MTS-1993

Pruebas de Absorción Dieléctrica (DAR) e Indice de Polarización (PI). Estadestinada a detectar la existencia de micro poros en el interior del aislamiento (PruebaDAR) y los depósitos de humedad, polución o algún otro contaminante en la supercie delaislador (Prueba PI). Es aconsejable que en la interpretación de los resultados se tome encuenta el entorno donde se encuentra instalado el equipo (en programa de mantenimientopor 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 cuadro3.2.1 nos dice que el aislamiento no esta en buen estado. El resultado PI puede deberseposiblemente a que las supercie este contaminada por algún agente externo como aceiteo polvo, que se abría depositado en la aislador en algún momento previo a la prueba. Elvalor del indice DAR tampoco es alentador nos hace pensar que el interior del aislamientoesta 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

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Equipo DAR Calicación General

Aislador

1.12Peligroso Dudoso Bueno. Excelente.

x

PI

1.35Peligroso. Dudoso Bueno Excelente

x

Peli. Dud. Bue. Exce.

x

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 determinarla tendencia del aislamiento y que si el aislamiento se incrementa o estabiliza en algúnvalor en tanto se aumenta la tensión, él pasa la prueba. Pero el objetivo de esta pruebano solo es jarnos en la tendencia creciente del aislamiento sino también en el valor de latendencia , y el valor ultimo de ella al nalizar el ensayo. Contrastando su valor ultimocon 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) allímedidas alcanzan un valor estable que se encuentra dentro de los limites tolerables yreferencia-les exigidos en el cuadro 2.1.1.

Tomando en cuenta todos los resultados de las pruebas de aislamiento realizadas en elaislador podemos concluir que pasa la prueba.

Prueba Tiempo Resistencia. El método toma lecturas a incrementos especícos detiempo y se prolonga por un espacio temporal mayor que el requerido para que la capa-citancia del aislador se cargue. La presencia de contaminantes y humedad en el aisladorocasiona que el efecto de absorción dieléctrica se enmascare y la resistencia se disminuyao permanezca constante.

Para el aislador los resultados muestra más bien que la resistencia mantiene una ten-dencia creciente y que al menos en lo que a resistencia de aislamiento se reere se encuentraen muy buen estado

Prueba de Impulso Tipo Rayo. Es una de las de mayor relevancia en el estudio delaislamiento. La naturaleza aleatoria, de las descargas eléctricas, las características espe-cicas del impulso de tensión, y la duración de la exposición del aislador a la tensión deprueba; 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 elvalor de cresta del máximo impulso de tensión que es capas de soportar el aislador sinque se produzca una descarga disruptiva. Siendo las descargas eléctricas un fenómenoaleatorio en aislamientos autorregenerables se puede obtener experimentalmente la curvade probabilidad acumulativa (P(U)). por lo que :

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La recopilación de datos y el tratamiento de la información resulta en un procesoestadístico (Norma IEC).

Se recomienda utilizar la aproximación lineal por mínimos cuadrados para la obten-ción de la recta y(U) que nos permita extrapolar la probabilidad de descarga parauna tensión especica.

Si se conoce y(U), se puede determinar los parámetros tensión media (U) y desviaciónestándar (s) que caracteriza la curva de densidad de probabilidades (GAUSS) y a partirde ellos el BIL.

Esto muestra la relevancia que tiene la recta y(U), al punto que podríamos armar quees el propósito primario del tratamiento estadístico de los dato

En el cuadro tenemos los resultados. Muestra dos ecuaciones lineales, corresponden ala prueba a Impulso Positivo y Negativo, dos tensiones medias, dos desviaciones estándary dos valores de BIL. Las grácas que resultan de la aplicación de estos valores no son muydiferentes entre si, lo que tiene sentido pues la desviación estándar de una y otra resultanestar 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 tensionesde 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 elaislador 52.1, se aplica también para el seccionador fusible aquí ensayado. ¾Pero como esposible esto?. La función que cumple el seccionador en el sistema de potencia aria pensarque no existe ninguna relación entre este y el aislador, salvo que los dos son usados en unsistema eléctrico de potencia. ¾Entonces por que la interpretación de los resultados hande ser echo de la misma forma que la del aislador?. La explicación es simple y radica enque, entre las partes constructivas se tiene una Columna de aislamiento, que cumple comoaislador a tierra de los puntos energizados del seccionador. Hasta aquí su semejanza con el52.1, pues ademas sirve de interruptor para seccionar o separar circuitos. Esta es realizadapor 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 resultadode una falla eléctrica imprevista, por lo que el seccionador también es un dispositivo deprotección.

Las pruebas sobre seccionadores no estarán completas tan solo con probar la calidad desu aislamiento. Las funciones adicionales que debe cumplir este importante equipo, ya esun motivo suciente para que sobre él se deba hacer pruebas adicionales que garantice suidoneidad. 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 dela red de suministro eléctrico. Se esperaría que las pruebas realizadas sobre el aclaren enalguna medida cual seria la razón para su retiro.

Prueba de Absorción Dieléctrica e Indice de Polarización El siguiente cuadromuestra los resultados del seccionador.

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Seccionador

1.10Peligroso Dudoso Bueno Excelente

x

PI


x


x

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 52.1en cuanto a los indices DAR y PI. Podemos inferir que esta prueba no es la mas adecuadapara 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 queestos indicadores estén muy cercanos a uno.

Las siguientes recomendaciones podrían facilitarnos el análisis de los resultados encuanto a estos indices:

No arse de estos indicadores si el material no es polariza-ble. Pruebe otro tipo deensayos.

Cada prueba da una vista diferente sobre las condiciones del aislamiento; saber elverdadero estado del mismo depende de si hemos realizado todas la pruebas perti-nentes.

DAR y PI son una relacional a-dimensional auto-contenida por lo que su valor indicauna tendencia. Un valor mayor a 1,6 (DAR) o mayor a 4 (PI) indicaría un excelenteaislamiento. Valores demasiado altos de estos podrían indicar que el aislamiento seencuentra 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 pruebaresalta inmediatamente la gran diferencia entre las lecturas de resistencia tomadas a dis-tintas tensiones. Esto es cierto para Rs, como para Rv y no muy notorio para Rp; la gura3.3.2 muestra con claridad esta tendencia.

En consecuencia la resistencia de aislamiento del seccionador no pasa las pruebas, sutasa de variación con respecto a la tensión es muy acentuada por lo que la conclusión lógicaes anticipar su mal estado.

Una practica recomendable antes de una prueba, es inspeccionar visualmente el objetoen busca de signos de ameo como carbonilla, rastros de algún contaminante y vericar laintegridad de su estructura

Prueba Tiempo Resistencia Lo dicho esta prueba resulta ser denitiva pues evidenciael muy mal estado del seccionador; su curva errática comparada con la forma suave ycreciente 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 tensiónde prueba que supera por el momento la capacidad que tienen el laboratorio para generareste impulso.

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Del Pararrayo

Las partes constructivas del pararrayos destinados a cumplir una función especíca encaso de una eventualidad electromagnética, se evidencia en los resultados obtenidos encada 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.


Pararrayos


x

PI


x


x

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 Rvquepresenta un decrecimiento según se aumenta la tensión. Este comportamiento es propiode la acción de protección, pues se trata de un varistor cuya resistencia debe disminuir enfunción de la tensión creciente estableciéndose así el mecanismo de acción que se espera deél.

La resistencia supercial a diferencia de la volumétrica, crece continuamente de acuerdoa la tensión a la que esta sometida. Cualquier sobre-tensión se debe descargar por laresistencia volumétrica y no por la supercie del pararrayos.

Prueba de Tiempo Resistencia Nos conrma la tendencia del aislamiento del conjuntoesto es la de Rpque en denitiva es la expuesta esta expuesta a la tensión. No podemosseparar la resistencia Rv y Rspues forma un conjunto estructural.

Prueba de Impulso Tipo Rayo Como se había dicho los recurso del laboratorio estánlimitados a una determinada tensión por lo que no se a contemplado esta prueba. Pero escomún 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 estapor demás una observación general sobre la resistencia de aislamiento y algunas recomen-daciones 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 losequipos. Debe aplicarse a materiales de fácil polarización

Las resistencias Rv, Rs yRpno siempre revisten la misma importancia en los equipos;por poner un ejemplo en el caso de los pararrayos, la resistencia sometida a la tensiónde esfuerzo es Rp, en cambio que para el caso de un aislador tipo carrete la resistenciaexpuesta a la tensión siempre es la supercial. Existe una relación evidente entre estas

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resistencias y se muestran en el siguiente cuadro 4.9. En el se muestra la resistenciaRpcomo la aproximación del paralelo de la supercial y volumétrica al igual quela corriente Ip como la suma de las corrientes de fuga supercial y paralela. Algoque no podemos pasar por alto es la relación entre las resistencia así como las delas corrientes (resaltadas en color rojo), del seccionador, no muestran coherencia, loque podría servir como una conrmación del mal estado en el que se encuentra elaislamiento de este objeto.

Equipo Tensión

[V]

Rs[GΩ] Rv[GΩ] Rp[GΩ] Rp[GΩ]≈

Rs∗RvRs+Rv

Is[nA] Iv[nA] Ip[nA] Ip[nA]≈

Is + Iv

Aislador

1000

1500

2000

1060

1580

1710

327

337

338

281

280

281

250

278

282

1

1

1.23

3.24

4.70

6.24

3.77

5.65

7.51

4.24

5.70

7.47

Seccionador

3000

6000

9000

817

420

165

983

318

141

804

189

162

446

181

76

3.21

19.9

63.7

3.87

15

57.4

3.93

33.4

58.2

7.08

34.9

124.7

Pararrayos

1000

2000

3000

1060

2110

3160

446

343

325

315

290

285

314

295

295

1

1

1

2.37

6.15

9.72

3.36

7.26

11.1

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 tiempoy realizar un diagnostico mas acertado sobre el aislamiento.

Antes de realizar cualquier ensayo o prueba eléctrica. Establecer los niveles de tensiónde ensayo para evitar errores de medición o algún accidente

Ante pruebas contradictorias. investigar posibles errores de medición a causa de con-taminación o humedad o tal-ves a causa de la elección inadecuada de la tensión deprueba. Si la contradicción no se supera, considerar el resultado menos favorablecomo 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 Re-sistencia De Aislamiento.-secó 2.3.2

[5] Comisión Federal De Electricidad.- Coordinación De Distribución.- Métodos deMedición.- Prueba De Tiempo Resistencia subsección 2.3.2.3.- párrafo a)

[3.1] MEGGER Pruebas De Aislamiento.- Evaluación de Estado de Equipo deSubestación.- Pruebas en Corriente Continua Aislamiento Sólido.- pagina 4- Direcciónde Internet: http://www.pdf/guias_megger/Equipos%20de%20subestaciones.pdf-Fecha de consulta: 11/30/2011

[3.2] MEGGER Pruebas De Aislamiento.- Evaluación de Estado de Equipo deSubestación.-Prueba de Alto Potencial DC.- pagina 10-Dirección de Internet:http://www.artecing.com.uy/pdf/guias_megger/Equipos%20de%20subestaciones.pdf-Fecha de consulta: 11/30/2011

[3.3] MEGGER Pruebas De Aislamiento.- Evaluación de Estado de Equipode Subestación.- Pruebas En Corriente Alterna- Dirección de Internet:http://www.artecing.com.uy/pdf/guias_megger/Equipos%20de%20subestaciones.pdf-Fecha de consulta: 11/30/2011

[3.4] MEGGER Pruebas De Aislamiento.- Evaluación de Estado de Equipo deSubestación.-Prueba De Alto Potencial AC.- pagina 16- Dirección de Internet:http://www.artecing.com.uy/pdf/guias_megger/Equipos%20de%20subestaciones.pdf-Fecha de consulta: 11/30/2011

[3.5] MEGGER Pruebas De Aislamiento.- Evaluación de Estado de Equipo deSubestación.- Prueba De Factor De Potencia.- pagina 16- Dirección de Internet:http://www.artecing.com.uy/pdf/guias_megger/Equipos%20de%20subestaciones.pdf-Fecha de consulta: 11/30/2011

[6] Comisión Federal De Electricidad.- Coordinación De Distribución.-Prueba De Factorde Potencia a los Aislamientos.- sección 2.3.3

[7] MEGGER La Guía Completa para Pruebas de Aislamiento Eléctrico.-Relación de Absorción Dieléctrica.- paginas 18-19-Dirección de Internet:http://www.ingeborda.com/biblioteca/Megger/Guia_pruebas_aislamiento.pdf-Fecha 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 De Aislamiento.- Evaluación de Estado de Equipo deSubestación.- Métodos De Prueba.- paginas 4-5-6-7 - Dirección de Internet:http://www.artecing.com.uy/pdf/guias_megger/Equipos%20de%20subestaciones.pdf-Fecha 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 demedidas

[12] MEGGER Pruebas De Aislamiento.- Evaluación de Estado de Equi-po de Subestación.-Prueba De Resistencia De Contactos.-Pruebade Velocidad de Operaciones.- pagina 14- 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 serdeterminados 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 facilidadmaniesta 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 muestrala 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 supercieo exterior del aislamiento y es causadas por varios factores, como la contaminación, lapolución, la humedad a través de los cuales pasa el campo eléctrico.

Corriente metricara Ella atraviesa o circula por el interior del material aislante y esesta 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 unatensión DC y se maniesta como acumulación de energía de campo eléctrico y puede sercalculada según:

ic =V

R∗ exp

−tRC

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 campoeléctrico DC., disminuye cuando disminuye el movimiento de las cargas; su intensidad secalcula así:

ia = V ∗ C ∗D ∗ T − n

donde:

ia.....Corriente de absorción dieléctrica

V .....Voltaje de prueba en kV

C.....Capacitancia del equipo bajo prueba, en microfaradios

D.... Constante de proporcionalidad

T .....Tiempo en segundos

n......Constante

Nivel Básico de Aislamiento Para caracterizar el aislamiento de los aparatos deenergía de alta tensión se emplea parámetros como el Nivel Básico de Aislamiento paraimpulso de rayo y Nivel Básico para Impulso de Interrupción (BIL, por basic lightningimpulse insulation level). Este es un nivel especico del aislamiento expresado en funcióndel 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 bási-camente del tipo de objeto a ensayar, de lo que nos interesa determinar en el ; así como desus 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 resistenciade aislamiento, son pruebas DC, que a diferencia de las que se realizan en AC no son des-tructivas y mas importante, revelan el estado del material, permitiendo al experimentadorinferí el remplazo o mantenimiento y de ser el caso recomendar o no el empleo del mismoen 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 tensiónnominal de trabajo del aislamiento como de las condiciones medioambientales que por sunaturaleza también son probabilistas. En esta tesis el método va orientado al tratamientoestadístico de las pruebas de impulso de tensión tipo rayo. A continuación se propone elprocedimiento a seguir:

El tratamiento estadístico empieza por registrar y tabular las disrupciones que sepresentan durante la prueba. Se propone el siguiente cuadro .1 para registrar estoseventos. Se llenas cada casilla con un si o un no en caso de disrupcion sumando losresultados positivos para cada tensión de ensayo.

Tensión de Prueba en [kV]Muestra

123..........n

U1 U2 U3 .... .... UnNo .... .... .... .... ....Si .... .... .... .... ....? .... .... .... .... ....? .... .... .... .... ....? .... .... .... .... ....? .... .... .... .... ....

Cuadro .0.6: Modelo de Tabla para Tabular las Disrupciones

El resultado obtenido en el paso anterior se tabulan para su procesamiento en elcuadro..0.7. Aquí aparece los valores de y(U) que es la aproximación lineal de ladistribución de probabilidades relativas P(U).. No se pude establecer una correspon-dencia analítica entre los valores de P(U) e y(U) pero la siguiente aproximación sepude utilizar con las condiciones que se enuncia con ella.

67

U[kV] nd Q[%] y

U1U2U3........Un

nd1nd2nd3........ndn

P1(U)P2(U)P3(U)........

Pn(U)

y1y2y3........yn

Cuadro .0.7: Modelo de Tabla para Tabular Datos de Probabilidad

y = t− C0 + C1t+ C2t2

1 + d1t+ d2t2 + d3t3+ | ε(Q) |

Donde:| ε(Q) |< 4, 5 ∗ 10−4 es el error contenido al usar la aproximación.

t =

√ln 1

Q2 para 0 < Q ≤ 0, 5√ln 1

(1−Q)2para 0, 5 < Q < 1

con:C0 = 2, 515517C1 = 0, 802853C2 = 0, 010328d1 = 1, 432788d2 = 0, 189269d3 = 0, 001308entonce con U como el valor de la escala lineal correspondiente a Q

U =

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 conocerpor 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 corrientecapacitiva de carga como la corriente de absorción dieléctrica tienden a desaparecer enpoquísimo tiempo. Esto permite una lectura conable de la resistencia de aislamiento.

Se realiza conectado al equipo en prueba a una tensión DC inyectándole energía porun lapso de 30 a 60 segundos. El valor de la prueba tiene mayor valides si los resultados secomparan con lecturas realizadas a la misma tensión y temperatura (20 grados) en pruebasanteriores.

Método Tiempo Resistencia Basada en el conocimiento del decaimiento que sufrela corriente de absorción dieléctrica en el tiempo. Propone analizar la tendencia de laresistencia 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 unbuen aislamiento se espera que al disminuir la corriente que atraviesa el volumen delaislante su resistencia se incremente, de no ocurrir así diríamos que el mismo se encuentracomprometido.

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 decorto tiempo o puntual. Las mediciones se realizan a diferentes tensiones, la tendencia enla lectura de la resistencia debe ser creciente a medida que se incremente el voltaje deprueba. Se recomienda dos a tres lecturas como mínimo.

Una disminución de la resistencia indicaría un deterioro del aislamiento producto delenvejecimiento, daño del equipo, o contaminación.

Prueba de Absorción Dieléctrica Se conduce a tensión nominal, tomando lecturasa los 30 segundos y 60 seguidos de haber iniciado la prueba y se realiza el cociente entrela lectura a los 60 segundos y la tomada a los 30 segundos. Al igual que en las pruebasanteriores se juzga la tendencia de la resistencia de aislamiento para determinar el estadodel 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 tomandouna lectura al primer minuto y otra a los 10 minutos de la prueba. Esta es valida paramateriales 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 delinterior del aislamiento. Explota la característica capacitiva y de absorción del mismo.Permitiendo que la corriente capacitiva de carga se extinga y midiendo la corrinte circulantede absorción.

La prueba se realiza inyectando energía al aislamiento por un tiempo entre 10 a 30minutos luego se deja transcurrir 1 minuto, permitiendo que la corriente capacitiva seextinga, pues posee una constante de tiempo RC muy reducida. La medición de la corrientede absorción se realiza de manera indirecta introduciendo una resistencia de medición paradeterminarla, 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 elaislamiento se encuentra fracturado o agrietado, una lectura de corriente baja nos diráque el aislamiento se encuentra en buen estado; estas lecturas son inuenciada por latemperatura por lo que se aconseja tomar anotación de ella.

El indicador se representa por la siglas DD y viene dado por:

69

DD = ia(ennA)/[V oltaje de Prueba (en V ) ∗ Capacitancia (en mf)]

Podemos utilizar el cuadro 4.3.2 comparativo con el n de usarlos como valores refe-renciales.

Descarga DieléctricaResultante

Condición delAislamiento

Mayor a 7Mayor a 4Entre 2 y 4Menor de 2

MaloPobre

CuestionableBueno

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 ClausulaPoliméricos Retención Contorneo Frecuencia

Industrial SecoANSI C29.13 8.1

Polimérico Retención Contorneo FrecuenciaIndustrial Húmedo

ANSI C29.13 8.2

Polimérico Retenció Voltaje Critico ImpulsoPositivo y Negativo

ANSI C29.13 8.3

Plimérico Retención Radio Interferencia ANSI C29.13 8.4Polimérico Pin Contorneo Frecuencia

Industrial SecoANSI C29.5 OANSI 29.6

8.2.1

Polimérico Pin Contorneo FrecuenciaIndustrial Húmedo

ANSI C29.5 OANSI 29.6

8.2.2

Polimérico Pin Voltaje Critico ImpulsoPositivo y Negativo

ANSI C29.5ANSI C29.6

8.2.3

Polimérico Pin Radio Interferencia ANSI C29.5ANSI C29.6

8.2.4

Polimérico Line Post Eléctricas IEC 61952 11.1Porcelana Line Post Contorneo Frecuencia

Industrial SecoANSI C29.7 8.2.1

Porcelana Line Post Contorneo FrecuenciaIndustrial Húmedo

ANSI C29.7 8.2.2

Porcelana Line Post Voltaje critico ImpulsoPositivo y Negativo

ANSI C29.7 8.2.3

Porcelana Line Post Radio Interferencia ANSI C29.7 8.2.4

Cuadro .0.10: Referencias Especicas - Normas de Ensayos

Prueba de Rutina.- Tensión de Contorneo deAisladores de Porcelana o Vidrio

Tipo Norma ClausulaRetención ANSI C29.2 8.4.4

Pin ANSI C29.5 -ANSI C29.6

8.4

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 ensayosPruebas 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 estanorma.

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 estanorma.

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 electrodose coloca en cada lado de, y junto a la barrera de porcelana. Todos los aislantes que lapunción no cumple con los requisitos de esta norma.

78

Parte VII

Test Methods for Electrical PowerInsulators

79

SecretariatNational Electrical Manufacturers AssociationApproved as anAmerican National Standards Institute, Inc.

NOTICE AND DISCLAIMER

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The National Electrical Manufacturers Association (NEMA) standards and guidelinepublications, of which the document contained herein is one, are developed through a vo-luntary consensus standards development process. This process brings together volunteersand/or seeks out the views of persons who have an interest in the topic covered by thispublication. While NEMA administers the process and establishes rules to promote fair-ness in the development of consensus, it does not write the document and it does notindependently test, evaluate, or verify the accuracy or completeness of any information orthe soundness of any judgments contained in its standards and guideline publications.

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Approval of an American National Standard requires verication by ANSI that therequirements for due process, consensus, and other criteria for approval have been met bythe standards developer.

Consensus is established when, in the judgment of the ANSI Board of Standards Re-view, substantial agreement has been reached by directly and materially aected interests.Substantial agreement ineans much more than a simple majority, but not necessarily una-niinity. Consensus requires that all views and objections be considered, and that a concertedeort be made toward their resolution.

The use of American National Standards is completely voluntary; their existence doesnot in any respect preclude anyone, whether he has approved the standards or not, from

80

manufacturing, marketing, purchasing, or using products, processes, or procedures notconforming to the standards.

The American National Standards Institute does not develop standards and will inno circumstances give an interpretation of any American National Standard. Moreover,no person shall have the right or authority to issue an interpretation of an AmericanNational Standard in the name of the American National Standards Institute. Requestsfor interpretations should be addressed to the secrefariat or sponsor whose name appearson the title page of this standard.

CAUTION NOTICE: This American National Standard may be revised or withdrawnat any time. The procedures of the American National Standards Institute require thataction be taken perioäically to rearm, revise, or withdraw this standard. Purchasers ofAmerican National Standards may receive current information on all standards by callingor writing the American National Standards Institute.

81

American National Standard for Electrical Power Insulators - Test Methods

.1. Scope

This standard comprises a manual oftest methods to be followed in making teststo determine the characteristics of electricalpower insulators, as dened herein. Individ-ual tests shall be made only when specied.

.2. Denitions

NOTE: Denitions as givenherein apply specically to thesubject treated in this stan-dard. For additional denitionssee American National Stan-dard Dictionary of Electrical andElectronics Terms, ANSI/IEEE100-1988.

.2.1. Insulators and Parts

.2.1.1. Insulator.

An insulator is a device intended to giveexible or rigid support to electric conduc-tors or equipment and to insulate these con-ductors or equipment from ground or fromother conductors or equipment.

An insulator comprises one or more in-sulating parts to which connecting devices(metal ttings) are often permanently at-tached.

.2.1.2. Shell.

A shell is a single insulating member,having a skirt or skirts without cement orother connecting devices, intended to forma part of an insulator or an insulator assem-bly.

.2.1.3. Pin Insulator.

A pin insulator is an insulator havingmeans for rigid mounting on a separable pin.

.2.1.4. Post Insulator.

A post insulator is an insulator of gener-ally columnar shape, having means for directand rigid mounting.

.2.1.5. Cap and Pin Insulator.

A cap and pin insulator is an assemblyof one or more shells with metallic cap .and pin, having means for direct and rigidmounting.

.2.1.6. Line Insulator (Pin, Post).

A line hsulator.is an assembly of one ormore shells, having means for semirigidlysupporting line conductors.

.2.1.7. Apparatus Insulator (Cap andPin, Post).

An apparatus insulator is an assemblyof one or more apparatusinsulator units,having means for rigidly supporting electricequipment.

2.1.7.1 Unit.

An apparatus-insulator unit is an assem-bly of one ormore shelis with attached metalparts, the function of which is to supportrigidly a conductor, bus, or other conduct-ing elements on a structure or base member.

2.1.7.2 Stack.

An apparatusinsulator stack is a rigid as-sembly of two or more apparatus-insulatorunits.

.2.1.8. Suspension Insulator.

A suspension insulator is an insulatorwith attached metal parts having means fornonrigidly supporting electric conductors.

2.1.8.1 Unit.

A suspension-insulator unit is an assem-bly of a shell and hardware, having meansfor nonrigid coupling to other units or ter-minal hardware.

2.1.8.2 String.

A suspension-insulator string is an as-sembly of two or more suspension insulatorsin tandem.

82

.2.1.9. Strain Insulator.

Astrain insulator is an insulator gener-ally of elongated shape, with two transverseholes or slots.

.2.1.10. Spool Insulator.

A spool insulator is an insulator of gener-ally cylindrical form having an axial mount-ing hole and a circumferential groove orgrooves for the attachment of a conductor.

.2.1.11. Wire Holder.

A wire holder is an insulator of generallycylindrical or pear shape, having a hole forsecuring the conductor and a screw or boltfor mounting

.2.2. Low-Frequency Voltages

.2.2.1. Low Frequency.

Low frequency, as used in this standard,means any frequency between 15 and 100hertz.

.2.2.2. Low-Frequency FlashoverVoltage.

A lowfrequency ashover voltage of aninsulator is the root. mean-square value ofthe low-frequency voltage that, under speci-ed conditions, causes a sustained disruptivedischarge through the surrounding medium.

2.2.2.1 Dry ashover voltage tests aretests as described in 4.2.

2.2.2.2 Wet ashover voltage tests aretests as described in 4.3.

.2.2.3. Low-Frequency WithstandVoltage.

A lowfrequency withstand voltage of aninsulator is the rootmean-square value of thelow-frequency voltage that, under speciedconditions, can be applied without causingashover or puncture.

2.2.3.1 Dry withstand voltage tests aretests as described in 4.4.

2.2.3.2 Wet withstand voltage tests aretests as described in 4.5.

2.2.3.3 Dew withstand voltage testsare tests as described in 4.6.

.2.2.4. Low-Frequency PunctureVoltage.

A lowfrequency puncture voltage of aninsulator is the rootmean- square value ofthe low-frequency voltage that, under spec-ied conditions, causes disruptive dischargethrough any part of the insulator. Puncturetests are tests as described in 4.1 1.

.2.3. Impulse Voltages

.2.3.1. Impulse Wave.

An impulse wave is a unidirectional surgegenerated by the release of electrical energyinto an impedance network.

.2.3.2. Impulse Flashover Voltage.

An impulse ashimpulse over voltage ofan insulator is the crest value of the impulsewave that, under specied conditions, causesashover through the surrounding medium.

.2.3.3. Critical Impulse FlashoverVoltage.

The critical impulse ashover voltage ofan insulator is the crest value of the im-pulse wave that, under specied conditions,causes ashover through the surroundingmedium .on 50% of the applications. Im-pulse ashover voltage tests are tests as de-scribed in 4.7.

.2.3.4. Impulse Withstand Voltage.

The impulse withstand voltage of an in-sulator is the crest value of an applied im-pulse voliage that, under specied condi-tions, does not cause a ashover, puncture,or disruptive discharge on the test specimen.

impulse withstand voltage tests are testsas described in 4.8.

83

.2.4. Mechanical Strength

.2.4.1. Ultimate Mechanical Strength.

The ultimate mechanicd strength of aninsulator is the load at which any part of theinsulator fails to perform its function of pro-viding a mechanical support without regardto electrical failure. Ultimate mechanical-strength tests are tests as described in 5:l.

.2.4.2. Combined Mechanical andElectrical Strength (Suspen-sion Insulator).

The combined mechanical and electricalstrength of a suspension insulator is the me-chanical load at which the insulator failsto perform its function either electrically ormechanically, when voltage and mechanicalstress are applied simultaneously. A com-bined mechanical- and electrical-strengthtest is a test as described in 5.2.

.2.4.3. Time-Load WithstandStrength.

The time-load withstand strength of aninsulator is the mechanical load that, underspecied conditions, can be continu. ouslyapplied without mechanical or electrical fail-ure. A time-load withstand test is a test asdescribed in 5.3.

.2.4.4. Mechanical-Impact Strength.

The rnechanicalimpact strength of an in-sulator is the impact which, under speci-ed conditions, the insulator can withstandwithout damage. - A mechanical-impactstrength test is a test as described in 5.1.2.2.

.2.5. Miscellaneous

2.5.1 Test Specimen. A test specimen isan insulator which is representative of theproduct being tested; it is a specimen thatis undamaged in any way which would in-uence the result of the test. 2.5.2 Leak-age Distance. The leakage distance of an in-sulator is the sum of the shortest distancesmeasured along the insulating surfaces be-tween the conductive parts, as arranged for

dry ashover test. (Surfaces coated withsemiconducting glaze shall be considered 'as eective leakage surfaces, and leakage dis-tance over such surfaces shali be includedin the leakage distance.) 2.5.3 Dry-ArcingDistance. The dry-arcing distance of aninsulator is the shortest distance throughthe surrounding medium between terminaielectrodes, oc the sum of the distances be-tween intermediate electrodes, whichever isthe shorter, with the insulator mounted fordry ashover test.

.2.5.1. Radio-Inuence Voltage.

The radio-inuence voltage of an insula-tor is the radio-frequency voltage measuredunder specied conditions. Radio-inuencevoltage tests are tests as described in 4.9.

.3. Test-Specimen Mountingfor Electrical Tests

.3.1. Suspension Insulators

.3.1.1. Mounting Arrangement.

Unless otherwise specied, the test spec-imen (unit or string) shall be suspended ver-tically at the end of a grounded conductorso that the vertical distance from the upper-most point of the insulator hardware to thesupporting structure shall be not less than 3feet (9 14 mm).

.3.1.2. Energized Electrode.

The energized or bottom electrode orconductor shall be a straight, smooth rodor tube having an outside diameter not lessthan 314 inch (19 mm) nor more than 1-112inches (38 mm). It shall be coupled to thelower integral tting of the test specimen sothat the distance from the lowest edge of theinsulator shell to the upper surface of theelectrode shall be between 0.5 and 0.7 of thediameter of the lowest insulator. The con-ductor shall be horizontal and at right anglesto the axis of the test specimen. The con-ductor shall be of such length that ashoverwill not be initiated at the electrode ends.

84

.3.1.3. Proximity of Other Objects.

No objects, other than parts of the testassembly, shall be nearer the test specimenor energized electrodes than 1-1/2 times thetest-specimen dry-arcing distance, with aminimum allowable distance of 3 feet (9 14mm).

.3.2. Line Insulators (Pin, Post)

.3.2.1. Mounting Arrangement(Crossarm).

Unless otherwise specied, the support-ing crossarm shall be a horizontal, straight,smooth , grounded, metallic tube or struc-tural member having a horizontal width notless than 3 inches (76 mm) nor more than 6inches (152 mm). It shall be of such lengththat ashover will not be initiated at itsends.

.3.2.2. Mounting Pin (If Required).

When a separable pin is required, thetest specimen shall be mounted vertically ona 1-inch (25-mm) diameter metal pin of suchlength that the shortest dry.arcing distancefrom the upper electrode and connectedmetallic parts to the supporting crossarmshall be 25% greater than the similar dis-tance to the pin. The pin shall be coaxialwith the test specimen. Insulators havingintegrally assembled means for mounting ona crossarm shall be mounted vertically anddirectly on th'e test crossam.


The energized or top electrode or con-ductor shall be a horizontal round rod ortube placed at right angles to the support-ing crossarm, and 0f.a diameter not less than1/2 inch (13 mm). It shail be of such lengththat ashover will not be initiated at itsends. The conductor shall be placed in thetop conductor groove of the test specimen.When there is no top conductor groove, theconductor shall be placed in the other meansprovided for the conductor support. If a tiewire is to be used, the conductor shall be se-cured by means of at least two turns of wire

not smaller than No. 8 AWG (AmericanWire Gage), the ends being closely wrappedaround the conductor on each side of the in-sulafor.


No objects, other than parts of the testassembly, shall be nearer the test specimenor energized electrodes than 1-1/2 times thetest-specimen dry-arcing distance, with aminimum al. lowable distance of 3 feet (914mm).

.3.3. Apparatus Insulators (Capand Pin, Post)


Unless otherwise specied, the test spec-imen shall be mounted vertically uprighton a horizontal, grounded 10-inch (254-mm)channel, with the channel anges project-ing down. A subbase shallbe used if the in-sulator characteristics are predicated on itsuse. The supporting channel shall be of suchlength that askover will not be initiated atits ends, and its top surface shall be not lessthan 3 feet (914 mm) above the ground.


The energized or top electrode or con-ductor shall be a horizontal round rod ortube at right angles to the supporting chan-nel, and of a diameter approximately 5% ofthe test-specimen dry-arcing distance withinthe limits of 4-1/2 inches (1 14 mm) maxi-mum and 112 inch (13 mm) minimum. Thelength of the conductor shall be such thatashover will not be initiated at its ends. Itshall be mounted directly in contact with thetop integral tting of the test specimen, andwith its horizontal axis in the same verticalplane as the vertical axis of the test speci-men.


No objects, other than parts of the testassembly, shall be nearer the test specimenor energized electrodes than 1-1/2 times the

85

test-specimen dry-arcing distance, with aminimum allowable distance of 3 feet (9 14mm).

.3.4. Strain insulators


Unless otherwise specied, the test spec-imen shall be mounted in a position withits major axis at 45 degrees from the ver-tical (for wet ashover test, the major axisshall be at right angles to the spray direc-tion, and the axis of the upper conductorhole or slot shall be horizontal), using exi-ble metal conductors of approximately 50%of the hole diameter. The conductors shallbe clamped with guy clamps, spaced fromthe test specimen at a distance not less thanthe test-specimen length. Mechanical ten-sion sucient to avoid appreciable sag in thesetup shall be applied to the test specimen.The lower conductor shall be grounded.


No objects, other than parts of the testassembly, shall be nearer the test specimenor energized electrodes than 1-1/2 times thedry-arcing distance of the test specimen,with a minimum allowable distance of 1 foot(305 mm).

.3.5. Spool Insulators


The test specimen shall be mounted hor-izontally or vertically [as specied in Fig. 1through 5 of American National Standardfor Wet-Process Porcelain Insulators (SpoolType), ANSI C29.3-1986) , and in contactwith two smaothmetallic straps 1-1/2 inches(38 mm) wide and of any suitable thickness.A rod of suitable diameter shall pass throughthe axial hole of the test specimen and oneend of each of the straps. The straps shallextend horizontally in one direction from therod and remain parallel to each other for adistance from the test specimen of not lessthan the height of the test specimen. The

other ends of the straps shall be suitablyconnected to a grounded Support.


The energized electrode shall consist ofone turn of No. 8 AWG conductor placedaround the wire groove and served back onitself. This conductor shall be carried awayfrom the test specimen parallel to and in adirection opposite to the supporting straps.


No objécfs, other than parts of the testassembly, shall be nearer to the test speci-men or energized electrodes than 1 foot (305mm).

.4. Electrical Tests

.4.1. General.

Test specimens used for the tests in thissection shall have clean insulating surfaces.

.4.2. Low-Frequency Dry FlashoverVoltage Tests


The test-specimen mounting for dryashover voltage tests shall be in accordancewith Section 3.

.4.2.2. Voltage Application.

The initiai applied voltage may bequickly raised to approximately 75% of theexpected average dry ashover voltage value.The continued rate of voltage increase shallbe such that the time to ashover will be notless than 5 seconds nor more than 30 secondsafter 15% of the ashover value is reached.

.4.2.3. Dry Flashover Voltage Vdue.

The dry ashover voltage value of a testspecimen shall be the arithmetical mean ofnot less than ve individual ashovers takenconsecutively. The period between consecu-tive ashovers shall be not less than 15 sec-onds nor more than 5 minutes.

86

.4.2.4. Corrections

4.2.4.1 Standard Conditions.

Dry ashover voltage values shall be cor-rected in accordance with American Na-tional Standard Techniques for High-VoltageTesting, ANSI/IEEE 4-1978, except the fol-lowing standard conditions shall apply:

Barometric pressure: 29.92 inchesof mercury

(1 0.086 X 1 O'pascals)

Temperature: 77'F (25OC)Vapor pressure: 0.6085 inch of

mercury(2.051 X lo3

pascals)

Humidity and relative air density correc-tions shall be calculated in accordance with4.2.4.2 and 4.2.4.3

4.2.4.2 Humidity.

The dry ashover voltage value shall becorrected to standard humidity conditions inaccordance with the curves in Fig. 1. (Hu-midity correction curves are not available forspool and strain insulators.)

The vapor pressure shall be determinedby the following procedure:

Humidity shall be measured with wet-and dry-bulb thermometers, the air beingcirculated past the thermometers at a ve-locity of 3 meters (9.84 feet), or more, persecond, or with the sling psychrometer. Themeasurements shall be reduced to vaporpressure with the assistance of the Smith-sonian Meteorological Tables or by the fol-lowing formulas:

For U.S. customary units:

Ph = Ps − 0,00367b(t− t,)(1 +t, − 32

1571)

WherePh =vapor pressure, in inches of mer-

curyP =pressure, in inches of mercury, of sat-

urated aqueousvapor at temperature t'

b =barometric pressure, in inches of mer-cury

f =temperature of air, in degreesFahrenheit

t′ =wet-bulb temperature of air, in de-grees Fahrenheit

For SI units:

Ph = Ps− 0.0876b(t− t′)(1 + 0.00115t′)

wherePh =vapor pressure, in pascalsP =pressure, in pascals, of saturated

aqueous vapor attemperature t'

b =barometric pressure, in pascalst = temperature of air, in degrees Celsiust′ =wet-bulb temperature of air, in de-

grees Celsius

4.2.4.3 Air Density.

The dry ashover voltage value shall becoxrected to standard atmospheric temper-ature and pressure conditions. To do so, di-vide the measured voltage value by the rel-ative air density correction factor, Kd, Cal-culated in one of the following ways:

For US. customary units:

kd = 17,95P

(460 + T )

whereP =barometric pressure in inches of mer-

curyT =air temperature in degrees Fahren-

heit

For Si units:

PKd = 0.002955− (273 + T )

whereP =barometric pressure in pascalsT =air temperature in degrees Celsiusor

kd = 0,032p

(273 + T )

87

whereP =barometric pressure in millimeters of

mercuryT =air temperature in degrees Celsius

.4.3. Low-FrequencyWet FlashoverVoltage Tests


The test specimen mounting for wetashover voltage jests shall be in accordancewith Section 3.

.4.3.2. Precipitation.

The precipitation shall be applied in ac-cordance with subsection L3.3.2 and Table1.2 (Practice in USA) of ANSI/IEEE 4-1978.

Figure .4.1: Low-Frequency Humidity Cor-rection Factors

.4.3.3. Preparation of Test Specimen.

The preparation of the test specimenshall be in accordance with subsection1.3.3.2 of ANSI/IEEE 4-1978.


At not less than 1 minute after the naladjustment of the spray, the applied volt-age may be raised quickly to approximately75% of the expected average wet ashovervoltage value. The continued rate of volt-age increase shall be such that the time to

ashover will be not less than 5 seconds normore than 30 seconds after 75% of the wetashover voltage value is reached.

.4.3.5. Wet Flashover Voltage Value.

The wet ash. over voltage value of atest specimen shall be the arithmetical meanof not less than ve individual ashoverstaken consecutively. The period betweenconsecutive ashovers shall be not less than15 seconds nor more than 5 minutes.

.4.3.6. Corrections.

Corrections shall be made in accordancewith 4.2.4, except that no correction for hu-midity shall be made.

.4.4. Low-Frequency Dry With-stand Voltage Tests


The test-specimen mounting for drywithstand voltage tests shall be in accor-dance with Section 3.


75% of the rated dry withstand voltagemay be applied in one step and graduallyraised to the required value in not less than5 nor more than 30 seconds.

.4.4.3. Test Voltage and Time.

The test voltage, which is the rated drywithstand voltage with appropriate atmo-spheric corrections applied, shall be held onthe test specimen for 1 minute.


Corrections shall be made in accordancewith 4.2.4. The test voltage applicable toexisting atmospheric conditions is obtainedfrom the rated withstand voltage, as givenfor standard atmospheric conditions, by useof the following equation:

V = Vs ×δ

Hwhere

88

V =test Voltage, in kilovolts, applied totest specimen

Vs =rated withstand voltage, in kilovoltsS =relative air densityH =humidity correction factor applica-

ble for the particular test specimen

.4.5. Low-Frequency Wet With-stand Voltage Tests


The test-specimen mounting for wetwithstand voltage tests shall be in accor-dance with Section 3.

.4.5.2. Precipitation.

The precipitation shall be applied in ac-cordance with subsection 1.3.3.2 and Table1.2 (Practice in USA) of ANSI/lEEE 4-1978.


The preparation of the test specimenshall be in accordance with subsection1.3.3.2 of ANSI/IEEE 4-1978.


75% of the rated wet withstand voltagemay be applied in one step and graduallyraised to the required value in not less than5 nor more than 30 seconds.

.4.5.5. Test Voltage and Time.

The test voltage, which is the rated wetwithstand voltage, with appropriate atmo-spheric corrections applied, shall be held onthe test specimen for 10 seconds.


Corrections shall be in accordance with4.2.4, except that no correction shall bemade for humidity. The test voltage applica-ble to existing atmospheric Conditions is ob-tained from the rated withstand voltage, asgiven for standard atmospheric conditions,by use of the following equation:

V=Vs × δ

whereV =test voltage, in kilovolts, applied to

test specimenVs =rated withstand voltage, in kilovoltsδ =relative air density

.4.6. Low-Frequency Dew With-stand Voltage Tests


The test specimen shall be placed in achamber having a temperature of from -10°Cto -15°C (14°F to 5°F) until the specimen isthoroughly cooled. (Cooling may take 10 to12 hours.)


The test specimen shall be mounted inaccordance with Section 3 in a test cham-ber having a temperature of approximately77'F (25°C). The relative humidity in thetest chamber shall be approximately 100%.This may be obtained by passing live steamat atmospheric pressure into the chamber.


The voltage shall be raised rapidly todew withstand test voltage, while the testsuecimen is completely covered with dew.The time to raise the voltage shall bé notmore than 20 seconds.

.4.6.4. Test voltage and Time.

The test voltage, which is the rated dewwithstand voltage with appropriate atmo-spheric corrections applied, shall be held onthe test specimen for 10 seconds.


Corrections shall be'made in accordancewith 4.5.6

.4.7. Impulse Flashover VoltageTests

.4.7.1. General.

Impulse ashover voltage tests are made-under dry conditions only.

89


The test-specimen mounting for impulseashover voltage tests shall be in accordancewith Section 3.

.4.7.3. IrnpulseVoltage Wave.

All tests shall be made with a 1.2 X50-microsecond wave, in accordance withANSI/IEEE 4-1978

.4.7.4. Critical Impulse FlashoverVoltage Value.

The critical impulse ashover voltageshall be detetmined in accordance withANSI/IEEE 4-1978.

.4.7.5. Volt-Time Flashover Cuives.

The volt-time ashover cumes shall bedetermined in accordance with ANSIIIEEE4-1978


4.7.6.1 Critical Impulse FlashoverVoltage.

The critical impulse ashover voltagevalue shall be corrected to standard condi-tions in accordance with 4.2.4, except thatthe curves in Fig. 2 shall be used.

4.7.6.2 Volf-Time Curves.

The full air-density corrections shall beapplicable. The humidity correction shall bemade as follows:

(1) When the critical ashover voltagevalue occurs at more than 10 microseconds,full corrections shall be applied to all valueswith time lags of 10 microseconds or more.When ashover above critical voltage occursat less than 10 microseconds, the correctionshall be reduced in the direct ratio that thetime to ashover bears to 10 microseconds.

(2) When the critical ashover voltagevalue occurs at less than 10 microseconds,the correction shall be reduced in the directratio that the time to ashover bears to thetime at the critical ashover.

.4.8. Impulse Withstand VoltageTests

.4.8.1. General.

Impulse withstand voltage tests aremade to determine that the test specimen iscapable of withstanding a specied impulsevoltage.


The test-specimen mounting for impulsewithstand voltage tests shall be in accor-dance with Section 3.


Corrections shall be made in accordancewith 4.4.4, except that the curves in Fig. 2shall be used.

4.8.4 Voltage Application. impulse with-stand voltage tests shall be made with animpulse of that polaiity which produces thelower ashover voltage on the test specimen.Three consecutive impulses shall be appliedto the test specimen. The crest voltage ofeach shall be not less than the specied im-pulse withstand voltage, with appropriateatmospheric corrections.

.4.9. Radio-Inuence VoltageTests


The test-specimen mounting shall be inaccordance with Section 3, except that theclearance to objects, other than parts of thetest assembly, shall in no case be less than 3feet (914 mm) per 100 kilovolts of test volt-age. All haidware assocjated with the testcircuit shall be relatively free of radio inu-ence at a voltage 10% higher than the volt-age at which the tests are to be performed.

90

Figure .4.2: Impulse Humidify CorrectionFactors

.4.9.2. Equipment.

The equipment used in making the radio-inuence voltage tests shall be in accordancewith NEMA 107-1964 (R1987), Methods ofMeasuring Radio Noise?

4.9.2.1 Wave Shape.

The wave shape of the a p plied volt-age shall be a sine wave of acceptablecommcrcia1 standards in accordance withANSI/IEEE 4-1978.

4.9.2.2 Supply-Voltage Frequency.

The frequency of the supply voltage shallbe 60 hertz k 5%.

.4.9.3. Atmospheric Conditions.

Tests shall be conducted under atmo-spheric conditions prevailing at the time andplace of test, but it is recommended thattests be avoided when the vapor pressureexceeds 0.6 inch of mercury (2.02 ∗ 103 pas-cals). Since the eects of humidity and airdensity upon the radio-inuence voltage arenot denitely known, no correction factorsare recommended for either at the presenttime. However, it is recommended thatbarometric pressure and dry- and wet-bulbthermometer readings be recorded so that

if suitable correction factors should be de-termined, they could be applied to previousmeasure. ments.

.4.9.4. Precautions in Making Radio-Inuence Voltage Tests.

The following precautions should be ob-served when making a radio-inuence volt-age test on a test specimen: (1) The testspecimen should be at approximately thesame temperature as the room in which thetest is made. (2) The test specimen shouldbe clean. (3) In some c.ases it may befound that the radioinuence voltage falls orapidly after the 60-hertz voltage has beenapplied for a short time. In such cases it ispermissible to stabilize conditions by preex-citing the test specimen at normal operatingvoltage for a period not to exceed 5 minutesbefore proceeding with the tests.

.4.9.5. Methods of Making Tests

4.9.5.1 Radio-Inuence Voltage.

The specied voltage shall be applied tothe test specimen, and the radio-inuencevoltage shall be measured in microvolts atthe specied radio frequency. It is consid-ered impractical to read radio-inuence testvoltages that are less than 10 microvolts.

4.9.5.2 Radio-Inuence Characteris-tics.

The radio-inuence characteristics aredetermined by plotting the test voltageagainst the corresponding radioinuencevoltage.

.4.10. Visual CoronaTest

.4.10.1. General.

To assist in locating a source of radio-inuence voltage, a corona test may be per-formed. The test shall be made in a thor-oughly darkened room.

91


The test-specimen mounng shall be inaccordance with 4.9.1.

.4.10.3. Procedure.

A voltage well above the corona pointshall be applied and slowly lowered untilall discharges disappear from the test spec-imen. The point of disappearance shall bethe corona voltage. The observer's eyes shallbe thoroughly accustomed to the darkenedroom before making visual observations.

.4.11. Puncture Tests


Puncture tests shall be performed onfully assembled insulators only. The testspecimen shall be inverted and immersed ininsulating oil having a sucient dielectricstrength to prevent external ashover of thespecimen.

The oil shall be at least 6 inches (152mm) deep over all parts of the test speci-men. Voltage shall be applied between theintegrally assembled electrode (cap and pin)on all units having these parts. In the caseof pin insulators having no conducting elec-trodes at one or both terminals, electrodesshall be provided as follows:

An electrode in the pinhole shall be pro-vided by setting a metallic thimble, withsuitable conducting material, such as cementor alloy. The thimble shall be provided witha close-tting pin for attaching the conduc-tor. The top of the test specimen shall becoated with conducting material to a diam-eter of approximately I inch (25 mm) largerthan the tesf-specimen head.


Voltage shall be applied between theelectrodes, as described in 4.1 1.1. The ini-. tiai applied voltage may be raised quicklyto the rated dry ashover voltage of ihe test.specimen. The voltage shall then be raisedat the rate of approximately 10000 volts ev-ery 15 seconds to the value at which punc-ture occurs.

.4.11.3. Percent Average Variation ofPuncture Volt age.

The percent average variation of thepuncture voltage is determined as follows:

LetV I, V 2, V 3 ..., V n =individual punc-

ture voltagevalues, in kilovolts

V =average puncture volt-age, in

kilovolts

then

V =(V1 + V2 + V3, ...+ Vn)

n

Let

a1 = V − V1a2 = V − V2a3 = V − V3An = V − Vn

NOTE: Consider all these values of n aspositive: that is, neglect the slgns.

Leta =average variation, in kilovoltsA =percent average variation

then

a =(a1 + a2 + a3 + .....+ an)

n

A =100 a

V

.5. Mechanical Tests

.5.1. Ultimate Mechanical-Strength Tests

.5.1.1. General.

Mechanical load shall be applied to thetest specimen in the manner prescribed in S.1.1 through 5.3.2. The load shall be startedat zero and smoothly brought up in a prac-tically stepless variation to the failure point.

92

The load may be increased rapidly to ap-proximately 75% of rated strength of the in-sulator. The rate of increase of load from75% of rating to failure is given in Table 1.

.5.1.2. Suspension Insulators

5.1.2.1 Tensile Strength.

Mechanical-tensile load shall be appliedbetween terminal ttings in line with theaxis of the test specimen.

Table .5.1: Rate of Increase of Load

5.1.2.2 Mechanical-Impact Strength.

The test specimen shall be mourited inthe specied test machine in the speciedmanner under a tensile load of approxi-mately 2000 pounds-force (8896 N). Thebearing point of the pendulum shall be soadjusted that, when released, the coppernose will strike the outer rim of the shellsquarely in a direction parallel to the axis ofthe unit and towards the cap. The test spec-imen shall receive an impact of the speciedseverity by releasing the pendulum when itsshaft is opposite the corresponding mark onthe indicating scale. The pendulum shall bereleased with no imparted acceleration. Af-ter receiving the specied impact, the testspecimen shall be tested for soundness bymomentary ashover.

.5.1.3. Line Insulators (Pin, Post)(Cantilever Strength).

Mechanical load shall be applied inlinewith the side groove of the test specimenand normal to the axis of the pinhole. Theload at the tie-wire groove may be appliedby means of a loop of exible stranded ca-ble or the equivalent. The mounting pin,connecting hardware, and linkages between

the test specimen and the testing machineshall be such that no appreciable deectiontakes place at values up to the failure pointof the test specimen. Insulators whose de-sign incorporates selfcontained metal caps,mounting bases, pins, or conductor clamps,shall be tested with this hardware, using asuitable rigid support.

.5.1.4. Apparatus Insulators (Capand Pin, Post)

5. 1.4.1 Cantilever Strength.

Cantilever-strength tests shall be madewith the test specimen adequately securedto the testing machine. The load shall beapplied normal to the axis of the test speci-men at the specied point of application. indemonstrating stack ratings, one insulatorunit may be used. The equivalent lever armmay be obtained by bolting a bar or pipe ofproper length and stiness to the test spec-imen.

5.1.4.2 Torsional Strength.

Torsional-strength tests shall be madewith the test specimen adequately secured tothe testing machine. The torsional load shallbe applied to the test specimen through atorque member so constructed that the testspecimen is not subjected to any cantileverstress.


Tensile-strength tests shall be made withthe test specimen adequately secured to thetesting machine. The load shall be appliedin line with the axis of the test specimen.

5.1.4.4 Compression Strength.

Compressionstrength tests shall be madeby applying load in compression in line withthe axis of the test specimen

.5.1.5. Strain Insulators (TensileStrength).

Mechanical load shall be applied in linewith the main axis of the test specimen, us-

93

ing exible, stranded, steel cable. Each ca-ble loop shall be secured with clamps so po-sitioned that the distance between the edgeof the nearest clamp and the end of the testspecimen is the same as the length of thetest specimen. The diameter of the cableused should not exceed 50% of the diameterof the hole in the test specimen.

.5.1.6. Spool Insulators (TransverseStrength).

The test specimen shall be mounted be-tween close-tting parallel straps, using athrough bolt of the same diameter as thatfor which the test specimen is designed.The straps and connecting linkage shall besuch that no appreciable deection will takeplace. Mechanical load shall be applied inthe plane of the external wire groove. Theload shall be applied by means of a loop ofexible, stranded, steel cable. The diameterof the cable shall not exceed the radius ofthe wire grooves.

.5.1.7. Wire Holders


The mounting screw or bolt shall be in-stalled in such a manner that the mountingsurface of the test specimen does not touchthe support. Load shall be applied in linewith the axis of the mounting screw or bolt,using a loop of exible, stranded, steel ca-ble, the diameter of which shall not exceedthe radius of the wire hole in the insulator.The loop shall be clamped, with the insideedge of the nearest clamp placed 9 inches(229 mm) from the end of the insulator.

5.1.7.2 Cantilever Strength.

The mounting screw , or boit shall beheld rigidly in such a manner that themounting base of the test specimen seatssquarely against the face of the plate. Loadshall be applied in a plane parallel to themounting surface, passing through the cen-ter of the wire groove, using the exible looparrangement described in 5.1.7.1.

.5.2. Combined Mechanical- andElectrical-Strength Test(Suspension.Insulators).

Load shall be applied as described in5.1.1 and 5.1.2.1. Simultaneously, a lowfre-quency voltage of not less than 75% of therated dry ashover voltage shall be appliedto the test specimen.

.5.3. Time-Load-WithstandStrengthTest


The test-specimen mounting shall be inaccordance with the pertinent provisions in5.1.

.5.3.2. Loading.

The specied load shall be appliedsmoothly, without undue vibration or shock,and maintained for the specied period. Af-ter the load has been removed, the test speci-men shall be checked for electrical soundnessby being subjected to momentary ashover.Test specimens having more than one shellshall have each shell checked individually forelectrical soundness.

.5.4. Porosiîy Test

.5.4.1. Preparation of Test Speci-mens.

Freshly broken fragments of the insula-tor, having clean surfaces exposed, shall beused for this test. At least 75% of the Sur-face area shall be free from glaze or othertreatment. Fragments approximately 1/4inch (6 mm) in the smallest dimension upto 3/4 inch (19 mm) in the largest dimen-sion are recommended.

.5.4.2. Testing Solution.

For this test, a solution consisting of 1gram of basic fuchsine dye dissolved in 1 literof 50% alcohol shall be used. If a denaturedalcohol is used, one should be selected whichdoes not react with the dye to cause fadingof the color.

94

.5.4.3. Procedure.

The test specimens shall be completelyimmersed in the testing solution within apressure chamber. A minimum pressure of4000 poundsforce per square inch (27 600kN/m2) shall be applied for not less than5 hours, or an optional test at minimum10000 pounds-force per square inch (68 900kN/m2) for not less than 2 hours may beused. At the conclusion of the pressure ap-plication, the test specimens shall be thor-oughly dried and broken for examination.

.5.4.4. Interpretation of Results.

Penetration into small ssures formed inpreparing the test specimens shall be disre-garded. Porosity is indicated by penetrationof the dye into the test specimen to an extentvisible to the unaided eye.

.5.5. Thermal Test

.5.5.1. Cenerai.

The thermal test shall consist of alternate immersions of the test specimen in hotand cold water.

.5.5.2. Testing Arrangement.

The test specimens shall be arranged sothat they are not in contact with each otherand so that air shall not be entrapped duringirnmersion. Free circulation of water shall beprovided. Test specimens shall be at least 2inches (5 1 mm) from the walls of the tank.

.5.5.3. Equipment.

Each bath shall have a weight of water atleast 10 times the weight of the test specimenimmersed. Either natural or forcea circula-tion may be used to maintain the temper-ature of all parts of the bath within ±40F(20C) of the specied value. The recordedtemperature shall be measured at least 4inches (102 mm) from the heating or cool-ing elements.

.5.5.4. Method of Making Test.

The test specimen shall rst be im-mersed in a hot water bath for 10 minutes.It shall then be withdrawn and immersedin a cold water bath for 10 minutes. Notmore than 5 seconds shall elapse in trans-ferring the test specimen from one bath toanother. After the specied number of hotand cold cycles; the test specimen shall betested for electrical soundness by momen-tary ashover.

.5.6. Pinhole-Gaging Test

.5.6.1. General.

When the threaded pinholes of pin insu-lators are gaged, the specied pinhole gageshall be used.

.5.6.2. Test Procedure.

The gage shall be screwed into the testspecimen until the gage is tight. The dis-tance from the bottom of the pinhole to thepoint where the gage stops, as indicated bythe plunger and scale on the gage, shall beread. The gage shall be removed from thetest specimen, and the number of revolutionsof the gage required to release it from thepinhole shall be counted.

.6. Galvanizing Test.

Test for thickness of coating shall be inaccordance with Standard Measurement ofCoating.Thickness by the Magnetic Method:Nonmagnetic Coatings of Mag netic BaseMetals, ASTM B 499-75 (1987).

.7. Routine Tests

.7.1. Electrical Tests.

Flashover tests on shells or insulatorsmay be made in accordance with either thepro- . cedure in 7.1.1 or in 7.1.2.

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.7.1.1. High-Frequency Test

7.1.1.1 Method 1.

The shells or insulators shall be sub-jected to a damped high-frequency voltagesucient to cause ashover for from 3 to5 seconds. The frequency shall be approx-imately 200 kilohertz in damped trains.

7.1.1.2 Method 2.

The shells or insulators shall be sub-jected to a high-frequency discharge from a. transformer adjusted to a no-load voltageof not less than 115% of the low-frequencydry ashover of the shells or insulators, thistest to be continued for a period of from3 to 5 seconds. The frequency superim.posed upon the low-frequency voltage shallbe higher than 100 kilohertz.

.7.1.2. Low-Frequency Test.

The shells or insulators shall be sub-jected to vigorous dry ashover for from 3 to5 minutes. The voltage control shall be suchthat a continual ashover occurs and dividesuniformly over the shells orinsulators undertest.

.7.2. Mechanical Tests

.7.2.1. Suspension Insulators.

Prior to or simultaneous with the nalelectrical test, the assembled suspension in-sulators shaU be given a tensile-strength test3 seconds in duration, at the specied value,applied in line with the axis of the insulator.

.7.2.2. Apparatus Insulators.

Prior to or simultaneous. with the nalelectrical test, .the assembled apparatus in-sulators shall be given a tensile-strength test3 seconds in duration, at the specied value,applied in line with the axis of the insulator.

.8. Revision of AmericanNational Standards Re-ferred to in This Docu-ment

When the following American NationalStandards referred to in this document aresuperseded by a revision approved by theAmerican National Standards Institute, Inc,the revision shall apply:

ANSI C29.3-1986W, et-Process Porce-lain Insulators (Spool Type)

ANSI/IEEE 4-1978, Techniques forHigh-Voltage Testing

ANSI/IEEE 100-1988, Dictionary ofElectrical and Electronics Terms.

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American National StandardsThe standard in this booklet is one of 8000 standards approved to date by . the Ame-

rican 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 standardsinto single, nationally accepted standards under the designation "American National Stan-dards."

Each standard represents general agreement among maker, seller, and user groups asto the best current practice with regard to some specic problem. Thus the completedstandards cut across the whole fabric of production, distribution, and consumption of goodsand services. American National Standards, by reason of Institute procedures, reect anational consensus of manufacturers, consumers, and scientic, technical, and professionalorganizations, and governmental agencies. The completed standards are used widely byindustry and commerce and often by municipal, state, and federal governments.

The Standards Institute, under whose auspices this work is being done, is the UnitedStates clearinghouse and coordinating body for voluntary standards activity on the nationallevel. It is a federation of trade associations, technical societies, professional groups, andconsumer organizations. Some 1 O00 companies are aJiated with the Institute as companymembers.

The American National Standards Institute is the United States member of the In-ternational Organization for Standardization (60)an d the International ElectrotechnicalCommission (I ECh Through these channels U.S. standards interests make their positionsfelt on the international level. American National Standards are on le in the libraries ofthe national standards bodies of more than 60 countries

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Determinación de los protocolos de prueba en alta … POLITÉCNICA SALESIANA CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DETERMINACIÓN DE LOS PROTOCOLOS DE PRUEBA EN ALTA TENSIÓN A SER APLICADOS