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INSTITUTO TECNOLOGICO DE ORIZABA Materia:

Pruebas y Mantenimiento Eléctrico.

Carrera:

ING. Eléctrica.

Clave De La Materia: 7d4.

Nombre:

 Saavedra De rosas Daniel  Cortes González Victor Hugo  Hernández Trujillo Antonio  Rodríguez Hernández Jassiel Alejandro

Profesor: Ing. López Martínez Ricardo Julio.

Trabajo de investigan. "Aislantes Eléctricos"

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Índice. AISLANTES ELECTRICOS. =Generalidades. =Materiales aislantes y sus funciones. =Características y sus propiedades eléctricos. =Clasificación.

PRUEBAS Y MANTENIMIENTO DE LOS DIELECTRICOS CON C.D. =Resistencia de aislamiento. =Absorción dieléctrica y polarización.

PRUEBAS Y MANTENIMIENTO DE LOS DIELECTRICOS CON C.A. =Resistencia de aislamiento. =Absorción dieléctrica y polarización.

PEDIDAS DIELECTRICA =Factor de potencia. =Ionización. =Efecto corona.

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AISLANTE ELÉCTRICO Un aislante eléctrico es un material con escasa capacidad de conducción de la electricidad, utilizado para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito y para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión pueden producir una descarga. El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conducción que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a través del material.

GENERALIDADES DE LOS AISLANTES ELECTRICOS. Los cuerpos en los que la electricidad solo se manifiesta en las zonas en las que se frotan y se electrifican y no permiten su paso se dice que son malos conductores y se denominan aislantes. Estos se utilizan para separar conductores eléctricos para evitar cortos circuitos. El aislante perfecto para las aplicaciones eléctricas sería un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2,5 x 1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre. Estos materiales conductores tienen un gran número de electrones libres. En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como envoltura aislante para los cables, también se puede utilizar unas capas de barniz. En las líneas de alta tención se utilizan como aislantes el vidrio, la porcelana u otro material cerámico.

CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES AISLANTES. Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector) La mayoría de los no metales son apropiados para esto pues tienen resistividades muy grandes. Esto se debe a la ausencia de electrones libres. Los materiales aislantes deben tener una resistencia muy elevada, requisito del que pueden deducirse las demás características necesarias. Para ello se han normalizado algunos conceptos y se han fijado los procedimientos de medidas. Las Principales propiedades y características de los materiales conductores son: 1. Conductividad eléctrica (Resistividad eléctrica). 2. Coeficiente térmico de resistividad. 3. Conductividad térmica. 4. Fuerza electromotriz. 5. Resistencia mecánica.

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CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS MATERIALES AISLANTES Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector) La mayoría de los no metales son apropiados para esto pues tienen resistividades muy grandes. Esto se debe a la ausencia de electrones libres. Los materiales aislantes deben tener una resistencia muy elevada, requisito del que pueden deducirse las demás características necesarias. Para ello se han normalizado algunos conceptos y se han fijado los procedimientos de medidas. Propiedades eléctricas.  Resistividad de paso PD. Es la resistencia que presenta un cubo de 1 cm de arista.  Resistencia superficial y resistencia a las corrientes de fugas. En altas tensiones pueden aparecer corrientes eléctricas como consecuencia de depósitos sobre la superficie de los aislantes. Al cabo de un cierto tiempo la corriente podría atacar a estos materiales. Precisamente los plásticos son muy sensibles a ello, pues al ser sustancias orgánicas contienen carbono.  Rigidez dieléctrica ED en kV / mm. Se mide la tensión a la que se produce una descarga disruptiva entre dos electrodos. La rigidez dieléctrica no es una magnitud lineal, sino que depende de una serie de factores  Permisividad relativa Er. Es importante que la permisividad relativa de los aislantes sea pequeña, pero por otro lado los aislantes empleados como dieléctricos en los condensadores deberán presentar una gran permisividad. Además para poder valorar las propiedades del material debe saberse en qué forma depende Er de la frecuencia.  Comportamiento electroestático. La carga electrostática es posible debido a las altísimas resistencias de los plásticos. Junto a las propiedades eléctricas ya citadas los aislantes deben reunir también una serie de requisitos térmicos mecánicos químicos y tecnológicos que dependen de los fines para los que se destinen.

TERMOFIJOS Los Aislamiento agrupados bajo el nombre de termo fijos están constituidos por materiales se caracterizan porque, mediante un proceso de vulcanización, se hace desaparecer su plasticidad y se aumente su elasticidad y la consistencia mecánica. Estos aislamientos se aplican generalmente por extrusión y se someten a un proceso de vulcanización elevando la temperatura a los valores requeridos. Los aislantes termo fijos más usados son el hule natural y los hules sintéticos, conocidos con el nombre genérico de elastómeros y más reciente algunos derivados del polietileno.

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El hule natural fue, con el papel, uno de los materiales usados para el aislamiento de cables. Se obtiene del látex de un árbol tropical originario de Brasil. Para utilizarlo como aislamiento se mezcla con otras substancias: plastificantes, agentes de vulcanización (1 a 2% de azufre) y modificadores y vulcanizado se emplea mucho en baja tensión y con menos frecuencia para tensiones más elevadas hasta de 25 Kv. Los hules sintéticos más utilizados como aislamientos de cable son: estreno-butadieno (SBR) el butilo, el neopreno, y el etileno-propileno (EPR) El estreno-butadieno conocido comercialmente con las iníciales SBR sus cualidades eléctricas y mecánicas son ligeramente inferiores a las del hule natural. En cambio sus cualidades de resistencia a los agentes químicos y al envejecimiento son algo superiores, por sus características y su bajo precio se ha utilizado principalmente en el aislamiento de cables de baja tensión. El butilo es un hule sintético cuya propiedad principal es poder trabajar a temperaturas más elevadas que el hule natural su temperatura de operación es de 85º C. También ofrece una mayor resistencia a la ionización lo que permite usarlo para tensiones más altas, una gran flexibilidad y resistencia a la humedad superior a la del hule natural. Aunque la materia prima para este tipo o de aislamiento es barato su proceso de fabricación es elevado por lo que el precio final es costoso. Tiene aplicaciones para corta longitud, para aplicaciones especiales.

MATERIALES CERAMICOS EMPLEADOS EN ELECTROTECNIA Los aislantes cerámicos se forman a partir de silicatos pulverizados y otros óxidos y otros óxidos metálicos, y se cuecen a continuación. Se trata de un proceso de sinterización. Luego se les suele proveer de un revestimiento vitrificado para evitar la entrada de agua al desgastarse los poros. Los materiales cerámicos se clasifican en distintos grupos subdivididos a su vez según sus materias primas. El rasgo característico que tienen en común todos estos materiales es que son compuestos de metales y no metales. Los materiales cerámicos se caracterizan por ser:  Duros  muy frágiles  resistentes a las roturas por cargas estáticas  resistente a las lejías  resistente a los ácidos  resistente a la tracción

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CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS MATERIALES MAGNÉTICOS Y FERROMAGNETICOS Las sustancias ferro magnéticas son las que, como el hierro, mantienen un momento magnético incluso cuando el campo magnético externo se hace nulo. Este efecto se debe a una fuerte interacción entre los momentos magnéticos de los átomos o electrones individuales de la sustancia magnética, que los hace alinearse de forma paralela entre sí. En circunstancias normales, los materiales ferro magnéticos están divididos en regiones llamadas `dominios'; en cada dominio, los momentos magnéticos atómicos están alineados en paralelo. Los momentos de dominios diferentes no apuntan necesariamente en la misma dirección. Aunque un trozo de hierro normal puede no tener un momento magnético total, puede inducirse su magnetización colocándolo en un campo magnético, que alinea los momentos de todos los dominios. La energía empleada en la reorientación de los dominios desde el estado magnetizado hasta el estado desmagnetizado se manifiesta en un desfase de la respuesta al campo magnético aplicado, conocido como `histéresis'. Un material ferro magnético acaba perdiendo sus propiedades magnéticas cuando se calienta. Esta pérdida es completa por encima de una temperatura conocida como punto de Curie.

Las propiedades magnéticas de los materiales se clasifican siguiendo distintos criterios: Una de las clasificaciones de los materiales magnéticos —que los divide en diamagnéticos, paramagnéticos y ferro magnéticos— se basa en la reacción del material ante un campo magnético. Cuando se coloca un material diamagnético en un campo magnético, se induce en él un momento magnético de sentido opuesto al campo. En la actualidad se sabe que esta propiedad se debe a las corrientes eléctricas inducidas en los átomos y moléculas individuales. Estas corrientes producen momentos magnéticos opuestos al campo aplicado. Muchos materiales son diamagnéticos; los que presentan un diamagnetismo más intenso son el bismuto metálico y las moléculas orgánicas que, como el benceno, tienen una estructura cíclica que permite que las corrientes eléctricas se establezcan con facilidad. El comportamiento paramagnético se produce cuando el campo magnético aplicado alinea todos los momentos magnéticos ya existentes en los átomos o Moléculas individuales que componen el material. Esto produce un momento magnético global que se suma al campo magnético. Los materiales paramagnéticos suelen contener elementos de transición o lantánidos con electrones desapareados. El paramagnetismo en sustancias no metálicas suele caracterizarse por una dependencia de la temperatura: la intensidad del momento magnético inducido varía inversamente con la temperatura. Esto se debe a que al ir aumentando la temperatura, cada vez resulta más difícil alinear los momentos magnéticos de los átomos individuales en la dirección del campo magnético.ico es de unos 770 °C. Uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.

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Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. El marco que aúna ambas fuerzas se denomina teoría electromagnética. La manifestación más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los materiales magnéticos como el hierro. Sin embargo, en toda la materia se pueden observar efectos más sutiles del magnetismo. Recientemente, estos efectos han proporcionado claves importantes para comprender la estructura atómica de la materia.

DIELÉCTRICO. Se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad, por lo que puede ser utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un campo eléctrico externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los materiales aislantes con los que suelen confundirse. Todos los materiales dieléctricos son aislantes pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos. Algunos ejemplos de este tipo de materiales son el vidrio, la cerámica, la goma, la mica, la cera, el papel, la madera seca, la porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrónico y la baquelita. En cuanto a los gases se utilizan como dieléctricos sobre todo el aire, el nitrógeno y el hexafluoruro de azufre. El término "dieléctrico" fue concebido por William Whewell (del griego "día" que significa "a través de") en respuesta a una petición de Michael Faraday. APLICACIONES. Los dieléctricos más utilizados son el aire, el papel y la goma. La introducción de un dieléctrico en un condensador aislado de una batería, tiene las siguientes consecuencias: 

Disminuye el campo eléctrico entre las placas del condensador.



Disminuye la diferencia de potencial entre las placas del condensador, en una relación Vi/k.



Aumenta la diferencia de potencial máxima que el condensador es capaz de resistir sin que salte una chispa entre las placas (ruptura dieléctrica).



Aumento por tanto de la capacidad eléctrica del condensador en k veces.



La carga no se ve afectada, ya que permanece la misma que ha sido cargada cuando el condensador estuvo sometido a un voltaje.

Normalmente un dieléctrico se vuelve conductor cuando se sobrepasa el campo de ruptura del dieléctrico. Esta tensión máxima se denomina rigidez dieléctrica. Es decir, si aumentamos mucho el campo eléctrico que pasa por el dieléctrico convertiremos dicho material en un conductor. Tenemos que la capacitancia con un dieléctrico llenando todo el interior del condensador (plano-paralelo) está dado por:

(donde Eo es la permisividad eléctrica del vacío).

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PROPIEDADES DIELÉCTRICAS: CONTROL Y COMPORTAMIENTO EN MATERIALES ELÉCTRICOS Y AISLANTES “CONSTANTE DIELÉCTRICA”: si tenemos dos materiales conductores separados uno del otro por un vacío (condensador eléctrico) no se establecerá corriente entre ellos. Q=C·V Siendo Q la carga eléctrica almacenada entre los conductores, C la capacidad del sistema y V el voltaje. C depende del material que está entre las dos placas, del tamaño y forma de las mismas. C = 0 · A/ d Siendo 0 la permisividad del vacío: 8.85·10-12, A es el área de cada conductor y d la distancia entre las placas. Si en lugar de vacío, entre los dos conductores situamos un material dieléctrico, se pueden almacenar cargas adicionales, siendo ahora: C =  · A/d, = permisividad del material dieléctrico Como el material se puede polarizar, aumentará el nivel de carga almacenada en el condensador, esta capacidad del material se describe con la CONSTANTE DIELÉCTRICA:  = /0 De esta forma la  está relacionada con la polarización por la expresión: P = ( - 1) ·0· , siendo  la intensidad del campo eléctrico (V/m) Si el material se polariza fácilmente, la constante dieléctrica () y la capacidad del material(C) serán grandes. Al aumentar el voltaje aplicado la P crece hasta que los dipolos queden alineados. “RESISTENCIA DIELÉCTRICA”: Si el voltaje que se aplica es muy elevado o si las placas están muy cerca, el sistema se descarga porque la carga eléctrica se pierde. Se define “resistencia dieléctrica” al campo dieléctrico máximo que puede mantener un material dieléctrico entre conductores sin que el sistema se descargue. Máx. = (V/d) máx. , lo que hace es fijar el límite máximo de C y Q. “CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA”: para que un material dieléctrico almacene energía debe tener una resistividad eléctrica muy alta, es decir materiales que tengan poca tendencia de movimiento de sus portadores de carga (iones, electrones). Es por esto que se utilizan materiales aislantes como cerámicos y polímeros por su alta resistividad eléctrica. “Efecto de la estructura del material/ frecuencia”: al aplicar un campo eléctrico externo en cada átomo del dielectrol se distorsiona su nube electrónica. Se obtiene entonces un átomo con un polo cargado positivamente y otro negativamente o lo que es lo mismo un dipolo eléctrico. En todo el material se habrá formado una cantidad Z de dipolos por unidad de volumen, dando lugar a la polarización del dieléctrico.

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Los dipolos se orientaran según la orientación del campo eléctrico. Existen distintos tipos de polarización según sean las causas que lo producen:  



Polarización electrónica: es de la que ya hemos hablado, ya que la nube electrónica se distorsiona y los electrones se concentran por el lado del núcleo cercano al extremo positivo del campo. Esta polarización tiene un efecto pequeño y temporal. (fig. a) Polarización iónica: ocurre en materiales iónicos; cuando se ponen en presencia del campo eléctrico las distancias entre los iones se alteran, es decir se acercan o se alejan según la dirección del campo. La consecuencia es que la carga se distribuye dentro del material y se modifican las dimensiones del mismo. Polarización molecular: se dan en materiales que contienen dipolos naturales; como las moléculas de agua que presentan polarización molecular y al aplicarle un campo eléctrico se orientaran según su dirección.

FRECUENCIA: En presencia de corriente alterna los dipolos formados en un material dieléctrico al cambiar la dirección del campo eléctrico aplicado cambian también de orientación, pero a frecuencias altas no les es posible hacerlo con la misma velocidad con la que cambia el campo y se dará una fricción dipolar que trae como consecuencia la perdida de energía. Estas pérdidas serán más grandes cuando el material presenta a la vez los tres tipos de polarización (a frecuencias bajas. La perdida dieléctrica es más pequeña a las frecuencias en las cuales algunos de los mecanismos de polarización no actúan. Perdidas mayores a aquellas frecuencias en las cuales los dipolos pueden ser reorientados casi totalmente. Debido a las pérdidas en el dieléctrico, la constante dieléctrica y la polarización dependen de la frecuencia.  > 1016 Hz, ninguno de los dipolos se mueve y no hay polarización.  < 1016 Hz, hay polarización electrónica ya que no es necesario ningún reacomodo de átomos.  < 1013 Hz, la polarización iónica también ocurre solo requiere una distorsión elástica de los enlaces entre iones. < 1010 Hz, ocurre la polarización molecular, los átomos o grupos de átomos se deben reacomodar totalmente. La polarización total dependerá del número de mecanismos que puedan estar activos. Así, a bajas frecuencias se daría la polarización máxima, donde son posibles los 3 tipos de polarización. La polarización está íntimamente relacionada con el tipo de material y afecta directamente a la movilidad:     

Polímeros amorfos; existe una alta movilidad, suficiente para que se produzca la polarización. Polímeros vítreos; su estructura es más rígida, tienen menor movilidad y por eso poseen constantes y resistencias menores que los amorfos. Excepto cuando tienen cadenas asimétricas que aumenta su constante dieléctrica. Cerámicas cristalinas; las movilidades que podemos encontrar en su estructura son similares a la de los materiales poliméricos. Excepto con estructuras como la del titanato de Bario con celdilla unidad asimétrica que proporciona altas polarizaciones. Gases y líquidos se polarizan a frecuencias superiores que los sólidos. Aplicación de la frecuencia de polarización:

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Se utilizan para almacenar la carga recibida de un circuito evitando daños al resto del circuito para atenuar oscilaciones de la señal a cambiar su frecuencia, o incluso almacenar carga para su posterior redistribución. La capacidad del condensador dependerá del diseño y del dieléctrico empleado.  

El dieléctrico debe polarizarse con facilidad, para que la constante dieléctrica y la resistividad eléctrica sean elevadas (impide el paso de carga de un conductor a otro). Debe ser lo más pequeño posible y que al mismo tiempo pueda operar altos voltajes, por lo que su resistencia dieléctrica deberá ser alta. El factor de pérdidas dieléctricas será pequeño para minimizar el calentamiento.

 Ejemplo de condensadores: en forma de disco, de múltiples placas paralelas y en tubo. A) En forma de disco, solo puede almacenar carga limitada. B) De múltiples placas conductoras en paralelo, se aumenta la capacidad del condensador. C = 0 · ·(n-1) · A/d Siendo n el numero de placas y C la capacidad del condensador. C) Condensador en tubo. Para que un condensador pueda almacenar mayor cantidad de carga eléctrica se pueden usar muchas placas grandes con una pequeña separación entre ellas. Los aislantes eléctricos son materiales dieléctricos con alta resistividad eléctrica, alta resistencia dieléctrica y bajo ipso de pérdida y una constante dieléctrica no necesariamente alta. El Gap energético entre la banda de valencia y la de conducción es muy grande. Se trata de la mayoría de los polímeros y materiales cerámicos. CARACTERÍSTICAS:     

Una resistividad eléctrica alta impide fugas de corriente. Una resistencia dieléctrica elevada evita la ruptura dieléctrica del aislante a altos voltajes.  = V/d Conduce internamente si existen impurezas que provoquen niveles donantes o aceptores. Puede descargarse por arco eléctrico a lo largo de su superficie o a través de los poros interconectados dentro del cuerpo aislante. Una constante dieléctrica pequeña impide la polarización, por lo que no se induce carga polarizada localmente en el aislante.

CAPACIDAD DE UN CONDENSADOR Es la carga sobre cualquiera de los electrodos dividida por la diferencia de potencial eléctrico entre ellos. La capacidad de un condensador se mide en faradios y viene expresada por la fórmula C = q/V, donde q es la carga (en culombios) de uno de los dos conductores, y V es la diferencia de potencial (en voltios) entre ambos. La capacidad depende sólo de la superficie de los conductores y del espesor y la naturaleza del dieléctrico del condensador.

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Los condensadores tienen un límite para la carga eléctrica que pueden almacenar, pasado el cual se perforan. Pueden conducir corriente continua durante sólo un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna. Esta propiedad los convierte en dispositivos muy útiles cuando debe impedirse que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico. Los condensadores de capacidad fija y capacidad variable se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos eléctricos se utilizan grandes condensadores para producir resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más potencia. Los condensadores se fabrican en gran variedad de formas. El aire, la mica, la cerámica, el papel, el aceite y el vacío se usan como dieléctricos, según la utilidad que se pretenda dar al dispositivo. INFLUENCIA DE LOS DIELÉCTRICO. Un dieléctrico es una sustancia que es mala conductora de la electricidad y que amortiguará la fuerza de un campo eléctrico que la atraviese. Las sustancias conductoras carecen de esta propiedad de amortiguación. Dos cuerpos de cargas opuestas situados a cada lado de un trozo de vidrio (un dieléctrico) se atraerán entre sí, pero si entre ambos cuerpos se coloca una lámina de cobre, la carga será conducida por el metal. En la mayoría de los casos, las propiedades de un dieléctrico son producto de la polarización de la sustancia. Al colocar un dieléctrico en un campo eléctrico, los electrones y protones que constituyen sus átomos se reorientarán a sí mismos, y en algunos casos las moléculas se polarizarán de igual modo. Como resultado de esta polarización, el dieléctrico queda sometido a una tensión, almacenando energía que quedará disponible al retirar el campo eléctrico. La polarización de un dieléctrico es similar a la que se produce al magnetizar un trozo de hierro. Como en el caso de un imán, parte de la polarización se mantiene al retirar la fuerza polarizadora. Un dieléctrico compuesto de un disco de parafina endurecido al someterlo a una tensión eléctrica mantendrá su polarización durante años. Estos dieléctricos se denominan electretos. La eficacia de los dieléctricos se mide por su relativa capacidad de almacenar energía y se expresa en términos de constante dieléctrica (también denominada permisividad relativa), tomando como unidad el valor del vacío. Los valores de esa constante varían desde poco más de 1 en la atmósfera hasta 100 o más en ciertas cerámicas que contienen óxido de titanio. El vidrio, la mica, la porcelana y los aceites minerales, que a menudo se utilizan como dieléctricos, tienen constantes entre 2 y 9. La capacidad de un dieléctrico de soportar campos eléctricos sin perder sus propiedades aislantes se denomina resistencia de aislamiento o rigidez dieléctrica. Un buen dieléctrico debe devolver un gran porcentaje de la energía almacenada en él al invertir el campo. Los dieléctricos, especialmente los que tienen constantes dieléctricas altas, se emplean ampliamente en todas las ramas de la ingeniería eléctrica para incrementar la eficacia de los condensadores. La capacidad de un dieléctrico de soportar una tensión dada sin perforarse, se llama rigidez dieléctrica.

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EL DIELÉCTRICO.- En la figura se representa un condensador plano de placas paralelas; el dieléctrico se interpone entre ambas placas, evitando que éstas entren en contacto. Cada dieléctrico posee características diferentes, y es el que confiere las propiedades al condensador, por lo que los condensadores se clasifican por el tipo de dieléctrico que utilizan. En la tabla se dan las constantes dieléctricas de diferentes materiales, relativas a la del vacío, que se toma igual a la unidad (0 = 1). Para el aire seco tiene un valor  = 1.0006 Material

 relativo (0 =1)

Aire

1.0006

Teflón

2.0

polipropileno (MKP)

2.1

polietileno

2.5

policarbonato (MKC)

2.9

poliéster / mylar (MKT)

3.2

Vidrio

4.0 - 8.5

Mica

6.5 - 8.7

Cerámica

6.0 - 50,000

óxido de aluminio

7.0

óxido de Tántalo

11.0

CONDENSADOR ELECTROLÍTICO.- Se hacen formando un arrollamiento de película de aluminio, e inicialmente separadas por una capa de un material absorbente como tela o papel impregnado con una solución o gel, aunque modernamente se emplea óxido de aluminio o Tántalo. El conjunto se introduce en un contenedor de aluminio, dando un aspecto de "bote".

electrolítico axial

electrolítico radial

Según la disposición de las patillas, existe la configuración axial y la radial. Los condensadores electrolíticos modernos se fabrican utilizando un electrolito dentro del propio condensador, y la acción de una tensión en bornes del condensador refuerza la capa dieléctrica de óxido, de modo que es imprescindible la correcta polarización del condensador. Si aplicamos una polarización errónea, el dieléctrico se destruye y las placas entran en contacto. Además, generalmente la polarización inversa origina generación de gases por electrolisis y pueden provocar una explosión. La ventaja de este tipo de condensadores es su tamaño reducido, por lo que se consiguen capacidades muy grandes. Esto es debido a la finísima capa dieléctrica.

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CONDENSADORES DE PELÍCULA.- Todos los condensadores de película son no polarizados, es decir, no requieren marcar una patilla como positiva o negativa, siendo indiferente su conexión en el circuito. Son los preferidos en los circuitos de audio de calidad, siempre que el tamaño lo permita, por sus pocas pérdidas y distorsión reducida. Se pueden construir enrollando el conjunto placas-dieléctrico, similar a un electrolítico, o bien apilando en capas sucesivas como un libro (stacked film-foil). Se emplean mayoritariamente como dieléctricos diferentes plásticos, como polipropileno (MKP), poliéster/mylar (MKT), poliestireno, policarbonato (MKC) o teflón. Pala las placas se utilizan mayoritariamente aluminio con un alto grado de pureza. Según el tipo de dieléctrico utilizado, para una misma capacidad y tensión de trabajo, se obtienen condensadores de distinto tamaño.

Cond. poliéster (MKT) Cond. policarbonato (MKP)

con. Poliestireno

polipropileno

cond. (MKC) La alta rigidez dieléctrica del poliéster, permite hacer condensadores de poco tamaño y a costes relativamente bajos, de uso rutinario allí donde no se necesiten calidades especiales. Se disponen de capacidades de entre 1000 pF y 4.7 uF, a tensiones de trabajo de hasta

CONDENSADORES DE MICA.- Es un dieléctrico de unas características intermedias entre los condensadores electrolíticos y los de película, teniendo una rigidez dieléctrica alta y otras características excelentes, como muy bajas pérdidas, pero su capacidad se limita hasta los 4700 pF aproximadamente.

cond. de mica CONDENSADORES CERÁMICOS.- Son los que tienen un mayor rango de valores de su constante dieléctrica, pudiendo llegar a un valor de 50000 veces superior a la del vacío. Se basan en varias mezclas de óxido de titanio y zirconio, o bien en titanatos o zirconitas de calcio, bario, estroncio o magnesio, y atendiendo a esta variedad de compuestos, dan un rango amplísimo de constantes dieléctricas.

cond. cerámico de disco

cond. Cerámico

Los materiales de alta constante dieléctrica, pueden ofrecer componentes pequeños para un valor relativamente elevado de capacidad. El inconveniente de estos dieléctricos de alta cte. dieléctrica es que el valor de la misma depende mucho de la temperatura, así como las pérdidas en el dieléctrico. Página 13

Sin embargo, donde el valor de la capacidad es relativamente menos importante, como por ejemplo en filtros pasa RF, estos componentes son ampliamente utilizados. CONDENSADOR IDEAL Y CONDENSADOR REAL. El condensador real siempre tiene una componente inductiva y una parte resistiva, así como otros elementos, como las pérdidas en el dieléctrico. El dibujo representa un condensador típico real con los parámetros más habituales. C1 = capacidad del condensador L = inductancia serie (patillas) Rs = resist. equivalente serie (ESR) Rp = Resistencia paralelo C2, R = parte de la absorción del dieléctrico Condensador Equivalente El circuito podría representar cierto tipo de condensadores, pero no tiene por qué ajustarse a todos los modelos, es un esquema típico. Todas estas componentes toman especial relevancia a altas frecuencias (RF).La resistencia paralelo Rp, o resistencia de aislamiento, causa pérdidas en forma de calor. La resistencia serie equivalente Rs, (ESR) limita la impedancia mínima que ofrece el condensador, y también causa pérdidas en forma de calor. Este es el parámetro más significativo de cuantos se dan. Lo forman las resistencias de las propias placas, las patillas del condensador y los terminales de conexión de éstas a las placas. Podemos representar mediante un diagrama fasorial (vectores) las pérdidas en el condensador. Los factores de pérdidas más importantes son:

Factor de potencia PF (power factor)

Factor de disipación DF (disipación factor)

Cuando PF y DF se dan en porcentaje: DF (%) = 100 DF = 100 [Rs/ (XC-XL)] PF (%) = 100 PF = 100 (Rs/Z)

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ABSORCIÓN DIELÉCTRICA (DA).- Un factor poco conocido de los condensadores, y algunos autores le achacan a esta propiedad ser la responsable de porqué sólo es admisible la utilización de condensadores de película en circuitos de audio de calidad. La absorción dieléctrica DA es una reluctancia sobre el dieléctrico del condensador y que ocasiona que queden electrones almacenados en el mismo aunque hayamos descargado el condensador. A veces se le denomina "efecto memoria" a este proceso. La tensión remanente en bornes del condensador, dividido por la tensión inicial de carga, expresado como un porcentaje, se denomina "porcentaje de absorción dieléctrica %DA". Cuando se aplica una tensión alterna a las bornes de un condensador, hay una tendencia, debido a la absorción dieléctrica DA, a oponerse a esta carga en polaridad, lo que produce una compresión en el rango dinámico de la señal. Subjetivamente, en una audición, algunos autores reportan pérdida de detalle y una distorsión que puede ser perfectamente audible, sobre todo si se trata de condensadores electrolíticos o cerámicos.

IEEE Las redes están de moda y los cables no. Pero no solo los propietarios de equipos portátiles con capacidades WLAN prefieren no usar cables. Muchos hogares necesitan conectar más de un ordenador a la red, y aparatos electrónicos como equipos de música o vídeos cada vez disponen de más conectividad LAN. La conectividad inalámbrica es preferible al menos que queramos tirar cables por toda nuestra casa. Esta tendencia se refleja en el tremendo incremento en ventas que han sufrido las ventas de equipos de red inalámbricos. El negocio está en auge para los fabricantes de chips y componentes WLAN. Solo en Europa se espera que el beneficio alcance la mágica cifra del billón de dólares en 2007. Esta tendencia también es buena para los consumidores, debido a que el incremento de cantidades significa una rápida caída en los precios de equipos WLAN. En lugar de un único y por tanto fiable estándar (IEEE 802.11), hay una completa sopa de alfabetos distintos entre los que elegir. 802.11a, b, g y h compiten por ser los preferidos de los usuarios de tecnologías básicas y 802.11n que aparecerá pronto. 11c, d, e, f e i le añaden un poco de salsa al asunto. Los usuarios potenciales están normalmente confusos por la variedad de opciones: ¿11 ó 54 Mbps? ¿2.4 ó 5 GHz? ¿WEP, WPA o 802.11i? A continuación se despejaran estas dudas recorriendo el alfabeto WLAN. REPASO A LA TECNOLOGIA. Las redes inalámbricas se reparten entre dos clases principales subdivididas por la banda de frecuencia. Las primeras tecnologías usaban la banda de 2.4 GHz mientras que las más modernas usan la de 5 GHz (más ancha). La primera incluye los estándares del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) 802.11b (11 Mbps) y es compatible con su sucesor (802.11g a 54 Mbps). Esta primera opción es la más común actualmente. Por otro lado, tanto 802.11a como 802.11h, que operan en la banda de 5 GHZ, consiguen un rendimiento nominal de 54 Mbps. 802.11h, referida en Estados Unidos como “de compatibilidad en Europa”, es la variante Europea del estándar Americano. Sus dos características más importantes son la selección dinámica y la potencia de transmisión variable, obligatorias para el mercado Europeo según el Instituto Europeo de Estándares de Comunicación (ETSI) con el fin de asegurar que los sistemas tengan una capacidad de transmisión razonable.

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IEEE 802.11c, especifica métodos para la conmutación inalámbrica, o lo que es lo mismo, métodos para conectar diferentes tipos de redes mediante redes inalámbricas. El 802.11d normalmente se le conoce como el “Método Mundial” y se refiere a las diferencias regionales en tecnologías como a cuántos y cuáles son los canales disponibles para usarse en las distintas regiones del mundo. Como usuario sólo necesitamos especificar el país en el que queremos usar la tarjeta WLAN y el controlador se ocupa del resto. El protocolo IEEE 802.11e define la calidad del servicio y las extensiones para el flujo de medios para 802.11a/h y g. El objetivo es ajustar las redes de 54 Mbps para aplicaciones multimedia y de voz sobre IP, o lo que es lo mismo, telefonía a través de redes IP e Internet. La red debe soportar valores de transmisión de datos garantizados para servicios individuales o retrasos de propagación mínimos para que sean útiles con multimedia o voz. El protocolo 802.11f describe como se tratan los estándares de las comunicaciones de clientes de móviles fuera de zona entre puntos de acceso (“Roaming”) con IAPP, el Protocolo de Puntos de Acceso manejando de los detalles. PRINCIPALES ESTÁNDARES IEEE 802.11 • 802.11a Estándar de comunicación en la banda de los 5 Ghz, ya descrito • 802.11b Estándar de comunicación en la banda de los 2.4 Ghz, ya descrito. • 802.11c Estándar que define las características que necesitan los APs para actuar como puentes (bridges).Ya está aprobado y se implementa en algunos productos. • 802.11d Estándar que permite el uso de la comunicación mediante el protocolo 802.11 en países que tienen restricciones sobre el uso de las frecuencias que éste es capaz de utilizar. De esta forma se puede usar en cualquier parte del mundo. • 802.11e Estándar sobre la introducción del QoS en la comunicación entre PAs y TRs. Actua como árbitro de la comunicación. Esto permitirá el envío de vídeo y de voz sobre IP. • 802.11f Estándar que define una práctica recomendada de uso sobre el intercambio de información entre el AP y el TR en el momento del registro a la red y la información que intercambian los APs para permitir la interportabilidad. La adopción de esta práctica permitirá el Roamming entre diferentes redes. • 802.11g Estándar que permite la comunicación en la banda de los 2.4 Ghz, ya descrito.

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• 802.11h Estándar que sobrepasa al 802.11a al permitir la asignación dinámica de canales para permitir la coexistencia de éste con el HyperLAN. Además define el TPC (Transmit Power Control) según el cual la potencia de transmisión se adecúa a la distancia a la que se encuentra el destinatario de la comunicación. • 802.11i Estándar que define la encriptación y la autentificación para complementar completar y mejorar el WEP. Es un estándar que mejorará la seguridad de las comunicaciones mediante el uso del Temporal Key Integrity Protocol (TKIP). • 802.11j Estándar que permitirá la armonización entre el IEEE, el ETSI HyperLAN2, ARIB e HISWANa. • 802.11m Estándar propuesto para el mantenimiento de las redes inalámbricas. Los supresores de transitorios TVSS (Transient Voltage Surge Supressors) o dispositivos de protección contra sobretensiones transitorias (DPS) están conceptualizados por las normas internacionales como equipos destinados a proteger las instalaciones eléctricas contra aquellas sobretensiones (elevaciones de voltaje) generadas por fenómenos transitorios. Estos fenómenos inesperados traen consigo consecuencias dramáticas para las instalaciones y cargas sensibles. Por esta razón, su importancia dentro del sistema de protecciones. El dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias - DPS según la norma NTC 4552 es un dispositivo destinado a limitar las sobretensiones transitorias, evacuando las corrientes asociadas a dicha sobre voltaje. TIPOS DE TRANSITORES Los regímenes transitorios poseen dos causas:  

Origen Externo Origen Interno

Las sobretensiones (sobre voltajes) de origen externo son ocasionadas por descargas eléctricas tipo atmosférico y dependen directamente de las descargas por kilómetro cuadrado año asociadas con el nivel ceráunico. Este parámetro enmarca a Colombia dentro de un caso muy especial de alta incidencia de rayos. Los transitorios de origen interno están asociados con las sobretensiones correlacionadas con maniobra y conmutación.

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Prácticamente todas las conmutaciones en las redes industriales, y particularmente las de elevada potencia, producen sobretensiones. La apertura de circuitos de protección o de mando compuestos por contactores y relés, en aplicaciones de transferencia de redes, bancos de condensadores, puesta en marcha de motores de gran potencia, encendido de soldadores y balastros. Estas maniobras generan sobretensiones de tipo oscilatorio, de alta frecuencia y con tiempos de amortiguación rápida. Estos transitorios pueden perturbar el funcionamiento de ciertas cargas sensibles como computadores.

CLASIFICACIÓN DE SUPRESORES La norma IEEE C62.41 determina 3 categorías de utilización de los supresores que depende del lugar donde serán instalados Supresores Tipo A. Aquellos que se instalan como protección directa de las cargas, (salidas de tomacorriente, multitomas). Supresores Tipo B. Aquellos que se instalan como protección de alimentadores de gran potencia y circuitos ramales cortos. (en tableros de distribución secundarios) Supresores Tipo C. Aquellos que se instalan como protección primaria en la cabecera de la instalación contra sobretensiones externas. Punto de entrada entre el transformador y el primer medio de desconexión (en tableros de distribución principales a la salida del transformador). CRITERIOS PARA SELECCIÓN DE SUPRESORES. Desde el punto de vista práctico la norma ANSI/IEEE C62.41 establece varios tópicos para la selección de un TVSS:      

Clasificación Nivel de exposición Voltaje y conexión Clamping o residual (voltaje remanente del transitorio que el TVSS desvía a tierra). Corriente de cortocircuito de la instalación Otros

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EL PRINCIPIO DE LA ABSORCIÓN DIELÉCTRICA. Este varía directamente con el espesor del aislamiento y de forma inversa con el área del mismo. Cuando en un aislamiento se aplica voltaje de CD, el valor inicial de la resistencia es bajo, pero se incrementa gradualmente con el tiempo “3 a 10 minutos” hasta que se estabiliza. Si se grafican los valores obtenidos segundo a segundo durante el primer minuto, vemos que la resistencia de aislamiento se eleva proporcionalmente hasta 5 o más veces la lectura inicial, para luego tornarse más llana durante los minutos restantes. Esto tornarse como CURVA DE ABSORCION DIELECTRICA. La pendiente de esta curva indica el grado relativo de degradamiento de un aislamiento. Cuando un aislamiento está húmedo ó sucio, su valor estable se alcanza en los primeros uno o dos minutos, después de haber iniciado la prueba pasado este tiempo tiende a bajar su pendiente. De hecho la prueba de absorción dieléctrica verifica y determina el efecto de la humedad, contaminación alcanzado en el devanado, llegando en ocasiones a volverse irreversible. La gráfica adjunta muestra la línea A – B. Siendo la B mostrando un aislamiento fracturado por la acción de la humedad, acumulación de partículas contaminantes y la A mostrando un nivel de aislamiento deseable. La siguiente tabla señala los valores mínimos aceptados por la IEEE del IAD.

TABLA DE VALORES MINIMOS DEL IAD Aislamiento Valor Clase A __________________

≤ 1.5

B __________________

≤ 2

F

__________________

≤ 3*

C __________________

≤ 5*

H __________________

≤ 7*

x

Criterio nuestro

Fórmula para conocer los valores de la IAD: 1. Toma la lectura inicial que aparece en el display del megguer 2. Tomar la lectura final del display 3. Dividir la lectura final N° 2 por la lectura inicial N° 1. Este resultado es el IAD. Para motores de pequeña y mediana potencia el tiempo de exposición aplicado es de 3 minutos.

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Para motores de potencia superiores es de 10 minutos tomando el nombre de IP = ÍNDICE DE POLARIZACIÓN

Polarización Los dieléctricos son un conjunto de moléculas. Cada molécula tiene cargas positivas y negativas que suman cero, pero que se pueden imaginar separadas por pequeñas distancias; por eso cada molécula puede describirse por un conjunto de dipolos. Esa será la hipótesis de partida para estudiar los dieléctricos. La suma vectorial de los momentos dipolares de todos los dipolos que describen una molécula se llama momento dipolar de esa molécula. Las moléculas cuyo momento dipolar no es cero se llaman moléculas polares. Si el momento dipolar es cero se llaman moléculas apolares o no polares. Las moléculas de agua parecen ser polares. Las de dióxido de carbono apolares. Como la distancia entre las cargas de los dipolos de las moléculas es microscópica, pueden considerarse dipolos puntuales si las distancias que se consideran son mucho mayores que las moleculares. Por tanto, desde el punto de vista electrostático, un dieléctrico puede describirse por un conjunto de dipolos puntuales situados en un volumen, lo que llamaremos una distribución volúmica de dipolos puntuales7. La suma de los momentos dipolares de todos los dipolos contenidos en un volumen se llama momento dipolar de ese volumen. Tipos de Prueba de Resistencia de Aislamiento La Resistencia Medida del aislamiento será determinada por el voltaje aplicado y la corriente resultante. Siendo la suma de tres componentes -Corriente de Carga Capacitiva, Corriente de Absorción y Corriente de Fuga- la Corriente Total puede medirse con un instrumento MEGGER (Ohmmetro), aplicando un cierto voltaje. Como ésta depende del tiempo que se aplique el voltaje, es necesario esperar antes de tomar una lectura, con el objeto de que se cargue el equipo bajo prueba. De esta manera, podemos realizar tres métodos comunes de prueba:

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Fig. 1: Curva típica de resistencia de aislamiento (en megaohms con tiempo para el método de “corto tiempo” o “lectura puntual”.

1) Método Lectura Puntual En este caso, se conecta el equipo MEGGER a través del aislamiento que se va a probar y se opera por un período de 30 ó 60 segundos. Con este método se utiliza la siguiente regla: "La resistencia de aislamiento debe ser aproximadamente 1 Megaohm por cada 1.000 V, con un valor mínimo de 1 Megaohm". Es importante ver el comportamiento de las resistencias en el tiempo para determinar el estado del aislamiento (ver figuras 1 y 2).

Fig. 2: Comportamiento típico de resistencia de aislamiento en un período de varios meses bajo condiciones variables de operación (cuevas trazadas con las lecturas puntuales de un instrumento Megger).

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2) Método Tiempo-Resistencia Este método no requiere de pruebas anteriores y es independiente del tamaño del equipo bajo prueba. Se requiere tomar muestras sucesivas en tiempos específicos (cada 30 segundos en un intervalo de tres a cinco minutos), tomar nota de las lecturas y graficar la curva resultante. A mayor tiempo se esperaría una resistencia mayor, para inferir que el aislamiento está en buenas condiciones (ver figura 3).

Fig. 3: Curva típica que muestra el efecto de absorción dieléctrica en una prueba “tiempo-resistencia” hecha en equipo capacitativo, tal como el embobinado de un motor.

3) Método de Relación de Absorción Dieléctrica Consiste en obtener una razón entre dos medidas obtenidas en distinto tiempo. Ejemplo: 60seg/30seg y 10 minutos/1 minuto. Este último llamado "Índice de Polarización".

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Los Voltajes de Prueba Los voltajes de Prueba de DC comúnmente utilizados para mantenimiento de rutina son los siguientes:

Los voltajes de Prueba de DC comúnmente utilizados para Prueba de Equipos Rotatorios son los siguientes: Prueba de fábrica de AC = 2 x nominal de placa + 1.000 V Prueba de DC en la instalación = 0,8 x prueba de fábrica de AC x 1,6 Prueba de DC de Servicio = 0,6 x prueba de fábrica de AC x 1,6 Ej.: Motor con 2.400 V AC nominales de placa Prueba de fábrica = (2 x 2.400) + 1.000 = 5.800 V AC Prueba de DC máx. en la instalación = 0,8 x 5.800x 1,6 = 7.424 VDC Prueba de DC máx después de servicio = 0,6x 5.800x 1,6 = 5.568 VDC.

PRUEBAS A CABLES DE ENERGÍA a) VLF (Very Low frecuency)- 40 KV PARA CABLES DE DISEÑO DE 25 KV La importancia de probar un cable se basa en encontrar puntos débiles que son críticos para una futura operación segura y convertirlos en falla sin ningún efecto negativo adicional en la calidad o causar envejecimiento en secciones en buen estado del cable. Las pruebas son realizadas con un Sistema de Prueba Portátil VLF - 40 kV RMS Estándar; marca: HDW SebaKMT modelo: VLF 40kV Onda Coseno Rectangular, Catalogo: 290.900450. El VLF - 40 kV Onda Coseno Rectangular con frecuencia de prueba de 0.1 Hz con forma de onda coseno rectangular utiliza señales de CA, está diseñado para la prueba de cables de energía subterráneos con aislamiento tipo EP XLP y Papel Impregnado en aceite con tensiones de diseño de 25 KV de acuerdo a la norma IEEE P400 (400.2) (Americana) y VDE 0276-620-621 (Europea), para sustituir las pruebas de CD (HI POT) y así evitar realizar pruebas destructivas que provoquen una fatiga mayor al cable.

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PROBLEMAS BÁSICOS EN CABLES: 1. 2. 3. 4.

Terminación Aislamiento Empalme Impureza

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PRUEBA A CABLES DE ENERGÍA TENSIÓN DE AGUANTE CON FRECUENCIA VARIABLE DE 20 A 300 HZ, PARA CABLES DE DISEÑO DE 150 KV O SUPERIORES: El desarrollo de las pruebas a los cables permite asegurar la calidad de la mano de obra y de los componentes que forman parte del circuito subterráneo, una vez concluido su construcción; asegurando la confiabilidad del sistema Terminal-Empalme-Cable. Las pruebas se realizan con un Sistema resonante de frecuencia variable 83 A, 260 kV, consisten en aplicar una tensión (>26kV), para que el Sistema Resonante se ajuste automáticamente y encuentre la frecuencia de resonancia del circuito formado, para permitir elevar la tensión de prueba especificada por las normas IEC-60840-2004 y la IEC-60141-1 AMD 2.

LOCALIZACIÓN DE FALLAS Los métodos de Localización de Falla que aplicamos utilizan lo mejor en tecnología que actualmente puede encontrar en el mercado, se utiliza un generador de impulso con un radar (TDR) con los que se puede localizar las fallas con una precisión de centímetros. La importancia en la localización de una falla sin dañar más al conductor se centra en contar con un equipo que nos indique la distancia de la falla y poder localizarla en cuestión de poco tiempo en el lugar exacto, esto solo se puede hacer si se cuenta con los equipos adecuados, el personal capacitado y la experiencia en campo.

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El equipo de prueba utilizado en el servicio consta de: 1. Localizador de falla 2. Trazador de cable 3. Localizador Electro - Acústico

SISTEMAS DE EXCITACIÓN Mantener la estabilidad de los Sistemas Eléctricos asegura la continuidad de la producción en su planta, de ello depende en gran parte de un adecuado Sistema de Excitación; nosotros le ofrecemos la tecnología de la marca de clase mundial Basler Electric, además de contar con personal altamente capacitado directamente por el fabricante, para ofrecerle:

a) PUESTA EN MARCHA. Especialista en la marca Basler Electric, cumplimos con los procedimientos de Puesta en Marcha de LAPEM. El servicio de Puesta en Marcha se puede realizar en 2 días

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b) MANTENIMIENTO. En un mantenimiento se realizan las siguientes acciones: 1) Verificación de puentes de tiristores 2) Ajuste de transductores 3) Verificación de medición 4) Inyección de corrientes y voltajes 5) Simulación de generador c) DISEÑO Y ANALISIS DE PSS. Estudio de estabilidad Estacionaria para calibración y puesta en marcha de Estabilizadores Integrales de potencia acelerante (PSS2A). d) CAPACITACIÓN. Para todos los niveles podemos ofrecer una gran variedad de cursos de capacitación nivel técnico, operador o gerencia de los sistemas de excitación en donde nos enfocamos en las inquietudes o necesidades del cliente. e) COORDINACIÓN DE PROTECCIONES. Disponemos de un equipo humano con amplia experiencia en pruebas, ajuste y cálculo de protecciones para sistemas de excitación. También contamos con el equipo de pruebas para cumplir con los requisitos en puesta en marcha y mantenimiento de protecciones. f) SERVICIO DE DIAGNOSTICO Y REPARACIÓN EN CAMPO. Se cuenta con la experiencia de poder completar un diagnostico en campo así como de poder dar la solución en el menor tiempo posible con la mayoría de las marcas de sistemas de excitación: GE, ABB, Alstom (siempre y cuando se tenga el software disponible).

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PRUEBA DE AISLAMIENTO La prueba de aislamiento se realiza con la ayuda de un meghómetro a una escala de 500V, inyectados durante más o menos un minuto o tiempo necesario para que la línea se cargue. Se trata de medir el aislamiento entre el conductor propiamente dicho y la tierra, para lo que clavamos una pica de tierra obteniendo el punto de referencia. Una vez obtenida la medida se realiza un simple cálculo para obtener los ohmios por kilómetro, con lo que si supera los valores de la tabla 1 de la norma de la compañía se considera como buena. PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA La prueba de rigidez dieléctrica es una de esas pruebas de tipo destructivo en las que sólo pueden darse dos resultados: que pase o que no pase. ¿qué quiero decir con eso? Pues muy sencillo, que al realizarla pueden pasar dos cosas: La primera -y la que debería ser la normal- es que midas, apuntes el resultado y que esté todo correcto. La segunda es que la línea tenga un defecto de aislamiento y que al realizar la prueba, se destruya el conductor por el punto o puntos en los que esté el defecto. Para realizar la prueba de rigidez dieléctrica se ha de usar un generador de corriente continua capaz de generar la tensión suficiente, en este caso los 2400V necesarios para realizar esta prueba. Al igual que en la otra prueba, el medidor se conecta entre el conductor a comprobar y la toma de tierra. Una vez estabilizada la tensión se mantiene 15 minutos. Como he comentado antes, esta es una prueba de tipo destructivo por lo que da un resultado de que pasa o no pasa, dependiendo de si perfora o no el aislamiento. Esta es una prueba que sólo puede realizarse una vez a la tensión máxima por lo que esta vez se ha realizado a 2400V y en caso de tener que volver a hacerla se hará a 1200V. Una vez pasado el tiempo se toma el dato de la corriente y poco más. El truco de esta prueba consiste en controlar la corriente inyectada, mediante el uso de un conmutador con varias escalas de corriente. CONSEJOS A LA HORA DE REALIZAR LA PRUEBA En esta prueba es conveniente que haya dos personas, debido a que alguien se tiene que quedar controlando la otra punta mientras se le inyecta la alta tensión, no sea que un transeúnte se arrime y se lleve un buen susto.

Otra cosa que hay que tener en cuenta es de tener una fuente de alimentación bastante estabilizada, ya que un aumento de dos o tres voltios en la entrada, puede suponer un incremento considerable en salida, por lo que en caso de usar un grupo electrógeno es importante llevar un estabilizador de tensión y de esta manera evitar sorpresas desagradables.

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Aislante Definición: Son aquellos materiales que bajo la acción de la tensión eléctrica continua no dejan pasar completamente la corriente eléctrica. En otras palabras, la resistividad de los materiales electro aislantes debe ser infinitamente grande. Sin embargo prácticamente todos los materiales utilizables dejan pasar una corriente muy insignificante llamada corriente de fuga. Uno de los factores que definen la calidad del aislante es esta corriente de fuga. Cuanto mayor sea la resistividad del material mayor es su calidad. Resistencia eléctrica de aislamiento (Ra) de un material aislante La resistencia de aislamiento entre electrodos que están en contacto o incrustados en un espécimen de material aislante, es la relación entre la tensión eléctrica continua aplicada a los electrodos y la corriente que atraviesa los mismos. Ambas dependen de la resistencia de volumen y de superficie del material. Resistencia eléctrica de aislamiento de volumen (Rv) o transversal de un material aislante.  Es el cociente entre la tensión continua aplicada a los electrodos y porción de corriente que se distribuye a través del volumen del aislante, excluida la corriente que circula por la superficie.  Para efectuar este ensayo se debe aplicar una tensión continua durante un minuto

 Resistencia eléctrica de aislamiento superficial (Rs) La resistencia de aislamiento superficial entre dos electrodos que están sobre la superficie de un aislante es la relación entre la tensión continua aplicada entre los dos electrodos y la porción de corriente entre ellos depende de un tiempo dado de aplicación de la tensión, sin tener en cuenta los fenómenos de polarización eventuales en los electrodos. La corriente pasa esencialmente a través de una capa superficial de la probeta, así como por toda deposición de humedad y de impurezas superficiales asociadas, pero comprende también una componente que circula por el interior del aislante.

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Para efectuar este ensayo se debe aplicar una tensión continua durante un minuto.  Resistividad eléctrica transversal o volumétrica (v)de un material aislante  Es la relación entre la intensidad del campo eléctrico continuo (E) y la densidad de corriente (J) que se establece en régimen permanente en un material aislante. La ecuación es: v = E = [ohm. m] La resistividad volumétrica es una propiedad intrínseca del material. En el sistema métrico, v de cualquier material eléctrico aislante es numéricamente igual a la resistencia en ohm entre las casas paralelas opuestas de un cubo del material de un metro de arista.

 Resistividad eléctrica superficial (s)de un material aislante  Es la relación entre la intensidad del campo eléctrico continuo y la densidad de corriente lineal en una capa superficial de un material aislante. La resistividad superficial mide el grado de contaminación del material. En la práctica, la s es numéricamente igual a la resistencia superficial entre dos electrodos que forman los lados opuestos de un cuadrado.

Ecuaciones de relación entre resistencia eléctrica de aislamiento y resistividad En el estudio de los materiales conductores se expresan a la resistencia eléctrica de un conductor por la siguiente ecuación:

Donde

R = v L [ohm] S v = resistividad de volumen L = longitud de conductor S = sección transversal del conductor

Análogamente puede establecerse las ecuaciones para los materiales eléctricos aislantes:

Resistencia eléctrica de aislamiento de volumen (Rv)

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Rv = v h [ohm] A Donde

Rv = resistencia volumétrica v = resistividad de volumen A = área efectiva del electrodo protegido h = espesor medio de la probeta (resultado de cuatro mediciones como mínimo)

La conductancia de aislamiento Gv = 1/Rv [siemens] de volumen, determina la posibilidad del paso de la corriente por el espesor del aislante. La conductividad es gv = 1/ v [siemens/ m]

Resistencia eléctrica de aislamiento superficial (Rs) A causa de factores ambientales tales como la humedad, oxidación y la polución en las capas superficiales de los aislamientos, se forma una película semiconductora y puede conducir una corriente de fuga superficial. La resistencia eléctrica de la película es la denominada resistencia de aislamiento superficial, y aparece un factor proporcional s denominada resistividad superficial. Factores que influyen sobre v y s 

Temperatura



Humedad



Tensión eléctrica de prueba



Presión atmosférica



Espesor de la muestra en los aislantes sólidos



Estructura y componentes

Temperatura La temperatura influye en un grado significativo sobre los diversos parámetros como son las propiedades eléctricas, resistencia mecánica, la dureza, la viscosidad, la elasticidad, en las reacciones químicas de los materiales, etc.

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Los índices cualitativos importantes de la práctica, del aislamiento eléctricos en la mayoría de los casos empeoran con el aumento de la temperatura. Por eso mismo, el problema acerca de la temperatura elevada en una u otra aplicación concreta sin una disminución notoria de la seguridad de explotación adquiere un valor excepcional. Esta propiedad de los aislantes tiene mucha importancia, ya que el calentamiento de los conductores en las maquinas y aparatos eléctricos, por efecto Joule, disminuyen de manera apreciable el valor de la resistencia de aislamiento. Este fenómeno se explica por evolución hacia el estado líquido (fusión pastosa) del aislamiento por efecto de la temperatura. En estas condiciones la conductividad por condición (electrónica) tiende a ser sustituida por una conductividad por convección (iónica o electrolítica), que es mucho mayor. En las maquinas eléctricas y aparatos el incremento de la superación admisible de la temperatura, la cual en la mayoría de los casos se limita en los materiales aislantes, nos da la posibilidad de obtener una potencia más alta en las mismas dimensiones exteriores o conservando la potencia, lograr la disminución de las dimensiones exteriores, de la masa y del costo del artículo, además baja el consumo especifico de los materiales conductores y magnéticos. No tiene menos importancia el hecho de que el empleo de materiales que puedan funcionar a temperaturas más altas, nos dé amplias posibilidades para aumentar la seguridad y la garantía en la ejecución de trabajo a temperaturas más bajas de las admisibles. Con el problema de la temperatura admisible están relacionados estrechamente los problemas de la seguridad contra los incendios y explosiones, los que en algunos casos adquiere un valor particular (las economías de aceites en las subestaciones eléctricas, el equipo eléctrico para industrias petroleras, etc.)

Humedad Muchos dieléctricos utilizables en la práctica son notoriamente higroscópicos, es decir poseen la propiedad de absorber la humedad del medio ambiente, y son capaces de dejar pasar por sí la humedad. Esto tiene una gran importancia ya que la presencia de humedad influye en una serie de propiedad de los materiales. La humectación empeora notablemente las propiedades electro aislantes del material. El aire atmosférico siempre contiene ciertas cantidades de vapores de agua que pueden ser absorbidos por el aislamiento. En algunos casos, el aislamiento entra en contacto directo con el agua. Después de la humectación de las capas exteriores de aislamiento, la humedad penetra en el interior del mismo reduciendo sus propiedades dieléctricas.

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Los materiales higroscópicos, para protegerlos de la acción de la humedad, después de ser secados, necesitan que se impregnen o se cubran de barnices no higroscópicos, lo que puede disminuir notoriamente la velocidad de humectación del dieléctrico.

Tensión eléctrica de prueba Al cambiar la tensión de ensayo aplicada al aislamiento, la resistencia de aislamiento varía, por lo común con el aumento de la tensión la resistencia disminuye. En consecuencia que para cada dieléctrico la tensión de ensayo debe indicarse. La norma IRAM 2325 ha establecido los siguientes valores de tensión para el equipamiento ensayado. Tensión nominal [V]

Tensión de ensayo [V]

Vn ≤ 110

100 – 250

110 < Vn ≤ 660

500 – 1000

660 < Vn ≤ 1000

500 – 2500

1000 < Vn ≤ 3300

1000 – 5000

Vn ≥ 3300

2200 - Emax

Emax = 1.3 Ve veces tensión de ensayo para equipamiento sin uso Emax = 0.95 Ve veces tensión de ensayo para equipamiento usado Ve = tensión alterna de ensayo a frecuencia industrial de 1 minuto para en equipo ensayado.

Factores que influyen sobre la resistencia de aislamiento La resistencia de aislamiento del arrollamiento de una máquina rotativa es una función del tipo de la configuración (conformación) del material aislante y de su geometría. El general varia directamente con el espesor e inversamente proporcional con el área de la superficie conductora. R = e [ohm] A Para obtener una medición ponderable de la resistencia de aislamiento de máquinas eléctricas enfriadas con agua, el agua debe ser re circulada y el circuito interno debe estar completamente seco.

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La medición de la resistencia de aislamiento es afectada por varios factores: 

Estado de la superficie



Humedad



Temperatura



Magnitud de la tensión de ensayo



Duración de la tensión de ensayo



Carga residual en el arrollamiento



Polución ambiental

Estado de la superficie Materias extrañas tales como polvo de carbón depositado sobre superficies de fuga, pueden bajar la resistencia del aislamiento. Este factor es importante en caso de máquinas de corriente continua donde las superficies de fuga son grandes. Polvo sobre la superficie del aislamiento, que al estar expuesto a la humedad baja la resistencia de aislamiento. Si la resistencia se reduce a valores inapropiados puede aumentarse su valor por limpieza y secado luego de haber eliminado el polvo y la humedad. Efectos de la humedad Si la temperatura del arrollamiento es más baja que la del punto de condensación de la humedad ambiente, una película de humedad se formará en la superficie de aislamiento y puede disminuir la resistencia de aislamiento. Las máquinas en servicio están normalmente a una temperatura alta como para conservar el aislamiento seco. No ocurre lo mismo con las maquinas fuera de servicio que requiere ser calentadas para mantener la temperatura de los arrollamiento por encima del punto de rocío.

Índice de polarización Definición: es un ensayo de absorción dieléctrica. Se define IP como la relación entre la resistencia de aislamiento (Ra) medida a los 10 minutos y la medida al minuto de aplica la tensión continua al espécimen.

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Entonces: IP = Ra10 / Ra1

Otra forma de medir el IP es mediante una fuente de corriente continua estabilizada donde en un amperímetro puede leerse la lectura al minuto y a los 10 minutos, en este caso: IP = I1 / I10

Los valores se grafican en un diagrama donde en ordenadas se representan valores de Ra y en abscisas el tiempo. El aislamiento se encuentra en buen estado cuando el diagrama es una línea recta que aumenta apreciablemente con el tiempo de ensayo. La humedad, contaminación o deterioro conducirán a una línea recta que se elevara respecto del tiempo muy suavemente tendiendo a aplanarse. Un IP < 1 puede indicar excesiva humedad o carbonización sobre o dentro del aislamiento. Aabsorción a la propiedad de un dieléctrico utilizado en un condensador por el cual fluye una pequeña corriente de carga después de que las placas han alcanzado el potencial final, y por el que también fluye una pequeña corriente de descarga después de haber sido cortocircuitadas las placas, al haber interrumpido el cortocircuito durante unos minutos, y nuevamente haber sido cortocircuitadas. Denominada también saturación dieléctrica.

FACTOR DE POTENCIA. Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S.1 Da una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa. Por esta razón, f.d.p = 1 en cargas puramente resistivas; y en elementos inductivos y capacitivos ideales sin resistencia f.d.p = 0. Se define el factor de potencia como:

Donde Φ es el ángulo entre la potencia activa P y el valor absoluto de la aparente S. Si las ondas de voltaje y corriente son PERFECTAMENTE senoidales entonces el ángulo del voltaje. Φi es el ángulo de la corriente.

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. Φv es

El Factor de Potencia (FP) es la relación entre las Potencias Activa (P) y Aparente (S). Si la onda de corriente alterna es perfectamente senoidal, FP y Cosφ coinciden. Si la onda no fuese perfecta S no estaría únicamente compuesta por P y Q, sino que aparecería una tercera componente suma de todas las potencias que genera la distorsión. A esta componente de distorsión le llamaremos D. Supongamos que en la instalación hay una Tasa de Distorsión Armónica (THD) alta y debido a que hay corrientes armónicas. Estas corrientes armónicas, junto con la tensión a la que está sometido el conductor por el fluyen da como resultado una potencia, que si fuese ésta la única distorsión en la instalación, su valor se correspondería con el total de las distorsiones D. El Cosφ (Coseno de φ) no es más que el coseno del ángulo φ que forman la potencia activa (P) y la aparente (S) en el triángulo de potencias tradicional. Si las corrientes y tensiones son perfectamente senoidales se tiene la figura 1 y por lo tanto:

Resultando que el f.d.p es el coseno del ángulo que forman los fasores de la corriente y la tensión. En este caso se puede observar que cos(