Seguridad con la Electricidad

Pruebas de campo a transformador

Cesar Flores — Fri, 28 Sep 2012 01:23:01 +0000

Pruebas de Campo. Las pruebas de campo se puede dividir en tres categorías:

Pruebas de aceptación.
Pruebas periódicas.
Pruebas después de una falla.

Las pruebas de aceptación debe ser realizado inmediatamente después de que el producto llegue a su destino. Algunas pruebas se expresan a continuación:

Relación de transformación (TTR).
Prueba de resistencia con el índice de polarización.
Factor de potencia.
Resistencia (devanado).
Polaridad y relación de fase.
Pruebas al aceite (DGA, la humedad, dieléctricos, etc).
Inspección visual
Prueba de pérdidas sin carga.

Los ensayos periódicos se hacen después de que el producto está instalado en su
ubicación permanente. El principal propósito de esta prueba consiste en supervisar el estado de la unidad de forma que cualquier problema potencial puede ser visto temprano antes de una falla. Algunas de ellas se enumeran a continuación:

Relación de transformación (TTR).
Prueba de resistencia con el índice de polarización.
Factor de potencia.
Resistencia (devanado).
Pruebas de aceite (DGA, humedad, dieléctricos, etc).
Prueba de corriente de excitación.
Inspección visual.

Una corte no programado y una falla potencial se pueden prevenir siguiendo un programa de pruebas periódicas. Pruebas realizadas en transformadores eléctricos con falla son:

Relación de transformación (TTR).
Prueba de resistencia con el índice de polarización.
Factor de potencia.
Resistencia.
Pruebas al aceite.
Prueba de corriente de excitación.
Gas combustible / análisis de gas en aceite
Inspección visual (interno)

Cuando un transformador falla, el tiempo de pruebas de fallo decidirá si la unidad se puede reparar en el sitio o si necesita ser devuelto al fabricante, o un centro especializado para reparación. Al comparar los resultados de las pruebas con las normas establecidas, un “historial” del transformador puede ser compilado, y las razones para la falla puede ser diagnosticada.

Efecto Corona

Cesar Flores — Sat, 15 Sep 2012 15:28:58 +0000

El aire no es un aislante perfecto, e incluso bajo condiciones normales contiene una cantidad de libre de electrones e iones. Consideremos dos grandes planos paralelos

conductores. Cuando un gradiente eléctrico es establecido entre ellas, los electrones y los iones adquieren movimiento por este campo eléctrico y se mantiene una corriente muy pequeña entre los planos. Esta corriente es insignificante cuando la intensidad del campo eléctrico es inferior a 30 KV/cm., pero cuando la intensidad del campo eléctrico o gradiente de potencial alcanza el valor crítico de aproximadamente 30 KV/cm, el aire en la vecindad inmediata de los conductores no sigue siendo un dieléctrico, y en esta intensidad los iones alcanzan gran velocidad, chocan con otra molécula neutral y se salen uno o más electrones de esa

molécula neutra. Esto produce un nuevo electrón y un ión positivo que a su vez se aceleran y colisionan con otras moléculas de aire para ionizar más. Así el número de partículas cargadas continúa aumentando rápidamente. Si una intensidad de campo se supone uniforme entre dos electrodos, tales condiciones se producen en todas partes de la separación entre ellas. A consecuencia de esto, se alcanza una saturación, y por lo tanto, el aire se convierte en conductor dando lugar a una completa ruptura eléctrica que produce un arco entre los dos electrodos.

Cuando una diferencia de potencial alterna se aplica a través de dos conductores cuya separación es grande en comparación con el diámetro, entonces el aire que rodea el conductor está sometido a tensiones electro-estáticas. Esta tensión o intensidad es máxima en la superficie del conductor y luego disminuye en proporción inversa a la distancia desde el centro del conductor. Si este diferencia de potencial se incrementa gradualmente, se alcanzará un momento cuando aparece un brillo luminoso débil de color violeta, y al mismo tiempo será escuchado un ruido silbante.

Este fenómeno se llama corona y se acompaña de la formación de ozono, como es indicado por el olor característico de este gas. Este brillo luminoso es debido al hecho de que la aire atmosférico alrededor del conductor se convierte en conductivo debido a la tensión electrostática.

En general, la presencia del efecto corona en un conductor se puede detectar de las siguientes formas:

Una visible y vibrante, azul o púrpura (o halo) puede rodear el espacio de aire alrededor. El halo es generalmente de baja intensidad de luz e invisible, excepto en la oscuridad.

Estallidos, crujidos o frisuras pueden acompañar a la descarga de corona.

Corona ioniza el aire circundante, que convierte el oxígeno en ozono, el cual tiene un olor penetrante característico.

Su presencia puede ser indicado por la erosión de los materiales orgánicos adyacente al espacio de aire en tensión. A menudo se presenta un depósito de polvo blanco a lo largo de los bordes de la zona erosionada. En algunos materiales, el deterioro por el efecto corona tiene la apariencia de la madera carcomida.

Las interferencias en la recepción de radio puede ser una señal de corona. Si el nivel de ruido audible aumenta, como en el caso de una radio que se acerca mas a un desconectador, el efecto corona podría ser la causa.

Si el potencial diferencial se eleva aún más, el brillo y el ruido aumenta en intensidad hasta que, finalmente, aparece una chispa. Si los conductores están perfectamente uniformes y lisos, el resplandor será uniforme a lo largo de su longitud, de lo contrario los puntos ásperos del conductor aparecerán más brillantes. En conductores a una corta separación en comparación con su diámetro, los chispazos pueden tener lugar antes de que haya resplandor luminoso. Un punto importante en relación con el efecto corona es que es acompañado por la pérdida de potencia, que se disipa en forma de calor, luz, sonido y reacción química.

Las descargas del efecto corona originan problemas de diferentes maneras:

• ionización del aire libera iones y electrones. Estos bombardean a los materiales orgánicos cercanos que afectan a su estructura molecular o química.

• El ozono, formado por corona, además de ser un agente oxidante fuerte, también puede reaccionar con muchos materiales.

• El nitrógeno en el aire también reacciona y se ioniza. Ya ionizado, y bajo condiciones de humedad, forma el ácido nítrico, que es perjudicial para el aislamiento.

Pérdidas por efecto corona:

El movimiento de los iones de ambas polaridades generados por descargas de corona, y sujetos al campo aplicado alrededor de los conductores de la línea, es la principal fuente de pérdida de energía. Para las líneas de CA, el movimiento de la cargas de iones está limitado el espacio en la proximidad inmediata de los conductores de línea, que corresponde a su desplazamiento máximo durante la mitad del ciclo, generalmente de unas pocas décimas de centímetros, antes de que el voltaje cambie de polaridad e invierta el movimiento iónico. Las pérdidas por efecto corona se describen en general en términos de las pérdidas de energía por kilómetro de la línea. Estas son generalmente insignificantes bajo condiciones de buen tiempo, pero puede alcanzar valores de varios cientos de kilovatios por kilómetro de línea durante el mal tiempo. La medición directa de las pérdidas por efecto corona es relativamente compleja, pero fallas en el tiempo pueden ser fácilmente evaluadas en jaulas de ensayo en condiciones artificiales de lluvia, que producen la mayor pérdida de energía. Los resultados se expresan en términos de la pérdida generada W, una característica del conductor para producir pérdidas de corona en condiciones de funcionamiento dadas.

Fusibles SIN retardo de tiempo

Cesar Flores — Fri, 03 Aug 2012 18:46:35 +0000

El componente básico de un fusible sin retardo de tiempo es el eslabón. Dependiendo del amperaje, el fusible de un solo elemento puede tener uno o más eslabones. Ellos están conectados eléctricamente a las cuchillas en sus puntas (o casquillos) (verIMAGEN 1) y encerrado en un tubo o cartucho rodeado por un material de relleno resistente al arco. En funcionamiento normal, cuando el fusible está operando en o cerca de su amperaje nominal, funciona simplemente como un conductor. Sin embargo, como se ilustra en la IMAGEN 2, si una corriente de sobrecarga se produce y persiste durante más de un breve intervalo de tiempo, la temperatura del enlace alcanza eventualmente un nivel que hace que un segmento del enlace se funda. Como resultado, se abre el eslabón y se forma un arco eléctrico (IMAGEN 3). Sin embargo, como el arco hace que el metal del eslabón se queme, la brecha se vuelve progresivamente más grande. La resistencia eléctrica del arco eventualmente llega a un nivel tan alto que el arco no se puede sostener y se extingue. En ese momento, el fusible habrá cortado completamente el flujo de corriente en el circuito. La supresión del arco se acelera por el material de relleno.

Los fusibles de un solo elemento de diseño hoy en día tienen una muy alta velocidad de respuesta a las sobrecargas. Proporcionan una excelente protección de los componentes contra cortocircuito. Sin embargo, las sobrecargas temporales o las corriente de sobrecarga puede causar daños a menos que las aberturas estos fusibles sean de gran tamaño. Por esta razón, son más utilizados en los circuitos que no están sujetos a fuertes corrientes transitorias y sobrecargas temporales de los circuitos con cargas inductivas tales como motores, transformadores, solenoides, etc. Mientras que una corriente de sobrecarga normalmente cae entre uno y seis veces normales actuales, las corrientes de cortocircuito son bastante altos. Los fusibles puede ser sometidos a corrientes de cortocircuito de 30,000 o 40,000 amperios o más. La respuesta de los fusibles limitadores de corriente de tales corrientes es extremadamente rápida.

IMAGEN 4 muestra un fusible abierto después de un cortocircuito.

Control de riesgos de electricidad estática, mezclas inflamables

Cesar Flores — Fri, 03 Aug 2012 18:45:24 +0000

El objetivo de controlar un peligro de electricidad estática es proporcionar un medio por el cual las cargas, separadas por cualquier motivo, pueden combinarse sin causar daño, antes de que puedan ocurrir descargas.

Riesgos de ignición de la electricidad estática: estos pueden ser controlados por los métodos siguientes:

Eliminación de la mezcla de inflamables de la zona donde la electricidad estática puede causar una descarga capaz de producir incendios.
Reducir la generación o la acumulación de carga, tanto por medio de modificaciones de procesos o productos.
Neutralización de las cargas de puesta a tierra. Los conductores aislados y la ionización del aire son métodos primarios de cargas neutralizantes.

Control de mezclas inflamables de equipo de inertización, por Ventilación, o reubicar el equipo.

A pesar de los esfuerzos para prevenir la acumulación de cargas eléctricas estáticas, que deben ser el objetivo principal de un buen diseño, muchas de las operaciones que implican el manejo de materiales o equipo no conductores no se prestan a soluciones de ingeniería. Entonces se hace deseable o esencial, proporcionar otras medidas, dependiendo de la naturaleza de los materiales implicados, tales como la inertización del equipo, equipo de ventilación en la zona en la que se encuentra, o la reubicación de los equipos a una zona más segura.

Inertización. Cuando una mezcla contiene materiales inflamables, tales como en un recipiente de tratamiento, la atmósfera se puede convertir en deficiente de oxígeno mediante la introducción de suficiente gas inerte (por ejemplo, nitrógeno o gases de combustión) para hacer la mezcla no inflamable. Esta técnica se conoce como inertización. Cuando las operaciones se llevan a cabo normalmente en una atmósfera que contiene una mezcla por encima del Límite de inflamabilidad superior, podría ser práctico introducir el gas inerte sólo durante los períodos en que la mezcla sobrepasa su rango de inflamabilidad. La norma NFPA 69, Norma sobre sistemas de prevención de explosiones, contiene los requisitos para sistemas de inertización.

Ventilación. La ventilación mecánica se puede utilizar para diluir la concentración de un material combustible a un punto muy por debajo de su límite inferior de inflamabilidad (LII) en el caso de un gas o vapor, o por debajo de su concentración explosiva mínima (MEC) en el caso de un polvo. Generalmente, esto significa una dilución a concentración igual o inferior a 25 por ciento del límite inferior. Además, puede ser práctico dirigir correctamente el movimiento de aire, para evitar que el material se aproxime a una zona de operaciones donde exista un peligro de electricidad estática.

Reubicación de equipo. Cuando el equipo que puede acumular una carga eléctrica estática se encuentra de forma innecesaria en un área peligrosa, podría ser posible moverlo a un lugar seguro en lugar de confiar en los demás medios de control de riesgos.

Efecto de los rayos sobre las líneas eléctricas

Cesar Flores — Wed, 04 Jul 2012 23:59:13 +0000

El rayo es uno de los fenómenos naturales más estudiados y documentados .También es una de las principales causas de las sobretensiones transitorias en los sistemas eléctricos. Una buena comprensión de los rayos es esencial para la planificación de la protección contra los rayos y que no se presenten daños a los edificios e instalaciones eléctricas.

Durante varios años se ha realizado una gran cantidad de investigación en todo el mundo y se han desarrollado varias publicaciones, así como normas nacionales e internacionales que nos dan una buena perspectiva de este fenómeno.

Algunos de estos son:

AS 1768:1991 estándar australiano de protección contra rayos.
ANSI / NFPA 780 Código nacional de protección contra el rayo.
IEEE 142:1991 Libro Verde de IEEE (Capítulo 3).
IEC 1024:1993 Protección de estructuras contra el rayo.

La caída de rayos en las líneas eléctricas o subestaciones son causantes de problemas en la red de distribución las cuales repercuten en nuestra residencias y oficinas. Un golpe directo en un conductor de una línea eléctrica provoca pulsos de voltaje extremadamente altos en el punto de impacto, que se propagan como ondas viajeras en cualquier dirección desde ese punto. La cresta del impulso se puede calcular como:

V = I x Z

Donde V es la tensión de cresta, I es la corriente pico del rayo, y Z es la impedancia vista

por el pulso a lo largo de la dirección de desplazamiento.

La impedancia Z es igual a la mitad de la impedancia de la línea cuando se golpea en el punto medio y puede ser tanto como aproximadamente 150 Ω. Así, para una corriente pico de 40 kA, la tensión del impulso puede ser tan alta como 6000 kV. Puesto que el nivel básico de aislamiento de la mayoría de los sistemas es mucho menor que este valor,es evidente que tal pulso puede provocar fallas en el aislamiento de los componentes a lo largo de la línea. Por ello es necesario que no se permita ningún impacto directo en los conductores de fase de la línea eléctrica aérea. Esto se logra mediante la instalación de uno o más conductores “escudo” a lo largo de los conductores de fase por encima de ellos para que los conductores “escudo” puedan atraer a las descargas directas y no impacten a los conductores de fase. El cable “escudo” o pantalla es puesto a tierra en cada torre de transmisión y por lo tanto la corriente de rayo pasa con seguridad a la masa de tierra.

El espacio libre entre los conductores de fase y el cable escudo debe ser seleccionado de manera que el espacio de aire entre ellos no se rompa por la alta tensión de impulso generada en los conductores escudo. Aún cuando los conductores están protegidos de la manera anterior, el flujo del impulso de corriente de rayo en el cable de blindaje provoca una tensión inducida en los conductores de fase. Como se tratan de impulsos de mucho menor valor que el pulso directo, suelen pasar a lo largo de la línea sin causar ninguna falla de aislamiento. Para proteger el equipo al punto de terminación de las líneas aéreas (tales como interruptores, transformadores, aparatos de medición, etc.), se instalan apartarrayos en los puntos de terminación. Estos supresores deben absorber los aumentos de voltaje repentinos en la línea y les impiden entrar al equipo instalado dentro de la subestación.

Fallas internas en transformadores

Cesar Flores — Wed, 30 May 2012 14:39:09 +0000

Los transformadores son dispositivos estáticos que no tienen partes giratorias y son totalmente cerrados. Por lo tanto, las posibilidades de fallas que se producen en los transformadores son menos comunes en comparación con las fallas que se presentan en los generadores. Pero a pesar de que la posibilidad de falla es baja, estas ocurren, si esto sucede, el transformador debe ser rápidamente desconectado del sistema. Las fallas, si no pueden despejarse rápidamente se pueden convertir en muy graves. Por lo tanto se debe proporcionar al transformador de protección contra posibles fallas. Las fallas internas son las fallas que se producen en la zona de protección del transformador. Esta clasificación incluye no sólo las fallas dentro del tanque del transformador, sino también las fallas externas que se producen dentro de los lugares de los transformadores de corriente. Las fallas internas se dividen en dos clasificaciones: fallas incipientes y fallas activas. Las fallas incipientes son las fallas que se desarrollan lentamente, pero que pueden convertirse en grandes fallas, si la causa no se detecta y corrige. Las fallas activas son causadas por la avería en el aislamiento u otros componentes que crean una situación de estrés repentino que requiere una acción inmediata para limitar el daño y prevenir una fuerza destructiva adicional.

Fallas incipientes:

Sobrecalentamiento.
Sobreflujo magnético.
Sobrepresión.

Sobrecalentamiento

El sobrecalentamiento puede ser debido a varias condiciones como:

1. Malas conexiones internas, ya sea en el circuito eléctrico o magnético.

2. La pérdida de refrigerante (aceite) debido a fugas.

3. El bloqueo del flujo de refrigerante.

4. La pérdida de ventiladores o bombas que están diseñados para proporcionar el enfriamiento.

En general, los relevadores térmicos de sobrecarga y relevadores de temperatura, son utilizados para proporcionar protección contra sobrecalentamiento dando una alarma. También se proporcionan indicadores de temperatura. En los transformadores, cuando la temperatura se eleva, se activa la alarma y se encienden los ventiladores. Algunos termocoples o resistencia indicadores de temperatura se colocan cerca de los devanados, cuando la temperatura se eleva por arriba de niveles seguros, se activa la alarma. Si no se toman acciones correctivas para reducir la temperatura dentro de un tiempo determinado, se manda disparar el interruptor para desenergizar el transformador.

Sobreflujo Magnético

La densidad de flujo magnético en el núcleo del transformador es proporcional a la relación de la tensión y frecuencia, es decir, V/f. Los Transformadores de potencia están diseñados para trabajar con cierto valor de densidad de flujo magnético en el núcleo. Mayor flujo en el núcleo significa más pérdidas y sobrecalentamiento del núcleo. El relevador de V/f llamado “relevador voltios/hertz” se ofrece para dar la protección contra el el sobreflujo.

Sobrepresión

La sobrepresión en el tanque del transformador se produce debido a la emisión de gases o productos que acompañan al calentamiento local debido a cualquier causa. Por ejemplo, una falla entre vueltas del devanado puede quemarse lentamente, liberando gases de calentamiento en el proceso. Estos gases se acumulan en el tanque cerrado del transformador aumentando la presión, lo cual puede suceder repentinamente o durante un largo período de tiempo.

Las fallas anteriores se llaman fallas incipientes, ya que generalmente se desarrollan lentamente, a menudo en la forma de un deterioro gradual del aislamiento debido a alguna causa. Este deterioro con el tiempo puede llegar a ser lo suficientemente grave como para causar una falla de arqueo que será detectada por los relevadores de protección. Si la condición se puede detectar antes del daño grave, las reparaciones necesarias a menudo son más rápidas y la unidad se coloca de nuevo en servicio sin una interrupción prolongada. Los daños más grandes pueden requerir el envío de la unidad a fabrica para una reparación mayor, lo que resulta en un período de interrupción prolongada.

Fallas activas.

Las fallas activas son las fallas que ocurren de repente y que por lo general requieren una acción rápida por los relevadores de protección para desconectar el transformador del sistema de poder y limitar el daño a la unidad. En su mayor parte, estos errores son cortocircuitos en el transformador, pero también otras dificultades pueden ser citados que requieren una acción rápida de algún tipo.

Las siguientes clasificaciones de las fallas activas se consideran:

1) Los cortocircuitos en los devanados conectados en estrella

Aterrizado a través de una resistencia
Sólidamente aterrizado.
Sin conexión a tierra

2) Los cortocircuitos en bobinas conectadas en delta

3) Cortos circuitos fase a fase cortocircuitos (transformadores trifásicos)

4) Cortos en vueltas del devanado.

5) Fallas en el núcleo.

6) Fallas del tanque

Además de estas fallas, algunas otras fallas, como las fallas del cambiador de taps, sobrevoltaje debido a descargas eléctricas y aperturas/cierres de interruptores son comunes en los transformadores.