UNIVERSIDAD ANTONIO NARIO ELECTIVA II DOCENTE TUTOR:WILFRIDO
HERNANDEZ RIVAS Taller 1
AISLAMIENTO ELECTRICO
-
Esfuerzo del campo elctrico Gas y vaco como aislamiento
Disrupcin en lquidos Disrupcin en slidos Estimacin y control
Fuentes de voltaje
AISLAMIENTO ELECTRICO 1 ESFUERZO DEL CAMPO ELECTRICO Para
analizar el esfuerzo es necesario saber determinar el campo
elctrico entre dos cargas elctricas
F Representa la fuerza en unidades Newtons(N) Es el vector
unitario en direccin de la recta que va unir las cargas, le da
sentido a la fuerza Cargas elctricas puntuales dadas en unidades
Coulomb ( C ) permitividad del vacio, que tiene un valor de
8.859x10^-12(F/m) Distancia entre las cargas (m)
El campo elctrico es simplemente otra manera de describir el
sistema de cargas, nos da la fuerza porunidad de carga, en modulo
ydireccin, que una carga de prueba experimentara en cada punto
Figura 1-Electricidad y magnetismo Berkeley-Segunda edicin pag
16
Ya estudiando el campo elctrico es necesario estudiar las leyes
de maxwell conocer la forma analtica de la intensidad de campo
elctrico, polarizacin, desplazamiento y rigidez dielctrica en
aislamientos, con esas leyes tambin determinaremos el
comportamiento de la corriente de desplazamientos y del campo
elctrico en fronteras aislantes
CORRIENTE DE DESPLAZAMIENTO
Es un tipo de corriente que matemticamente se define como el
flujo del campo elctrico a travs de la superficie:
Una superficie1S elegida tal que incluya nicamente una placa de
un condensador debera tener la misma corriente que la de una
superficie S elegida tal que incluya ambas placas 2 del
condensador. Sin embargo, como la carga termina en la primera
placa, la Ley de Ampere concluye que no existe carga encerrada en S
. Para compensar esta diferencia, 1 Maxwell razon que esta carga se
encontraba en el flujo elctrico, la carga en el campo elctrico, y
mientras que la corriente de desplazamiento no es una corriente de
carga elctrica, produce el mismo resultado que generando un campo
magntico.
La corriente de desplazamientos es la respuesta de un material
dielctrico a un campo elctrico variante. La corriente de
desplazamiento es la nica corriente que atraviesa un dielctrico
perfecto. La densidad de corriente se puede hallar suponiendo y
utilizando
Donde
Ecuaciones que describen los fenmenos electromagnticos estas
introducen los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, y
unificando los campos elctricos y magnticos en un solo concepto: el
campo electromagntico. - Ley de Gauss
Estas ecuaciones establecen que el flujo elctrico total a travs
de cualquier superficie cerrada es igual a la carga neta encerrada
por la superficie dividida por . Lo que implica con un anlisis
posterior que las lneas de campo elctrico se originan en cargas
positivas y terminan en cargas negativas (Existen fuentes y
sumideros).
-Ley de Gauss para el campo magntico
Esto implica que el flujo magntico a travs de una superficie
cerrada es cero es decir, el nmero de lneas de campo magntico que
entran a la superficie es igual al nmero de ellas que salen. Esto
significa que en la naturaleza no existen mono polos magnticos, slo
existen dipolos magnticos. -Ley de Faraday
E explica cmo un flujo campo magntico variable en el tiempo
puede inducir en un circuito una corriente elctrica. -Ley de Ampere
generalizada
Campo elctrico Campo magntico Densidad de campo elctrico
Densidad de campo magntico Densidad de carga elctrica Densidad de
corriente POLARIZACION ELECTRICA
esta dada por
y los campos est relacionado con
donde: e es la susceptibilidad elctrica del material, es la
permisividad elctrica del material, y En medios no-dispersivos e
istropos es un escalar que no depende del tiempo, por lo que las
ecuaciones de Maxwell se reducen a:
En el vaco, sin cargas ni corrientes El vaco es un medio lineal,
homogneo, istropo y no dispersivo. Las constante de
proporcionalidad en el vaco0son
Como no hay ni corriente ni carga elctrica en el vaco, las
ecuaciones de Maxwell en espacio libre son:
Densidad de carga y campo elctrico ,
donde es la densidad de carga libre sin incluir cargas de loses
el campo de dipolos, y desplazamiento elctrico Esta ecuacin
corresponde a la ley de Coulomb para cargas estacionarias en el
vaco.
En un medio lineal est directamente relacionado con el campo
elctrico mediante una constante dependiente del material llamada
permitividad, : . Cualquier material se puede suponer como linear
siempre que el campo elctrico no sea demasiado grande. La
permitividad en el vaco se escribe como y aparece en: 0
donde, t es la densidad de carga total. puede escribirse tambin
como , donde r es la permitividad relativa del material o su
constante dielctrica. RIGIDEZ DIALECTRICA
En lo que respecta a su comportamiento elctrico, los materiales
pueden dividirse en dos categoras: conductores de electricidad y
aislantes (dielctricos). Un material dielctrico ideal no tiene
cargas libres y no muestra conductividad en presencia de un campo
elctrico exterior. Sin embargo, todos los materiales se componen de
molculas, y las de los dielctricos son de hecho afectadas por la
presencia de un campo elctrico externo, de modo que las partes
positivas y negativas de cada molcula se desplazan de sus
posiciones de equilibrio en sentidos opuestos. Estos
desplazamientos en el caso de los materiales aislantes estn
limitados a fracciones muy pequeas del dimetro molecular debido a
las intensas fuerzas restauradoras que se forman por el cambio de
configuracin de carga de la molcula. El efecto total desde el punto
de vista macroscpico se visualiza con mayor claridad como un
desplazamiento de toda la carga positiva en el dielctrico con
relacin a la carga negativa. Se dice que el dielctrico est
polarizado, y que sus molculas tienen un momento dipolar inducido.
El grado de polarizacin depende no slo del campo elctrico exterior
aplicado, sino tambin de las propiedades de las molculas que forman
el material dielctrico. La relacin entre la polarizacin P del
dielctrico y el campo elctrico E se denomina susceptibilidad
elctrica y especifica completamente el comportamiento del material.
Si el campo elctrico aplicado a un dielctrico se hace muy intenso,
empezar a sacar electrones de las molculas, y el material se
convertir en un conductor. En el caso de un dielctrico slido, una
chispa, o una descarga disruptiva, atraviesa el material y el
dielctrico se perfora en el proceso que tiene lugar. La chispa
deja a su paso una huella en el material carbonizado y esa zona
afectada del dielctrico queda inservible como material aislante. En
el caso de un dielctrico lquido la chispa tambin origina una traza
de material conductor a su paso, pero la violencia de la explosin
basta normalmente para dispersar los productos de la combustin.
Para cada dielctrico existe un cierto lmite de la intensidad de
campo elctrico por encima del cual el material pierde sus
propiedades aislantes y se convierte en conductor. La intensidad
mxima de campo elctrico que un dielctrico puede soportar sin rotura
se denomina rigidez dielctrica, medida normalmente en Voltios/cm.
La rigidez dielctrica o tensin de perforacin de un dielctrico no es
una constante porque depende de las propiedades fsicas del
material, condiciones del medio ambiente y naturaleza y duracin de
la tensin aplicada as como de la frecuencia con que el material la
sufre. Se pueden distinguir dos tipos de perforacin: elctrica y
trmica. Junto a estos dos tipos es necesario considerar tambin la
perforacin por ionizacin, que es el resultado de la ionizacin del
gas alojado en las pequesimas cavidades o burbujas que pueden tener
los materiales dielctricos slidos o lquidos. En definitiva, la
rigidez dielctrica de materiales depende principalmente de: los -La
heterogeneidad del campo elctrico aplicado, y por extensin de la
forma de los conductores, -Naturalezae intensidadde la ionizacin de
las incrustaciones de gas, y -Cambios qumicos que pueda
experimentar el material.
El deterioro de los aislantesa temperaturas levadases gradual.Se
manifiesta e principalmente por resecarse o carbonizarse el
material, lo que lo hace quebradizo, hacindoleperder resistencia
mecnica ms que rigidez dielctrica.Tras una carbonizacin severa, la
rigidez dielctrica puede quedar muy perjudicada, pero el fallo se
asocia ms generalmente a defectos mecnicos del aislante originado
por vibraciones o esfuerzos mecnicos en los cortocircuitos.
2 GAS Y VACIO COMO AISLAMIENTO
Los aislantes utilizados para separar conductores o equipos
elctricos respecto de tierra o de otros conductores o equipos,
pueden ser de varios tipos dependiendo de los requerimientos de
tensin, espacio, funcin y costos. El aislamiento de aire es
utilizado fundamentalmente en muchos equipos de alta tensin,
(normalmente lneas areas y equipos de subestaciones). Los
aislamientos con gases diferentes del aire, en general, poseen alta
rigidez dielctrica y no son inflamables y aunque su disponibilidad
comercial tiene un costo moderado su utilizacin es costosa. Tal es
el caso de las subestaciones encapsuladas con hexafluoruro de
azufre. 2.1 Disrupcin dielctrica de los gases
La disrupcin dielctrica de los gases es el resultado de la
multiplicacin exponencial de electrones libres inducida por el
campo elctrico aplicado. Generalmente se supone que la iniciacin de
la disrupcin solo precia un electrn. Si antes de la disrupcin solo
hay pocos electrones, no es posiblemente fcilmente medir la
tendencia de la corriente. Si la disrupcin se realiza entro los
electrodos metlicos, la chispa se convierte de un modo
extremadamente rpido en un arco e implica una copiosa emisin de
electrones desde el metal catdico y si se permite que circule la
corriente necesaria, se produce la vaporizacin del metal de los
electros. La rigidez dielctrica de algunos gases tpicos
Figura 2. Manual prctico de electricidad para ingenieros. Donald
G Fink. Pag 4-141
En campos elctricos uniformes, la disrupciones produce a una
tensin critica que es en funcin del producto de la presin p y la
separacin d, esto est dado por la ley de Paschen. Define el
potencial de ruptura del gas en funcin de la presin y de la
distancia interelectrnica que se expresa mediante el parmetro pd (p
presin del gas, d-distancia entre los electrodos). La curva de
Parchen consiste en dos ramas que se determinan respecto a la
posicin del potencial mnimo de encendido de la descarga. En la
parte de
presiones bajas respecto a la presin correspondiente al dicho
potencial mnimo (la rama izquierda de la curva de Parchen) el
potencial de ruptura aumenta rpido con disminucin de la presin
alcanzando decenas y centenas de kilo-electrn-voltios. El campo
elctrico correspondiente a la disrupcin disminuye al aumentar la
separacin, esto caracterstico de todos los gases y es debido al
hecho de que antes de que se produzca la disrupcin debe tener lugar
una mnima cantidad de multiplicacin de electrones. El grado de
multiplicacin requerido depende del nmero de electrones secundarios
formados por avalancha, que a su vez inician otras avalanchas. La
grafica muestra la tendencia a disminuir de la tensin disruptiva al
aumentar la separacin
Fig 3. Manual prctico de electricidad para ingenieros. Donald G
Fink. Pag 4-142
La presin y la temperatura afectan la rigidez dielctrica tan
solo en la medida que afectan la densidad del gas, la rigidez
dielctrica de los gases puede incrementarse notablemente aumentando
la presin y por consiguiente la densidad.
Con pocas excepciones la rigidez dielctrica, tiende a crecer al
elevarse el peso molecular. Las rigidices relativas varan con el
valor de p.d as como con la disrupcin geomtrica de la separacin
entre los electrodos. Los gases nobles monoatmicos presentan una
rigidez dielctrica menor.
La rigidez dielctrica en c.a de los gases disminuye ligeramente
al aumentar la frecuencia, hasta que el intervalo de tiempo de un
semiciclo sea aproximadamente el mismo para el tiempo de transito,
primero de los iones positivos y despus de los electrones a travs
de la separacin.
En un sentido general, la ruptura elctrica es el proceso de
transformacin de un material no conductoren conductor,mediante
laaplicacinde un campo elctricolo suficientemente intenso. Esto
ocurre en un tiempo que vara entre 10-9 y varios segundos, pero el
rango usual es 10-8-10-4 s. La ionizacin puede alcanzar valores
apreciables (de acuerdo con las condiciones del experimento), por
lo que normalmente la ruptura va acompaada de un flash de luz
visible. Si el campo elctrico es aplicado por un cierto
tiempo, el breakown da inicio a una descarga que dura el tiempo
que hay E. El elemento primario del proceso de ruptura es la
avalancha electrnica, que se desarrolla en un gas bajo la aplicacin
de un campo intenso. La avalancha comienza cuando algunos
electrones "semilla" (inyectados artificialmente o producidos por
rayos csmicos o radiacin UV) ganan suficiente energa del campo para
ionizar. El proceso de multiplicacin electrnica es geomtrico.
La ruptura es un proceso de umbral. Esto significa que la
ruptura se establece slo si el campo excede un valor caracterstico
que depende de las condiciones del gas, debido a la fuerte
dependencia de la tasa de ionizacin atmica por impacto electrnico
con la intensidad del campo, y adems por el hecho de que la
multiplicacin electrnica va acompaada por mecanismos que
obstaculizan el desarrollo de la avalancha. Estos mecanismos pueden
ser prdidas de energa de los electrones (colisiones elsticas,
excitacin de tomos y molculas) o prdidas de electrones .El destino
de una avalancha es decidido en sus primeras etapas, cuando el
nmero de electrones e iones es tan pequeo que sus encuentros tienen
baja probabilidad. A estas bajas densidades, los mecanismos de
remocin dominantes son los lineales con ne (difusin a las paredes,
attachment), mientras que la recombinacin (proporcional a ne2) no
es efectiva. En cambio, si el proceso se desarrolla, la
recombinacin se hace ms intensa y termina por poner un lmite a la
ionizacin alcanzada. El umbral de ruptura est determinado por la
relacin entre creacin y remocin de electrones slo si E es mantenido
por un tiempo suficiente. Si se aplica un pulso muy corto, el campo
debe ser lo suficientemente intenso como para que un cierto nmero
de electrones puedan nacer durante el pulso, incluso si no hubiera
prdidas. El efecto corona
Consiste en la ionizacin del aire que rodea a los conductores de
alta tensin. Este fenmeno tiene lugar cuando el gradiente elctrico
supera la rigidez dielctrica del aire y se manifiesta en forma de
pequeas chispas o descargas a escasos centmetros de los cables.
Las lneas elctricas se disean para que el efecto corona sea
mnimo, puesto que tambin suponen una prdida en su capacidad de
transporte de energa; en su aparicin e intensidad influyen los
siguientes condicionantes: -Tensin de la lnea: cuanto mayor sea la
tensin de funcionamiento de la lnea, mayor ser el gradiente
elctrico en la superficie de los cables y, por tanto, mayor el
efecto corona. - La humedad relativa del aire: una mayor humedad,
especialmente en caso de lluvia o niebla, incrementa de forma
importante el efecto corona. -El estado de la superficie del
conductor: las rugosidades, irregularidades, defectos, impurezas
adheridas, etc., incrementan el efecto corona. -Nmero de
subconductores: el efecto corona ser menor cuanto ms
subconductores
tenga cada fase de la lnea. Como consecuencia del efecto corona
se produce una emisin de energa acstica y energa electromagntica en
el rango de las radiofrecuencias, de forma que los conductores
pueden generar ruido e interferencias en la radio y la televisin;
otra consecuencia es la produccin de ozono y xidos de nitrgeno. 2.2
Vaco como aislamiento
Cuando la presin y la densidad de un gas en un sistema son tan
reducidas que el camino libre medio de los electrodos es mucho
mayor que la separacin entre conductores, la multiplicacin de los
electrodos es mucho mayor que la separacin entre conductores, la
multiplicacin de electrones mediante ionizacin por choque de las
molculas gaseosas no puede producirse. En ausencia de ionizacin
gaseosa directa la disrupcin puede producirse a gradientes elevados
por causa de los electrodos. Aunque no se ha determinado el
mecanismo exacto de la disrupcin en vacio , existen fenmenos que
puede conducir esta, uno de ellos es la emisin del campo catdica
que puede acentuarse por la presencia de imperfecciones en el ctodo
o sobre su superficie, lo cual aumenta el gradiente local e incluso
por el calentamiento debido a la elevada densidad de corriente 3
DISRUPCION ELECTRICA EN LOS SLIDOS
Los aisladores slidos, (cuyo comportamiento es el tema central
de este boletn) tienen la gran caracterstica de poder proveer un
soporte rgido o flexible a equipos o conductores elctricos. Los
aislamientos con lquidos ms utilizados son los aceites minerales,
especialmente para transformadores y reactores. Comportamiento de
los aislantes slidos
En los aislamientos slidos no se presenta la regeneracin total
del dielctrico despus de la perforacin elctrica, tampoco una
renovacin constante del dielctrico, como sucede en los aislamientos
de aire y con carcter limitado, en los aislamientos lquidos y
gaseosos confinados.
Cuando se analiza la probabilidad de perforacin de un
aislamiento slido durante una determinada sobretensin, hay que
tener en cuenta que sta depende directamente de las propiedades del
material aislante (combinacin de materias primas y calidad de
proceso) como tambin de otros tipos de fenmenos como son: La
alteracin en funcin del tiempo de la estructura fsico qumica del
material
Entre las alteraciones usuales sufridas por algunos materiales
se pueden citar las siguientes:
-Inestabilidad qumica Se consideran qumicamente inestables los
materiales que sufren reacciones qumicas, como lo son casi siempre
los compuestos orgnicos. En condiciones normales, estas reacciones
son muy lentas y su velocidad de ocurrencia es en general
fuertemente dependiente de la temperatura, (incrementndose al
aumentar esta).En general la duracin de la vida til (t) de un
aislante slido puede ser expresada en funcin de la temperatura
absoluta (T), ya que esta determina la alteracin de sus propiedades
fsicoqumicas como puede observarse en la siguiente ecuacin.
t Vida til de un aislante slido A y Parmetros aproximadamente
constantes y propios de cada material T Temperatura absoluta
Otros dos factores que afectan fuertemente la velocidad de las
reacciones qumicas en los aislantes slidos son la presencia de aire
y de humedad. -Oxidacin
Algunos materiales, en presencia del aire, y especialmente en
presencia de ozono, sufren reacciones de oxidacin (combinacin con
el oxigeno), con la consecuente alteracin de sus propiedades
mecnicas y elctricas. Es el caso, normalmente, de los aislamientos
derivados del petrleo (como sucede con el polietileno), la reaccin
de oxidacin es acelerada siel material se encuentra expuesto la
accin de radiaciones a electromagnticas, como las originadas por la
luz intensa. - Hidrlisis Algunos materiales en presencia de humedad
y a temperaturas relativamente elevadas, sufren reacciones de
hidrlisis (descomposicin de ciertos compuestos por accin del agua),
con consecuente alteracin de sus propiedades elctricas y mecnicas.
Es el caso, normalmente, de algunos polisteres. -Deterioro
electroqumico
Algunas sustancias aislantes contienen iones, resultantes de la
ionizacin de impurezas o de una pequea ionizacin de la propia
sustancia aislante. En presencia de un campo
elctrico los iones son alineados por los electrodos, siguiendo
un proceso de electrlisis, (descomposicin a nivel atmico de un
cuerpo por medio de la electricidad), donde estos pierden la carga
elctrica y se originan reacciones qumicas del material de los
electrodos con las sustancias aislantes, lo anterior puede conducir
al deterioro de las propiedades mecnicas y elctricas del material
aislante. Esta degradacin es, en general, muy importante en
corriente continua donde se mantiene la orientacin del campo. Con
corriente alterna una parte de las reacciones de electrlisises
parcialmente compensada a largo del ciclo, lo que reduce, lo
comparativamente con sistemas de corriente continua, sus
efectos.
La concentracin de iones en el aislante es aumentada fuertemente
por algunas impurezas introducidas en el dielctrico durante su
proceso de fabricacin y durante su montaje. Normalmente la
velocidad las reaccionesde electrlisisaumenta de rpidamente con la
temperatura. A temperaturas muy elevadas, los iones son mviles en
el seno del material, esto se cumple en aislantes inorgnicos como
el vidrio y materiales cermicos.
El proceso de degradacin electroqumica es muchas veces
relativamente lento, no siendo detectado en los ensayos de duracin
(relativamente cortos). Normalmente, en el caso de los dielctricos
usados en condensadores, este mecanismo es muy importante y es
necesario tomar precauciones especiales en el ensayo para asegurar
que la vida til del equipo no es condicionada por el deterioro
electroqumico. Heterogeneidades
Normalmente pequeas cavidades existentes en las condiciones
inciales del material o formados a lo largo de su vida til, dan
origen a heterogeneidades del campo elctrico, que puede conducir a
la formacin de pequeas descargas, con el consecuente deterioro
progresivo del material a su alrededor. Lo anterior podra tambin
ocurrir cuando existen malos contactos entre el material aislante y
el material conductor.
El problema de aislamiento tiene una importancia practica
considerable la ruptura en dialecticos slidos. La primera
observacin a resaltar es que la disrupcin no est causada por un
fenmeno nico, sino que estaba basada en un numero de procesos
distintos. La estructura de bandas de un dielctrico cristalino puro
est caracterizada por la existencia de una banda prohibida de
energas muy ancha, se sabe que la concentracin de electrones de
conduccin es despreciable y que por lo tanto la aplicacin de un
campo
elctrico produce un flujo de corriente apenas detectable. Por
tales razones un aislador puro cristalino tendr una disrupcin muy
alta cuando se utilice. Generalidades de la disrupcin
La mayora de los dialecticos slidos en uso no son ni puros ni
mono cristalinos y esto influye en sus propiedades.En los slidos
aisladores de tipo vtreo los estados electrnicos son debidos a
defectos del cristal que toman una variedad e forma, donde las
distorsiones resultantes de los campos cristalinos dan lugar a una
variedad de niveles de energa. Los electrones libres de conduccin
estn sometidos a tres tipos de procesos de colisin que sirven de
medio para que se intercambien la energa y se establezcan las
condiciones de equilibrio termodinmico en la muestra. -Colisiones
entre electrones libres en la banda de conduccin -Colisiones entre
electrones de conduccin y la red en vibracin -Colisiones entre
electrones de conduccin e impurezas en la red
Las dos primeras colisiones depende de la temperatura, a
temperatura baja predominan las colisiones con la red, debido a la
baja densidad de electrones. Cuando la temperatura aumenta la
densidad de electrones crece ms rpido que la intensidad de
vibraciones de la red predominando las colisiones
electron-electron.
La divisin entre zonas de temperatura se denomina como
temperatura critica Tc, en los aislantes slidos amorfos la densidad
de trampa y de electrones de conduccin es mal alta y predomina a
temperaturas normales el mecanismo de colisin entre electrones de
conduccin e impurezas en la red.
Si se usa una temperatura inferior a la crtica en un campo
dialectico, las colisiones dominan la que tienen lugar con la red y
el efecto total es en principio una transferencia de energa de los
electrones libres acelerados a la red, la cual se calienta. Cuando
el campo elctrico aumenta la energa cintica de ciertos de
electrones se hace suficiente para ionizar algunos tomos de la red
por impacto. Los electrones libres que se producen de esta forma
quedan disponibles para nuevas ionizaciones, y el proceso
regenerativo lleva a un alud y ruptura que se asemeja a la ruptura
en semiconductores. Este proceso se conoce como disrupcin de baja
temperatura.
En los dialecticos impuros predominan las colisiones entre los
electrones de conduccin y los electrones de red. Estos ltimos
excitan fcilmente la banda de conduccin en donde se unen los
electrones libres aumentando la conductividad y la temperatura.
Esto ltimo produce ms electrones que son activados en la red y
finalmente por la banda de valencia, hasta producirse la disrupcin.
Este proceso es conocido con el nombre de disrupcin de alta
temperatura. Hay una tipo de ruptura, llamada ruptura trmica que se
origina por la reduccin de zonas de energas cuando aumenta la
temperatura
4 DISRUPCION EN LIQUIDOS
Los aislantes lquidos son materiales que permanecen como tales
en las aplicaciones elctricas (mquinas, aparatos, componentes en
general) y que cuando se encuentran en servicio no experimentan
ninguna transformacin fsica o qumica importante. Se emplean para
llenar espacios con dielctrico homogneo, para disipar el calor y
para apagar arcos, como por ejemplo en: transformadores, cables,
capacitores, aisladores pasantes, interruptores y otros
aparatos.
Su presencia incrementa la rigidez dielctrica entre partes
pudindose observar aislantes slidos impregnados y aparatos
sumergidos en lquido aislante.
Las propiedades fsicas de los dielctricos lquidos como por
ejemplo: peso especfico, conductibilidad trmica, calor especfico,
constante dielctrica, viscosidad, dependen de su naturaleza, es
decir de la composicin qumica, pero su rigidez dielctrica, adems
est ligada a factores externos como por ejemplo: impureza en
suspensin, en solucin, humedad, etc., que, generalmente, reducen su
valor, degradando la caracterstica importante
La disrupcin dielctrica en lquidos viene inducida generalmente
por emisiones de campo de electrones del ctodos. Los electrones
emitidos son acelerados rpidamente por el fuerte campo presente y
la energa que ganan entre colisiones con las molculas del liquido
es superior a la que pierden durante las colisiones. Como resultado
se llega a un estado en el que las molculas del liquido se ionizan
por el choque y se precipita un alud.
Fig 4. Manual prctico de electricidad para ingenieros. Donald G
Fink. Pag 4-148
5 FUENTES DE VOLTAJE, SU DISTRIBUCION Y CONTROL
Los equipamientos son solicitados por las sobretensiones durante
todo el funcionamiento de un sistema elctrico en efecto estas
solicitaciones el aislamiento y d de los equipamientos deben ser
minimizadas, para permitir una gran confiabilidad aceptable para la
operacin del sistema.
Las sobretensiones tienen una naturaleza intrnsecamente
estadstica, debido a una serie de variables aleatorias, tales como:
dispersin del instante de cierre de los contactos de los
interruptores, instante de ocurrencia de una falla del sistema,
amplitud y relacin de crecimiento de las descargas atmosfricas,
condiciones operativas del sistema en el instante de ocurrencia,
etc. y son, prcticamente, imposibles de ser eliminadas o mantenidas
bajo riguroso control. Como objetivo para evitar que el riesgo de
falla del aislamiento de los equipamientos perjudique la operacin
del sistema y que los equipos se daen con frecuencia, se adoptan
dispositivos,o medidas especiales,para permitir un control de las
sobretensiones, de manera de reducir sus amplitudes mximas y
probabilidad de ocurrencia.
La utilizacin de mtodos de control de las sobretensiones depende
del tipo de solicitacin que se pretende controlar, de las
caractersticas del sistema elctrico, de factores climatolgicos
asociados con la regin donde el sistema se extiende, etc. La
adopcin de un determinado tipo de mecanismo, para el control de las
sobretensiones debe tener en consideracin aspectos relacionados con
su eficacia, costos y simplicidad de implementacin, y otros. Los
sistemas de tensin ms elevada son aquellos que necesitan de un
mayor control en cuanto se refiere a las solicitaciones de los
equipamientos. Los mtodos ms utilizados para controlar las
sobretensiones son las resistencias de pre insercin, los
descargadores, las modificaciones de la configuracin del sistema y
el blindaje de lneas de transmisin y de subestaciones contra
descargas atmosfricas.
Las resistencias de pre insercin se conectan por un breve tiempo
antes de que se produzca el cierre del contacto principal de los
interruptores que ponen en tensin lneas de una cierta longitud que
se considera importante. Algunos interruptores que por su principio
de interrupcin generan sobretensiones, se disean para hacer la
interrupcin en dos etapas, primero insertando una resistencia de
apertura y luego interrumpiendo la corriente reducida.
Los aisladores de suspensin se utilizan en sistemas de potencia
y energa para proporcionar aislamiento elctrico y tambin como ayuda
mecnica sosteniendo lneas de transmisin y distribucin. Los
aisladores de suspensin que estn en servicio en lneas de potencia
estn expuestos a sobre voltaje (surge), y abuso mecnico severo
(tormentas), rayos y arcos elctricos. Es conocido que la
distribucin de voltajes entre los aisladores de una cadena no es
equitativa entre dichos aisladores. Ms an, se sabe que los
aisladores ms cercanos la torre (potencial de tierra) soportan
menos magnitud de voltaje que aquellos que se encuentran ms cerca
de la lnea.
5.1 Medicin o deteccin de potencial
La manera ms simple para detectar el potencial que existe a
travs de un aislador es ponerlo en cortocircuito, y esperar a
escuchar un ruido cuando el contacto es hecho. Este es el mtodo de
zumbido descrito anteriormente. Se han ideado mtodos aun ms
sofisticados y algunos de ellos incluso permiten la medida real del
potencial a travs de los aisladores en una cadena. En 1925, a
Bennett le fue concedida una patente en Estados Unidos para una
especie de voltmetro electrosttico, l lo mont en el extremo de un
aislador delgado a travs del cual, el potencial del aislador podra
ser medido. En 1933, a Spangler le fue concedida otra patente para
un dispositivo que utiliz una bombilla en un recinto blindado para
detectar el potencial a travs del aislador. En 1941, Forrest de
Inglaterra present un artculo en el cual dio los resultados
obtenidos con un dispositivo similar a los Bennett.
Particularidades de su dispositivo fueron el uso de condensadores
coaxiales en serie variables ara ajustar medida de sensibilidad el
campo p la y electrosttico. De esta forma se reducen errores en la
lectura debido a la induccin de un campo elctrico. 5.2
Regulacin
Las largas lneas de conduccin presentan inductancia,
capacitancia y resistencia al paso de la corriente elctrica. El
efecto de la inductancia y de la capacitancia de la lnea es la
variacin de la tensin si vara la corriente, por lo que la tensin
suministrada vara con la carga acoplada. Se utilizan muchos tipos
de dispositivos para regular esta variacin no deseada. La regulacin
de la tensin se consigue con reguladores de la induccin y motores
sncronos de tres fases, tambin llamados condensadores sncronos.
Ambos varan los valores eficaces de la inductancia y la
capacitancia en el circuito de transmisin. Ya que la inductancia y
la capacitancia tienden a anularse entre s, cuando la carga del
circuito tiene mayor reactancia inductiva que capacitiva (lo que
suele ocurrir en las grandes instalaciones) la potencia
suministrada para una tensin y corriente determinadas es menor que
si las dos son iguales. La relacin entre esas dos cantidades de
potencia se llama factorde potencia.Como las prdidasen las lneas de
conduccinson proporcionales a la intensidad de corriente, se
aumenta la capacitancia para que el factor de potencia tenga un
valor lo ms cercano posible a 1. Por esta razn se suelen instalar
grandes condensadores en los sistemas de transmisin de
electricidad
Cuando el voltaje excede cierto lmite establecido en el
protector de picos es desviado hacia una lnea a tierra, evitando as
que se dae el aparato elctrico delicado. Un protector de picos
consta de los siguientes componentes:
Un fusible o un protector termo magntico que desconecta el
circuito cuando se est sobrepasando el lmite de voltaje, o en caso
de una descarga. Un transformador. Resistencia variable. Diodo
Zener tambin conocido como diodo de supresin de voltaje.
CONCLUSIONES Por medio de esta investigacin se da a conocer que
los sistemas elctricos por distintas causas presenta sobre
tensiones y que la aislacin es una solucin para esta. Se da a
comprender las generalidades de la disrupcin en lquidos y slidos
determinando el comportamiento elctrico de los aislamientos y todos
los efectos asociados a los esfuerzos elctricos. La tensin del
efecto corona en los bordes siempre depender de la concentracin de
campo elctrico y la constante dielctrica pero no del material.
BIBLIOGRAFIA
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