DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS ELECTRICAS INTRODUCCIÓN:

PRÁCTICA 1 DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS ELECTRICAS
INTRODUCCIÓN:
El factor de pérdidas dieléctricas es el parámetro que mejor define el comportamiento de un aislante en cuanto
a sus pérdidas eléctricas y sólo depende del material utilizado como aislante. Este factor puede servir por
ejemplo para estudiar el envejecimiento de un aceite aislante en un trasformador de potencia.
En esta práctica determinaremos este factor para el dieléctrico de un condensador.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS:
Cuando un circuito eléctrico, que contiene una resistencia ohmnica, una autoinducción y un condensador,
cuando es alimentado por una corriente alterna, entre tensión e intensidad se produce una desfase , de forma
que se cumple;
siendo w =
En caso de que sólo exista en dicho circuito un condensador ideal el desfase será igual a 90o. Pero en
realidad en un condensador, debido a sus pérdidas dieléctricas el desfase es algo menor de 90o, como puede
verse en la figura.
U
l
la
lr
Al ángulo , complementario de , se denomina ángulo de pérdidas dieléctricas.
= 90o−
La tangente de este ángulo es la relación entre la potencia activa P (potencia de pérdidas) y la potencia
reactiva Pr.
El valor de las pérdidas dieléctricas (que será mayor cuanto mayor sea el ángulo de pérdidas y su tangente)
para un condensador de capacidad C será:
y teniendo en cuenta que S/d; se llega a la siguiente ecuación
donde es lo que se denomina factor de pérdidas dieléctricas, depende del material y será un factor fundamental
en las pérdidas de dieléctrico.
REALIZACIÓN PRÁCTICA:
Se medirá primero, y se tomará nota de la capacidad del condensador que se utilizará en el montaje.
De dicho condensador se conocen los siguientes datos:
1
• Distancia entre placas: d = 2/3.10−5 m
• Anchura de la placa: 0.038 m = A
• Longitud de la placa: 38 m = l
• Frecuencia: 50 Hz = f
• 250V, 8F, ± 5%
Posteriormente se realizará el montaje de la figura 2 y se rellenara la tabla variando la tensión alterna V y
anotando las medidas proporcionadas por el Vatímetro.
W
c.a. C
V
50Hz
8.53F = C V = 220.5
Medidas
V
P (W)
100
0.5
140
1.5
180
2.5
220
5
A partir de estas lecturas habrá que hacer los siguientes cálculos:
1− tang = donde w = 2f y la tang será la media de todas la medias.
V
P (W)
Tang
100
0.5
0.018658
140
1.5
0.05597
180
2.5
0.0933
220
5
0.186
Cálculos:
• Tang
• Tang
• Tang
• Tang
• Tang
=
=
=
=
media =
2− Siendo = 8,84.10−12cul2/Nwm2
S = A. l = 0,038.38=1,444m
r=
A partir de este dato y sabiendo que Vmax = V y que Emax = Vmax//d se puede identificar el tipo de material
dieléctrico entre las placas el condensador según la tabla de propiedades de los dieléctricos.
Vmax = 250= 353,5534 V
2
Emax=
3− Con todos estos cálculos se obtiene finalmente el factor de pérdidas dieléctricas.
Fpd= r.tang = 4,454903632.0,088482=0,394178783
El material es: LA MICA r=4,45 y Emax=53,03 KV/mm
PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS AISLANTES
Rigidez
Resistividad
Permitividad
dieléctrica
Materiales
Volumétrica
relativa
Aceites aislantes
Acetato de celulosa (Plástico)
Amianto (papel)
Bakelita
Cartón prespan
Caucho puro
Caucho vulcanizado
Celulosa
Cristal
Cuarzo
Ebonita
Goma laca
Gutapercha
Halovax (cloruro de naftaleno)
Madera seca
Mica
Micalex
Nilón
Parafina
Papel
Plexiglás
Polietileno
Polistireno
Polivinilo (cloruro de)
Porcelana
Vidrio ordinario
2.2
4.6 a 3.9
4.5 a 7
2
2 a 2.8
2.8 a 3.1
3.9 a 7.5
6.5 a 6.9
3.4 a 4.4
3 a 2.8
3.9 a 3.5
2.7 a 4.9
3.7 a 5
2.4 a 2.1
2.5 a 8
7.1 a 7
3.6
2.25
2 a 2.6
3.5 a 2.6
2.25
2.2
2.95
4.5 a 6
3.2
(KV/mm)
30
10 a 14
4.2
17 a 21
10 a 13
18 a 25
10
10
50
18
10
40 a 60
14
12
8 a 12
16
40
31 a 40
30 a 35
10
108
1.6 x 103
104
108
3 x 107
107
5 x 1010
2 x 1013
1014
2x103 a 3x1041
105a 106
50 a 70 x 1014
5 x 1011
1011
1014
5 x 102
1013
1013
1014
1012
103
90 x 104
PRÁCTICA 2 DETERMINACIÓN DE LA RIGIDEZ DIELÉCTRICA DE ACEITES
INTRODUCCIÓN:
3
En esta práctica determinaremos la rigidez dieléctrica de aceites (por ejemplo para utilizar en aislamiento de
transformadores).
FUNDAMENTOS TEÓRICOS:
Un aislante no puede soportar una tensión ilimitada sin llegar a estropearse. Si la tensión aplicada aumenta
progresivamente , más tarde o mas temprano, llega a producirse lo que se denomina perforaciones del
aislamiento.
Cuando se produce la perforación, la corriente de conducción que pasa a través del aislamiento aumenta
excesivamente de un modo brusco. Esto se explica por la disminución de la resistencia de aislamiento. Al
sufrir la perforación se forma un canal de perforación muy conductor y, prácticamente, tenemos un
cortocircuito entre los electrodos. El valor de la tensión para el cual se produce la perforación se conoce como
tensión de ruptura o tensión disruptiva, Urig.
Se demuestra experimentalmente que la tensión disruptiva de un asilamiento depende de su espesor, es decir,
de la distancia entre los electrodos. Cuanto mayor sea el grueso de la capa aislante, mayor será la tensión
disruptiva.
Esta circunstancia aconseja definir para los materiales aislantes un parámetro que determina su capacidad para
oponerse a la perforación. Dicho parámetro se denomina rigidez dieléctrica y se designa por Erig definida
como:
donde d = 2.5 mm
La rigidez dieléctrica se mide en voltios por metro (V/m) pero en la práctica se utilizan múltiplos de esas
unidades como Kilovoltios por milímetro (KV/mm).
REALIZACIÓN PRÁCTICA:
Se medirán las tensiones de perforación de aceites aislantes utilizando el comprobador de rigidez dieléctrica
de aceites aislantes (chispómetro).
La metodología para la realización de los ensayos se explica a continuación:
• Conectar el cable de alimentación a la base del panel posterior del equipo y a la toma de corriente.
Asegurarse de que la llave de marcha del equipo está en la posición 0 y que está conectada la roma de tierra
del equipo a la de la instalación.
• Abrir la puerta del equipo y extraer del interior de la camareta la célula de ensayo y todo lo que hubiese
dentro.
• Preparación de la célula: Durante los periodos de inactividad se recomienda guardar la célula llena de aceite
en un recinto limpio, seco y exento de polvo. Si no se ha utilizado durante cierto tiempo, se procederá a una
rigurosa limpieza, se desmontarán los electrodos, se limpiarán y se enjuagará finalmente con un aceite
nuevo, seco y limpio. El montaje de los electrodos se hará con el mayor cuidado evitándose todo contacto
directo con los dedos. Inmediatamente antes de su uso se limpiará la célula enjuagándola con aceite a
ensayar antes de proceder al llenado definitivo, en las condiciones fijadas a continuación.
• Preparación de la muestra: La operación de preparación de la muestra se efectuará en un lugar seco y
exento de polvo. El recipiente que contiene la muestra de aceite a ensayar se agita suavemente y se vuelca
varias veces para asegurar el más homogéneo reparto de las impurezas contenidas en el aceite, sin provocar
la formación de burbujas de aire. Inmediatamente después se vierte lentamente en la célula de ensayo,
evitando la formación de burbujas de aire.
• Método de ensayo: El método de ensayo consiste en someter el aceite a un campo eléctrico de corriente
4
alterna creciente de forma continua hasta que se produzca la perforación del aceite.
5.1− Colocar la célula de ensayo con la muestra de aceite en el interior de la camareta. Si se desea utilizar el
agitador, habrá que introducir el imán teflonado en el interior de la célula, estando este limpio y seco. El imán
teflonado se situará automáticamente en su sitio al introducir la célula en la camareta.
5.2− Cerrar la puerta, ya que si no el circuito de protección impedirá el funcionamiento del equipo. Una vez
realizado todos estos pasos el equipo ya estará preparado para una correcta utilización.
5.3− Girar la llave hasta la posición I, el equipo se pondrá en funcionamiento haciendo un test, el cual
enciende todos los pilotos indicando que estos están bien.
5.4− En este momento de se seleccionará:
• El tipo de rampa que se desea: 5, 3, 2 ó 0.5 KV/s.
• La función agitación. Consiste en la agitación de la muestra de aceite durante 60 segundos antes de empezar
la rampa.
• La presencia de luz en el interior de la camareta.
5.5− Una vez seleccionados estos parámetros se procederá a pulsar START y el equipo empezará el ciclo
completo:
• Si se seleccionó la función de agitación, la muestra de aceite empezará a agitarse durante 60 segundos. Una
vez transcurrido dicho periodo, se apagará el piloto de AGITADOR y empezará otro periodo de espera de
60 segundos, para que desaparezcan las turbulencias del aceite.
• Si no se selecciona la función de agitación, desaparecerá el display el símbolo −−,−− y empezará la rampa
de tensión creciente hasta que se produzca la perforación del aceite o bien no produciéndose ésta, el equipo
llegue a 40 KV / 60KV acabando así el ciclo y encendiéndose el piloto de STOP. Si durante la rampa
creciente de tensión se produce la perforación de la muestra de aceite, el display se quedará con la tensión a
la cual se ha producido la perforación y el piloto de ARCO se iluminará intermitentemente sonando
también una alarma sonará, habiendo cortado la alta tensión. El piloto de ARCO se mantendrá en este
estado hasta que se pulse STOP. Una vez pulsado STOP la indicación del display se perderá volviendo a
aparecer el símbolo −−,−−.
5.6− Este ciclo anteriormente descrito se efectuará seis veces con la misma muestra de aceite. Entre ciclo y
ciclo habrá qu esperar la desaparición de burbujas de aire que eventualmente se hayan podido producir, bien
esperando 5 minutos, o bien seleccionando la función de agitación.
5.7− Una vez acabados todos los ciclos se anotarán seis tensiones de perforación, los electrodos utilizados, la
frecuencia de la tensión de ensayo, que es de 50 Hz y la temperatura de la muestra, acabando así el ensayo
para una muestra.
Anotados todos estos valores se obtendrá la rigidez dieléctrica del aceite ensayado.
5.8− Se podrá repetir estos ensayos con varias muestras.
ACEITE 1
Urig1
Urig(KV)
13.3
d
2.5
Erig(KV/mm) 5.32
Urig2
10
2.5
4
Urig3
11.5
2.5
4.6
Urig4
16.4
2.5
6.56
Urig5
14.2
2.5
5.68
Urig6
16.1
2.5
6.44
5
Erig= Rampa que hemos empleado: 0.5 KV/s
ACEITE 2
Urig1
Urig(KV)
5.8
d
2.5
Erig(KV/mm) 2.32
Urig2
6.3
2.5
2.52
Urig3
5.2
2.5
2.08
Urig4
5.6
2.5
2.24
Urig5
6
2.5
2.4
Urig6
2.7
2.5
1.08
Urig3
8.5
2.5
3.4
Urig4
8.9
2.5
3.56
Urig5
9.3
2.5
3.72
Urig6
6.7
2.5
2.68
Erig= Rampa que hemos empleado: 0.5 KV/s
ACEITE 3
Urig1
Urig(KV)
5.4
d
2.5
Erig(KV/mm) 2.16
Urig2
8
2.5
3.2
Erig= Rampa que hemos empleado: 0.5 KV/s
PRÁCTICA 3 DETERMINACIÓN DE LA INDUCCIÓN REMANENTE Y EL CAMPO
COERCITIVO DE UN MATERIAL MAGNÉTICO
INTRODUCCIÓN:
Para obtener la inducción remanente y el campo coercitivo, características magnéticas propias de cada
material, visualizaremos en el osciloscopio su ciclo de histéresis y a partir de el obtendremos esos valores.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS:
Entre los materiales magnéticos los ferromagnéticos son de especial importancia. Tienen la propiedad de
presentar imanación espontánea por debajo de determinada temperatura. Esta imanación espontánea proviene
de una interacción mecanocuántica entre los dipolos magnéticos de los átomos que los forman.
La inducción magnética B que presenta un material ferromagnético sometido a un campo externo H no
depende únicamente del valor de H, si no también de la historia magnética precia del material. Este fenómeno
se denomina Histéresis (figura 1).
B
Bsat A
Br
Hc
H
0
FIGURA 1
6
En este ciclo aparecen parámetros propios del material magnético: campo remanente (Br) (H=0) y el campo
coercitivo (Hc) (B=0).
Estos parámetros son los que se pretende determinar en esta práctica.
REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA:
Para determinar estos parámetros visualizaremos el ciclo de histéresis del material en el osciloscopio, llevando
a los canales x e y del mismo dos tensiones, una proporcional a B y otra proporcional a H.
Para ello se deberá montar el esquema que aparece en la figura 2.
FIGURA 2
Con los siguientes componentes:
R1= 10 1W
R2= 100 1W
N1= 900 espiras
N2= 300 espiras
C = 1F
Una vez realizado el montaje regular la intensidad i1 a un valor de 0.05 Amperios (medida en el
amperímetro).
Seguidamente se visualizará en el osciloscopio el ciclo de histéresis del material magnético ensayado,
colocando el osciloscopio en modo x−y, obteniendo y anotando para el mismo:
Vx = Vy = sabiendo que esta a la izquierda de la x
Vy = Vr = 3
Posteriormente se calcularán los parámetros buscados mediante las siguientes ecuaciones:
siendo S y l los siguientes valores:
S
l
Núcleo magnético
Obteniendo como resultados lo siguiente:
Br = 1,362.10−4 Teslas
Hc = 177,6149 A/m
7
1división = 1/5.0,5 = 0,1
Vy = 3.0,1
Vx = 7.0,1
11
8