8/12/2019 Informe Descarga en Gases

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ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA

INFORME:

Calif.

LABORATORIO DE ALTO VOLTAJE

Prctica N: 4

Tema: GENERACIN Y MEDIDA DE ALTOS VOLTAJES

Realizado por:

Quializa Maldonado Klver Daniel Grupo: Guano Sinchiguano Xavier Armando

Andrade Suarez Marco Antonio

Huilca Cabay Jonathan Ren

Fecha de entrega:

2013 2

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0 1 2 3 4 5

Vd aire

Vd Nitrogeno

Voltaje de descarga vs Presin *distancia

LABORATORIO DE ALTO VOTAJE.PRCTICA N 4

Tema:DESCARGA EN GASES

OBJETIVO:Estudio experimental del comportamiento de los gases como aislantes frente a altosvoltajes alternos. Comprobacin experimental de la ley de Paschen

EQUIPO:

Generador de A. V. alternosCmara de presin (Sobrepresin 0-5 Kg/cm2)Compresor de aireCilindros de N2 y CO2 Sf6

Aparatos de medida

INFORME

Con los datos obtenidos, graf icar: Voltaje pico de descarga, funcin delproduc to, pres in absoluta po r dis tanc ia de separac in; inc lu i r en un mism ogrfico los valores obtenid os en cada uno de los experimentos y comentar los.

d aire Nitrgeno

,07 ,40

,23 ,77,27 ,27

,87 ,37

,63 ,70

,57 ,60

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Como se puede observar los voltajes de descarga tanto en el aire seco como en elnitrgeno son bastante parecidos a pesar de que el nitrgeno no es un gaselectronegativo, cabe recalcar que los mayores voltajes de descarga se presentan enun ambiente con aire seco.

Ap licando el mtodo de Schwaig er calcu lar los v oltajes de descarg a para airesec o, a las presio nes uti lizadas en la p rcti ca. Consid erar que la ri gi dez varacon la densidad relat iva del aire. Graf icar y comparar con los datos

experim entales. Dar un criter io sobre la valid ez del mtodo.

Si p=2 y para un polo puesto a tierra segn la tabla:

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d d aire calculado d aire medido

.22 .07

.59 .23

.96 .27

.33 .87

.70 .63

1.07 .57

Si se ut i l izan do s esferas separadas, com o electrodo s, determin ar la distanciade separac in, fun cin del dimetr o, para que cump la con la ley de Pasch en encam po h om ogneo.

Cuando queremos el clculo de la distancia de separacin en funcin del dimetro se

procede de la siguiente manera:

1) Se mide el voltaje pico en el secundario.2) consideramos la presin constante.3) Analizamos con la ley de Paschen.

Frmula para campos homogneos:

0.00

20.00

40.00

60.00

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Vd vs P*d

Vd medido

Vd calculado

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Ley de Paschen para campos homogneos:

Nomenclatura:

= primer coeficiente de Townsend

= segundo coeficiente de Townsend

a = distancia entre electrodos tipo esferas

Como la presin es constante, la frmula para electrodos con forma de esferas:

Nomenclatura:

D = dimetro de las esferas

Encontramos a(separacin entre esferas) en funcin de D, E, Vd.

Introd uc ir la pres in en la teora del mecanismo de can al, qu e explic a elproc eso el proc eso de descarga en gases y establecer la relacin co n el vol tajede d escarga.Mecanismo de ruptura: Streamer o de Canal.

La teora sobre la ruptura en las descargas elctricas formulada por Townsend,

termin por completarse a travs de los trabajos de Loeb y Meek, al establecer suteora de canales o streamers, donde adems de los procesos de ionizacin, tuvieron

1* Lna

p

Efa*

apap

Vdfs ****

a

p

Vd

D

Da

p

E**

2

a

p

Vdz

p

E**1*

2

1

Vd

E

D

a22

1

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en cuenta los efectos producidos por el campo elctrico creado por los portadores decarga, en el transcurso de la avalancha, que explica los fenmenos de rupturadielctrica, en las que bajo ciertas condiciones de presin, la teora de Townsend noera satisfactoria.

La descarga instantnea o streamer tiene en cuenta la distribucin de carga espacialque producen las cargas. El criterio para que una avalancha deTownsend se transforme en canal, es que se alcance una proporcin mnima deportadores Npc > 108, siendo estas descargas ms rpidas (10-7 m/s frente a los 10-5 m/s de las Townsend) y los efectos del gas (fotoionizacin, ionizacin por ionespositivos,), predominan sobre los procesos secundarios en los electrodos(incidencia de iones, fotoemisin,..).

Este mecanismo tiene gran relevancia en las descargas elctricas parciales,

principalmente en las producidas por campos no uniformes. En dichos campos, el

criterio de descarga viene dado por la expresin.

dPfVd *

Nomenclatura:

d= distancia entre electrodos

P = presin del medio

Anal ice y expl iqu e las apl icaciones prct icas que pu eden derivarse de estasexperimentaciones.

Aplicaciones de las descargas elctricas en gases

Las descargas elctricas crean y mantienen plasmas. En muchos casos, se haaprendido a aprovechar las caractersticas y propiedades nicas de estos plasmas,aunque tambin junto a stos, se producen fenmenos no deseados.De hecho, como se ver ms adelante, al ser un fenmeno catico complejo, cuyadinmica se formula bajo leyes magnetohidrodinmicas, muy influenciadas por losprocesos y fenmenos microscpicos (procesos de ionizacin), es muy importanteprofundizar en su conocimiento fsico a nivel microscpico, pero al mismo tiempo, esimportante, seguir desarrollando modelos macroscpicos de los mismos.Dos caractersticas de los plasmas creados durante las descargas, son las que loshacen especialmente tiles y a la vez dainos, en las aplicaciones industrialesactuales:

- Consiguen temperaturas y densidades de energa superiores a las que puedanconseguirse con cualquier otro medio qumico o fsico.

- Produce y engloba especies energticas de amplio espectro (fotones de diferentelongitud de onda, partculas cargadas, estados atmicos excitados,)

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Entre las actividades cientficas y tcnicas, en las que las descargas elctricas jueganun papel importante, caben destacar la industria de las fuentes de iluminacin(fluorescentes, neones, etc), la biomedicina, la fabricacin de chips o la navegacinespacial. Aunque todas estas actividades, tienen que enfrentarse con los efectosnegativos asociados a las descargas, su minimizacin es crucial en sectores como:

Sector Elctrico.

Sector Petroqumico y sectores donde se forman o almacenan atmsferasexplosivas.

Figura 7.- Sectores de aplicacin: fabricacin de chips, elctrico y aeroespacia

Una lmpara de plasma (tambin llamada "bola de plasma" o "esfera de plasma")Fue inventada por Nikola Tesla tras su experimentacin con corrientes de altafrecuencia en un tubo de cristal vaco con el propsito de investigar el fenmeno delalto voltaje. Con Materia Gaseosa Fuertemente Ionizada, con Igual Nmero de

Cargas Elctricas Libres Positivas y NegativasTesla llam a este invento Inert GasDischarge Tube(tubo de descarga de gas inerte).

Mtodos de ubicacin del cable de guardia Existen diferentes mtodos para ubicarlos cables de guardia y cada uno de ellos proporciona una zona de proteccin contradescargas directas diferente. Los mtodos clsicos se basan principalmente encriterios geomtricos sin mayores fundamentos tericos que los resultados obtenidosde su aplicacin. Uno de estos es el mtodo de Schwaigerel cual consideraque cuando el trazador de una descarga atmosfrica se aproxima a la tierra, estealcanza una altura H (medida desde el suelo) en la cual elige para caer el puntoconectado a tierra ms cercano. Teniendo en cuenta la afirmacin anterior se puededeterminar una altura h a la cual instalar un elemento captador, de forma tal deproporcionar una zona de proteccin.

Soldadura por arco, el sistema de soldadura elctrica con electrodo recubierto secaracteriza por la creacin y mantenimiento de un arco elctrico entre una varillametlica llamadaelectrodo y la pieza a soldar. El electrodo recubierto est constituidopor una varilla metlica a la que se le da el nombre de alma o ncleo, generalmentede forma cilndrica, recubierta de un revestimiento de sustancias no metlicas, cuyacomposicin qumica puede ser muy variada, segn las caractersticas que serequieran en el uso. Para realizar una soldadura por arco elctrico se induce unadiferencia de potencial entre el electrodo y la pieza a soldar, con lo cual se ioniza elaire entre ellos y pasa a ser conductor, de modo que se cierra el circuito. El calor del

arco funde parcialmente el material de base y funde el material de aporte, el cual sedeposita y crea el cordn de soldadura.

http://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_%28estado_de_la_materia%29http://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_%28estado_de_la_materia%29http://es.wikipedia.org/wiki/Nikola_Teslahttp://es.wikipedia.org/wiki/Alto_voltajehttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Soldadura_el%C3%A9ctrica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Electrodo_recubierto&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Electrodo_recubierto&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Soldadura_el%C3%A9ctrica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Alto_voltajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Nikola_Teslahttp://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_%28estado_de_la_materia%29

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La soldadura por arco elctrico es utilizada comnmente debido a la facilidad detransporte del equipo y a la economa de dicho proceso.

Analizar diversos parmetros del motor: Calidad de Aislamiento a masa en formacuantitativa, Alto potencial, tambin llamado Ensayo de Tensin Aplicada, en el cual

uno le inyecta al bobinado un voltaje muy superior al de funcionamiento y busca

encontrar una falla abrupta, tambin denominado Ensayo de Rigidez Dielctrica a

masa. As se tiene que no habr arco entre dos conductores, cuando el dielctrico

sea aire, a menos que estn presentes aproximadamente 400 Volts. A esto se le

llama la Ley de Paschen. No importa que tan cercanos estn los conductores, sinohay presentes 400 volts no habr arco.

Expl iqu e los gases SF6 y ozono .

CARACTERISTICAS DEL HEXAFLORURO DE AZUFRE (SF6)

El hexafluoruro de azufre es un compuesto orgnico que en condiciones normales depresin y temperatura es un incoloro, inodoro, no txico y no inflamable, con lapeculiaridad de ser cinco veces ms pesado que el aire, presentando una densidadde 6,13 g/L a una atmsfera de presin.Es un gas de elevada constante dielctrica (muy aislante), por lo que se usahabitualmente como aislante en los sistemas de distribucin de electricidad,especialmente en sistemas de alta tensin.

El hexafluoruro de azufre por sus caractersticas fsico-qumicas es ideal paraaplicaciones electrotcnicas.

Es un gas incoloro, inodoro, no txico, no inflamable, qumicamente y fisiolgicamenteinerte, no corrosivo, y muy estable, pero sus productos de descomposicin no tienenestas propiedades.

Por sus caractersticas dielctricas es ideal como medio aislante, tiene una rigidezdielctrica muy elevada, tanto a la frecuencia industrial como a impulso, gracias a supeculiar caracterstica de gas electronegativo.

Con la captura de los electrones libres la molcula de SF6 se transforma en ionesnegativos pesados, y por lo tanto poco mviles.

La rigidez dielctrica es funcin solamente de la densidad del gas.

El aislamiento de las subestaciones blindadas donde se utiliza este gas, es por lotanto independiente de las variaciones de temperatura y presin que se verifican en el

gas durante el servicio, resultando constante hasta la temperatura de licuefaccin delgas.

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Debido a su electronegatividad, tiene un poder de extincin del arco excepcional, unaelevada velocidad de recuperacin de la rigidez dielctrica entre los contactos, raznpor la cual resulta particularmente idneo para soportar valores muy elevados delcrecimiento de la tensin transitoria de restablecimiento en los interruptores.

Se lo utiliza tambin como aislacin en transformadores de corriente de 145 a 170 kVcon ncleos y secundarios situados en la parte superior del transformador.

El SF6 no tiene rival en lo que a aislamiento elctrico se refiere. Es utilizado ensistemas de distribucin de electricidad a alta tensin, como equipos detransformacin, subestaciones y torres elctricas. Tambin se aplica en algunosprocesos industriales siderrgicos, y en ciruga ocular.

Impacto medio ambiental y pel igros idad

Es el gas ms contaminante de la atmsfera, uno de los causantes del efectoinvernadero. Contamina unas 20.000 veces ms que el CO2, un kilogramo de SF6equivale a 160.000 kilmetros en coche.

Este gas puede provocar asfixia y congelacin si se toca en estado lquido y a partirde 204 C se descompone en sustancias txicas como cido fluorhdrico, dixido deazufre y otros sulfatos. Adems, el personal que trabaje con este gas debe recibir unentrenamiento especial.

Efectos a la Salud d el SF6

Estudios realizados por compaas de la industria elctrica han mostrado que noexisten daos a la salud de la poblacin asociados con las fugas normales de estegas de los interruptores en funcionamiento, y solo a elevadas concentraciones puedecausar asfixia en sitios cerrados debido a su alta densidad (desplazo de oxgeno),corriendo el riesgo nicamente los trabajadores. No obstante, se ha comprobado quelos subproductos de descomposicin son altamente txicos y peligrosos al contactocon los operadores (Tsai 2007).

Los subproductos gaseosos inhalados por periodos largos pueden causar edemaagudo en laringe y pulmones llegando a provocar fallas cardiacas y de circulacin

sangunea. Los subproductos slidos son menos txicos que los gaseosos, perodebido a que son higroscpicos, absorben humedad formando compuestos cidosaltamente irritantes; por lo que si el subproducto slido se pone en contacto con lapiel o pulmones su puede producir una reaccin de hidrlisis formar compuestoscidos (HF principalmente) que causan fuerte irritacin a los tejidos orgnicos.

Conclus iones

En caso de un arco producido en el interior de un dispositivo elctrico encapsuladocon hexafluoruro de azufre, se producen algunos gases de descomposicin, algunosson inertes como el CF4 y algunos otros txicos como el SO2, SOF2, HF y SF4.

Como siempre, con fuertes olores (HF: cido, SO2: picante, SOF2: huevos podridos),

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causan un olor el cual se detecta en muy bajas concentraciones en las cuales no hayriesgo para la salud.

Las comprobacin de linealidad que existe entre el voltaje de descarga vs presin por

distancia se logr hacer y analizar su funcionamiento.

El mtodo de Schawaiger ingresa un coeficiente () de utilizacin y este nos ayuda a

realizar los clculos con mayor precisin.\

Segn la teora de alto voltaje se dice que el aislante se puede obtener desde el vaco

hasta comprimir las molculas pero siempre existir un valor de campo que ioniza el

aislante y lo vuelve conductor, produciendo la descarga.

Se recomienda esperar un determinado tiempo, entre cada medicin pues comosabemos el aire necesita de un reposo para que la partcula de aire vuelvan a suestado normal o tambin despus de producirse la descarga los electrodos puedentener un voltaje diferente de cero, el cual podra afectar a la siguiente medicin.

La ley de Paschen es vlida hasta ciertos lmites de la separacin entre electrodos(es decir hasta que el campo deja de ser homogneo) y del producto P * d.

REFERENCIAS

Roth A, Tcnica de la alta tensin Edith. Labor Barcelona, 1996.Mena A, Curso tcnica de alta tensin E.P.N. 1973-1974.http://www.revista.ingenieria.uady.mx/volumen16/aplicaciones.pdf