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Alta Tensión

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jrodrig@usb.ve       Teléfono y Fax: (0212) 906 4131

La Técnica de la Alta Tensión es una de las ramas de la ingeniería Eléctrica, dentro del vasto campo de la tecnología, que requiere de más experimentación y por consiguiente, de Laboratorios dotados de equipos e instrumentos altamente especializados.

En plena conciencia de hecho, la Universidad Simón Bolívar, a través de las ideas pioneras del Profesor Luis Siegert ( q.e.p.d. ), se dió a la tarea de concebir y adquirir un moderno Laboratorio de Alta Tensión, cónsono con los desarrollos industriales de esta época, el cual se encuentra en operación desde la década de los 70.

El Laboratorio de Alta Tensión cumple con una valiosa labor académica dentro del seno de la Universidad Simón Bolívar, como lo es la formación de profesionales  aptos e idóneos para trabajar en este desafiante campo. Adicionalmente, la sección le brinda un amplio servicio a la creciente industria eléctrica nacional, en los rangos de tensión que van desde la distribución de energía hasta las más elevadas tensiones de transmisión  ( 800 kV ).

Entre los principales servicios prestados, se pueden mencionar:

Pruebas de impulso a transformadores de 10MVA-34.5/4.2 Kv.
Pruebas de impulso a transformadores de distribución.
Pruebas de impulso y tensión aplicada.

 

Personal

Prof.Juan Carlos Rodríguez                     TSU. Ismael Acosta
jrodrig@usb.ve                                       iacosta@usb.ve
tel: 906.41.30, 4131                                tel: 906.41.33                          
Jefe de Sección 

 

Líneas de Investigación 

Las líneas de investigación que están en desarrollo por el Grupo de Investigación en Alta Tensión USB, obedecen a las necesidades de interpretar los fenómenos degradativos de los aislantes utilizados en los equipos eléctricos, los esfuerzos a los cuales se ven sometidos y la sinergia de factores que afectan al aislamiento, tales como por ejemplo: temperatura, humedad, contaminación y rayos U.V. por mencionar algunos.

Dentro de las líneas de investigación se encuentran:

1. Estudio del envejecimiento de equipos utilizados en instalaciones eléctricas: cables, transformadores, aislamientos poliméricos (cadenas de aisladores y transformadores aislados en resina, empalmes y terminaciones), debido a condiciones continuas de operación en campo.

Los estudios se basan en someter estos equipos a simulaciones de degradación acelerada en el laboratorio, las cuales representan condiciones de servicio. Se busca determinar cuáles son las  condiciones de instalación y servicio que representan los agentes  que más deterioran el aislamiento de estos equipos, disminuyendo en forma apreciable la vida útil de los mismos.

En contraparte, se analizan y se evalúan equipos envejecidos en campo para diagnosticar su estado y profundizar en el efecto que han tenido sus condiciones particulares de operación sobre su degradación, principalmente si sobre él han ocurrido fallas prematuras acortando su tiempo de vida útil esperado.

2. Estudio del efecto de la contaminación ambiental en equipos eléctricos; principalmente en aisladores de cerámica, vidrio y poliméricos.

Los estudios se basan en someter estos equipos a simulación de contaminación artificial en el laboratorio y determinar su respuesta eléctrica, para luego ser comparados con los elementos tomados de campo y observar su tendencia de vida útil.

3. Caracterización y evaluación de los descargadores de sobretensión y sus componentes constitutivos.

Esta línea de investigación busca determinar la respuesta de los descargadores de sobretensión  sometidos  a  diferentes  esfuerzos de tensión y térmicos. Busca determinar cuál de estos factores es más influyente en la degradación, evaluar la severidad de los ensayos normalizados y poder sugerir algunas alternativas de prueba.  

Dentro de esta línea se busca comparar las respuestas de los elementos de óxido metálico, determinar su capacidad de energía y las posibles causas de fallas por embalamiento térmico o por esfuerzos de tensión y corriente.

4. Análisis teórico-experimental de la rigidez dieléctrica del medio aislante.

Se estudian las razones físicas que  originan las descargas eléctricas y los factores ambientales que las influyen. Se busca evaluar la naturaleza tortuosa de la trayectoria de la descarga y la correspondencia con la carga espacial presente en el proceso. Conocer los criterios que predeterminan la trayectoria puede ser una herramienta útil para la modelación y el diseño de equipos en alta tensión.

[Cadena de Aisladores de Porcelana en condición seca.]

5. La medición de fenómenos electromagnéticos asociados a descargas atmosféricas en circuitos eléctricos aéreos de media tensión.

Dentro de esta línea de investigación, se están implementando y mejorando técnicas de medición asociadas a este tipo de fenómenos, que involucran tanto inyecciones de impulsos de corriente como de tensión, normalizados.

Las principales etapas están relacionadas al estudio del comportamiento de los diferentes componentes de los circuitos aéreos (descargadores de S/T, cable de guarda, transformadores, etc.) ante sobretensiones que simulan  descargas  atmosféricas; también se analizan respuestas relacionadas a las variaciones de algunos parámetros de diseño (como puestas a tierra, utilización de cable de guarda, etc.).

Estos estudios, están también dirigidos a ser herramientas de análisis para la modelación de algunos de estos componentes y así mejorar las técnicas de diseño, optimizándolas y haciéndolas más realistas, a lo que se relaciona a la respuesta  “global” del sistema ante este tipo de procesos transitorios, en general no predecibles y altamente dañinos, no sólo por deterioro de componentes, sino por la misma continuidad del servicio.

 

 

Servicios de Laboratorio 

El Laboratorio de Alta Tensión de la Universidad Simón Bolívar no sólo se limita a prestar servicios de asesoría técnica a la industria nacional, sino que se ha convertido en un centro de investigación aplicada de prestigio internacional.  Sus crecientes instalaciones, cuentan con:

Laboratorio de Extra Alta Tensión

Este Laboratorio se encuentra albergado en un ala techada de aproximadamente 1.000 m2 (38 metros de largo, 25 metros de ancho y 21 metros de altura), en el Valle de Sartenejas, a unos 1000 metros sobre el nivel del mar

Los equipos principales que se encuentran instalados en la misma son, entre otros, los siguientes:

Cascada de Tensión Alterna de dos etapas ( 2x460 kV ), para una tensión máxima de ensayo de 920 kV, 1 Amp continuo y 2 Amp en forma intermitente
( Fabricación ASEA ).

 
Un Generador de Impulso de 12 etapas de 200 kV cada una, para una tensión máxima de ensayo de 2,4 MV con una energía de choque de 120 kJ.  Este generador está provisto de las resistencias necesarias para simular las ondas de impulso normalizadas más frecuentes o usadas en la práctica ( Fabricación HAEFELY ).
 

Cascada de Tensión Continua de 400 kV y 20 mA.  La frecuencia primaria de alimentación de este equipo es de 2.000 Hz.

 

Este Laboratorio dispone además de otros equipos y accesorios, entre los cuales resaltan:

Condensador de Acoplamiento para Mediciones de Descargas Parciales.
( Fabricación MICAFIL, TEPI-P 800/1, 1000 pF 900 kV ).

 

Condensador Normalizado de 880 kV, 70 pF del tipo denominado gas comprimido (SF6).  ( Fabricación MICAFIL ).

Divisor Capacitivo de Tensión del tipo amortiguado para una tensión de impulso de 2.4 MV ( 1,2/50 µs ) y 1.8 MV ( 250/2.500 µs ), respectivamente.
( Fabricación HAEFELY ).

 

Divisor Capacitivo de Tensión para Tensión Alterna, 900 kV, 133pF.
( Fabricación HAEFELY ).

 

Adicionalmente, el Laboratorio de Extra Alta Tensión cuenta con los instrumentos de medición, señalización y verificación correspondientes.

Para facilitar el manejo de los equipos, componentes y objetos en cuestión de ensayo dentro del ala de Extra Alta Tensión se cuenta con una grúa-puente de 25 metros de luz y una carga útil de 15 toneladas.

Laboratorio de descargas parciales

Este Laboratorio ocupa un área de, aproximadamente, 70 mts2  y se encuentra contiguo al ala de Extra Alta Tensión.  En el mismo se encuentra un equipo completo de corriente alterna ( 200 kV, 2 Amp ) para realizar ensayos de descargas parciales.  Este equipo se ve complementado por los instrumentos de medición y control correspondientes, entre los cuales figura un condensador normalizado de 200 kV, 100pF del tipo de gas a presión ( SF6 ).
           
En este recinto se pueden hacer estudios y ensayos tanto de descargas parciales, como su nombre lo indica, así como de corona, RIV y aislamiento eléctrico en general.

Kit de alta tensión

Este equipo modular de fabricación MESSWANDLERBAU, representa el elemento de soporte más valioso con que cuenta el Laboratorio para la enseñanza individual o en grupo de las técnicas de la alta tensión. Permite  la  generación  de  tensiones  alternas,  impulso  y  continua  hasta  100 kV.

Sala para ensayos microscópicos en materiales aislantes

Esta sala está dotada de un microscopio de transmisión y un microtomo para el corte de probetas en el orden de los µm. Cuenta con celdas normalizadas para evaluar propiedades dieléctricas en materiales.

Equipos portátiles y de adquisición de datos

Se cuenta con una serie de osciloscopios digitales con respuesta superior a los 100 MHz, así como, con los siguientes equipos:

Medidor de pérdidas portátil
Chispómetro
Medidores de resistencia de aislamiento
Medidor de resistividad de puesta a tierra
Medidores de condiciones ambientales.

Además, se cuenta con transformadores de corriente, tensión y transformadores de inducción de intensidad.

Enlace con el Laboratorio de polímeros

Explotando la estructura matricial que caracteriza a la Universidad Simón Bolívar, en los últimos años el personal de Alta Tensión ha establecido una estrecha relación con los investigadores del área de polímeros. Este contacto ha conllevado a un uso extenso de laboratorios propios de polímeros, para desarrollos de trabajos de grado en el área de degradación acelerada de cables de XLPE 15 kV, de donde han surgido varias publicaciones internacionales. Así mismo, dichos laboratorios sirven de apoyo para la evaluación y diagnostico de materiales aislantes degradados en el laboratorio y en campo.

Entre las técnicas de polímeros usadas extensamente en estas investigaciones de carácter eléctrico, destacan:

Microscopía electrónica de barrido (MEB).
EDAX, Energía Dispersiva.
Determinación de la Dureza: Shore D, durómetro marca Zwick.
Análisis cualitativo: reacción con nitrato sódico y reacción de Burchfield.
Calorimetría diferencial DSC-2 Perkin – Elmer, de compensación por potencia.
FTIR o IR, Espectrocopía de Infrarrojos por transformada de Fourier o sencilla.

 

Centro de Investigación en Alta Tensión 

 Al hablar de un Laboratorio de Alta Tensión de la magnitud del Laboratorio de la USB, resulta imperiosa la necesidad de mencionar el Centro de Investigación de Alta Tensión respectivo, el cual, además de encauzar las labores académicas  y de investigación, sirve de enlace con la industria. En esta última, el ingeniero tiene que confrontar multifacéticos problemas, no pudiéndole prestar atención a retos tan específicos como los que se presentan en el campo de la Alta Tensión. No es sorprendente, por lo tanto, que sea precisamente la Universidad no sólo el seno y punto de partida de las innovaciones y adelantos en este campo, sino también el origen de los mismos laboratorios.

En Venezuela hubiera sido contraproducente que las diferentes empresas generadoras de energía eléctrica hubiesen tomado la iniciativa al respecto, instalando por su cuenta laboratorios de Alta Tensión de acuerdo a sus necesidades específicas, ya que no hubieran obtenido los beneficios que resultarían de la estrecha colaboración e investigación del ingeniero y del científico.  Es más, la experiencia muestra que las grandes empresas generadoras de energía eléctrica en el mundo entero, se desprenden gustosamente de los problemas técnicos y científicos que de por sí acarrea la experimentación e investigación en el campo de la Alta Tensión, haciendo, no obstante, especial énfasis en la importancia de los laboratorios en referencia.

 En nuestro país, cuyas instalaciones eléctricas han adquirido entre tanto magnitudes considerables, la Técnica de la Alta Tensión debe ocupar el puesto que le corresponde, ya que su importancia es estratégica. No debe ser el fruto  de los esfuerzos vanos de un grupo aislado. El interés y la necesidad de todas las empresas, bien sean privadas o nacionales, organismos e instituciones vinculadas a esta técnica,  paulatinamente tienden a concentrarse en el Centro de Investigación en Alta Tensión de la Universidad Simón Bolívar.

 

Ubicación

Laboratorio de alta Tensión de la Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas, Municipio Baruta.