INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELECTRICIDAD UEN PROYECTOS Y SERVICIOS ASOCIADOS

ICE ETA - 9 ESPECIFICACIÓN TÉCNICA PARA ADQUISICIÓN DE AMORTIGUADORES DE VIBRACIÓN

9.1.1.1.1.1.1

2011

INDICE 9.1. REFERENCIAS .........................................................................................................3 9.2. ALCANCE Y OBJETO ..............................................................................................4 9.3. DEFINICIONES .........................................................................................................4 9.4. DESCRIPCIÓN .........................................................................................................5 9.4.1 AMORTIGUADOR DE VIBRACIÓN .....................................................................................................5

9.5. REQUERIMIENTOS ..................................................................................................5 9.5.1 GENERAL ............................................................................................................................................5 9.5.2 MATERIAL ............................................................................................................................................5 9.5.3 DISEÑO ................................................................................................................................................6 9.5.4 PROPIEDADES MECÁNICAS .............................................................................................................8 9.5.5 PROPIEDADES ELÉCTRICAS ............................................................................................................8 9.5.6 REQUERIMIENTOS DE AMORTIGUAMIENTO ..................................................................................9

9.6. PRUEBAS TIPO .......................................................................................................9 9.6.1 GENERAL ............................................................................................................................................9 9.6.2 VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES ..........................................................................................10 9.6.3 GALVANIZADO ..................................................................................................................................10 9.6.4 PRUEBA DE CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS ...............................................................................10 9.6.5 PRUEBA DE EFECTIVIDAD DE AMORTIGUAMIENTO ...................................................................11 9.6.6 PRUEBA DE CARACTERISTICAS DINÁMICAS POSTERIOR A LA FATIGA ..................................14 9.6.7 PRUEBA DE SUJECIÓN DE LA GRAPA ...........................................................................................14 9.6.8 PRUEBA FUNCIONAL .......................................................................................................................15 9.6.9 PRUEBA DE TORQUE DE SUJECIÓN .............................................................................................15 9.6.10 PRUEBA CORONA ..........................................................................................................................15

9.7. PRUEBAS A MUESTRAS ......................................................................................16 9.7.1 GENERAL ..........................................................................................................................................16 9.7.2 DIMENSIONES ..................................................................................................................................17 9.7.3 GALVANIZADO ..................................................................................................................................17 9.7.4 CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS .....................................................................................................17 9.7.5 PRUEBA DE DESLIZAMIENTO DE LA GRAPA ................................................................................18 9.7.6 PRUEBA FUNCIONAL .......................................................................................................................18 9.7.7 PRUEBA DE TORQUE DE AJUSTE..................................................................................................18

9.8. EMPACADO Y MARCADO .....................................................................................18 9.8.1 EMPACADO .......................................................................................................................................18 9.8.2 MARCADO .........................................................................................................................................18

9.9. APROBACIÓN DEL TIPO.......................................................................................19 9.9.1 GENERAL ..........................................................................................................................................19 9.9.2 DOCUMENTACIÓN ...........................................................................................................................19

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9.1.

REFERENCIAS

IEC 50 (466) International Electrotechnical Vocabulary - Overhead lines ISO 272

Fasteners - Hexagon Products. Widths across flats

ISO 2178

Non metallic and vitreous or porcelain enamel coatings on magnetic basis material - Measurement of coating thickness - Magnetic method

ISO 3506

Corrosion resistance stainless steel fasteners - Specifications

ISO 5455

Technical drawings - Scales.

ISO 7091

Plain washers - Normal series - Product grade C

ISO 9002

Quality systems - Model for quality assurance in production and installation

ASTM A 123 Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coatings on Iron and steel Products Ref. 1

Guide on conductor self damping measurement - CIGRÉ SC22; Electra No. 76, pp 79-90, 1979

Ref. 2

Guide on the measurement of the perfomance of aeolian vibration dampers for single conductors - CIGRÉ SC22; Electra No. 76, pp 21-28, 1981

Ref. 3

Transmission Line Reference Book - Wind induced Conductor Motion Electrical Power Reaserch Institute.

Ref.4

Especificación técnica para adquisición de torres y postes

ICE ETA-4

Especificación técnica para adquisición de conductores

ICE ETA-5

Especificación técnica para adquisición de grapas de suspensión

ICE ETA-8

Especificación técnica para adquisición de espaciadores

ICE

Guía para el diseño de amortiguamiento

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9.2.

ALCANCE Y OBJETO Esta especificación para compra se aplica a amortiguadores de vibración tipo Stockbridge para ser utilizados en conductores de aluminio con alma de aleación de aluminio (ACAR), conductores de aluminio con alma de acero (ACSR) y conductores de aleación de aluminio (AAAC) para usarse en líneas aéreas de transmisión. El objetivo de los amortiguadores de vibración es reducir los efectos de la vibración eólica. Para asegurar que un amortiguador es el apropiado para esta función, se ha diseñado una serie de tres pruebas que deben hacerse a la misma muestra. La primera prueba, características dinámicas, determina las características del amortiguador. La segunda prueba, eficiencia de amortiguamiento, se lleva a cabo sobre un conductor en un vano de prueba. Ella determina la eficiencia del amortiguador. Esta prueba asegura que el amortiguador cumple con los requerimientos técnicos de éstas especificaciones. La tercera prueba comprende dos partes: la primera parte somete al amortiguador a fatiga simulando el tiempo de vida calculado del conductor. La segunda parte es una duplicación la prueba de las características dinámicas. Los resultados de ambas deben ser comparados. El propósito de ésta tercera prueba es asegurar que el amortiguador trabajará adecuadamente al final de su período de vida.

9.3.

DEFINICIONES A continuación se definen diferentes términos técnicos relacionados con estas especificaciones: Voltaje de extinción corona Es el voltaje al cual ha desaparecido toda manifestación visual de la corona cuando se baja el voltaje desde donde la corona es visible. Voltaje de diseño Es el voltaje más alto para el cual los amortiguadores de vibración son diseñados. El voltaje de diseño se representa en este documento como Um.

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Grapa del amortiguador Parte del amortiguador que se fija al conductor. Pesos del amortiguador Parte del amortiguador localizada a cada extremo del hilo mensajero. Hilo mensajero Parte del amortiguador que conecta los pesos con el amortiguador. Otros términos utilizados en estas Especificaciones Técnicas para compra e instalación pueden encontrarse en las publicaciones IEC e IEV.

9.4.

DESCRIPCIÓN

9.4.1

AMORTIGUADOR DE VIBRACIÓN El amortiguador de vibración debe ser diseñado para usarse en los conductores de fase y tierra que se listan en la tabla 1. Los amortiguadores de vibración deben ser del tipo Stockbridge. Este tipo comprende un hilo mensajero con pesos amortiguantes sujetados en sus dos extremos. Estos pesos pueden ser de masas iguales o diferentes y pueden tener formas simétricas o asimétricas. Su ubicación sobre el mensajero puede ser simétrica o asimétrica.

9.5.

REQUERIMIENTOS

9.5.1

GENERAL Los amortiguadores de vibración deben ser capaces de soportar esfuerzos mecánicos derivados del transporte, manejo y ensamblaje a temperaturas tan bajas como 0°C, así como los esfuerzos mecánicos que puedan producirse durante el tiempo de la vida técnica útil de la línea de transmisión, en un intervalo de temperaturas que va desde 0 hasta 120°C.

9.5.2

MATERIAL La selección de los materiales y los tratamientos superficiales deben hacerse de modo tal que aseguren que los amortiguadores resistirán la corrosión atmosférica durante el tiempo estimado de operación de acuerdo con al subcláusula 9.5.2.1

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9.5.2.1

Partes de los amortiguadores Todas las partes de los amortiguadores deben ser de material metálico. Las partes componentes, que son de acero no inoxidable, hierro dúctil o hierro maleable, deben ser galvanizadas por el proceso de inmersión en caliente de acuerdo con ASTM A 123. El espesor de la capa de galvanizado debe estar de acuerdo con la tabla 4.

9.5.2.2

Grapas de los amortiguadores Las grapas de los amortiguadores deben fabricarse de aleación de aluminio conteniendo no más que el 0,10% cobre. La aleación debe ser resistente a la corrosión intergranular, por hendidura o por tensión.

9.5.2.3

Pernos y tuercas Los pernos y las tuercas deben ser de acero galvanizado en caliente o acero inoxidable. Los requerimientos para el acero galvanizado están dados en ASTM 123 y 153. El espesor de la capa de cinc debe estar de acuerdo con la tabla 4. Los requerimientos para el acero inoxidable grado A2-80 están dados en ISO 3506. La resistencia mecánica debe estar de acuerdo con ISO 889.

9.5.2.4

Arandelas Las arandelas deben galvanizarse en caliente o ser de acero inoxidable y deben corresponder con los requerimientos de la cláusula 9.5.2.3

9.5.3

DISEÑO

9.5.3.1

Amortiguador El amortiguador debe ser diseñado para operar por lo menos 50 años. El amortiguador debe ser capaz de ser instalado y removido de una línea energizada por medio de herramientas para trabajo en caliente, sin necesidad de separar sus partes componentes. El amortiguador debe ser capaz de ser suspendido en el conductor sin necesidad de socar la grapa. El amortiguador debe ser diseñado para prevenir la acumulación de agua. Cualquier agujero de drenaje debe tener un diámetro mínimo de 6 mm.

9.5.3.2

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Grapa del amortiguador La grapa del amortiguador debe diseñarse para los conductores de acuerdo con la tabla 1.

9.5.3.3

Canal para el conductor El canal para el conductor en la grapa del amortiguador debe tener el tamaño adecuado para calzar el diámetro del conductor de forma ajustada y debe estar libre de rebabas y filos. No se permiten materiales no metálicos en el canal.

9.5.3.4

Pesos del amortiguador Los pesos del amortiguador no deden golpear el conductor ni las varillas preformadas durante su operación.

9.5.3.5

Pernos y tuercas Los pernos y tuercas deben tener roscas métricas M12 y 18 mm de ancho entre flats de acuerdo con ISO 272. Para conductores con un diámetro menor a 17 mm, roscas métricas M10 y 16 mm entre flats pueden ser aceptables.

9.5.3.6

Arandelas Las arandelas deben estar de acuerdo con ISO 7091 La grapa debe estar equipada con una arandela debajo de la cabeza del perno y/o tuerca. La arandela debe ser diseñada para evitar el deslizamiento en la grapa debajo de la arandela.

9.5.3.7

Galvanizado en caliente El galvanizado en caliente debe realizarse después de que todo el maquinado se ha concluido con excepción del corte del hilo mensajero. La superficie de las puntas cortadas del hilo mensajero debe protegerse para prevenir la corrosión.

9.5.3.8

Soldadura La soldadura no es aceptable.

9.5.3.9

Marcado La grapa debe marcarse con la siguiente información con al menos 3 mm de sobrerrelieve o bajorrelieve: Marca Designación (tipo) usada por el fabricante Rango de diámetros de conductor de la grapa Referencia a la calidad de pernos y tuercas de acuerdo con ISO 3506

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Año de manufactura 9.5.4

PROPIEDADES MECÁNICAS

9.5.4.1

Amortiguador El amortiguador debe ser capaz de soportarlos esfuerzos que se generen durante el tiempo estimado de operación.

9.5.4.2

Grapa del amortiguador La grapa debe tener suficiente capacidad de sujeción para mantener el amortiguador en posición sobre el conductor sin dañarlo ni causar fatiga prematura en el conductor debajo de la grapa. Las grapas del amortiguador deben ser capaces de soportar un torque de 110 Nm para M12 y 65 Nm para M10 respectivamente sin que fallen ninguno de sus partes componentes.

9.5.5

PROPIEDADES ELÉCTRICAS

9.5.5.1

Corona Los amortiguadores de los conductores de fase deben estar libres de corona visible al voltaje de prueba: Voltaje de prueba =

Um 1,1 3

donde Um = 245 kV 9.5.5.2

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Radio interferencia El conjunto del amortiguador debe ser conductor eléctrico para evitar radio interferencia.

9.5.6

REQUERIMIENTOS DE AMORTIGUAMIENTO

9.5.6.1

Amortiguadores Los amortiguadores deben proveer eficiencia de amortiguamiento en todo el rango de temperaturas desde 0C hasta 120C durante el tiempo estimado de operación de acuerdo con la subcláusula 9.5.2.1

9.5.6.2

Eficiencia de amortiguamiento En la prueba de eficiencia del amortiguamiento la potencia medida a la entrada del vibrador debe ser mayor a la calculada para el viento en todas las armónicas sincronizables dentro del rango de frecuencia dado. Un ejemplo de curvas de eficiencia se muestra en la figura 2.

9.5.6.3

Características dinámicas El comportamiento dinámico del amortiguador no debe mostrar ninguna divergencia significativa antes y después de la prueba de fatiga.

9.6.

PRUEBAS TIPO

9.6.1

GENERAL La prueba tipo debe verificar las principales características de cada tipo de amortiguador. La prueba tipo se requiere una única vez a fin de calificar el tipo de amortiguador. Las muestras deben ser tomadas de amortiguadores en producción y deben ser representativas de los amortiguadores que se van a suministrar. La prueba tipo la hará el fabricante quien correrá con el costo de la misma. A menos que se especifique lo contrario, la prueba tipo comprende las pruebas descritas en las cláusulas 9.6.2 y 9.6.10, cada prueba debe hacerse en cinco amortiguadores de cada tipo. Los mismos amortiguadores deben utilizarse para las pruebas descritas en las cláusulas 9.6.4, 9.6.5, 9.6.6 y 9.6.7. El ICE se reserva el derecho de aprobar pruebas equivalentes sugeridas por el fabricante.

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La prueba tipo debe llevarse a cabo de tal manera que los procedimientos de prueba o el equipo empleado no afecten los resultados.

9.6.2

VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES Esta prueba tiene el propósito de verificar que los amortiguadores de vibración llenan los requerimientos de la subcláusula 9.5.3 y se ajustan a los planos del fabricante.

9.6.3

GALVANIZADO La prueba debe llevarse a cabo de acuerdo con ISO 2178. Dependiendo del tamaño del amortiguador, se deben hacer de tres a diez a cada muestra. Estas mediciones deben hacerse de forma uniforme y aleatoriamente distribuida a todo lo largo de la superficie. El espesor mínimo y promedio del recubrimiento debe cumplir con los requerimientos expuestos en la subcláusula 9.5.2.1.

9.6.4

PRUEBA DE CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS Esta prueba tiene como objetivo verificar el comportamiento dinámico de cada amortiguador. El amortiguador debe ser montado verticalmente sobre una tabla vibradora y ploteado en una tabla de velocidades constantes de 0,05 m/s y 0,10 m/s sobre un rango de frecuencias de 165/D a 1480/D, donde D es el diámetro del conductor en mm. La frecuencia debe ser variada ya sea continuamente con un máximo de 0,2 decade/min o paso a paso con un intervalo máximo de 1 Hz. Cuando se mide paso a paso la vibración debe ser estable en cada paso. Los siguientes datos deben ser medidos y graficados sobre el rango de frecuencias dado: Fuerza de reacción (Fv) Cambio de fase entre la fuerza de reacción y la velocidad ( ) Potencia absorbida por el amortiguador: Pw donde Fv

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=

fuerza de reacción

Fv V cos 2

v

9.6.5

= =

velocidad cambio de fase

PRUEBA DE EFECTIVIDAD DE AMORTIGUAMIENTO Esta prueba tiene como objetivo verificar que el sistema de amortiguamiento, esto es, el amortiguador instalado en el conductor, es suficientemente eficiente para proteger al conductor de daños por fatiga. También es aceptable una prueba con mediciones alternativas. Para describir esta prueba las partes escritas en itálico y marcadas por Alt. sustituirán a las partes escritas en negrita. Debe utilizarse el mismo amortiguador que ha sido sujeto a la prueba de acuerdo con la cláusula 9.6.4. La prueba debe ser hecha en un vano de laboratorio con una longitud mínima de 30 metros. El vano de prueba debe configurarse de acuerdo con las guías de CIGRÉ. Ref. 1 y 2 y figura 3. El conductor debe seleccionarse y tensionarse de acuerdo con el Apéndice 1. Por acuerdo entre el fabricante y el ICE se pueden utilizar otro conductor y otra tensión. Este conductor alternativo debe tener un diámetro más pequeño, debe tener el mismo diseño básico, esto es, el mismo número de hilos, y debe tener la misma impedancia característica que el conductor correspondiente especificado en la tabla 1. La impedancia característica es: Z

T m

donde T

=

tensión del conductor

m

=

peso unitario del conductor

Deben suministrarse todos los datos del conductor de acuerdo con la tabla 1. Luego de que el conductor haya sido tensionado, una grapa de cara cuadrada se debe instalar para rigidizar el soporte del conductor en el mismo extremo del vano donde el amortiguador va a ser instalado. La grapa de

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cara cuadrada no debe ser utilizada para mantener la tensión del conductor. El amortiguador debe ser colocado a la distancia de la grapa cuadrada dada en la tabla 3. Las galgas extenciométricas deben montarse sobre el conductor en tres puntos del vano, fuera de la grapa de cara cuadrada y a cada lado de la grapa del amortiguador. Las galgas extenciométricas, por lo menos dos en cada punto, deben ser montadas en las dos capas más externas, para medir el mayor esfuerzo en cada punto del conductor. Por ello, las galgas extenciométricas deben instalarse a un máximo de 2 mm del punto de contacto más externo entre la grapa y el conductor. Alt.

La amplitud de la flexión del conductor debe medirse en tres puntos diferentes del vano, fuera de la grapa de cara cuadrada y en cada lado de la grapa del amortiguador. El vano de prueba debe vibrar en ondas estables dentro del rango de frecuencias de 185/D, pero no menor a 8 Hz, hasta 1295/Dm donde D es el diámetro del conductor en mm como se especifica en la tabla 1. La entrada de potencia para cada armónica sincronizable debe ser regulada a una deformación unitaria de 150 mm/m pico a pico en el punto de mayor esfuerzo.

Alt.

La entrada de potencia para cada armónica sincronizable debe regularse para una amplitud de la flexión correspondiente a una deformación de 150 mm/m pico a pico en el punto de mayor esfuerzo. La amplitud de la flexión a una distancia de 89 mm fuera del último contacto entre la grapa y el conductor debe calcularse con la ecuación dada en el EPRI Ref. 3. Deben medirse los siguientes valores para cada armónica sincronizable: La potencia de entrada del vibrador La amplitud del antinodo pico-a-pico del conductor en uno de los primeros cuatro ciclos más cercanos al amortiguador. La deformación unitaria en los tres puntos de medición del vano de prueba.

Alt. ICE-ETA-9 Página 12/27

La amplitud de la flexión en los tres puntos de medición.

La potencia inducida por el viento debe ser calculada con la ecuación:

P

D4

f3

func

Y D

L

donde P

=

potencia calculada inducida por el viento en W

D

=

diámetro del conductor en metros de acuerdo con el Apéndice A

f

=

frecuencia armónica sincronizable en Hz

Y

=

amplitud pico-a-pico del antinodo del conductor en metros

func(Y/D)=

una función de la amplitud pico-a-pico del antinodo del conductor, expresada en término del diámetro del conductor como se indica en la figura 1

L

longitud del vano en metros. El cálculo debe hacerse para L=450 m a menos que se especifique de otra manera por el ICE.

=

La potencia transmitida por el vibrador, medida a la entrada de la grapa y la potencia inducida por el viento, calculada, deben llenar los requerimientos especificados en la subcláusula 9.5.6.2. Deben presentarse diagramas con la siguiente información graficada en función de la frecuencia para cada armónica sincronizable dentro del rango de frecuencias dado: deformación en todos los puntos de medición amplitud pico-a-pico del antinodo del conductor potencia de entrada del vibrador potencia inducida por el viento calculada Alt.

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Deben presentarse los diagramas con las siguiente información graficada en función de la frecuencia para cada armónica sincronizable contra el rango de frecuencias dado:

amplitud de la flexión en todos los tres puntos de medición amplitud pico-a-pico del antinodo del conductor potencia transmitida por el vibrador potencia de entrada calculada. 9.6.6

PRUEBA DE CARACTERISTICAS DINÁMICAS POSTERIOR A LA FATIGA

9.6.6.1

Fatiga Deberá utilizarse el mismo amortiguador que ha sido sujeto a las pruebas descritas en las cláusulas 9.6.4 y 9.6.5 . El amortiguador deberá sujetarse al vibrador y someterse a 10 7 ciclos en la dirección vertical. La frecuencia debe ser la armónica sincronizable encontrada en la prueba de efectividad descrita en la cláusula 9.6.5 que esté más cercana a la frecuencia 555/D, donde D es el diámetro del conductor en mm. La amplitud mínima pico-a-pico en la grapa del amortiguador debe ser igual a la amplitud pico-a-pico del antinodo del conductor medida en la armónica sincronizable correspondiente.

9.6.6.2

Características dinámicas Después de la prueba de fatiga realizada de acuerdo con la subcláusula 9.6.6.1 el amortiguador debe ser sometido nuevamente a la prueba de características dinámicas con el objeto de verificar que el comportamiento dinámico de cada amortiguador es durable. La prueba debe llevarse a cabo de la misma manera que la descrita en la subcláusula 9.6.4. Los resultados deben presentarse de la misma forma que se indica en esta cláusula. El comportamiento dinámico del amortiguador debe cumplir los requerimientos de la subcláusula 9.5.6.3.

9.6.7

PRUEBA DE SUJECIÓN DE LA GRAPA Esta prueba tiene como objetivo verificar que la grapa no se deslice sobre el conductor.

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La grapa del amortiguador debe instalarse sobre el mismo tipo de conductor que el utilizado para la prueba de amortiguamiento de la cláusula 9.5.6. El torque de sujeción debe ser de 60 Nm. Se debe aplicar una fuerza a la grapa a lo largo del eje del conductor. No debe haber escurrimiento ni deslizamiento cuando se aplica una fuerza menor a 4 kN. 9.6.8

PRUEBA FUNCIONAL Esta prueba tiene como objetivo verificar que la grapa del amortiguador no dañe los conductores. El amortiguador debe instalarse sobre un conductor del mismo tipo que el de la prueba de efectividad de la cláusula 9.6.5. El torque de sujeción debe ser de 80 Nm. Debe realizarse una inspección visual posterior a la apertura de la grapa para asegurar que no ocurrieron daños ni deformaciones que puedan causar daños por fatiga prematura en los conductores.

9.6.9

PRUEBA DE TORQUE DE SUJECIÓN Esta prueba tiene como objetivo verificar que las grapas de los amortiguadores tienen suficiente resistencia mecánica. La grapa debe instalarse sobre una barra de acero o aluminio del mismo diámetro que el conductor para el que la grapa fue diseñada. El torque de sujeción debe estar de acuerdo con la subcláusula 9.5.4.2. Las partes componentes de las grapas del amortiguador no deben presentar fallas derivadas de esta prueba. Daños a los hilos de tuercas y pernos no son aceptables. Estas deben ser fácilmente ajustables a mano.

9.6.10

PRUEBA CORONA Esta prueba tiene como objetivo verificar que los amortiguadores no presenten efecto corona. La prueba debe llevarse a cabo en un laboratorio en virtual oscuridad. Solamente un juego de amortiguadores deberá ser probado. Los amortiguadores deben instalarse sobre conductores o barras con un diámetro de 0.25 mm el diámetro del conductor de acuerdo con el procedimiento descrito en la tabla 1.

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La muestra debe someterse a un voltaje de 60 Hz fase a tierra para determinar el nivel de voltaje de extinción de la corona. El voltaje de extinción de la corona no debe exceder los valores especificados en la tabla 3. Los resultados deben documentarse en fotografías a color marcadas con el voltaje.

9.7.

PRUEBAS A MUESTRAS

9.7.1

GENERAL Las pruebas a muestras se llevan a cabo sobre amortiguadores de vibración seleccionados aleatoriamente de los lotes presentados para aceptación a fin de asegurar que cumplen con los requerimientos de calidad. Los amortiguadores para las pruebas a muestras debe suministrarlos el fabricante, libres de cargos y adicionales la cantidad indicada en el pedido. El fabricante debe cubrir los costos de las pruebas. Las pruebas deben quedar registradas y los documentos deben ser guardados por el fabricante por un mínimo de 10 años. Estos documentos deben estar disponibles en si el ICE los requiere. Los resultados de las pruebas deben concordar con la documentación del fabricante, que fue la base para la aprobación del tipo de acuerdo con la cláusula 9.9. El número de amortiguadores de vibración debe ser de acuerdo con los que se especifica a continuación:

Tamaño del lote N≤ 300