MEDICIONES ELECTRICAS II Trabajo Práctico N°1 Tema: CONTROL DE LINEAS – BUSQUEDA DE FALLAS.
Conceptos Fundamentales: Todos los conductores están unidos entre sí y con tierra mediante materiales aislantes, como estos no son aisladores perfectos, circulan siempre corrientes muy débiles a lo largo de toda la línea si existen diferencias de tensión. La suma de todas estas corrientes constituye la corriente de pérdida por aislación.
El control de líneas consiste en comprobar el estado en que se encuentra la aislación de la línea pare cortar corrientes de pérdidas excesivas. El control consiste en la medición de la resistencia de aislación que es el cociente entre la tensión y la corriente de pérdida. Esta prueba debe realizarse con corriente continua debido a que la línea también tiene capacidades parásitas entre conductores y entre conductores y tierra, por lo tanto, si la medición se efectúa con corriente alterna, el instrumento detectará las dos corrientes de pérdidas: la resistiva y la capacitiva. El estado de la aislación se considera aceptable si la resistencia medida resulta por lo menos 1.000 veces la tensión de servicio. (Ejemplo: 220.000 Ω para 220 V), lo que equivale a una corriente de pérdida de 1 mA. Medición de la resistencia de aislación - Megohmetro Un mecanismo que se utiliza para la medición de resistencias de este tipo es el instrumento indicador de relación de bobinas cruzadas. Esquemáticamente se puede representar por dos bobinas a 90º unidas sólidamente al mismo eje de la aguja indicadora que juegan en el campo creado por un imán permanente.
Existen distintas configuraciones. El sistema puede o no tener un núcleo de hierro dulce que deje un entrehierro estrecho, el mecanismo en los distintos sistemas es similar. El instrumento consta además de un generador de tensión, una resistencia patrón y resortes espirales que conducen la corriente desde y hasta las bobinas cruzadas, diseñados para tener el menor torque posible. Uno de los arrollamientos se encuentra en serie con la resistencia desconocida y el generador, el otro en serie con la resistencia patrón y nuevamente con el generador.
A y B arrollamientos cruzados R resistencia patrón R’ resistencia incógnita G anillo de guardia El entrehierro que existe entre los polos y el núcleo, no es uniforme de tal modo que el campo magnético en él responde a una ley cosenoidal: B BMAX cos Las fuerzas que se originan en las bobinas producen momentos opuestos y como el sistema móvil de este dispositivo no tiene par antagónico, el equilibrio se conseguirá cuando ambos momentos sean iguales. Las fuerzas y por lo tanto los momentos son proporcionales a las corrientes por lo que podemos poner: M E1 K1 I1 Bm cos
M E 2 K2 I 2 Bm cos 90 M E 2 K2 I 2 Bm sen K1 I1 Bm cos K 2 I 2 Bm sen Cuando M E1 M E1 0
Entonces
I1 K sen 2 I2 K1 cos
I1 K 3 tg I2
Esta es la ecuación de escala del instrumento y se ve que la posición de la aguja depende del arco tangente del cociente de las corrientes.
I1 1 con K K3 I2
K tg 1
Y como: I1
E RPatrón
e I2
E RX
R Resulta que: K tg 1 X RPatrón
Como RPatrón es un valor fijo y conocido, la posición de la aguja va a depender directamente valor de RX . Como vemos el valor de tampoco depende de E pero su valor está normalizado para realizar una medición eficaz. 500 V para redes de baja tensión y 5 KV o 15 KV para las de media tensión. Circuito de guardia Una de las dificultades en la medición de resistencias elevadas es la fuga que ocurre a través de los mismos componentes del instrumento de medición. A menos de que estos efectos sean controlados, nuestra medición será la de la resistencia de aislación desconocida en paralelo con la resistencia de aislación de los componentes del instrumento. Los caminos de fuga no son sólo partes indeseables en el resultado, sino que también son generalmente variables de un día para el otro dependiendo de las condiciones de humedad ambiental. El efecto de los caminos de fuga en las mediciones puede ser removido mediante el uso de los circuitos de guardia. La figura (a) muestra un óhmetro simple conectado a una resistencia de elevado valor la cual está conectada a través de los terminales del instrumento montados sobre una placa de material aislante.
(a) Sin circuito de guardia
(b) Con circuito de Guardia
La corriente a través del microamperímetro incluye la corriente de fuga IL como así también la incógnita IX y debido a que el valor de resistencia se computa como E no es un valor válido de RX. En (b), un terminal de guardia ha sido agregado, I rodeando el terminal A, y conectado al lado de batería del microamperímetro. La corriente de fuga fluye a través de éste terminal y ya que no pasa a través del microamperímetro no causa error en el cómputo de RX. Los terminales A y C están prácticamente al mismo potencial, por lo tanto hay poca tendencia a que fluya corriente entre ellos.
Localización de una falla a tierra El método que se indica es aplicable cuando se dispone de una línea con dos conductores de igual sección, y nos permite calcular la distancia a que se encuentra una falla a tierra de la línea.
La medición se efectúa con el puente de hilo. Para ello se hace un cortocircuito en el extremo de la línea o en alguna parte que abarque la falla T de la línea. Aplicando ahora el puente de hilo en los extremos A y B se determina la relación de resistencias. Llamaremos r a la resistencia de todo el lazo ABCD y que corresponde a dos veces la longitud de la línea L. a es la resistencia del tramo BT y d es la distancia del mismo.
Si equilibramos el puente resulta la siguiente igualdad: l a r a r 2 y en longitudes l2 l1 l2 l1 l2 d 2L
l2 l1 l2
Esta conexión se denomina Bucle de Murray. El error de esta medición en la mayoría de los casos es inferior al 1%. Si la línea es muy larga este error se puede hacer grande por lo que se recomienda efectuar la misma medición cortocircuitando A y B y colocando el puente en C y D. Se consigue de este modo acotar la falla entre dos valores lo que nos simplifica el trabajo. Los puentes de Wheatstone con resistencias escalonadas suelen tener incluida la configuración Murray y Varley. Para la distinción de fallas de línea en el primer caso el esquema de conexiones es el siguiente:
“El potenciómetro de relación” A es colocado en la posición extrema (punto M), se logra el balance con R y se obtiene:
a r A A R
a
A r A R
ó d 2L
A A R
La configuración Varley es como sigue:
Nótese que se cambió el extremo de la línea a tierra con respecto al puente por otra parte el “potenciómetro de relación” A no es una posición extrema sino una intermedia y por lo tanto la lectura del cursor A es el cociente entre la resistencia de los brazos N y P. Haciendo el producto de los brazos cruzados para el puente en equilibrio resulta:
R a N P r a teniendo en cuenta que
A
N P
r A R A 1 En este caso para conocer a o d es necesario medir r de la línea en la conexión Wheatstone.
R a A r a
a
Desarrollo práctico 1- Medir la resistencia de aislación con el Megohmetro. 2- Localización de una falla mediante Puente de Murray.