El SF6 , características físicas y químicas

 

SF6 , el gas dieléctrico

 

Puesta a tierra del neutro en una red industrial de MT

 

Guía sobre tecnología LED en el alumbrado

 

Arcos de defecto en los juegos de barras de los cuadros

 

Análisis de las redes trifásicas en régimen perturbado con la ayuda de las componentes simétricas

 

Protección de redes por el sistema de selectividad lógica

 

Guía técnica de aplicación: Instalaciones interiores en viviendas

 

Rigidez Superficial: Conceptos

 

Rigidez dieléctrica superficial E_σ

Se refiere a la tensión disruptiva U_σ a lo largo de las superficies o líneas de fuga (descargas rampantes), por unidad de distancia entre los electrodos. Suele darse en kV/mm y, precisamente, en valores eficaces, salvo otra indicación expresa. Estos valores, que dependen de la naturaleza y estado de la superficie son muy distintos según que la misma se halle expuesta al aire más o menos húmedo o sumergida en aceite. De todos modos, el voltaje disruptivo a lo largo de un camino superficial alcanza valores muy inferiores (1/2 a 1/3) de los que se consiguen a través de la masa misma de aire o de aceite, sobre todo para grandes distancias. Por eso es indispensable aumentar las líneas de fugas mediante escalonados, valonas salientes, campanas, etc.

La fig.1 muestra dos curvas comparativas de la rigidez dieléctrica entre placas al aire con la interposición de un cilindro liso de porcelana y sin éste. A partir de los 10 cm de distancia la tensión disruptiva desciende en el primer caso a 0,6 kV/mm mientras que para el aire sólo, viene a ser tres veces mayor. La fig. 2 muestra la curva de descarga superficial para un borne liso de papel bakelizado tipo condensador. A partir de 1 mm de distancia entre electrodos no se consigue que la tensión disruptiva aumente. Por debajo de esta distancia la rigidez superficial se mantiene bastante constante, pero en poco más de 0,35 kV/mm. Incluso con electrodos redondeados, la rigidez dieléctrica se aproxima a la del aire entre puntas; la fig. 3 que concuerda bastante con la 2 indica, además, los valores de la tensión disruptiva entre puntas, con cifras próximas a los 0,35 kVeficaces/mm.

Fig. 1. Rigidez dieléctrica superficial de un cilindro de porcelana liso entre placas al aire, a 50 Hz (SCHVAIGER).

Fig. 2. Rigidez dieléctrica superficial de un borne liso de papel bakelizado tipo condensador (MICAFIL)

Fig. 3. Rigidez dieléctrica superficial de un soporte de papel bakelizado con electrodos redondeados (MICAFIL) 

Una vez más son los valores de esta disposición de electrodos los que hay que tener en cuenta para el proyecto de las máquinas eléctricas. Así, por ejemplo, en los transformadores secos de distribución se recomienda como veremos, dejar unas distancias entre los devanados de AT apoyados en los tubos de bakelita y el núcleo, a razón de 3 mm/kV de tensión de prueba (0,33kV/mm) aunque señalando un mínimo de 10 mm, como precaución suplementaria.

El pasatapas tipo condensador de un transformador de 60 kV para interior presenta una longitud libre del tubo de bakelita entre brida y terminal de conexión exterior de 700 mm y la tensión de ensayo a frecuencia industrial del transformador es de 140 kVeficaces, lo que da como coeficiente de trabajo superficial, en pruebas, 140/700 = 0,2 kV/mm, ofreciendo así un coeficiente de seguridad ≈ 0,35/0,2 = 1,75. Para 220 kV de tensión nominal (460 kV de ensayo) la misma distancia viene a ser de unos 2 000 mm y el coeficiente de trabajo a esta última continuaría alrededor de 460/2000 = 0,23 kV/Fig. 2. Rigidez dieléctrica superficial de un borne liso de papel bakelizado tipo condensador (MICAFIL)

Fig. 4. Rigidez dieléctrica superficial del papel bakelizado en aceite, medida entre láminas de discos adheridas, de 50 de diámetro (MICAFIL)

Si las superficies van sumergidas en aceite, la rigidez dieléctrica superficial se duplica o triplica, tanto más cuanto más cortas son las separaciones, pero alcanza valores apenas mitad que para el aceite entre puntas. La fig. 4 nos muestra unos ensayos típicos.

En los transformadores, por ejemplo, las distancias rectas de resbalamiento se eligen a razón aproximadamente de 1,5 kV/mm de tensión de prueba para las tensiones reducidas (sin bajar nunca de 10 mm), descendiendo a menos de 1 kV/mm para las tensiones muy elevadas, evitándose siempre que sea posible los trayectos superficiales directos; el uso de valonas o sombreretes salientes es casi general.

Estudio de la descarga térmica en un dieléctrico

Rigidez Dieléctrica: Conceptos

 

Nikola TESLA

 

Nikola TESLA

• 9 de julio de 1856, Smiljam Lika (Croacia).

† 7 de enero de 1943, New York (USA).

Ingeniero Eléctrico croata-estadounidense dotado de una gran inventiva. Se le debe la patente del motor asíncrono polifásico. Fue asesor de G. Westinghouse, que le compró para su empresa gran número de patentes. Hizo experiencias con señales de altas tensiones y frecuencias.

Estudió ingeniería en la universidad Técnica de Graz, sur de Austria, y más tarde, Matemáticas y Física en la Universidad de Praga. Durante sus tiempos de estudiante ya conoció la máquina Gramme y su reversibilidad, observando el enorme inconveniente que representaban las grandes chispas producidas en el colector. En 1881 ya tenía una solución a este problema. Tesla trabajó un corto tiempo como delineante en la Oficina Central de Telégrafos de Budapest, y después como Ingeniero de Telefonía. Se trasladó a París, en 1882, como ingeniero de la empresa Continental Edison Company. Al año siguiente, durante su estancia en Strasburgo con motivo de un proyecto, construyó uno de los primeros motores de inducción basado en el principio del campo magnético giratorio.

En 1884 emigró a E.E.U.U., llegando al puerto de New York con los bolsillos vacíos, una carta de presentación para Edison y sabiendo 12 idiomas. Este le dio trabajo, pero el difícil carácter de ambos y las posturas enfrentadas que defendían cada uno ante problemas técnicos de la electricidad hizo que la colaboración fuera poco duradera.

En 1887 se estableció por su cuenta para poder llevar a cabo sus propias ideas; en este mismo año desarrolló los sistemas polifásicos, descubrió el campo giratorio, inventó el motor asíncrono (16 mayo de 1888) y dio la solución al problema del transporte de energía eléctrica. Diseñó alternadores y transformadores trifásicos.

En 1888 Tesla ofreció sus servicios a otro gran industrial de la electrotecnia, George Westinghouse, comenzando una colaboración fructífera y duradera. Sus ideas y patentes sobre las corrientes alternas y los motores de inducción, los puso a disposición de la nueva empresa comenzando la ya conocida batalla entre la corriente alterna y continua. La empresa comenzó a promover los sistemas de distribución polifásicos en 1892. En la Feria Mundial de Chicago de 1893, la compañía Westinghouse hizo un alarde de la distribución en corriente alterna, instalando 24 alternadores bifásicos de 500 CV, 60 Hz para iluminar la Exposición.

Tesla intervino en el proyecto de la central eléctrica que se instaló en las cataratas del Niágara (1896) y que representó el triunfo de la corriente alterna sobre la corriente continua en los Estados Unidos.

 Es importante resaltar que Tesla fue de carácter y comportamientos extraños, neurótico y de un trato imposible. Por todo esto trabajó sólo en su laboratorio sin nadie que le estorbara, para dar rienda suelta a su creatividad.

Trabajó en todos los campos de la Ingeniería Eléctrica: generadores, motores, transformadores, etc., desarrolló la alta tensión, construyó alternadores de alta frecuencia para la incipiente telegrafía sin hilos (radio). En 1893 hizo demostraciones con señales de altas tensiones y frecuencias producidas por las denominadas bobinas de Tesla. En 1900 construyó una gran antena en Colorado para hacer experimentos sobre el transporte de energía eléctrica a gran distancia por medio de ondas. Realizó investigaciones sobre el uso de aceite como aislante, construcción de condensadores, y otras.

Paradójicamente, en 1912, se le propuso a él y a Edison como candidatos a compartir el Premio Nobel de Física. Tesla llevado por su odio visceral hacía su antiguo patrón, renunció a compartir el premio con él. La Academia sueca se lo concedió a un científico sueco menos conocido que cualquiera de ellos. En 1917 recibía la medalla Edison, la más alta condecoración norteamericana en el campo de la electricidad, por sus trabajos y aportaciones a esta ciencia.

Otros muchos de sus proyectos terminaron en rotundos fracasos, pues de ellos obtuvo poco dinero, ni siquiera los patentó o se quedaron en extravagantes ideas.

Algunos de estos inventos, o puras elucubraciones, parecían sacados de una novela de ciencia ficción. Estuvo excesivamente preocupado de aparecer en la prensa, para hacerse autopublicidad, con manifestaciones extravagantes y predicciones grandilocuentes. Ha pasado a la historia como un físico genial pero un tanto visionario y fuera de la realidad. La ciencia lo honra dándole a la unidad de densidad de flujo o inducción magnética, su nombre, en el Sistema Internacional (SI) de Unidades.

En 1975 fue elegido para la Galería de la Fama de los inventores americanos. Es uno de los cuatro ingenieros/inventores cuyas fotografías salieron en diversos sellos emitidos por el Servicio de Correos de EE. UU. el 21 de septiembre de 1983 (los otros fueron Edwin H. Armstrong, Philo T. Farnsworth y Charles Proteus Steinmetz).

 

Thomas Alva EDISON

 

Thomas Alva EDISON

• 11 de febrero de 1847, Milan, Ohio (USA).

† 18 de octubre de 1931, West Orange. New Jersey (USA).

 Inventor estadounidense, el más prolífico de todos los tiempos con más de 1.100 patentes en su haber. Sus inventos han dejado su huella genial, haciéndose imprescindibles en la sociedad actual, tales como la bombilla, el fonógrafo, el kinetoscopio, el acumulador eléctrico y el micrófono.

 De familia humilde, tan sólo asistió a la escuela durante tres meses en Port Huron, Michigan; su madre se encargó de darle la educación elemental y no tuvo ninguna preparación universitaria. Representa el cuento clásico que tanto les gusta a los americanos, del hombre que se hizo a sí mismo a partir de un pobre muchacho, sin educación ni influencia, y que adquirió la fama y la fortuna por su inteligencia y trabajo. A los doce años vendía periódicos en la línea de ferrocarriles (Grand Trunk Railways) entre Port Huron y Detroit. Empleaba su sueldo

en comprar libros y aparatos científicos, haciendo experimentos eléctricos y químicos en un vagón de mercancías del propio tren. En 1862 publicó un semanario, el Grand Trunk Herald, impreso en un vagón de mercancías que, además, le servía como laboratorio. Tras una valerosa hazaña en la que salvó la vida del hijo de un jefe de estación, le recompensaron con la realización de un curso de telegrafía, y más tarde ingresó como telegrafista en la compañía de

ferrocarriles donde repartía periódicos. Durante su trabajo como operador de telégrafos, mejoró un repetidor telegráfico, gracias al cual se podían transmitir mensajes automáticamente a una segunda línea sin que estuviera presente el operador.

 En 1868 se trasladó a Boston para trabajar en la Western Union Telegraph, dedicando todo el tiempo libre a sus inventos. En ese mismo año patentó su primer invento: un sistema eléctrico para registrar los votos de las elecciones, pero que no pudo vender.

 En 1869, fue a Nueva York e inventó un indicador automático de las cotizaciones de bolsa, por el que recibió la suma de 40.000 dólares. Con este dinero pudo dotarse de equipos y material para hacerse su propio laboratorio. Después logró un sistema telegráfico automático que mejoraba la calidad y rapidez de la transmisión. Su gran invento dentro de la telegrafía fue la creación de unas máquinas que permitían la transmisión simultánea de diversos mensajes por una línea, que provocó el aumento de la utilidad de las líneas telegráficas existentes.

 En 1876 fundó su famoso laboratorio en Menlo Park, New Jersey, que se iba a convertir en una fábrica de inventos. Debido a ello le bautizaron con el sobrenombre del Mago de Menlo Park.

 En 1887 trasladó sus laboratorios a West Orange, en New Jersey.

 Desde 1955 es un museo nacional americano.

 En cuatro años obtuvo trescientas patentes entre las que debemos destacar: el micrófono de carbón, que mejoró el teléfono de Graham Bell e hizo que su uso fuese práctico; su invento favorito, el fonógrafo (1877), que podía grabar el sonido en un cilindro de papel de estaño; la lámpara incandescente o bombilla (1879), que hizo posible el desarrollo del alumbrado eléctrico, que hasta entonces se realizaba mediante el arco voltaico. Tuvo un gran éxito, por lo que pronto comenzó a trabajar en el perfeccionamiento de las bombillas y de las dinamos para generar la corriente eléctrica necesaria. Es por ello que en  1880 fundó la Edison Electric Iluminating Company, que construyó la primera central eléctrica americana en febrero de 1882, en Holborn Viaduct de Londres, y más tarde, en septiembre, inauguró la central de Pearl

Street en Nueva York. Ambas centrales eran de corriente continua; sin embargo, años después el uso de la corriente continua se vio desplazado por la corriente alterna que desarrolló, en los EE. UU., el Ingeniero George Westinghouse, basándose en la compra de las patentes de Nikola Tesla. La compañía Westinghouse puso en funcionamiento en las cataratas del Niágara, en 1896, la primera central de corriente alterna en los Estados Unidos (era de corriente alterna bifásica). Años después, en 1892, la compañía Edison General Electric, al unirse con la compañía Thomson-Houston, darían lugar a la actual multinacional General Electric. En 1888 Edison inventó el kinetoscopio, la primera máquina que producía películas mediante una rápida sucesión de imágenes individuales. Otros inventos posteriores a destacar son: el acumulador de Edison que desarrolló en 1909 (un acumulador alcalino de hierro-níquel), resultado de miles de experimentos, y un método de telegrafía sin hilos para comunicarse con los trenes en movimiento. Sin embargo, debe señalarse un efecto que descubrió en 1884 y que lleva su nombre, pero al que no le dio importancia práctica; el efecto Edison o efecto termoeléctrico indica que el filamento caliente de una lámpara desprende electrones, que pueden ser atraídos por un electrodo positivo en forma de placa, situado en el mismo tubo de vacío o bulbo de la lámpara. Este efecto lo utilizaría años después el inglés J. A. Fleming, para la realización de una válvula rectificadora (1904), que sería el origen de la Ingeniería de radio o Ingeniería Electrónica. Aunque Edison no fue en realidad un científico, se le considera, con razón, el inventor más prolífico de todos los tiempos, con cerca de 1.100 patentes en su haber.

Se jactaba de que podía patentar un pequeño invento cada diez días y uno grande cada seis meses. Decía que el genio es un 1 % de inspiración y un 99 % de transpiración. Recibió grandes premios y condecoraciones: Doctor Honoris Causa por las universidades de Princeton y Nueva York. Medallas John Fritz y Rathenau.

 Comandante de la Legión de Honor francesa en 1878. Medalla de oro del Congreso de EE. UU. en 1928, «por el desarrollo y la aplicación de inventos que han revolucionado la civilización en el último siglo».

 Falleció en West Orange el 18 de octubre de 1931.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Marcel DEPREZ

 

Marcel DEPREZ

• 29 de diciembre de 1843, Aillant-sur-Milleron, Departamento francés de Loiret (Francia).

† 16 de octubre de 1918, Vincennes, París (Francia).

Ingeniero francés que hizo grandes experimentos para demostrar la posibilidad del transporte de energía eléctrica a gran distancia.

 Coinventor del célebre galvanómetro Deprez-D´Arsonval.

 Estudió en el Liceo de San Luis y en la Escuela de Ingenieros de Minas de París (1865). Inventor de extraordinario talento.

 Trabajó como Ingeniero en la Casa Carpentier, que se dedicaba a la construcción de aparatos de medida eléctricos. En ella se realizaron los primeros amperímetros y voltímetros industriales. El doctor d’Arsonval sugirió una modificación a un amperímetro diseñado por Deprez, lo que dio lugar al excelente galvanómetro Deprez-d’Arsonval, que ha sido un aparato de uso cotidiano en los laboratorios de Ingeniería Eléctrica del mundo y en el que se inspiran los modernos galvanómetros para medir corrientes muy débiles.

 Hizo estudios con Leblanc sobre tracción eléctrica. Las principales investigaciones de Deprez, y por las que es más conocido, están en relación con el transporte de energía eléctrica a gran distancia. Ya en la

Exposición de Munich en 1882, presentó una dinamo Gramme que transmitía una potencia de 400 W a una tensión de 1,35 kV a una distancia de 57 km. (entre Miesbach y Munich), sus experiencias fueron mejoradas en París y Grenoble.

Fue el primero en reconocer la necesidad de utilizar elevadas tensiones para hacer realidad el transporte de energía eléctrica.

 En 1885 realizó su famoso experimento de transporte de energía de 56 km. Entre Creil y París, en el que una dinamo de 80 CV que giraba a 160 revoluciones por minuto, y producía una tensión de 6.000 V, suministraba una potencia de 40 CV en extremo receptor de la línea, con un rendimiento cercano al 50 %, la línea estaba formada por hilos de 5 mm. de diámetro, lo que daba lugar a una resistencia eléctrica total de 100 ohmios (el proyecto fue subvencionado por el banquero Rothschild, con una cantidad cercana a los 800.000 francos). Marcel Deprez ganó grandes premios y condecoraciones: Caballero y Oficial de la Legión de Honor (1881 y 1883), Académico de Ciencias (1886), y otros. Desde 1890 hasta su jubilación ocupó el cargo de Catedrático de Electrotecnia en el Conservatorio de Artes y Medidas de París.

 

 

 

 

 

 

 

 

Zenobe Theophile GRAMME

 

Zenobe Theophile GRAMME

• 4 de abril de 1826, Jehay-Bodegnée, Lieja (Bélgica).

† 20 de enero de 1901, Bois-Colombes (Francia).

Inventor belga al que se debe la invención en 1869 de la primera máquina dinamoeléctrica o dinamo, que fue la primera máquina eléctrica de uso práctico.

 De formación eminentemente autodidacta, en 1856 se trasladó a París donde trabajó al principio como aprendiz de carpintero.

 Más tarde fue contratado por su oficio en una empresa fabricante de aparatos eléctricos; enseguida destacó por su habilidad manual e intuición y pasó a la sección de electricidad. En 1867 obtuvo una patente por una máquina de corriente alterna; dos años más tarde, en 1869, patentó su famosa dinamo de corriente continua inspirado en el conmutador de Pacinotti. Su dinamo consistía en un inducido de anillo y en un colector de delgas. Esta máquina daba tensiones más elevadas que las conocidas hasta entonces y resolvía la rectificación con el colector de delgas. La dinamo de Gramme fue presentada a la Academia de Ciencias francesa por el físico Jules Jamin el 17 de julio de 1871 y recibió un gran interés de parte de Marcel Deprez y Arsène d’Arsonval. Gramme fue capaz de transmitir la tensión generada a una gran distancia; sus resultados fueron comunicados a la Academia el 2 de diciembre de 1872, el 25 de noviembre de 1874 y el 11 de junio de 1877 (estas notas fueron las únicas publicaciones científicas en toda la vida de Gramme).

En 1871 se asoció al también inventor Hippolyte Fontaine para desarrollar y explotar su dinamo, fundando la sociedad de las máquinas magnetoeléctricas Gramme, teniendo como socio capitalista al conde de Ivernois. En la Exposición Internacional de Viena de 1873 se presentaron unas dinamos Gramme industriales y de gran tamaño, comprobándose que la máquina era reversible y que podía usarse como motor. Con ello empezó el gran desarrollo industrial de la energía eléctrica. En 1880 el gobierno francés le otorgó una recompensa de 20.000 francos, concediéndole Luis Napoleón el Premio Volta (1888). Le nombraron oficial de la Legión de Honor en 1889, Caballero de la Orden de Leopoldo, de la Corona de Hierro, otorgándosele además otros honores.