martes, 25 de abril de 2023
sábado, 22 de abril de 2023
ARON, Hermann
ARON, Hermann
• 1 de octubre de
1845, Kempen (Alemania).
† 29 de agosto de 1913, Berlín (Alemania).
Físico e Ingeniero alemán,
inventor de un contador eléctrico tipo péndulo que se utilizó para medir la
energía eléctrica en las primeras viviendas. Desarrolló la conexión Aron para
la medida de la potencia trifásica.
Estudió primero en el Köllnische
Gymnasium de Berlín, después en las Universidades de Heidelberg y Berlín. Al
finalizar sus estudios trabajó con el profesor Paalzow en la Works Academy de
Berlín, un centro que fue el antecesor de la Escuela Técnica de Charlotenburgo.
En 1876 le nombran Privatdozen en
la Universidad de Berlín y en esta misma universidad, en 1880, obtiene la plaza
de Catedrático de medidas eléctricas. Trabajó fundamentalmente en el campo de
la electrometría, desarrollando contadores eléctricos de tipo péndulo que
fabricaba en una empresa de su propiedad con sede social en Charlotenburgo.
A él se debe el sistema de medida
de la potencia trifásica por medio de dos vatímetros. Por ello en algunos
textos se conoce como conexión Aron (aunque el principio de conexión se debe al
profesor francés André Blondel). Sus primeros trabajos fueron sobre
condensadores, pero investigó en la teoría del micrófono, en acumuladores y
electricidad atmosférica.
En 1883, con motivo de la
Exposición Eléctrica en Viena, presentó un sistema de transmisión de señales
eléctricas sin hilos.
Contador eléctrico de péndulo de Hermann Aron
viernes, 21 de abril de 2023
Limitación de la temperatura en las máquinas eléctricas
Diferentes tipos de
aislamiento empleados en los bobinados de máquinas eléctricas
Limitación de la temperatura
en las máquinas eléctricas
Para evitar que los aislamientos
pierdan parcial o totalmente sus propiedades aislantes a causa del
calentamiento, se fijan límites de temperatura en las diferentes partes que
constituyen las máquinas eléctricas.
Los materiales aislantes
empleados para aplicaciones electrotécnicas, en general y, más particularmente,
para bobinados de máquinas eléctricas, se clasifican principalmente según su
temperatura máxima de funcionamiento, es decir, la temperatura limite por
encima de la cual no se puede garantizar que el aislante conserve sus
propiedades dieléctricas. Según los trabajos de la Comisión Electrotécnica
Internacional, publicados en 1957 y adoptados por la Asociación Electrotécnica
Española, los materiales aislantes se agrupan en las siguientes clases:
Clase Y (temperatura
máxima de funcionamiento, 90° C). Aislamiento constituido por materiales o
asociaciones de materiales tales como algodón, seda, rayón y papel, sin
impregnación. Se pueden incluir también otros materiales si la experiencia o
ensayos de reconocida garantía demuestran que pueden funcionar a la temperatura
máxima de funcionamiento anteriormente indicada.
Clase A (temperatura
máxima de funcionamiento, 105° C). Aislamiento constituido por materiales o
asociaciones de materiales tales como algodón, seda, rayón y papel, cuando
están convenientemente impregnados y cuando están sumergidos en un dieléctrico
tal como aceite. Un aislamiento se considera impregnado, cuando una sustancia
apropiada (por ejemplo, un barniz aislante) sustituye al aire entre las fibras
del material, incluso si esta sustancia no rellena completamente los huecos que
quedan entre los conductores aislados.
Clase E (temperatura
máxima de funcionamiento, 120°C). Aislamiento constituido por materiales o
asociaciones de materiales que, por la experiencia o por ensayos de reconocida
garantía, demuestran que pueden funcionar a la temperatura máxima de
funcionamiento anteriormente indicada, o bien que su estabilidad térmica
permite su empleo a una temperatura superior en 15°C a la de los materiales de
la clase A.
Clase B (temperatura
máxima de funcionamiento, 130° C). Aislamiento constituido por materiales o
asociaciones de materiales tales como mica, fibra de vidrio, amianto, etc., con
aglomerantes adecuados. También pueden incluirse en esta clase, otros
materiales o asociaciones de materiales que, sin ser inorgánicos como los
anteriores, la experiencia o ensayos de reconocida garantía, han demostrado que
pueden funcionar a la temperatura límite anteriormente indicada (130'C). Clase F
(temperatura máxima de funcionamiento, 155°C). Aislamiento constituido por
materiales o asociaciones de materiales tales como mica, fibra de vidrio,
amianto, etc. con aglomerantes adecuados. También pueden incluirse en esta
clase, otros materiales o asociaciones de materiales que, sin ser inorgánicos
como los anteriores, la experiencia o ensayos de reconocida garantía, han
demostrado que pueden funcionar a la temperatura limite anteriormente indicada
(155°C) o bien que su estabilidad térmica permite Su empleo a una temperatura
superior en 25° C a la de los materiales de la clase B. Cate H (temperatura
máxima de funcionamiento, 180°C). Aislamiento constituido por materiales tales
como compuestos de siliconas, o de asociaciones de materiales como mica, fibra
de vidrio, amianto, etcétera, con aglomerantes adecuados, tales como resinas de
siliconas apropiadas. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales
o asociaciones de materiales, si la experiencia o ensayos de garantía
demuestran que pueden emplearse a la temperatura máxima de funcionamiento
indicada anteriormente (180° C). Clase C (temperatura máxima de funcionamiento,
superior a 180° C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de
materiales, tales como mica, porcelana, cuarzo y vidrio con o sin aglomerante
inorgánico. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o
asociaciones de materiales, si la experiencia o ensayos de reconocida garantía
demuestran que pueden emplearse a temperaturas superiores a 180°C. En esta clase,
un material, o asociaciones de materiales determinados, tendrá un límite de
temperatura que dependerá de sus propiedades físicas, químicas o eléctricas.
En la tabla siguiente, y como complemento, se exponen algunos de los materiales aislantes empleados en las máquinas eléctricas, con indicación de la clase térmica a que pertenecen. Los materiales aislantes se han clasificado bajo límites de temperatura que darán una vida aceptable (de 15 a 20 años para una máquina eléctrica), en las condiciones de empleo generalmente encontradas en la industria. Sin embargo, la duración de la vida real en servicio depende de las condiciones particulares de funcionamiento, que son muy variables y dependen, esencialmente, de las condiciones ambientales, de los ciclos de funcionamiento y del tipo de máquina empleada (abierta, cerrada, protegida, etc.).
CLASIFICACIÓN DE
LOS MATERIALES AISLANTES EMPLEADOS EN LOS BOBINADOS DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
Además, la duración de vida
aceptable en servicio varía mucho según la importancia relativa del peso, de la
seguridad de funcionamiento, de la duración de tiempo prevista para la
utilización del material, y de otras consideraciones económicas. Como complemento
de la tabla anterior, a continuación, se exponen las temperaturas admisibles en
las máquinas eléctricas, según las clases de aislamiento utilizado, según las
normas alemanas VDE y suponiendo una temperatura ambiente máxima de 40°C.
TEMPERATURAS ADMISIBLES
SEGÚN LA CLASE DE AISLAMIENTO
Para el manejo de la tabla
anterior, deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:
a) los
valores de la columna 4 se obtienen sumando los correspondientes a las columnas
2 y 3.
b) los
valores de la columna 5 exceden a los de la columna 4 entre 5 y 15°C.
c) los
datos más interesantes para el bobinador son los de las columnas 3 y 4, donde
se expresan los valores medios a que pueden llegar como límite, las
temperaturas de los bobinados en servicio.
d) la
columna 3 sirve de referencia para el ensayo de máquinas eléctricas. Si el
cálculo del calentamiento se ha realizado tomando como base los datos de la
columna 4, los valores de la columna 3 quedan garantizados mientras la
temperatura ambiente no rebase los valores expresados en la columna 2.
e) los datos de la columna 5, han de tenerse en cuenta para evitar puntos calientes con insuficiente refrigeración.
Finalmente, en la tabla que sigue a
continuación, se expresan los valores característicos del cobre a las
temperaturas admitidas según las distintas clases de materiales aislantes.
CARACTERÍSTICAS
DEL COBRE A LAS TEMPERATURAS ADMISIBLES EN LAS DIFERENTES CLASES DE AISLAMIENTO
jueves, 20 de abril de 2023
jueves, 13 de abril de 2023
HOPKINSON, John
HOPKINSON, John
• 27 de julio de
1849, Manchester (Inglaterra).
† 27 de agosto de
1898, Petite Dent (Suiza).
Ingeniero y Físico británico que
realizó estudios importantes sobre el circuito magnético de las máquinas
eléctricas, asentando las bases científicas para el cálculo y construcción de
las máquinas eléctricas.
Hopkinson se matriculó en el
Owens College de Manchester en 1865 para estudiar Ingeniería, pero en el año
1867 le concedieron una beca de estudios en el Trinity College de Cambridge y
allí finalizó la carrera en 1869 con excelentes calificaciones, situándose en
primer lugar en el Premio Smith.
Dos años después se doctoró en la
Universidad de Londres. Entre 1872 y 1878 trabajó en el departamento de faros
de la compañía Chance Brothers de Birmingham, que era un fabricante de lentes y
sistemas ópticos de faros, que incluían los sistemas de alimentación eléctrica.
Aquí hizo grandes perfeccionamientos en estos aparatos y proyectó muchas
instalaciones de faros para diversos países europeos.
Sus investigaciones sobre las
propiedades dieléctricas del vidrio y otros materiales transparentes se
publicaron en la revista de la Royal Society y, por recomendación de William
Thomson, (más tarde Lord Kelvin) fue elegido Fellow de la Royal Society en
1878.
En 1879 se estableció como
ingeniero consultor en Londres, teniendo como cliente a la compañía English
Edison, filial de la empresa americana de Edison. En este mismo año hizo
ensayos con una dinamo Siemens y sus resultados dieron lugar a un artículo
importante titulado On Electric Lighting (sobre el alumbrado eléctrico),
publicado en la sede británica de ingenieros mecánicos. La importancia de este
artículo reside en que aparece por primera vez la curva característica de la
fuerza electromotriz del generador en función de la corriente de excitación de
los polos. Esta característica de vacío de la máquina sería una curva
importante para predecir el comportamiento de las dinamos y sería un ensayo
estándar de las mismas a partir de entonces.
En 1881 sirvió como juez en la
Exposición Internacional de Electricidad de París. En 1882 recibió una patente
británica sobre un sistema de distribución eléctrica de corriente continua a
tres hilos que era mucho más barata que la de dos hilos inventada por Edison.
En septiembre de 1882 escribió un
informe a los directores de la compañía americana Edison, recomendando un
estudio sistemático de las dinamos que salían de sus fábricas, con objeto de
mejorar su diseño (téngase en cuenta que en febrero de 1882 la compañía Edison
inglesa había inaugurado una central eléctrica en Londres y, en septiembre de
este mismo año, entraba en funcionamiento la central de Pearl Station, en Nueva
York).
Hopkinson hizo ensayos con
diferentes estructuras magnéticas del circuito de excitación de las dinamos y
llegó a la conclusión de que debían emplearse inductores más cortos y de mayor
sección (las dinamos Jumbo de Edison, que ya se habían mostrado en la
Exposición de París de 1881, tenían un inductor bipolar excesivamente largo,
pues se creía que era el mejor diseño posible para generar tensiones elevadas y
poder colocar un gran devanado de excitación). Para demostrar sus teorías,
Hopkinson construyó una dinamo (que más tarde se denominó dinamo
Edison-Hopkinson) con polos más cortos y demostró que podía alimentar el doble
número de bombillas que la dinamo original (con el mismo peso de la máquina).
Hopkinson desarrolló una metodología para el diseño del circuito magnético de
las máquinas eléctricas y podía predecir con gran exactitud cuál iba a ser su
comportamiento.
John Hopkinson, con su hermano
Edward, escribió en 1886 un trabajo titulado Dynamo-Electric Machinery que se
publicó en los Philosophical Transactions del 6 de mayo, en donde se incluían
las definiciones de fuerza magnetomotriz y reluctancia. Este artículo sería
ampliado posteriormente con otro publicado en la misma revista el 15 de febrero
de 1892. Con estos trabajos de los hermanos Hopkinson, el diseño de las
dinamos, que había sido bastante empírico hasta entonces y basado en
experiencias prácticas, comienza a tener una base científica que necesitaba un
estudio riguroso del circuito magnético. A partir de entonces, el inventor
tradicional tendrá que dejar paso a los ingenieros, dotados de una mayor
formación científica para poder desarrollar nuevas máquinas y mejorar los
diseños existentes. Es por ello que con Hopkinson se inicia el diseño racional
de las máquinas eléctricas. Estos importantes estudios de John Hopkinson le
dieron gran fama y notoriedad mundial, y en 1890 le proponen para que se haga
cargo de la cátedra de Ingeniería Eléctrica del recién fundado Laboratorio
Siemens en el King’s College de Londres. Hopkinson tenía una gran formación
teórica y mostraba una gran habilidad práctica, por lo que son notables sus
investigaciones teóricas y la solución concreta de problemas de Ingeniería.
Escribió más de sesenta artículos
con una gran maestría y conocimiento de la materia, entre ellos, varios libros
sobre la corriente alterna y máquinas eléctricas. Sus trabajos fundamentales se
refieren al estudio de la magnetización del hierro y del circuito magnético de
las máquinas eléctricas, asentando las bases científicas para la construcción y
el cálculo de las máquinas eléctricas; fue el primero que estudió con rigor la
estabilidad estática del acoplamiento de alternadores y las condiciones que
debían cumplirse para poder efectuar dicho acoplamiento.
Hopkinson fue Presidente del IEE
de Londres en 1890 y también en 1896. Por desgracia murió prematuramente (a los
cuarenta y nueve años) en un accidente de montaña en una ascensión a los Alpes
junto con tres de sus hijos
Mantenimiento del aceite de transformadores
ESTADO DEL ACEITE
Se extrae una muestra de aceite aislante
para un posterior análisis de las propiedades físico químicas así como del
contenido de gases disueltos en el mismo.
❖ Interpretación de los
resultados del análisis de gases disueltos:
INTRODUCCIÓN
El método de diagnóstico de averías
latentes en los transformadores se basa en el análisis cromatográfico de los
gases de descomposición del aceite aislante por calentamiento excesivo de
ciertos puntos del transformador o por descargas eléctricas en su seno. Según sea
la temperatura del punto caliente o la energía de las descargas, las
proporciones en que se producen los diferentes gases de descomposición son
distintas, lo que permite conocer, no solamente la existencia de una avería
latente, sino también el tipo de la misma y su importancia.
A través de un análisis periódico del
aceite es posible mediante esta técnica detectar cualquier anormalidad de este
tipo que pueda aparecer y seguir su evolución, con objeto de poder tomar las
medidas oportunas antes de que se produzca un fallo interno.
GASES DE DESCOMPOSICIÓN
Por efecto de las mencionadas
solicitaciones térmicas y eléctricas, los aceites aislantes dan lugar a los
siguientes gases de descomposición.
H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 C3H8 C3H6
C3H4
Además, si se ven afectados los
aislamientos sólidos (papel, cartón, madera…) pueden producirse cantidades
importantes de CO y CO2.
Los defectos de tipo térmico dan lugar a
una proporción mayor de hidrocarburos saturados, mientas que en los de tipo
eléctrico predominan los insaturados.
Si la magnitud del defecto no es muy
importante, los gases se producen en pequeña cantidad y pueden disolverse en el
aceite, al menos hasta que esté saturado de gases. Por el contrario, si la
producción de gases es muy violenta o el aceite está saturado, parte de los
gases quedarán sin disolver y darán lugar a una actuación del relé Buchholz.
A partir de numerosas investigaciones de
laboratorio y del estudio de los resultados de análisis de aceites procedentes
de transformadores en servicio, se ha podido establecer que las relaciones
entre las concentraciones de los diferentes gases están relacionadas con el
tipo de defecto en la forma indicada por la Tabla I (Publicación CEI 599).
Nota 1. Cuando la energía de las descargas aumenta, las
relaciones primera y tercera pasan de 1 a 2.
Nota 2. Los gases proceden principalmente de la descomposición del
aislamiento sólido, lo cual explica el valor de la tercera relación.
Nota 3. Este tipo de defecto produce generalmente un aumento de
la concentración de gases. La segunda relación es normalmente del orden de 1,
dependiendo de la calidad del aceite y de la temperatura.
Nota 4. Un aumento de la concentración de C2 H2 puede indicar que la temperatura del punto caliente es superior a 1.000ºC.
La relación entre las concentraciones de CO2 y CO en transformadores sanos está comprendida entre 3 y 11. Valores por debajo o por encima de estas cifras pueden ser debidos a una descomposición de la celulosa de los aislamientos sólidos, que vendrá acompañada de concentraciones significativas de hidrocarburos.
CONCENTRACIONES DE ALARMA
El envejecimiento normal del aceite de un transformador en servicio, da lugar también a la formación de los anteriores gases en pequeña cantidad, por lo que para que unos resultados sean significativos respecto a la posible existencia de un defecto interno, habrá que comparar las concentraciones medidas con las que se considera normales por envejecimiento. Sin embargo, estas concentraciones no están bien definidas, pues dependen de los materiales utilizados en el transformador, del tipo de construcción, del ciclo de trabajo, del número de años de servicio, etc… No obstante, se han podido fijar unos límites aproximados a partir de los cuales puede pensarse en la posible existencia de una causa ajena a un envejecimiento normal: estos límites son los de la Tabla II.
Estos valores se han deducido de
un estudio estadístico realizado en diferentes países con 1.030 transformadores
y corresponden a los valores que en esta población de transformadores han sido
superados aproximadamente en un 10% de los casos.
Si el transformador analizado es
de regulación en carga y la cuba del regulador está comunicada con la cuba
principal, los gases producidos durante la conmutación (principalmente C2H2 y
C2H4 ) pasarán al aceite y pueden dar una indicación falsa de defecto eléctrico.
ACTUACIÓN DE ACUERDO CON LOS
RESULTADOS DE UN ANÁLISIS
La actuación recomendable a la
vista de los resultados de un análisis es la que se indica en la Tabla III.
Obsérvese que se da una importancia especial a la evolución del contenido de
gases, ya que los valores obtenidos en un análisis aislado pueden variar
considerablemente de un transformador a otro y sólo son indicativos en cuanto a
la posible existencia o no de un defecto: su evolución posterior es la que
podrá confirmar la presencia real del defecto.
CONTENIDO EN AGUA
El agua contenida en el aceite de
un transformador en servicio, puede alcanzar valores de hasta 20 a 30 p.p.m.:
cantidades mayores pueden ser indicativas de una degradación de los materiales
aislantes o un cierre imperfecto en algún punto del transformador, que permite
el contacto del aceite con el aire ambiente sin pasar por el desecador.
PERIODICIDAD DE LAS REVISIONES
Se recomienda analizar los gases
en el aceite con la siguiente periodicidad:
❖ Transformadores de generación
y transformadores de red de gran responsabilidad: al ponerse en servicio, a los
3 meses, a los 6 meses, a los 12 meses y después cada año.
❖ Transformadores de red,
reactancias, transformadores de medida, etc…: al ponerse en servicio, a los 3
meses, a los 12 meses y después cada 2 años.
Si los resultados de un análisis
dan pie para sospechar de la existencia de algún tipo de defecto, estos tiempos
deben acortarse y volver a analizar el aceite cada mes o cada 3 ó 6 meses,
según la importancia del defecto sospechado y la responsabilidad del
transformador.
FUENTE:
ABB: Oferta de Servicios
completos para Transformadores de Potencia
PARA SABER MÁS:
Bases de la Cromatografía en
aceites de Transformadores en servicio (Parte 1ª)
https://imseingenieria.blogspot.com/2017/02/bases-de-la-cromatografia-en-aceites-de.html
Bases de la Cromatografía en aceites
de Transformadores en servicio (y Parte 2ª)
https://imseingenieria.blogspot.com/2017/02/bases-de-la-cromatografia-en-aceites-de_4.html
Limitaciones de las técnicas DGA de detección de
fallos incipientes en Transformadores
https://imseingenieria.blogspot.com/2015/08/limitaciones-de-las-tecnicas-dga-de.html
La cromatografía de gases en
ésteres naturales para Transformadores
https://imseingenieria.blogspot.com/2015/07/la-cromatografia-de-gases-en-esteres.html
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