LABORATORIO DE ALTA TENSIÓN Convenio UNEXPO-ULA

Vásquez, Carmen Luisa;  Blanco, María Carolina

Dra. Carmen Luisa Vásquez: Profesora Agregada y Coordinadora de la Maestría de Ingenieía Eléctrica en el Dpto. de Ingeniería Eléctrica de la UNEXPO, Vicerrectorado Barquisimeto, teléfono y Fax (58) 251-441.4654, correo electroónico cvasquez@unexpo.edu.ve

Dra. María Carolina Blanco: Profesora Agregada y Coordinadora del Laboratorio de Alta Tensión en el mismo Departamento, mismo teléfono y fax, correo electrónico cblanco458@cantv.net

Resumen: El Laboratorio de Alta Tensión Convenio UNEXPO-ULA cumple 10 años de existencia, a lo largo de estos años el personal que labora en él ha desarrollado diversos trabajos de investigación y extensión y ha servido de apoyo didáctico a diferentes programas de pregrado y postgrado de la UNEXPO y otras universidades a nivel nacional e internacional. El objeto del presente artículo es dar a conocer su trayectoria y sus logros más importantes en docencia, investigación y extensión.

Palabras clave: Equipos en alta tensión / Fuentes de prueba en alta tensión / laboratorio de alta tensión / Materiales en alta tensión.

I. INTRODUCCIÓN

El Laboratorio de Alta Tensión Convenio UNEXPO-ULA (LAT) que se encuentra ubicado en la ciudad de Barquisimeto, dentro de las instalaciones del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la UNEXPO, fue inaugurado oficialmente el 21 de Julio de 1.994 como resultado de un Convenio de Cooperación Institucional suscrito entre la ilustre Universidad de Los Andes (ULA) y la UNEXPO.

El día de su inauguración el rector de la UNEXPO, Dr. Iván Olaizola, manifestó: “para esta casa de estudios superiores la inauguración de este centro de investigación reviste una trascendencia especial, en primer lugar porque este proyecto consolida la política integracionista de la institución, que se orienta fundamentalmente a tratar de estrechar lazos con otras instituciones hermanas, para lograr un mejor uso y aprovechamiento de los recursos de que dispone la universidad venezolana, y porque además involucra la incorporación del sector productivo nacional con las universidades venezolanas para sacar adelante tareas importantes y resolver problemas que se plantean en las diferentes áreas del saber, de la ciencia y la tecnología.

Este centro consolida la situación planteada y nos mete de lleno en un proyecto al que vendrán importantes conocimientos en el orden científico-tecnológico y académico en general, porque los proyectos universitarios orientados a la consecución de recursos para mejorar nuestros exiguos presupuestos tienen que ir apareados con mejorar nuestros conocimientos científicos, que puedan ponerse luego al servicio de pre y postgrado dentro de la docencia universitaria” [1].

Como lo expresa en estas palabras el Dr. Olaizola su objetivo, desde sus inicios, ha sido y será el desarrollo de trabajos de investigación científica y tecnológica que sirvan de apoyo didáctico y para el desarrollo académico de cursos de postgrado, la asistencia y asesoramiento a la industria en la caracterización de los materiales aislantes y el control de la calidad de los procesos de producción y construcción de equipos de alta tensión.

II. DESARROLLO

1. Recuento Histórico

Durante una década de existencia se han realizados diversos trabajos de investigación y servicio que han acumulado una gran experiencia entre los docentes y estudiantes que laboran en el LAT. A continuación se expone una serie de hechos históricos que han marcado pauta en el trabajo realizado:

1. En el año 1.976, gracias a un proyecto introducido por la ULA en el Banco Interamericano de Desarrollo, se adquieren las Fuentes de Prueba de Alta Tensión.

2. En el año 1.993 se firma un Convenio Interinstitucional UNEXPO-ULA para la instalación de las Fuentes de Prueba de Alta Tensión, pertenecientes a la ULA, dentro de las áreas del Departamento de Ingeniería Eléctrica de nuestra institución, por considerarse que al encontrarse en la zona Centro Occidental del país, constituye un punto geográfico estratégico.

3. En el año 1.994 se inaugura oficialmente el LAT. Para su puesta en operación se contó con la asesoría de los especialistas de la UNEXPO, ULA y del Centro de Investigación y Pruebas Electroenergéticas (CIPEL) de La Habana, Cuba. Entre estos especialistas es importante mencionar los profesores: Néstor Torres y Bladimir Echeverría de la UNEXPO, Hildemaro Briceño de la ULA y Alcides Machín del CIPEL. Todos ellos, junto con un gran número de profesionales y técnicos del Departamento de Ingeniería Eléctrica, hicieron posible la instalación y puesta en operación de las Fuentes de Pruebas. En este mismo año se realizan las primeras pruebas a seis (6) transformadores de corriente de 115 kV pertenecientes a la empresa C.A. Construcciones Eléctricas Iribarren (CACEI).

4. En el año 1.995 se realizan las I Jornadas en Alta Tensión y Aislamiento Eléctrico (ALTAE), en la UNEXPO, con colaboración de la ULA, CIPEL y otras instituciones patrocinantes. Con un total de 300 participantes, 200 exposiciones orales en tres (3) salas simultáneas y participación de ponentes internacionales de Cuba, Brasil, y México. Estas Jornadas se han realizado ininterrumpidamente en los países: Cuba, México, Venezuela, Colombia y Costa Rica, siendo la sede para el año 2.005 la ciudad de Panamá. Las jornadas han servido como un foro abierto para el intercambio profesional de los trabajos realizados en Iberoamérica, en esta área del saber.

5. En el año 1.995 se comienza a impartir, con la asistencia de especialistas del CIPEL, la asignatura Técnicas de Alta Tensión de la carrera de Ingeniería Eléctrica de la UNEXPO, así como también se presta apoyo a la Maestría de Ingeniería Eléctrica de la UNEXPO-CIED y de la Universidad de Carabobo-CIED. Posteriormente se dictaron tres (3) asignaturas, enmarcadas dentro de esta área, en una Maestría en convenio UNEXPOCIED.

6. En el año 1.996, se realiza un Convenio con la empresa C.A. Energía Eléctrica de Barquisimeto (ENELBAR) para incrementar la capacidad instalada del Laboratorio a 300 kVA a cambio de la evaluación electromecánica de 3.000 aisladores desincorporados de la empresa. Esto permitió a la empresa recuperar más del 90% de estos aisladores que se encontraban en desuso.

7. En el año 1.998 se comienza a abordar el tema de la Simulación de las Sobretensiones Transitorias en Líneas y Máquinas Eléctricas, con la donación del programa computacional EMTP versión ATP por parte de la empresa Electrificación del Caroní C.A. (EDELCA) a la UNEXPO.

8. Entre los años 1.998-2.000 se desarrolló el proyecto “Mapa de Niveles de Contaminación del Aislamiento Eléctrico Externo de la ciudad de Barquisimeto y zonas adyacentes”, que con financiamiento de la empresa ENELBAR y el CONICIT (actualmente FONACIT), permite recomendar a la empresa una serie de alternativas para disminuir el número de interrupciones del servicio eléctrico por causa de la contaminación del aislamiento eléctrico de las líneas y subestaciones atendidas. Esto enmarcado dentro del programa de estudios de Doctorado en Ciencias Técnicas Ing. María Carolina Blanco, actual Coordinadora del LAT.

9. Entre los años el año 1.999-2.001 se desarrolla el proyecto “Metodología para la selección de sistemas de protección contra descargas atmosféricas en líneas eléctricas de distribución”, que con financiamiento de la empresa ENELBAR y el CONICIT, permite recomendar a la empresa una serie de alternativas para disminuir el número de interrupciones del servicio eléctrico por causa de los impactos directos y cercanos de las descargas atmosféricas. Adicionalmente se logra el desarrollo de un programa computacional, nuevo en su género, que permite la selección del uso del sobreaislamiento, un cable de guarda o descargadores de sobretensión ubicados en forma distribuida como sistemas de protección a utilizar en líneas de distribución de energía eléctrica contra este fenómeno natural. Esto enmarcado dentro del programa de estudios de Doctorado en Ciencias Técnicas de la Ing. Carmen Luisa Vásquez.

10. En el año 2.002 se suscribe un convenio con la empresa Corporación Eléctrica de Oriente C.A. (COELCA) para la participación de nuestros investigadores en el proyecto “Mapa de Niveles de Contaminación del aislamiento eléctrico de líneas y subestaciones de la red troncal de EDELCA”, por medio del cual se está logrando la repotenciación de los equipos del laboratorio y sus mejoras físicas.

11. En el año 2.003, con la colaboración del Grupo del Programa de Investigación sobre la Adquisición y Análisis de Señales (PAAS) de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), se elabora el proyecto para el estudio sistemático y de aplicación de los parámetros del rayo en territorio venezolano con los datos adquiridos por el sistema de localización y detección de las descargas eléctricas atmosféricas de la empresa EDELCA. Este proyecto, aún en su etapa preliminar, tiene por objeto evaluar los parámetros de las descargas atmosféricas para aplicaciones en ingeniería y servir de apoyo al trabajo realizado por el Grupo de Trabajo C4.01.02B del CIGRE sobre la caracterización de estos parámetros en las zonas tropicales. Actualmente el personal del LAT está iniciando investigaciones postdoctorales en esta área.

12. En el año 2.004 se incorporan los investigadores al Comité de Normalización de CODELECTRA y de Seguridad de CAVEINEL. Adicionalmente, se comienza a prestar apoyo a los programas de Doctorados de Ingeniería Eléctrica (en el área de Efectos de las Condiciones Ambientales sobre el Aislamiento) y de Ciencias Ambientales (en área de la Contaminación Electromagnética) de las Universidades de Zaragoza y Politécnica de Madrid, respectivamente, ambas españolas.

2. EQUIPAMIENTO

Cualquier instalación destinada a la generación, transporte y distribución de energía eléctrica cuya tensión nominal sea superior a los 1.000 V se denomina de Alta Tensión. Estos sistemas utilizan materiales aislantes diversos que deben soportar distintos esfuerzos climáticos, térmicos, mecánicos y eléctricos durante su vida útil, con una probabilidad de falla admisible. Un Laboratorio de Alta Tensión debe poseer una serie de fuentes de prueba que generen un conjunto de tensiones normalizadas que sean capaces de reproducir los mismos esfuerzos a los que se ven sometidos estos materiales y así verificar su soportabilidad y su calidad. Los estudios de Coordinación de Aislamiento [2,3] y las normas de pruebas, determinan el conjunto de estas tensiones que deben ser utilizadas en las condiciones de ensayo.

El Laboratorio de Alta Tensión UNEXPO-ULA, ver Figura 1, está conformado por: Fuentes de Prueba de Corriente Alterna, de Corriente Directa y de Impulso tipo Rayo, Espinterómetros de diversos diámetros y configuraciones, equipos y divisores capacitivos y resistivos para la medición, osciloscopios de altas velocidad de muestreo, cámara de niebla limpia y otros elementos, que permiten reproducir las principales ondas de tensión y condiciones para pruebas a equipos eléctricos. Básicamente las fuentes de prueba tienen la siguiente descripción y objeto de funcionamiento:

2.1. FUENTE DE PRUEBA DE CORRIENTE ALTERNA DE 400 KV: Esta fuente tiene como objeto probar los equipos a la frecuencia de potencia o de 60 Hz. Sus características técnicas son: tensión y corriente de salida entre 0 y 400 kV y 30 mA, respectivamente, modelo del fabricante 7400-200, marca HIPOTRONICS. Se pueden asociar a esta fuente una cámara de niebla limpia para las pruebas de contaminación y un equipo detector de descargas parciales. Está constituida básicamente por un autotransformador, para el ajuste de la tensión de prueba, y un transformador elevador (de 6 m de altura, aproximadamente) de relación 1:1.000 V. La Figura 2 muestra la fuente de prueba y la Figura 3 la Cámara de Niebla Limpia.

2.2. Fuente de Prueba de Corriente Continua de 300 kV: Esta fuente tiene como objeto probar los equipos, que por sus altas capacidades reactivas o capacitivas, no pueden ser ensayados a la frecuencia de potencia. Sus características técnicas son: tensión y corriente de salida entre 0 y 300 kV y 20 mA, respectivamente, modelo del fabricante 2300R-20, marca HIPOTRONICS. Está constituida básicamente por un transformador elevador y un sistema de rectificación en alta tensión, todo ello encapsulado en una cámara de aceite, con una altura aproximada de 3 m.

2.3. Fuente de Prueba de Impulso tipo rayo de 600 kV: Esta fuente tiene como objeto probar equipos ante las sobretensiones transitorias producidas por los impactos directos o cercanos de las descargas atmosféricas. Estas sobretensiones se caracterizan por ondas viajeras de tensión con un frente de onda de pendiente rápida que suben bruscamente a su valor pico o máximo para luego descender muy lentamente a cero. La forma de onda normalizada por la IEC 60060-1 [4] es de 1,2 µs para alcanzar su valor pico y 50 µs para descender al 50% de este valor, especificada como una onda típica de rayo de 1,2/50 µs. Sus características técnicas son 600 kV de tensión de salida, modelo según fabricante IG600-15, marca HIPOTRONICS. Está constituido por una fuente de corriente continua de 100 kV, seis juegos de condensadores de 25 nF, resistencia de frente y cola de 500 y 200 _, respectivamente y espinterómetros para la formación del frente y cola de la onda de impulso y un sistema de trigatrón para producir el inicio manual de la onda. Adicionalmente se le asocia un osciloscopio con memoria de frecuencia 400 MSa/s para la calibración de la onda y su registro en el momento de efectuarse las pruebas. La Figura 4 muestra la fuente de prueba y la Figura 5 el osciloscopio de memoria para la medición.

3. Investigaciones

La línea de investigación “Aislamiento y Alta Tensión” fue creada en el año 1.998 como respuesta a la necesidad de dar apoyo a los trabajos de investigación que se estaban desarrollando en esta área de la ingeniería eléctrica, bajo el auspicio del LAT. Tiene como objetivo proponer una serie de alternativas para mejorar la Calidad del Servicio Eléctrico y la Calidad de Vida de sus usuarios, al resolver problemas relacionados con el aislamiento y la operación de los equipos de alta tensión y buscar soluciones, innovaciones y cambios tecnológicos con fines educativos e industriales. Esta área de estudio es de vital importancia para el desarrollo del país, ya que propone las mejoras a implementar en los procesos productivos en función de elevar la calidad de vida del los usuarios de servicio eléctrico. Sus subáreas o temáticas fundamentales son:

• Técnicas de ensayo y medición en alta tensión.

• Coordinación de aislamiento, descargas atmosféricas y sistemas de puesta a tierra.

• Nuevos materiales, equipos y componentes para el sector eléctrico.

• Aislamiento eléctrico.

• Comportamiento de los equipos y componentes eléctricos.

La solución de problemas en esta área del conocimiento, a través de un grupo de investigación conformado por docentes y estudiantes, da al LAT, como institución relevancia en el ámbito nacional y reconocimiento por parte de organismos gubernamentales y no gubernamentales. Las investigaciones realizadas en el LAT han permitido desarrollar dos (2) Tesis en opción al Grado Científico de Doctor en Ciencias Técnicas, diversos Trabajos de Grado de la Maestría en Ingeniería Eléctrica, Trabajos Especiales (de estudiantes de pregrado de las universidades: UNEXPO, ULA, UNEFA, UFT y Yacambú), pasantías y ayudantías de investigación, así como publicaciones en revistas de reconocimiento nacional e internacional y más de 50 trabajos presentados en congresos nacionales e internacionales.

Muestra de todo ello es que el LAT ha recibido en los años 1.999, 2.000 y 2.001 el premio al “El Laboratorio que prestó mayor apoyo científico de la UNEXPO”, como reconocimiento a las investigaciones realizadas en él y a la proyección que le ha dado a nuestra Alma Mater, dentro y fuera del país.

4. Docencia

Dentro del área docente, en las instalaciones del LAT realizan prácticas de laboratorio estudiantes de pregrado de las universidades: ULA, LUZ y UNEXPO y se ha dado apoyo a las Maestrías en Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Carabobo-CIED, UNEXPO-CIED y UNEXPO. Por último se está promocionando un Diplomado en Alta Tensión, conformado por seminarios de corta duración, para dar respuesta a las necesidades prioritarias de la Zona Centro Occidental del país en esta área.

5. Servicios

En el LAT se han desarrollado múltiples trabajos de asesoramiento a la Industria Eléctrica Nacional, así como certificaciones de control de calidad a equipos eléctricos. Entre estos trabajos pueden citarse: pruebas normalizadas y no normalizadas a aisladores de porcelana y vidrio, seccionadores, cortacorrientes, transformadores y otros de las empresas ENELBAR, CADAFE, EDELCA, CACEI, PDVSA, pruebas a botas, pértigas y otros equipos de seguridad de diferentes empresas. Todos ellos dan respuesta a la necesidad que tiene la industria eléctrica de mejorar sus sistemas de gestión y control de la calidad de sus equipos.

III. REFERENCIAS

1. Zubillaga. En la UNEXPO Inaugurado Centro de Investigación en Alta Tensión y Aislamiento Eléctrico. Diario El Impulso. Barquisimeto. 22/07/94. pp 1.        [ Links ]

2. IEC 60071-1. Insulation Coordination. Part 1: Definitions, principals and rules. París. 1.993. pp: 127.        [ Links ]

3. IEC 60071-2. Insulation Coordination. Part 2: Application guide. París. 1.976. pp: 34.        [ Links ]

4. IEC 60060-1. High-voltage test techniques. Part 1: General definitions and test requirements. París. 1989. pp: 76.        [ Links ]