ACOSTA CARRASCO EDWIN JAVIER GARCÉS CADENA ANDRÉS ALEJANDRO

Transcripción

1 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EQUIPO AUTOMÁTICO DE PRUEBAS PARA LA VERIFICACIÓN DE CONTINUIDAD Y RIGIDEZ DIELÉCTRICA DEL ALAMBRE ESMALTADO DE COBRE PARA EL LABORATORIO DE CONTROL DE CALIDAD DE LA EMPRESA ECUATRAN S.A ACOSTA CARRASCO EDWIN JAVIER GARCÉS CADENA ANDRÉS ALEJANDRO Latacunga, 2014

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3 TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS TRIFÁSICOS PADMOUNTED

4 PARTES DEL TRANSFORMADOR ALAMBRE DE COBRE PARA BOBINAS NÚCLEO PARARRAYOS ACEITE DIELÉCTRICO

5 PRUEBAS AL ALAMBRE DE COBRE NORMA NEMA MW Dimensionales Adherencia y Flexibilidad Elongación Choque térmico Recuperación Elástica Rigidez Dieléctrica Continuidad

6 CONTINUIDAD Verificar la calidad del esmaltado del alambre, mediante detección de fallas. Parámetro Valor Voltaje de Prueba 1500 VDC Longitud de muestra 30m ± 2 Velocidad de recolección de alambre 18 m/min.

7 RIGIDEZ DIELÉCTRICA La prueba de rigidez dieléctrica se base en romper el aislamiento de la muestra de alambre en un punto determinado al aplicarle alto voltaje AC Parámetro Valor Frecuencia 60 Hz. Potencia > 500 VA. Voltaje Variable (0 7000V o superior) Velocidad de incremento de voltaje 500 V/s (+/- 10%)

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9 ANTECEDENTES

10 DISEÑO DE FUENTE DC FUENTE 1500 VDC V ID >2VP V ID > 2(166.02V) V ID > V V tc >2VP V tc >332.05V Diodo 1N4007 Capacitor Electrolítico 10uF/450 V

11 DISEÑO DE FUENTE DC V RED = V V P = V # Etapas Cálculo Voltaje (VDC) 3 V OUT = V P + 2V P V OUT = 4V P V OUT = V P + 4V P V OUT = 6V P V OUT = V P + 6V P V OUT = 8V P V OUT = V P + 8V P V OUT = 10V P

12 1 2 CIRCUITO DE ACONDICIONAMIENTO PARA DETECCIÓN DE FALLAS EN EL ESMALTADO DEL ALAMBRE V in = 1500 VDC. V FALLA = VR1= 10V. V IN 1500 V R 2 = 1MΩ (Asumimos este valor debido a que ésta resistencia es comercial) VOLTAJE DE FALLA - + R 1 =? 2 1 R1 6k8 R2 1M

13 CIRCUITO DE ACONDICIONAMIENTO PARA DETECCIÓN DE FALLAS EN EL ESMALTADO DEL ALAMBRE V VOLTAJE DE FALLA 2 1 D1 1N4007 D2 1N4007 D3 1N4007 D4 1N4007 R1 1k Q1 2N3904 R2 1k Q2 2N3904 D9 1N4007 D10 1N4007 Q3 2N3904 RL1 1 2 SEÑAL A PLC V Diodo: 0.7 (V. medido) V Total: V D1 +V D2 +V D3 +V D4 V Total: 2.8

14 DISEÑO DE FUENTE AC CARACTERÍSTICAS DEL TRANSFORMADOR Parámetro Voltaje de Entrada Voltaje de Salida Potencia Frecuencia Valor 120 V 18 KV 1 KVA 60 Hz

15 CIRCUITO DETECTOR DE SOBRE-CORRIENTE Voltaje Primario: Voltaje Secundario: V 1 = 120V V 2 = 18000V Corriente en el Primario: I 1 =? Corriente en el secundario: I 2 = 10mA Relación de Transformación: m=

16 CIRCUITO DETECTOR DE SOBRE-CORRIENTE CÁLCULOS Datos: I 1 = 1.5A R Shunt = 1.5Ω

17 CIRCUITO DETECTOR DE SOBRE-CORRIENTE R3 220R D3 LED-RED R1 1k R2 1k D7 RL2 OMIH-SH-105D 1 2 J3 TBLOCK-I2 J2 2 1 TBLOCK-I2 BR1 D1 1N4007 D2 1N4007 D4 1N4007 Q1 2N3904 Q2 2N3904 1N4007 Q3 TIP41 KBPC806 C1 10u

18 CIRCUITO DE ACONDICIONAMIENTO PARA ENTRADA ANALÓGICA 1 FU1 2 Luego se encuentra el voltaje continuo entregado: V V TR1 V2 0-9V 1A BR1 2W005G C1 220u C2 220u C3 10n R2 470R R1 220R D1 1N4738A 1 2 ENTRADA ANALOGICA PLC Cálculo del voltaje de caída en R 2, para poder seleccionar el diodo zener adecuado: 3

19 SELECCIÓN DEL PLC ENTRADAS REQUERIDAS EN EL PLC Y TIPO DE SEÑAL # de Entrada NOMBRE DE VARIABLE TIPO 1 Sensor Presencia Alambre (Agua) Digital 2 Sensor Presencia Alambre (Escobillas) Digital 3 Fallas del Alambre Digital 4 Sensor de Sobre-Corriente Digital 5 Inicio Variac Digital 6 Fin Variac Digital 7 Sensor Ventana Rigidez Digital 8 Paro de Emergencia Digital 1ª Voltaje de Rigidez Dieléctrica Analógica

20 SELECCIÓN DEL PLC SALIDAS REQUERIDAS EN EL PLC Y TIPO DE SEÑAL # de Salida NOMBRE DE VARIABLE TIPO 1 Encender Sistema de Continuidad Agua. Digital 2 Encender Sistema de Continuidad Escobillas. Digital 3 Encender Sistema de Alto Voltaje Digital 4 Retorno VARIAC. Digital

21 DISEÑO Y SELECCIÓN DEL SISTEMA MECÁNICO Los principales parámetros que influyen directamente en el diseño mecánico de la máquina son:

22 ANÁLISIS DE UN ELEMENTO CURVO SOMETIDO A FLEXIÓN r i = radio de la fibra inferior del alambre c i = distancia de la fibra inferior al eje neutro r o = radio de la fibra superior del alambre r n = radio del eje neutro del alambre = diámetro del alambre = 2,906 mm r c = radio del eje centroidal del alambre R = radio del alambre = 1,453 mm e = distancia entre E.centroidaly E.neutro c o = distancia de la fibra superior al eje neutro

23 FUERZA EN LOS POLEAS GUÍAS Sabiendo que: 1 σ o1 = M 1 c 01 A e 1 r o1 σ o1 = 4 F 1 r c1 c 01 π 2 e 1 r o1 2 σ o1 K C S y σ o1 = 4 F 1 17,453 1,4833 π ,03 18,906 F 1 = N mm2 6,88 mm 2 σ o1 = 6,88 mm 2 F 1 F 1 = 110,2N

24 FUERZA EN EL TAMBOR PARA ENROLLAMIENTO DEL ALAMBRE σ o2 = M 2 c 1 o2 2 A e 2 r o2 σ o2 K C S y σ o2 = 4 F 2 r c2 c o2 π 2 e 2 r o2 F 2 = N mm2 26,27 mm 2 σ o2 = 4 F 2 64,453 1,4612 π , ,9066 F 2 = 28,85 N σ o2 = 26,27 mm 2 F 2 F T = 2 F 1 + F 2 F T = 249, 25 N

25 SELECCIÓN DEL MOTOR-REDUCTOR ω t = V A = ω t t m s m ω t = 7,35 rad s = 70,2 rpm Pot = Fr. V Pot = 249,25 N 0,5 m = 124,63 W s Pot M = Pot ƞ R ƞ M Pot M = 124,63 0,9 0,6 Pot M = 230,8 W = 0,31 p T = F T r n2 T = 249,25 N 64,4448 mm T = 16062,8 N mm = 16,06 Nm

26 Análisis de Esfuerzos DISEÑO DE LA ESTRUCTURA SOPORTE σd = Esfuerzo de diseño Sy = Resistencia a la flexion = 320MPa N = factor de seguridad σd = Sy N σ d = (320MPa) σ d = MPa. σ < σd

27 DEFORMACIÓN FACTOR DE SEGURIDAD

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29 ELABORACIÓN PLACAS ELECTRÓNICAS

30 CONEXIONES DEL TRANSFORMADOR

31 TABLERO DE CONTROL

32 CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURA MECÁNICA

33 ENSAMBLAJE FINAL DE LA MÁQUINA

34 IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA HMI

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36 PRUEBAS A LAS FUENTES DE ALTO VOLTAJE

37 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL PLC Y TOUCH SCREEN

38 CALIBRACIÓN DEL EQUIPO

39 VALIDACIÓN DE LA HIPÓTESIS El diseño y construcción de un equipo automático permitirá la realización de las pruebas de continuidad del esmaltado y rigidez dieléctrica del alambre redondo de cobre en menor tiempo y mayor confiabilidad

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41 CONCLUSIONES Se realizó el diseño y construcción de la máquina de pruebas de continuidad y rigidez dieléctrica del alambre esmaltado, permitiendo de esta manera evitar el uso de los equipos que se utilizan normalmente para los transformadores. La calibración para la prueba de continuidad se realizó mediante una comparación de resultados entre el sistema antiguo y el sistema de la máquina, obteniendo valores similares en los resultados. El número de fallas en cada muestra de alambre de un mismo carrete en la prueba de continuidad no es el mismo pero si se mantiene en un rango, debido a que cada muestra que se prueba es nueva y el esmaltado no es totalmente continuo.

42 La prueba de rigidez dieléctrica del alambre esmaltado antes se realizaba con un equipo que contaba con un voltímetro analógico, por lo que el valor del voltaje de rigidez registrado por el operador no era el exacto. El equipo construido registra el valor exacto del voltaje de rigidez del alambre, permitiendo visualizar este valor en la pantalla. El registro de datos de las muestras de alambre se almacenan en una memoria USB externa para una posterior verificación de resultados. Se redujo notablemente hasta en un 80% el tiempo de realización de las pruebas, permitiendo de esta manera que se prueben más muestras de alambre sin inconvenientes y con tan solo un operador.

43 RECOMENDACIONES Realizar mantenimiento preventivo en el tablero de control, para prolongar la vida útil de la máquina. Trimestralmente realizar una prueba de TTR al transformador de 18KV, ubicado en la parte inferior de la máquina. Verificar siempre la conexión a tierra que debe tener la máquina para la prueba de rigidez dieléctrica. No olvidar retirar el esmalte del extremo del alambre antes de ajustarlo al tambor metálico. Durante la prueba de continuidad del alambre no tocar el tambor metálico que recoge el alambre, ya que en el tambor tiene el contacto positivo de 1500V DC.

44 GRACIAS POR SU ATENCIÓN