UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
Presentado por: ALVAREZ JORGE CALLATASIG DANIEL JEFFERSON IZA LEMA ALEXANDER SILVA JONATHAN PARDO FRANKLIN
Docente: MSC ING. ILIANA GONZÁLEZ
Nivel: 5to “A” Eléctrica
Tema del trabajo VOLTAJES DE IMPULSOS ESTANDARIZADOS POR NORMAS
TRABAJO INVESTIGATIVO
Latacunga, 02 de Mayo del 2017
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Introducción
En esta investigación acerca de los voltajes de impulsos estandarizados por normas anunciaremos la funcionalidad de cada uno de los temas, cuáles son las principales características y los medos de estandarización de cada caso el equipo de alto voltaje sirven fundamentalmente para la generación y medida de voltajes alternos, continuos y de choque.
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1. OBJETIVO GENERAL 2. Investigar los voltajes de impulso así como los factores influyentes al momento de generar dicho pulso a la vez conoceremos los estándares y normas que estos voltajes presentan en su accionamiento, a través de una minuciosa búsqueda bibliografía en libros, páginas web y revistas científicas relacionadas en el tema para reforzar
los conocimientos y estar preparados para la resolución de
problemas.
3. OBJETIVO ESPECÍFICO Conocer todo lo destacado en información sobre los voltajes de impulso hasta la actualidad.
Lograr entender los factores que influyen al momento de generar u obtener el voltaje de impulso.
Conseguir información apropiada para una posterior comprensión de los estándares y normas que los voltajes de impulso presentan.
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4. MARCO TEÓRICO VOLTAJES DE IMPULSOS ESTANDARIZADOS POR NORMAS Los tipos de alto voltaje de impulso sirven fundamentalmente para la generación y medida de voltajes alternos, continuos y de choque. Los elementos para generación están construidos de tal manera que puedan acoplarse para formar cada uno de los circuitos de experimentación. (Floyd, 2007, pág. 360) Normalmente una instalación grande de 500 a 1.000 KVA con un millón de voltios, por ejemplo, necesita una comente de 0.5 a 1 Amp., proporcionalmente para una de 100 KV tendremos de 50 a l00 mA. En este caso particular se tiene para 60 c/s una cargabilidad de 50 mA. En 15 minutos. (KO 15) lo cual proporciona una potencia monofásica de 5 KVA durante el mismo tiempo, esto significa que el transformador podrá ser cargado con una capacidad de prueba de hasta 1.600 pF (1.66 M-ohm), lo cual no se presenta frecuentemente. Para pruebas con voltaje continuo, utilizando rectificadores y condensadores de aplanamiento puede obtenerse hasta 130 KV y 260 KV, en cascada de una o dos etapas respectivamente. El porcentaje de ondulación es de 10% utilizando condensadores de 6.000 pF, con una corriente máxima de 5 MA (debido a la limitación de los rectificadores). Para la generación de altos voltajes de impulso se utiliza como alimentación la fuente de continua de 130 KV, y se usan los condensadores de 6.000 pF como capacidad de choque. Con esto se puede tener una energía de 60 W-s para una sola etapa y de 120 W-s para dos etapas, en conexión según Marx. La capacidad de carga con el objeto de tener una onda normalizada es aproximadamente la quinta parte de la de choque, o sea 1.200 pF. Utilizando resistencias adecuadas para la descarga y amortiguamiento se puede obtener las ondas de 1/50 y 1/100 micro-segundos.
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FUNDAMENTOS SOBRE GENERADORES DE IMPULSOS DE TENSION El generador de impulsos es un equipo que genera intencionalmente transitorios de alto nivel de tensión para simular sobretensiones tipo atmosférico y de maniobra, con la finalidad de verificar la capacidad que posee un determinado dispositivo o máquina de soportar dicho impulso sin que ocurra ruptura dieléctrica en su aislamiento. (Harper, Elementos de Diseños de Subestaciones Electricas, 2010) Pág. 294
PRINCIPIO BÁSICO DEL GENERADOR DE IMPULSOS Muchos años de investigación han determinado que una sobretensión atmosférica se puede representar como un impulso unidireccional de tensión y obtenerse a partir de los circuitos mostrados en la figura siguiente. (Floyd, 2007, pág. 360) pág. 175.
FORMA DE ONDA NORMALIZADA DE LA TENSION DE IMPULSO Aunque las formas de onda de las sobretensiones atmosféricas poseen gran variedad, se han estandarizado algunas de ellas para efectuar pruebas de impulso en equipos y máquinas eléctricas. Como onda normalizada de tensión impulsiva se entiende como aquella que posee unas características bien definidas respecto a la duración y amplitud de la misma.
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GENERADOR DE IMPULSOS MULTIETAPAS Desde el punto de vista económico, el empleo de un generador de una sola etapa es válido para tensiones que no superen los kilovoltios de diseño de la etapa. Además, para obtener un rango amplio de tensiones de prueba es necesario disponer de un generador de impulsos de varias etapas que cumpla con la siguiente característica: que mediante la conexión en serie de dichas etapas se produzca la tensión de prueba deseado al momento de la descarga. Cuyo ejemplo se muestra en la Figura siguiente.
Esquema de un generador de impulsos multietapa
El generador consta de n etapas en donde los condensadores C1 de cada una de éstas son cargados en paralelo, a la tensión DC deseada, a través de la resistencia de frente R1, de cola R2 y de carga Rc (ésta última de un valor mucho más grande que las demás alrededor de las decenas de Kohm-), como se esquematiza en la Figura siguiente.
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Circuito equivalente de la fase de carga de un generador de impulsos multietapa Cuando ha transcurrido cuatro o cinco veces la constante de tiempo de este proceso, todos los condensadores se cargan a la tensión pico
= ∗ En
este instante, el generador
de impulsos está disponible para iniciar la descarga en el circuito externo. Posteriormente, en la fase de descarga del generador y considerando que la resistencia de carga Rc, el circuito queda reducido al representado en la Figura siguiente.
VOLTAJES DE IMPULSO ESTANDARIZADO POR NORMAS TECNICA ECUATORIANANTE INEN 2127 Voltaje máximo del equipo y su nivel de aislamiento
4.2.1.- A cada devanado de un transformador se asignará un valor de voltaje máximo del equipo Vm.
4.2.1.1.- Las exigencias para la coordinación del aislamiento de un transformador con respecto a sobrevoltajes transitorios se formularán de manera diferente dependiendo del valor de Vm. Cuando las exigencias acerca de los ensayos específicos para devanados diferentes en un transformador difieran, se aplicará la exigencia para el devanado con el más alto Vm.
4.2.1.2.- Los valores generalizados de Vm se indican en las tablas 1 y 2. El valor que se va a seleccionar para un devanado del transformador será igual o inmediatamente superior al voltaje nominal del devanado. 7
4.2.1.3.- Si el voltaje máximo del sistema Vm no es excedido, los devanados de los transformadores podrán estar provistos de derivaciones para voltajes por encima del valor del voltaje nominal, sin incrementar el nivel básico de aislamiento NBA (BIL) seleccionado.
4.2.2.- Los voltajes especificados que debe soportar el devanado y que constituyen su nivel básico de aislamiento NBA (BIL), serán verificados por un conjunto de ensayos dieléctricos, el cual es diferente dependiendo del valor de Vm.
4.2.2.1.- El valor de Vm y el nivel básico de aislamiento NBA (BIL) que son asignados a cada devanado de un transformador, serán parte de la información que debe ser suministrada con un pedido y una orden. Si hay un devanado con aislamiento no uniforme el nivel de básico de aislamiento del terminal neutro también deberá ser especificado por el comprador.
4.2.2.2.- Los valores especificados de nivel básico de aislamiento NBA de todos los devanados, se deberán registrar en la placa de características. La información para los diferentes devanados deberá estar separada por una raya inclinada (/). Para un devanado con aislamiento no uniforme primero se indicará el valor de aislamiento del terminal de línea y enseguida, separado por un guión, el valor para el terminal neutro. 3.- En algunas aplicaciones con condiciones muy especiales de la especificación de otras combinaciones de soportar voltajes pueden estar justificadas. 4.- En ciertas aplicaciones, los devanados conectados en triángulo se conectan a tierra a través de uno de los terminales externos. En estas aplicaciones, una mayor resistencia de tensión con respecto a la tensión más elevada para el material Vm puede ser necesaria para este devanado y debe ser acordado entre el proveedor y el comprador.
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5. CONCLUSIONES Los tipos de sobre voltajes y bajo voltajes de orden del 90% del nominal y por el tiempo de tres ciclos aproximadamente, los drives los detectan como una condición de falla. Al momento de arrancar de grandes motores pueden ocasionar que los contactares se abran.
Uno de los factores de influencia es la caída momentánea de voltaje generada por el arranque de grandes cargas a comparación similar de los apagones
Las
normas
en
este
caso
establecidas
por
el
instituto
ECUATORIANANTE INEN 2127 para un perfecto funcionamiento de los equipos garantizan el mejor rendimiento.
6. RECOMENDACIONES
- Si se desea crear el generador de impulsos se debe contar con varios dispositivos como son: el transformador de aislamiento, regulador de voltaje, transformador elevador de la fuente, el rectificador y la resistencia de medida.
- Si se requiere recrear estos impulsos de tensión, se debe de tener en cuenta que se requieren grandes capacitancias, ya que soportarán mayor tensión de carga y la fuente de DC que las alimenta también debería ser de mayor tensión.
- se debe garantizar que la onda aplicada al objeto bajo prueba, cumpla con los requerimientos de normas internacionales en cuanto a su forma y magnitud.
- Para lograr el pulso de tensión deseada se debe emplear múltiples etapas de condensadores ya que estos al cargarse en paralelo a una fracción de voltaje se reconfiguran en serie y de esta manera lograr su cometido. 9
7. BIBLIOGRAFÍA Chapman, S. (2000). Máquinas eléctricas. Mc Graw Hill. Floyd, T. (2007). Principios de Circuitos Electricos. Mexico: Pearson Educacion. Grainger, J. J., & Stevenson Jr, W. D. (1996). Análisis de Sitemas de Potencia. Mexico: Mc GrawHill. Harper, E. (2010). Elementos de Diseños de Subestaciones Electricas. Mexico: Limusa. Schmelcher, T. (1984). Manual de Baja Tension. Berlin: Siemens. A. L. (2008). DISEÑO DE UN GENERADOR DE IMPULSO DE ALTA TENSIÓN BASADO EN LAS NORMAS ASTM-D3426 E IEC-60243-3 PARA ENSAYOS DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA DE MATERIALES POLIMÉRICOS SÓLIDOS. Perú: PONTÍFICA UNIVERSIDAD DE PERÚ. D. G., & D. R. (2009). DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN GENERADOR DE IMPULSO DE VOLTAJE DE 10 KV. Colombia: UNIVERSIDAD DEL VALLE. E. M., & M. M. (2008). METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE LA SEÑAL DE IMPULSO DE VOLTAJE TIPO RAYO. Colombia: UNIVERSIDAD DEL VALLE. H. S., & S. V. (2007). ENSAYOS DE COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO EN ELEMENTOS DE CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN UTILIZANDO EL GENERADOR DE IMPULSO DE ALTO VOLTAJE. El Salvador: UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR. M. B., & Á. U. (2011). ELABORACIÓN DE PROPUESTA DE ESTÁNDAR PARA LA CONSTRUCCIÓN DE SUBESTACIONES DE TRANSFORMACIÓN MEDIA TENSIÓN/MEDIA TENSIÓN, NIVEL DE VOLTAJE 46KV A 23/13.2/4.16KV. El Salvador: UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR.
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