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INFORME N°1 – GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE ALTAS TENSIONES EN AC GRUPO 1: Edgar Javier Ramírez Ortiz, David Alejandro Aguilar Arévalo, Carlos Davis Romero, John Edisson Gil Delgado Laboratorio de Aislamiento Ingeniería Eléctrica Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica Bogotá D.C.
I.
OBJETIVOS
1. Aplicar las técnicas de alta tensión para la generación y medición de altas tensiones AC. 2. Establecer los diferentes métodos de medición de alta tensión AC, su uso, características, etc.
II.
DIVISORES DE TENSIÓN UTILIZADOS EN LA PRACTICA
La Figura 1 muestra los esquemas eléctricos de cada uno de los divisores de tensión utilizado en la práctica. Para la Figura 1 (a) se muestra el esquema de un divisor resistivo puro donde la impedancia en baja tensión (𝑍𝐵𝑇 ), puede tener valores de
40 𝐾Ω o 100 𝐾Ω. Del mismo modo la Figura 1 (b) muestra el esquema de un divisor capacitivo puro donde la impedancia en baja tensión (𝑍𝐵𝑇 ), puede tener valores de 330 𝑛𝐹 o 205 𝑛𝐹.
III.
ESQUEMAS ELÉCTRICOS CONECTADOS A LA RAMA EN BAJA TENSIÓN
Figura 2. Esquema eléctrico general conectado en BT.
La Figura 2 muestra el esquema eléctrico de todo el sistema de medida implementado en baja tensión, el cual contempla la sonda para extraer la señal de tensión y la impedancia interna del equipo de medida; este último puede ser un multímetro o un osciloscopio y la impedancia interna dependerá de las características del mismo. Ver Tabla 1. Teniendo en cuenta también que el divisor resistivo compensado y capacitivo amortiguado tienen impedancia de acople.
Figura 1. Esquemas eléctricos de los divisores a usar en la práctica.
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Divisor Capacitivo Amortiguado 𝑅𝐴𝑇 = 54.28 Ω 𝐶𝐴𝑇 = 1227 𝑝𝐹 𝑅𝐵𝑇 = 0.03952 𝐾Ω 𝐶𝐵𝑇 = 1.686 µ𝐹 RT en Vacío 1375.08 RT con 1375.27 Multímetro RT con 1375.2 Osciloscopio Figura 3. Esquema eléctrico método de impedancia previa con FLUKE 289 en modo micro amperimetro.
Equipo Multímetro Fluke 289 Osciloscopio DPO7054C
Impedancia interna Voltímetro [V]:
𝑅𝑖𝑛 = 10𝑀Ω 𝐶𝑖𝑛 = 100 𝑝𝐹 Microampereimetro:
𝑅𝑖𝑛 = 102 Ω 𝑅𝑖𝑛 = 1𝑀Ω 𝐶𝑖𝑛 = 13 𝑝𝐹
Tabla 1. Impedancia interna de equipos de medida utilizados.
IV.
RESUMENN RELACIONES DE TRANSFORMACION
Divisor Resistivo Puro 𝑅𝐴𝑇 = 280 𝑀Ω 𝑅𝐴𝑇 = 280 𝑀Ω 𝑅𝐵𝑇 = 40 𝐾Ω 𝑅𝐵𝑇 = 100 𝐾Ω RT en Vacío 7001 2801 RT con 7038.34 2838.34 Multímetro RT con 7281.41 3081.41 Osciloscopio Divisor Capacitivo Puro 𝐶𝐴𝑇 = 100 𝑝𝐹 𝐶𝐴𝑇 = 100 𝑝𝐹 𝐶𝐵𝑇 = 330 𝑛𝐹 𝐶𝐵𝑇 = 205 𝑛𝐹 RT en Vacío 3301 2051 RT con 3304.4 2054.27 Multímetro RT con 3327.64 2077.25 Osciloscopio Divisor Resistivo Compensado 𝑅𝐴𝑇 = 280 𝑀Ω 𝐶𝐴𝑇 = 98.79 𝑝𝐹 𝑅𝐵𝑇 = 102.3 𝐾Ω 𝐶𝐵𝑇 = 0.271 µ𝐹 RT en Vacío 2738.05 RT con 2749.97 Multímetro RT con 2772.78 Osciloscopio
V.
REFERENCIAS
[1] KUFFEL E., ZAENGL W.S. y KUFFEL J. High voltage engineering: Fundamentals. Editorial Newnes, Norfolk, 2000. [2] SCHWAB A.J. High voltage measurement technique. [3] SIEGERT LUIS. Alta Tensión y sistemas de Transmisión. [4] http://www0.unsl.edu.ar/~eyme1/laboratorios
3
VI.
RESULTADOS ESPERADOS
DIVISOR RESISTIVO PURO (Opción 1)
Lectura en BT Tensión en Alta
15000
30000
45000
Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms] Vp [V]
Datos BT sin equipo de medida
2.143
3.030
4.285
6.060
6.428
9.090
Datos BT con multimetro
2.131
3.014
4.262
6.028
6.394
9.042
Datos BT con osciloscopio
2.060
2.913
4.120
5.827
6.180
8.740
DIVISOR RESISTIVO PURO (Opción 2)
Lectura en BT Tensión en Alta
15000
30000
45000
Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms] Vp [V]
Datos BT sin equipo de medida
5.355
7.573
10.710
15.147
16.066
22.720
Datos BT con multimetro
5.285
7.474
10.570
14.948
15.854
22.421
Datos BT con osciloscopio
4.868
6.884
9.736
13.769
14.604
20.653
DIVISOR CAPACITIVO PURO (Opción 1) Lectura en BT Tensión en Alta
15000
30000
45000
Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms] Vp [V]
Datos BT sin equipo de medida
4.544
6.426
9.088
12.853
13.632
19.279
Datos BT con multimetro
4.539
6.420
9.079
12.839
13.618
19.259
Datos BT con osciloscopio
4.508
6.375
9.015
12.750
13.523
19.125
DIVISOR CAPACITIVO PURO (Opción 2) Lectura en BT Tensión en Alta
15000
30000
45000
Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms] Vp [V]
4
Datos BT sin equipo de medida
7.314
10.343
14.627
20.686
21.941
31.029
Datos BT con multimetro
7.302
10.326
14.604
20.653
21.906
30.979
Datos BT con osciloscopio
7.221
10.212
14.442
20.424
21.663
30.636
DIVISOR RESISTIVO COMPENSADO Lectura en BT Tensión en Alta
15000
30000
45000
Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms] Vp [V]
Datos BT sin equipo de medida
5.478
7.748
10.957
15.495
16.435
23.243
Datos BT con multimetro
5.455
7.714
10.909
15.428
16.364
23.142
Datos BT con osciloscopio
5.410
7.651
10.819
15.301
16.229
22.952
DIVISOR CAPACITIVO AMORTIGUADO Lectura en BT Tensión en Alta
15000
30000
45000
Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms] Vp [V]
Datos BT sin equipo de medida
10.908
15.427
21.817
30.854
32.725
46.281
Datos BT con multimetro
10.907
15.425
21.814
30.849
32.721
46.274
Datos BT con osciloscopio
10.907
15.425
21.815
30.851
32.722
46.276
5
VII.
SIMULACIONES
Figura 4. Circuito para la generación y medición de altas tensiones AC Partiendo del circuito propuesto en la figura 4. Se realiza la respectiva simulación para cada método implementado; teniendo en cuenta el uso del equipo de medida para cada caso si así se requiere; con lo cual se obtiene:
DIVISOR RESISTIVO PURO Opción 1 R_AT=280 MΩ R_BT=40 KΩ
Divisor resistivo puro Tensión en Alta
Opción 2 R_AT=280 MΩ R_BT=100 KΩ 15000 [V] Vrms [Vrms]
Vrms [Vrms]
Vp [V]
Datos BT sin equipo de medida
Vp [V]
2,1189
2,997
5,2961
7,49
Datos BT con multímetro
2,1107
2,985
5,2439
7,42
Datos BT con osciloscopio
2,0375
2,881
4,8150
6,81
Divisor resistivo Tensión en Alta Datos BT sin equipo de medida Datos BT con multímetro Datos BT con osciloscopio
Vrms [Vrms] 4,3500 4,3300 4,1882
30000 [V] Vp [V] Vrms [Vrms] 6,15 6,12 5,92 Divisor resistivo
Vp [V]
10,7900
15,26
10,7600 9,8974
15,22 14,00
45000 [V] Tensión en Alta Datos BT sin equipo de medida Datos BT con multímetro Datos BT con osciloscopio
Vrms [Vrms]
Vp [V]
Vrms [Vrms]
Vp [V]
6,5180
9,22
16,2100
22,92
6,5079 6,2823
9,20 8,88
16,1480 14,8300
22,84 20,97
6
DIVISOR CAPACITIVO PURO: Opción 1 C_AT=100 pF C_BT=330 nF
Divisor capacitivo puro
Opción 2 C_AT=100 pF C_BT=205 nF 15000 [V]
Tensión en Alta Datos BT sin equipo de medida Datos BT con multímetro Datos BT con osciloscopio
Tensión en Alta Datos BT sin equipo de medida Datos BT con multímetro Datos BT con osciloscopio
Tensión en Alta
Vrms [Vrms]
Vp [V]
Vrms [Vrms]
Vp [V]
4,4700
6,322
7,1943
10,17
4,4673 4,4548
6,318 6,300 Divisor capacitivo puro 30000 [V]
7,1873 7,1550
10,16 10,12
Vrms [Vrms]
Vp [V]
Vrms [Vrms]
Vp [V]
9,1883
12,99
14,6900
20,77
9,1827 9,1572
12,99 14,6770 12,95 14,6180 Divisor capacitivo puro 45000 [V] Vrms [Vrms] Vp [V] Vrms [Vrms]
20,76 20,67
Vp [V]
Datos BT sin equipo de medida
13,6910
19,36
22,1820
31,37
Datos BT con multímetro
13,6830
19,35
22,1610
31,34
DIVISOR RESISTIVO COMPENSADO:
R_AT=280 MΩ R_BT=102.3 KΩ
Divisor resistivo compensado
C_AT=98.79 pF C_BT=0.271 µF
15000 [V] Vrms [Vrms]
Tensión en Alta Datos BT sin equipo de medida
5,4874
7,760
Datos BT con multímetro
5,4822
7,753
Datos BT con osciloscopio
5,4785
7,748
Divisor resistivo compensado Tensión en Alta Datos BT sin equipo de medida
30000 [V] Vrms [Vrms] 11,2700
Vp [V] 15,94
11,2590 11,2560 Divisor resistivo compensado
Datos BT con multímetro
Datos BT con osciloscopio
15,92 15,92
45000 [V] Tensión en Alta Vrms [Vrms]
Vp [V]
Datos BT sin equipo de medida
16,9050
23,91
Datos BT con multímetro
16,8800 16,8700
23,87 23,86
Datos BT con osciloscopio
7
DIVISOR CAPACITIVO AMORTIGUADO Divisor capacitivo amortiguado
R_AT=54.28 Ω R_BT=0.03952 KΩ
C_AT=1227 pF C_BT=1.686 µF
15000 [V]
Tensión en Alta
Vrms [Vrms] Datos BT sin equipo de medida
10,9400
15,471
10,9400 10,9400 Divisor capacitivo amortiguado 30000 [V] Tensión en Alta Vrms [Vrms]
Datos BT con multímetro
Datos BT con osciloscopio
Datos BT sin equipo de medida
22,5100
31,83 31,83
Vp [V]
Datos BT sin equipo de medida
33,7400
47,72
Datos BT con multímetro
33,7400 33,7400
47,72 47,72
Datos BT con osciloscopio
VIII.
Vp [V] 31,83
22,5100 22,5100 Divisor capacitivo amortiguado 45000 [V] Tensión en Alta Vrms [Vrms]
Datos BT con multímetro
Datos BT con osciloscopio
15,471 15,471
RELACIONES DE TRANSFORMACIÓN SIMULADAS Divisor Resistivo Compensado Divisor Resistivo Puro
RT en Vacío
7001,22
2835,38
RT con Multímetro RT con Osciloscopio
7029,15
2829,18
7281.57
3081,3
Divisor Capacitivo Puro
RT en Vacío
2738.39
RT con Multímetro
2740,98
RT con Osciloscopio
2742,9
Divisor Capacitivo Amortiguado
RT en Vacío
3301,12
2051,03
RT en Vacío
1371,77
RT con Multímetro
3302,9
2052,91
RT con Multímetro
1372,02
RT con Osciloscopio
3312,17
2077.25
RT con Osciloscopio
1371,89
8
IX.
SIMULACIÓN Y MEDICIÓN DE CORRIENTES MEDIANTE EL METODO DE RESISTENSIA PREVIA
Figura 5. Circuito implementado para medición mediante método de resistencia previa
Partiendo del circuito propuesto en la figura 4. Se realiza la respectiva simulación para cada método implementado; teniendo en cuenta que el equipo de medida para este caso se comporta como un microamperímetro. Se obtienen los siguientes resultados Opción 2 Opción 2 Opción 1 R_AT=280 Opción 1 Opción 2 Opción 1 R_AT=280 Divisor R_AT=280 MΩ R_AT=280 MΩ R_AT=280 MΩ R_AT=280 MΩ MΩ resistivo puro MΩ R_BT=100 R_BT=40 KΩ R_BT=100 KΩ R_BT=40 KΩ R_BT=100 R_BT=40 KΩ KΩ KΩ 15000 [V] 30000 [V] 45000 [V] Tensión en Alta Arms [Arms] Arms [Arms] Arms [Arms] Arms [Arms] Arms [Arms] Arms [Arms] Datos BT modo amperimetro
52,753 [uA]
52,893 [uA]
0,10844 [mA]
0,10872 [mA]
0,16266 [mA]
0,16309 [mA]
Divisor capacitivo puro
Opción 1 Opción 2 Opción 1 Opción 2 Opción 1 Opción 2 C_AT=100 pF C_AT=100 pF C_AT=100 pF C_AT=100 pF C_AT=100 pF C_AT=100 pF C_BT=330 nF C_BT=205 nF C_BT=330 nF C_BT=205 nF C_BT=330 nF C_BT=205 nF 15000 [V] 30000 [V] 45000 [V] Tensión en Alta Arms [Arms] Arms [Arms] Arms [Arms] Arms [Arms] Arms [Arms] Arms [Arms] Datos BT modo amperimetro
87,707 [uA] 83,095[uA] R_AT=280 C_AT=98.79 Divisor MΩ pF resistivo R_BT=102.3 C_BT=0.271 compensado KΩ µF 15000 [V] Tensión en Alta Arms [Arms] Datos BT modo amperimetro
63,670 [uA] R_AT=54.28 Ω C_AT=1227 Divisor pF capacitivo R_BT=0.03952 C_BT=1.686 amortiguado KΩ µF Tensión en Alta 15000 [V] Datos BT modo amperimetro Datos BT modo amperimetro
0,18029 [mA]
0,17081 [mA]
Opción 1 C_AT=100 pF C_BT=330 nF
Opción 2 C_AT=100 pF C_BT=205 nF
0,27043 [mA]
0,25621 [mA]
Opción 1 Opción 2 C_AT=100 pF C_AT=100 pF C_BT=330 nF C_BT=205 nF
30000 [V] Arms [Arms]
45000 [V] Arms [Arms]
0,13088 [mA]
0,19632 [mA]
R_AT=54.28 Ω C_AT=1227 pF R_AT=54.28 Ω C_AT=1227 pF R_BT=0.03952 C_BT=1.686 R_BT=0.03952 C_BT=1.686 KΩ µF KΩ µF 30000 [V] 45000 [V]
Arms [Arms]
Arms [Arms]
Arms [Arms]
775,12 [uA]
1,5933 [mA]
2,390 [mA]
