generaciÓn y mediciones de altas tensiones ac y dc

GENERACIÓN Y MEDIDA ALTA TENSIÓN Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José F. Lozano

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PRACTICA 2 y 3: GENERACIÓN y MEDICIONES DE ALTAS TENSIONES AC Y DC

Luis E. Ardila Diego M. Calderón José F. Lozano [email protected] [email protected] [email protected]

ACTIVIDADES PARA ANTES DE INICIAR LA PRACTICA

1. Cuáles son las ventajas, desventajas y aplicaciones de la generación de alta tensión AC

Una de las principales ventajas y aplicación es en la transmisión de potencia, debido a que la

potencia es una función del voltaje y la corriente, por lo tanto, al tener un voltaje mayor se

puede transmitir la misma partencia con una corriente menor esto genera menores perdidas

por efecto joule así como tener cables de menor calibre obteniendo menores costos en la

trasmisión de potencia. Otra ventaja es que tanto lo generadores o motores están diseñados

para corriente AC ya que son más baratos y eficientes, la transformación en AC es más simple

para y barata para cualquier nivel de tensión, además se tienen minimización de algunos

fenómenos eléctricos indeseables como magnetización en las maquinas, y polarizaciones y

corrosiones electrolíticas en pares metálicos.

2. Muestre un montaje típico para generar AC-HV

Un montaje típico para generar AC-HV es un transformador elevador conectado a una central

de generación. Este transformador tiene un mayor número de espiras en el secundario por lo

tanto eleva la tensión de entrada así generando AC-HV.

Gráfica 1. Transformador Elevador (AC-HV)

3. Cuáles son las ventajas, desventajas y aplicaciones de la generación de alta tensión DC

La generación DC de alta tensión presenta ventajas como: Minimizar las pérdidas en líneas de transporte, un mejor control total de la potencia activa, el efecto corona se reduce, y las pérdidas por capacidad de los conductores son mínimas. Además las desventajas que se presentan son: Necesita un generador adicional de la potencia reactiva, se genera armónicos cuando halla conversión a corriente alterna así como la transformación de voltajes es compleja y costosa, y todos los equipos de conversión son de alto coste. Las aplicaciones de este tipo de generación son líneas de transporte de potencia a largas distancias, transmisión de potencia en entornos marinos y subterráneos, conexión de sistemas asíncronos y estabilizar el sistema eléctrico debido al fácil manejo del nivel de potencia activa. 4. Muestre y explique de manera Gráfica y analítica el comportamiento de tensiones y

corrientes de los elementos que conforman un rectificador de media onda sin condensador

utilizado para la generación DC-HV.

T1

TRANSFORMER

1 5

4 8

V1

V+

V-


2

El siguiente es el montaje típico de la generación de DC-HV con un rectificador de media onda

sin filtro.

Gráfica 2. Rectificador Media Onda sin Filtro.

El voltaje en la carga será una media onda de la señal sinusoidal de entrada (parte positiva)

debido a que el diodo solo permite conducción de corriente en un sentido, es decir, cuando

esta polarizado en directa, además el voltaje en el diodo será la parte negativa de la onda

sinusoidal de entrada, mientras que la corriente de la carga será la parte positiva de una señal

sinusoidal que es cuando el diodo permite el paso de corriente como se muestra a

continuación.

_ Corriente Carga Voltaje carga (rojo) y Voltaje diodo(azul)

Gráfica 3. Simulaciones Rectificador Media Onda sin Filtro.

5. Muestre y explique de manera Gráfica y analítica el comportamiento de tensiones y

corrientes de los elementos que conforman un rectificador de media onda con un filtro por

condensador para la generación DC-HV.

El siguiente es el montaje típico de la generación de DC-HV con un rectificador de media onda

con filtro por condensador.

T1

TRANSFORMER

1 5

4 8

V1V+

V-

D1

DIODE

LOAD

T1

TRANSFORMER

1 5

4 8

V1V+

V-

D1

DIODE

LOAD

C1


3

Gráfica 4. Rectificador Media Onda con Filtro.

El voltaje en la carga será una señal DC con un pequeño rizado que depende del valor de la

capacitancia del Condensador que está en paralelo, esto se debe a que al conducir el diodo el

condensador se carga y cuando este deja de conducir el condensador se descarga por medio d

de la carga suministrándole energía hasta que nuevamente el diodo conduce y vuelve a cargar

el condensador.

Voltaje carga (rojo) y Voltaje diodo(azul) Corrientes iD (diodo) iL (carga) iC(condensador)

Gráfica 5. Simulaciones Rectificador Media Onda con Filtro.

6. Defina Gráfica y analíticamente para el puente rectificador del numeral anterior los

siguientes parámetros: factor de forma, valor eficaz y medio, tensión de rizado, factor de

rizado, valor pico de la señal filtrada, distorsión y oscilación.

El factor de forma de una señal rectificada de media onda con filtro por condensador se define

como la razón del voltaje eficaz con el voltaje medio de la señal.

El factor de rizado se define como la relación entre el valor eficaz de las componentes alternas

de la señal y su valor medio, y nos determinará el rizado de la señal.

El Valor Eficaz de una señal de tensión es aquel valor que al ser aplicado a una resistencia tiene

la misma eficacia térmica que una señal continúa o se define como:

El Valor medio es la componente de corriente continua de la señal o se define como:


4

El Voltaje de rizado o de ripple es el voltaje que tiene la señal rectificada con el filtro por

condensador que oscila entre dos puntos esta depende directamente de la carga y de la

capacitancia del condensador de filtro.

El valor pico de la señal filtrada es el valor máximo de tensión que alcanza la señal después del

filtro, mientras que al oscilaciones depende del voltaje de rizado igual que la distorsión de la

señal, en la siguiente Gráfica se muestre algunos de estos valores.

Gráfica 6. Valor Eficaz, Eficaz total y valor DC.

7. ¿Por qué para la generación DC-HV se busca tener bajos factores de rizado? Explique

brevemente

Al tener bajos factores de rizado se tienen señales DC con poca distorsión o una señal más

suave que no produzcan efectos armónicos o pequeña señales AC que generen potencia

reactiva en las cargas o líneas, además este rizado puede afectar equipos diseñados para

señales netamente DC.

8. Explique brevemente en qué consiste y cuál es el funcionamiento de un divisor óhmico o

resistivo, un divisor capacitivo puro y un divisor compensado, muestre cuales son las

relaciones de transformación para cada caso y cuáles son sus ventajas y desventajas frente a

la medición AC-HV y DC-HV.

El divisor resistivo consiste en dos resistencias en serie, este divisor funciona tanto para reducir

voltajes AC-HV como DC-HV, este reduce el voltaje de una señal con un factor de:

Gráfica 7. Divisor Resistivo Puro.


5

Un divisor capacitivo puro consiste en dos capacitores en serie, este divisor funciona mejor en

AC-HV debido a que en DC-HV el capacitor tiende a cargarse produciendo peligro al trabajar en

alta tensión además a largo tiempo o estado estable el condensador se comporta como un

circuito abierto en DC:

Gráfica 8. Divisor Capacitivo Puro.

Un divisor resistivo compensado es un divisor resistivo que tiene una capacitancia en paralelo,

este divisor funciona tanto para AC-HV como DC-HV ya que la parte dominante de cada

impedancia es la parte resistiva:

Gráfica 9. Divisor Resistivo Compensado.

El divisor Capacitivo amortiguado consiste en un divisor capacitivo con una resistencia en serie

a cada condensador este presenta los mismos problemas del capacitivo puro ya que la parte

dominante de la impedancia es la del condensador por lo tanto no es recomendable no

funciona bien en DC-HV.


6

Gráfica 10. Divisor Capacitivo Amortiguado.

9. ¿Por qué se puede afirmar que el divisor óhmico es dependiente de la temperatura?

Explique brevemente

La resistencia presenta un problema que es disipar toda la potencia por medio de calor

entonces cuando la corriente es muy grande ya que estamos trabajando alto voltaje, p la

resistencia disipa mucha potencia aumentando su temperatura y cambiando su valor de

resistencia debido a esto.

10 ¿Por qué no es recomendable utilizar divisores capacitivos puros para la medición de altas

tensiones DC? Explique brevemente.

Como se explico anteriormente tanto el divisor capacitivo puro o capacitivo compensado no

es muy recomendable utilizarlos en alto voltaje DC debido a que presenta problemas de cargas

y descargas del condensador y en un estado estable los condensadores en DC se comportan

como una resistencia muy grande o circuito abierto.

Procedimiento Utilizado En La Práctica La práctica del laboratorio corresponde a la generación y la medición de altas tensiones tanto en corriente alterna, como en corriente directa, esto se realizo con el objetivo de conocer los mejores métodos de medición, y reconocer los diferentes tipos de divisores para medir tanto AC-HV como DC-HV. Primero se realizó la identificación de varios métodos de medición, estos métodos son los que nosotros utilizaremos de aquí en adelante para comparar las mediciones realizadas, así como para tener el criterio de escoger la forma más adecuada de realizar estas mediciones. A continuación se especificaran cada uno de los divisores utilizados en las mediciones con sus valores tanto de los condensadores como de las resistencias y su respectiva relación de transformación, así como una simulación de los voltajes que se podían esperar en baja tensión. Resistivo Compensado I El Divisor Resistivo Compensado utilizado en el laboratorio corresponde al del siguiente montaje:

Vin

R1

R2

C1

C2

Vout


7

Gráfica 11. Primer Divisor Resistivo compensado Utilizado.

Este Circuito tiene la siguiente relación de transformación:

Por lo tanto el voltaje se reduce aproximadamente 965 veces como se muestra a

continuación en la simulación con un voltaje de entrada de 10 kV.

Gráfica 12. Simulación de Voltaje en impedancia Z2

Resistivo Compensado II El Segundo Divisor Resistivo Compensado utilizado en el laboratorio corresponde al del siguiente montaje:

R3

243.6MEG

R4

240k

V1

FREQ = 60

VAMPL = 10k

VOFF = 0

C1

52p

C2

50n

0

V

V


8

Gráfica 13. Segundo Divisor Resistivo compensado Utilizado.




Gráfica 14. Simulación de Voltaje en impedancia Z2.

Capacitivo Amortiguado El divisor capacitivo amortiguado utilizado en el laboratorio corresponde al siguiente montaje:

R3

243.6MEG

R4

120k

V1

FREQ = 60

VAMPL = 10k

VOFF = 0

C1

52p

C2

100n

0

V

V


9

Gráfica 15. Divisor Capacitivo Amortiguado Utilizado.




Gráfica 16. Simulación de Voltaje en impedancia Z2.

Capacitivo Puro El divisor capacitivo amortiguado utilizado en el laboratorio corresponde al siguiente montaje:

V1

FREQ = 60

VAMPL = 10k

VOFF = 0

C1

192p

R1

507

R2

0.5

C56

200n

V


10

Gráfica 17. Divisor Capacitivo Puro.




Gráfica 18. Simulación de Voltaje en C2

Una vez conocidos todos los principios para la generación de electricidad de alta tensión AC y los respectivos divisores de tensión, nos disponemos a realizar las respectivas medicines que me caracterizara de forma específica los métodos para medición. Primero se realizo el montaje para generar alta tensión de forma alterna y se ubicaron los elementos de medida cada tipo de divisor ubicando cuatro métodos directos de medición y se tomaron las mediciones en baja tensión incrementando la tensión del primario del transformador asegurando que en el lado de alta aumentáramos de a 5 KV hasta aproximadamente 70 KV. Se tabularon los datos y se dejan para su respectivo análisis. Después de la generación AC, generamos tensión DC, el procedimiento que se realizo para la generación de late tensión DC, fue generar señales alternas de alta tensión y después se rectificaron para manejar DC-HV. La rectificación se realizó por medio de un rectificador de

V1

FREQ = 60

VAMPL = 10k

VOFF = 0

C1

100p

C56

200n

V


11

media onda con filtro por capacitor con dos diferentes filtros uno de 6000 pF y otro de 100 pF Una vez realizado el montaje de la rectificación, se implementaron los métodos de medición, el divisor capacitivo amortiguado se utilizó para medir la salida del transformador en alta tensión con una señal alterna, para la medición de tensión DC, se utilizó el resistivo compensado, se incremento gradualmente la tensión de a 5 KV y se tomaron los respectivos valores para la comparación de los métodos, además se tomaron valores para medir rizado de cada uno de los filtros y así poder escoger el mejor método de medición en DC-HV. Los siguientes fueron los montajes y la simulación respectivas de la generación DC-HV. Montaje generación DC-HV con filtro por condensador de 6000 pF

Gráfica 19. Montaje Rectificador de Media Onda con Filtro (6000pF).

Gráfica 20. Simulación Señal Rectificada.

V1

FREQ = 60

VAMPL = 10k

VOFF = 0

H2O

1.9MEG

R2

507

R3

0.5

R4

10.16 MEG

R5

246.3MEG

R6

240k

C1

192p

C2

200n

C3

6000p

C4

52p

C5

50n

D1

D1N4001

V

V


12

Montaje generación DC-HV con filtro por condensador de 100 pF


Señal Rectificada

Gráfica 22. Simulación Señal Rectificada.

Como se pudo observar en las simulaciones con respecto a la rectificación de señales AC de alta tensión el valor del condensador que actúa como filtro es fundamental ya que este determina el rizado de la señal DC como veremos en la práctica.


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ANÁLISIS NUMÉRICO Y GRÁFICO DE RESULTADOS

1. Prueba Divisores de Tensión GENERACIÓN AC Primero veremos los resultados obtenido mediante la práctica, estos resultados se incluirán según el orden de las actividades realizadas, primer analizaremos la parte de generación de señales alternas con cada uno de los circuitos mostrados en las graficas 11, 13, 15 y 17. La primera tabla de datos que obtuvimos fue la generación AC-HV con el divisor resistivo compensado I y II, divisor capacitivo amortiguado y capacitivo puro.

AC Baja(V) AC Alta(V) Capacitivo

Amortiguado (V) Relación de

Transformación

11,18 5075,72 4,97 1021,27

22,01 9992,54 9,83 1016,54

33,11 15031,94 14,82 1014,30

44,05 19998,70 19,81 1009,53

55,17 25047,18 24,74 1012,42

66,4 30145,60 29,45 1023,62

77,3 35094,20 34,38 1020,77

87,9 39906,60 39,16 1019,07

99,3 45082,20 44,2 1019,96

109,7 49803,80 48,8 1020,57

121,2 55024,80 54,1 1017,09

132,5 60155,00 59 1019,58

144 65376,00 64,1 1019,91

Promedio 1018,05

Tabla 1. Divisor Capacitivo Amortiguado.

AC Baja(V) AC Alta(V) Resistivo

Compensado I (V) Relación de

Transformación

11,25 5107,50 5,49 930,33

22,22 10087,88 10,8 934,06

33,23 15086,42 16,21 930,69

44,13 20035,02 21,54 930,13

55,52 25206,08 27,07 931,14

65,9 29918,60 32,1 932,04

77,1 35003,40 37,5 933,42

88,3 40088,20 43,4 923,69

99 44946,00 48,7 922,92

110,7 50257,80 54,5 922,16

121,1 54979,40 59,5 924,02

132 59928,00 64,9 923,39

144,2 65466,80 70,8 924,67

Promedio 927,90

Tabla 2. Divisor Resistivo Compensado I.


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Compensado II (V) Relación de

Transformación

11,01 4998,54 2,416 2068,93

22,09 10028,86 4,91 2042,54

33,19 15068,26 7,38 2041,77

44,31 20116,74 9,87 2038,17

55,31 25110,74 12,3 2041,52

66,4 30145,60 14,71 2049,33

77,3 35094,20 17,13 2048,70

88,12 40006,48 19,61 2040,11

99,2 45036,80 22,05 2042,49

110,5 50167,00 24,68 2032,70

121,2 55024,80 27 2037,96

132 59928,00 29,35 2041,84

143,1 64967,40 31,84 2040,43

Promedio 2043,58

Tabla 3. Divisor Resistivo Compensado II.

AC Baja(V) AC Alta(V) Capacitivo Puro(V) Relación de

Transformación

11,68 5302,72 2,8 1893,83

22,05 10010,70 5,37 1864,19

33,33 15131,82 8,2 1845,34

44,01 19980,54 10,73 1862,12

55,26 25088,04 13,47 1862,51

66,2 30054,80 16,13 1863,29

77,7 35275,80 18,82 1874,38

88,1 39997,40 21,51 1859,48

99,4 45127,60 24,18 1866,32

110,1 49985,40 26,72 1870,71

121,2 55024,80 29,57 1860,83

132,3 60064,20 32,2 1865,35

144 65376,00 34,96 1870,02

Promedio 1866,03

Tabla 4. Divisor Capacitivo Puro. Como podemos ver la relación de transformación obtenida en cada uno de los métodos mantiene un rango de trabajo, este rango es el que nosotros vamos a manejar para las posteriores mediciones, es el valor a tener en cuenta para el momento de realizar previas variaciones de tensión, y así poder saber aproximadamente cuanta tensión tendremos en alta tensión para cada método. Podemos observar que los valores obtenidos teóricamente en la simulación y relación de transformación según valores de capacitancia y resistencia, y los valores prácticos son muy distintos, a pesar de que se encuentran en un rango similar, los valores cambian, y esto afecta la medición verdadera de los valores en alta tensión esto se debe a que los valores de las placas de los elementos utilizados no son los verdaderos de dichos elementos lo que varían la relación de transformación.


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Otra característica que podemos ver de las mediciones realizadas a los diferentes métodos de AC, es la linealidad de los métodos, podemos apreciar una curva en donde todos son prácticamente lineales ya que al incrementar la tensión la relación de transformación no aumenta como se muestra a continuación:

Gráfica 23. Relaciones de Transformación de los diferentes Divisores.

Se puede concluir de la gráfica 23 de todas las relaciones de transformación que son independientes del voltaje el cual se debe medir hasta un rango aproximado de 70 [KV] utilizado durante la práctica, es decir, la relación de transformación de cada uno de los divisores en mediciones AC se pueden aproximar a un valor constante dependiendo la configuración de cada divisor. GENERACIÓN DC Para generación DC realizamos las mediciones con el osciloscopio para corroborar la rectificación de la onda, y obtenemos los siguientes resultados para cada método aplicado a la rectificación de la señal, en la siguiente figura se observa el montaje realizado para la rectificación de la señal AC.


000

500

1,000

1,500

2,000

2,500

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Re

laci

ón

de

Tra

nsf

orm

ació

n

Voltaje Alta (kV)

Capacitivo Amortigauado

Resistivo Compensado I

Resistivo Compensado II

Capacitivo Puro

V1

FREQ = 60

VAMPL = 10k

VOFF = 0

H2O

1.9MEG

R2

507

R3

0.5

R4

10.16 MEG

R5

246.3MEG

R6

240k

C1

192p

C2

200n

C3

6000p

C4

52p

C5

50n

D1

D1N4001

V

V


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A continuación se observa los valores de medición en cada uno de los puntos importantes del circuito como es alta tensión AC, alta tensión DC y valores tomados en el osciloscopio como son valor medio del rizado, máximo y mínimo del mismo estos valores con un condensador de filtro de 6000 pF.

AC Baja(V)

AC Alta(V)

AC Alta Capacitivo Amortiguado(V)

DC Alta Resistivo Compensado I(V) Vmax Vmin Vmed

11,3 5130,2 5,02 4,14 4,6 4 4,31

22,16 10060,64 9,87 8,94 9,6 8,8 9,22

33,31 15122,74 14,82 13,92 14,6 13,8 14,1

43,93 19944,22 19,58 18,64 19,6 18,8 19,1

54,94 24942,76 24,42 23,54 24,4 23,6 24

66,3 30100,2 29,3 28,55 29,6 28,8 29,2

77,3 35094,2 34,18 33,5 34,8 33,6 34,1

88,2 40042,8 39,05 38,5 40 38,4 38,8

99,2 45036,8 44,1 43,3 44,8 43,2 43,7

110,4 50121,6 49,1 48,4 49,6 48 48,7

121,5 55161 54,1 53,3 55,2 52,8 55,8

132 59928 58,7 57,8 59,2 56,8 58

140,5 63787 62,5 61,7 63,2 60,8 61,9

Tabla 5.Rectificador con Filtro (6000pF). En un rectificador DC también se puede observar el factor de rizado de la señal DC este depende del valor medio y máximo entregado por el osciloscopio como se muestre en al siguiente tabla para cada tipo de voltaje AC-HV

AC Alta(V) Factor de Rizado

5130,2 13,04%

10060,6 8,33%

15122,7 5,48%

19944,2 4,08%

24942,8 3,28%

30100,2 2,70%

35094,2 3,45%

40042,8 4,00%

45036,8 3,57%

50121,6 3,23%

55161,0 4,35%

59928,0 4,05%

63787,0 3,80%

Tabla 6.Factor de Rizado con Filtro de 6000pF. Al analizar el valor de Rizado con un filtro de 6000 pF se puede observar que es relativamente pequeño con porcentajes menores a un 5 % en la mayoría de los voltajes aplicados y siendo más evidente en valores de voltajes mayores de 20 KV, lo que nos puede decir que con este


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filtro el rizado es casi nulo generando una señal DC con un valor muy constante para cualquier tipo de aplicación.

2. Prueba Modelos de Divisores Resistivos

GENERACIÓN AC

Gráfica 25. Montaje Tensión AC y Modelos de Divisores Resistivos.

Para evaluar el funcionamiento de cada modelo de divisor resistivo se utilizó el montaje de la figura anterior para medir valores de alta tensión AC hasta los 50 kV aproximadamente, cada modelo de divisor resistivo fue diseñado con unos parámetros específicos y con distintas valores nominales dependiendo el análisis de cada grupo de trabajo. Modelo II Resistencias de R1=200MΩ y R2=215kΩ, relación de transformación = 931.23


Compensado I(V) Modelo

Resistivo II(V) Relación de

Transformación

11,01 4998,54 5,45 5,059 988,05

22,23 10092,42 10,99 10,25 984,63

33,07 15013,78 16,31 15,36 977,46

44,55 20225,7 22,14 21,04 961,30

55,13 25029,02 27,43 26,58 941,65

66,6 30236,4 33 32,59 927,78

77 34958 38,3 38,67 904,01

88,6 40224,4 44 45,76 879,03

99 44946 49 52,62 854,16

110 49940 54,2 60,69 822,87

120,4 54661,6 59,1 69,6 785,37

132,3 60064,2 64,9 80,9 742,45

Tabla 7. Divisor Resistivo Modelo II. Modelo III Resistencias de R1=50MΩ y R2=50kΩ, relación de transformación = 1001

V1

FREQ = 60

VAMPL = 10k

VOFF = 0

0

R1Modelo

R2Modelo

V

V

RH2O


18



Resistivo III(V) Relación de

Transformación

11,48 5211,92 5,6 5,23 996,54

22,65 10283,1 11,11 10,36 992,58

33,28 15109,12 16,36 15,27 989,46

44,65 20271,1 22,03 20,69 979,75

55,9 25378,6 27,6 26,09 972,73

66,4 30145,6 32,6 31,7 950,97

76,9 34912,6 37,8 36,96 944,60

88,5 40179 43,4 43,26 928,78

99,7 45263,8 48,8 49,5 914,42

110,7 50257,8 54,1 56,7 886,38

122,6 55660,4 59,7 65,6 848,48

133,9 60790,6 65,3 74,8 812,71

Tabla 8. Divisor Resistivo Modelo III. Modelo IV Resistencias de R1=200MΩ y R2=200kΩ, relación de transformación = 1001



Resistivo IV(V) Relación de

Transformación

11 4994 5,43 5 998,80

23,2 10532,8 11,49 10,57 996,48

33,44 15181,76 16,56 15,3 992,27

44,1 20021,4 21,94 20,27 987,74

55,23 25074,42 27,48 25,74 974,14

66,6 30236,4 32,9 31,29 966,33

77,8 35321,2 38,5 36,96 955,66

88,6 40224,4 43,8 42,7 942,02

99,5 45173 49,2 49,1 920,02

110,4 50121,6 54,4 55,1 909,65

122,6 55660,4 60,2 62,18 895,15

133 60382 65,3 68,7 878,92

144,1 65421,4 70,7 77,5 844,15

Tabla 9. Divisor Resistivo Modelo IV.


19

Gráfica 26. Relaciones de Transformación de los diferentes Modelos de Divisores Resistivos.

Como se puede observar en la gráfica los valores de la relación de transformación disminuyen considerablemente cada vez que se aumenta el voltaje de alta que se desea medir, esto se debe a problemas con la temperatura que soportan los modelos principalmente y la corriente que circula por el mismo así como la potencia disipada por cada uno de los elementos del modelo y el tipo de resistencia utilizada en cada modelo. GENERACIÓN DC A continuación vemos las tensiones obtenidas en alta tensión DC, para cada uno de los modelos de divisor resistivo para un filtro con condensador de 100pF con el siguiente montaje

Gráfica 27. Montaje Rectificador de Media Onda con Filtro (100pF) y Divisor Resistivo.

Capacitivo Amortiguado DC


Compensado I Modelo

Resistivo II Max min med

11,41 5180,14 3,6 2,26 3,08 1,52 2,13

000

200

400

600

800

1,000

1,200

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60

Re

laci

ón

de

Tra

nsf

orm

ació

n

Voltaje Alta (kV)

Modelo II

Modelo III

Modelo IV

V1

FREQ = 60

VAMPL = 10KV

VOFF = 0

R4

507

R3

0.5

R1Modelo

R2Modelo

C1

192p

C2

200n

C3

6000p

D1

D1N4001

V

RH20

R8

10.16MEG


20

22,2 10078,8 6,91 5,27 7,08 3,6 4,98

33,67 15286,18 10,48 8,59 11,5 5,76 8,11

44,25 20089,5 13,79 11,77 15,8 7,8 11,1

55,09 25010,86 17,13 14,84 22 9,8 14

66,6 30236,4 20,67 18,3 24,4 12 17,1

77,5 35185 24,05 21,58 28,4 14 19,9

88,4 40133,6 27,5 25,04 32,6 16 22,3

99 44946 30,8 28,45 37,2 18 25,8

110,1 49985,4 34,1 32,21 41,2 19,6 28,7

121,3 55070,2 37,6 36,12 45,6 21,6 31,7

129,9 58974,6 40,3 39,25 48,8 23,2 33,8

Tabla 10.Rectificador con Filtro 100pF y Modelo II de divisor Resistivo.

Imagen 1. Señal Rectificada medida con Modelo II (Osciloscopio).


5180,14 35,47%

10078,80 34,62%

15286,18 34,91%

20089,50 35,27%

25010,86 35,16%

30236,40 38,12%

35185,00 41,95%

40133,60 51,07%

44946,00 46,47%


21

49985,40 50,95%

55070,20 54,62%

58974,60 59,03%

Tabla 11.Factor de Rizado con Filtro 100pF y Modelo II de divisor Resistivo.

Modelo IV

Capacitivo Amortiguado DC


Compensado I Modelo

Resistivo IV max min med

11,8 5357,2 3,72 2,27 3,2 1,52 2,2

22,75 10328,5 7,1 5,23 7,36 3,68 5,11

33,68 15290,72 10,49 8,23 11,6 5,6 8,09

44,48 20193,92 13,82 11,17 15,8 7,6 11

55,5 25197 17,26 14,24 20 9,6 14

67 30418 20,78 17,36 24,4 11,8 17

77,8 35321,2 24,13 20,35 28,4 13,6 19,8

88,1 39997,4 27,4 23,5 32,8 15,6 22,5

99,7 45263,8 30,9 26,75 37,2 17,6 25,6

110,8 50303,2 34,4 29,75 41,6 19,6 28,6

121,3 55070,2 37,6 32,72 45,6 21,6 31,3

Tabla 12.Rectificador con Filtro 100pF y Modelo IV de Divisor Resistivo.

Imagen 2. Señal Rectificada medida con Modelo IV (Osciloscopio).


22


5357,20 25,43%

10328,50 21,80%

15290,72 18,68%

20193,92 17,65%

25197,00 18,60%

30418,00 20,69%

35321,20 23,73%

39997,40 30,14%

45263,80 30,31%

50303,20 28,64%

55070,20 30,46%

Tabla 13.Factor de Rizado con Filtro 100pF y Modelo IV de divisor Resistivo.

Se puede concluir que el factor de rizado es mucho mayor cuando se utiliza un condensador

con una capacitancia más pequeña esto se observa al comprar los valores con uno de 6000pF y

otro de 100pF como filtros en los rectificadores como se ve en las tablas 6, 11 y 13, esto

genera que la señal DC al utilizar un condensador de mayor capacitancia sea mas pura y

constante sin tantos picos y rizado.

Gráfica 28. Relaciones de Transformación de los Modelos de Divisores Resistivos en DC.

Al analizar la grafica anterior se puede observar el mismo comportamiento de los modelos que

en la generación AC donde al aumentar el Voltaje de Alimentación la Relación de

transformación disminuye considerablemente haciendo los modelos de divisores resistivos

muy susceptibles a cambio en el voltaje debido a problemas en la temperatura, corriente y

potencia disipada por cada elemento con el que fue diseñado el modelo.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 20 40 60 80

Re

laci

on

de

Tra

nsf

orm

acio

n

Voltaje DC (KV)

Modelos en Generación DC

Modelo II

Modelo IV


23

MEDIDAS DE SEGURIDAD APLICADAS EN LA PRUEBA.

Al realizar la prueba debido a las altas tensiones manejadas se presentan diferentes riesgos

como:

Corto-circuitos.

Sobre tensiones.

Que los elementos queden cargados.

Para evitar accidentes se deben tener medidas de seguridad como:

Que el laboratorio cuente con dispositivos de seguridad tales como: pértiga, alguna

reja o similar que separe el montaje de las zonas donde puede estar el personal sin

correr riesgos, protecciones para que la prueba sea suspendida si ingresa alguien a la

zona de riesgo o si se presenta alguna falla durante la prueba, entre otros.

Ubicar los puntos de mayor potencial.

Distancia mínima de seguridad entre los elementos conectados.

Distancia mínima de seguridad entre el personal que está realizando la prueba y el

montaje.

Al ingresar a la zona de prueba conectar a tierra por medio de la pértiga el punto de

mayor potencial.

Utilizar los elementos del laboratorio dentro de los rangos permitidos para evitar

cortos o cualquier otro evento que se pueda presentar por esto.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES INDIVIDUALES 1. Los diferentes valores obtenidos para la relación de transformación de los diferentes métodos, tanto teórica como practica, permite identificar los factores físicos y eléctricos que pueden afectar una medición de alta tensión, a pesar de que las diferencias en algunos casos no son muy grandes, al verlo desde el punto de medición de alta, son valores que si pueden afectar al momento de realizar e identificar este tipo de mediciones, o pero aun, puede ser altamente peligroso para el personal que trabaja en estos equipos. Entre los factores que afectan la medición encontramos:

Desgaste de los elementos: El desgaste que pueden presentar los elementos de medición, como los capacitores y resistencias, pueden hacer que los elementos no cumplan con la totalidad de las características que ellos presentas, los conductores pueden estar desgastados modificando el valor de las resistencias de los conductores y haciendo que la caída de tensión cambie y la medición final no sea la esperada. Al igual que las resistencias, los condensadores pueden presentar un desgaste en su composición, este se puede presentar en material dieléctrico que


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contiene, pues al someterse a tensiones altas se desgasta y las medidas que presenta no son las correctas.

Circuito Equivalente elementos de medición: Algunos elementos de medición como multímetros, voltímetros, amperímetros, entre otros, presentan un circuito equivalente con unas impedancia que hacen que la medición no se afecte, pero en algunos casos, como en los elementos análogos, esta impedancia modifica considerablemente el valor de medición, llevando hasta el punto que si conecto dos elementos de estos en paralelo, la caída de tensión baja casi hasta la mitad, afectando nuestra medida.

Distancia de los equipos de medida: La distancia a la que se encuentre estos equipos puede modificar nuestras medidas, ya que utilizamos cables coaxiales para transportar estas señales y estos presentan circuitos equivalentes que tienen capacitancias, inductancias, resistencia, estos factores hacen que la tensión de salida sea menor a la esperada, y lógicamente mi medición no será la esperada con la relación de transformación ideal que nosotros esperamos.

En conclusión, se debe tener en cuenta todos los factores que afectan las mediciones para que no se cometan errores, además si queremos una medición de relación de transformación que se acomode a los factores mencionados anteriormente, esta se debe realizar al final del circuito de medición, así obtendremos una relación más cercana a la ideal y así podemos anticipar unas mediciones aproximadas a las verdaderas 2. Para asegurar unas mediciones correctas, y asegurar una forma de onda ideal en el momento de realizar pruebas con altas tensión AC o DC, debemos estar seguros que nos encontramos trabajando en la zona lineal del núcleo ferro magnético del transformador, asegurando esto, aseguramos que nuestras medidas sean los más confiables posibles y lo más seguras, esta zona de linealidad la podemos apreciar claramente con la relación de valor pico y valor RMS la cual nosotros llamamos factor de forma, este factor de forma aumenta se aproxima al valor ideal a medida que aumentamos la tensión, pero sin llegar a la zona de saturación, ya que este factor vuelve a ser muy diferente que el ideal, por ello debemos escoger una zona de trabajo que nos garantice que nuestra forma de onda sea lo más parecida a una señal sinusoidal perfecta. Este factor nos permite identificar y trabajar una señal ideal, esto se realiza por que si nuestra señal presenta deformaciones, las mediciones serán incorrectas o no muy aproximadas y si se trabaja con una señal deformada nuestros elementos electrónicos no se comportaran como nosotros queremos que se comporten, es el caso de las protecciones de estado sólido. 3. En el momento de realizar la generación de tensión DC, se debe tener en cuenta los elementos con los cuales se cuenta en el laboratorio, así como las condiciones para realzar una rectificación de señales alternas, un ejemplo que vimos en el laboratorio de esto fue al momento de realizar un rectificador con un filtro por condensador con una capacitancia pequeña ya que este presenta problemas con rizados muy grandes y señales DC muy distorsionadas. 4. Cuando generamos alta tensión, ya sea AC o DC, las normas de seguridad son primordiales y vitales, desde la alimentación al tablero de control, hasta la medición de los diferentes métodos, debe ser totalmente cuidadosa, pues una conexión mala realizada o un elemento dañado, pueden hacer que se presenten accidentes eléctricos y aumenten el riesgo, para ello


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se realizan las prevenciones necesarias y disminuimos ese riesgo evitando los posibles accidentes en el laboratorio. Con esto se logra que nuestros elementos de medida se encuentren seguros y no sufran posibles daños que me alteren el funcionamiento de los equipos de medida.

generaciÓn y mediciones de altas tensiones ac y dc

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