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Fig. 1. Efecto neutralizante del rectificador frente a la corrosión

Fig. 2 Diagrama unifilar de un RPC con inductor de eficiencia

Cátodo CátodoAnodo

ia

Anodo auxiliar

Rectificador

Pelicula deóxido

Estructurametálica

i (Corriente Protectiva)p

ip

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Ep

ic

(Corrientecorrosiva)

1.- INTRODUCCIÓNLos rectificadores para protección catódica RPC ORION son convertidores estáticos diseñados para suministrar las necesidades de tensión y corriente requerido por los sistemas de protección catódica por corriente impresa, los cuales se encargan de prevenir la corrosión o destrucción superficial de las estructuras metálicas atacadas electrolíticamente por el medio que las rodea.El RPC imprime, a la estructura a proteger (la cual se utiliza como cátodo), una corriente continua contraria a la corriente producida por la corrosión, para así anular su efecto, como se observa en la figura 1.

2.- DESCRIPCIÓN DE LAS PARTES DEL RPCLa figura 2, es un diagrama unifilar que muestra las partes más importantes que conforman un rectificador para protección catódica. A continuación se describe las funciones de cada una de esas partes:

2.1 PROTECCIONES2.1 PROTECCIONES

La protección del RPC se realiza a través de varios componente.• Interruptor de entrada AC.• Varistor (es) a la entrada y la salida.• Fusibles para semiconductores.

2.1.1 Interruptor de entrada AC.

La entrada AC se protege contra sobrecarga y cortocircuitos por medio de interruptores termomagnéticos de caja moldeada. La capacidad de interrupción de los interruptores es de 10KA en 240Vac para la entrada monofásica y de 14KA en 480Vac para entrada trifásica, los cuales proveen la función de desconexión y conexión del equipo al suministro AC.

2.1.2 Varistores..

Los semiconductores del puente convertidor y los medidores se protegen de sobretensiones transitorias que puedan provenir del exterior usando varistores de alta energía a la entrada y salida del RPC

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Tales sobretensiones transitorias proveniente mayormente de conmutación del sistema de potencia y de efectos directos o indirectos de descargas eléctricas sobre las líneas de transmisión y distribución.

Los varistores comúnmente utilizados en los RPC soportan una corriente máxima de 6.500A en una onda de choque unidireccional de 8/20 μs.

2.1.3 Fusibles para semiconductores.Los diodos del puente se protegen contra cortocircuitos utilizando fusibles de acción ultra rápida para semiconductores.

Estos fusibles se funden en menos de un cuarto de ciclo de la red, impidiendo que las altas corrientes del cortocircuito pasen por los semiconductores.

2.2. TRANSFORMADOR.2.2. TRANSFORMADOR.El transformador provee la conversión de voltaje de la línea de alimentación (monofásica o trifásica) al voltaje requerido por el RPC en el secundario para producir la tensión continua deseada en la salida. Igualmente, el transformador provee el aislamiento necesario para poder utilizar la estructura como cátodo sin riesgo de choque eléctrico.Los transformadores de los RPC ORION están provistos de una pantalla electrostática que reduce la transferencia de voltaje entre las capacitancias del arrollado, con lo que se aísla en cierto grado al secundario de las tensiones transitorias o de ruido de alta frecuencia que puedan haber en el primario.La eficiencia de los transformadores es mayor del 95% y la regulación no excede al 3% desde un cuarto de la carga a la carga nominal.Los transformadores de los RPC ORION cumplen con la prueba de rigidez dieléctrica a 4KV y de doble tensión inducida a 120Hz. El aislamiento, tanto del alambre magneto, como del material utilizado para aislamiento entre primario y secundario, así como el barniz de impregnación con el cual se recubre el transformador soportan al menos 180ºC. Además la corriente de magnetización no supera el 6% de la corriente nominal.

2.3. CONVERTIDOR AC/DC.2.3. CONVERTIDOR AC/DC.

Los RPC ORION son convertidores estáticos de potencia que transforman la corriente alterna de la red de entrada de 60Hz, monofásica o trifásica, en una corriente directa utilizando diodos de Silicio, los cuales tienen una capacidad de bloqueo de tensión por lo menos de 800V, y se encuentran adosados a disipadores de calor de aluminio que permiten mantener la temperatura en la junta del semiconductor por debajo de 100ºC, cuando circula la corriente nominal en un ambiente de hasta 50ºC para un altura máxima de hasta 1000 mts, sobre el nivel del mar.Los diodos se conectan en puente tanto para la alimentación trifásica como monofásica, para obtener así mayor eficiencia de conversión y mejor utilización del transformador.

2.4. FILTRO DE SALIDA2.4. FILTRO DE SALIDA

A fin de obtener mayor eficiencia de rectificación; esto es, disminuir el consumo de VA en el transformador para producir la misma potencia DC a la salida, se utiliza como filtro de salida un inductor de aislamiento diseñado para la corriente nominal DC. Este inductor también se conoce como filtro de eficiencia.El inductor garantiza que la corriente de salida no pase por cero desde la mitad de la carga completa, y que su rizado esté por debajo de un 20% a plena carga.Los inductores para RPC cumplen con la prueba de rigidez dieléctrica a 4KV y el aislamiento soporta al menos 180ºC.

2.5. MEDICIONES.2.5. MEDICIONES.

En el RPC se utilizan varios elementos para realizar mediciones, como lo son:• Voltímetro DC de salida.• Amperímetro DC de salida.• Shunt de corriente de salida.• Conector BNC para conexión de osciloscopio.• Contador horario.

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La medición de la tensión y de la corriente de salida se efectúa separadamente con medidores digitales de precisión marca ORION (Figura 3). Estos medidores, de tamaño 96 x 48 mm, van empotrados en la parte interna del gabinete del RPC y permite apreciar las magnitudes eléctricas con una precisión de ±1%.Los medidores digitales, al no poseer partes móviles ni elementos mecánicos en la medición, proporcionan mayor confiabilidad y durabilidad que los medidores analógicos o de agujas. La presentación digital se realiza con displays de muy alta luminosidad de 13 mm. de alto, lo que permite apreciar la medición a distancia.Con el voltímetro se mide directamente la tensión continua en los terminales de salida del RPC, y puede tener lo siguientes rangos:• 0 – 99.9 VDC para equipos hasta 80VDC• 0 – 199.9 VDC para equipos hasta 150VDC• 0 – 999 VDC para equipos hasta 240VDC

El amperímetro puede tener los siguiente rangos:• 0 – 99.9 ADC para equipos hasta 80 ADC• 0 – 199.9 ADC para equipos hasta 150 ADC• 0 – 999 ADC para equipos hasta 600 ADCLos medidores digitales se conectan y desconectan de la AC de entrada por intermedio de un switch. De esta forma los instrumentos solamente se utilizan cuando se realizan labores en los RPC, aumentando su vida útil.Los RPC vienen equipados con un conector BNC ubicado en el panel frontal, donde se tiene disponible la señal del puente de diodos, la cual se puede visualizar por intermedio de un osciloscopio que se conecte a ese terminal.Asimismo, de norma los RPC ORION están equipados con un contador horario en formato 45 x 45 ubicado en el panel frontal, con capacidad de 99.999,99 hrs, el cual funciona cuando la red está presente. Con este contador se puede determinar el tiempo en el cual el RPC ha estado presentando protección por corriente impresa.

2.6. AJUSTE DE TENSI2.6. AJUSTE DE TENSIÓÓNN

En los RPC ORION se utilizan barras (tap-bars) para conmutar las diferentes tomas del transformador y así ajustar la tensión de salida en veinte pasos iguales, desde aproximadamente el 5% hasta el 100% de la tensión nominal.Los rectificadores monofásicos tienen dos selectores, uno para el ajuste grueso de 5 pasos y otro para el ajuste fino de 4 pasos (Figura 4). Los rectificadores trifásicos tienen seis selectores, uno grueso y uno fino por cada fase de entrada.Las barras están colocadas en el panel frontal y están protegidas con plexiglás para evitar riesgo de choque eléctrico para el usuario.

El Amperímetro es de medición indirecta por intermedio de una resistencia de derivación (shunt) de 60 mV/In. Los terminales del shunt son accesibles en la parte frontal del equipo a través de conectores tipo banana para realizar una constatación de la corriente medida en el amperímetro sin riesgo de choque eléctrico.

Fig. 3. Voltímetro y Amperímetro Digital

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3.3.-- GABINETESGABINETESLos gabinetes de los RPC son de dos tipos:• Con grado de protección NEMA 3R para las unidades enfriadas por aire.• Con grado de protección NEMA 4 para las unidades enfriadas en aceite.

3.1. GABINETES ENFRIADOS POR AIRE3.1. GABINETES ENFRIADOS POR AIRE

Los gabinetes NEMA 3R se enfrían naturalmente con el aire que le rodea por intermedio de las romanillas que posee el gabinete.La lámina del gabinete es en acero de calibre 14 como mínimo, que ha sido tratada previamente con fosfatos para inhibir la corrosión.La pintura es en polvo poliéster puro horneable de color gris RAL 7042, con una dureza mínima de 2H y un acabado texturizado. En la figura 5 se detalla el proceso de pintura del gabinete para protección catódica. Poseen doble puerta frontal, la primera con previsión de candado para seguridad, la segunda como protectora de tensiones de choque eléctrico al operador. En esta segunda puerta van embutidos los medidores digitales, el interruptor de entrada AC, las barras de ajuste de corriente de salida del RPC, el interruptor para energizar los medidores, el contador horario y el conector BNC.

Fig. 4 Control manual de los RPC para barras (Tap-Bars)

Además de las puertas frontales, el gabinete del RPC en aire posee puertas laterales que se abren desde la parte interior del gabinete. Estas puertas facilitan las labores de mantenimiento en campo, dando acceso a todos los componentes internos del RPC.El fondo del gabinete viene de norma con tres perforaciones de 2” c/u para colocar las tuberías de campo con los conductores requeridos de alimentación AC (1) y salida DC (2).En la parte superior del gabinete están soldadas dos piezas para el izamiento. El techo es de corte tipo diamante dándole caída para evitar acumulación de materiales en el techo. Equipo autosoportado en base metálica. Norma aplicable NEMA MR-20-1958.

3.2. GABINETES ENFRIADOS POR 3.2. GABINETES ENFRIADOS POR ACEITEACEITE

Las unidades enfriadas por aceite poseen un gabinete con grado de protección NEMA 4. Están construidos con láminas calibre 5mm como mínimo, y el tipo, color de pintura NEMA 3R.

Fig. 5 Pasos del proceso de pintura de los gabinetes de los RPC ORION

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En el aceite se sumerge el puente de diodos, el transformador y el inductor.El aceite para los RPC debe cumplir las siguientes funciones:• Proveer de resistencia dieléctrica.• Garantizar un medio eficiente de enfriamiento al transformador, inductor y puente rectificador.• Preservar y proteger el núcleo y arrollado del transformador e inductor de ataques químicos.El nivel de aceite se chequea por medio de un nivel en forma de tubo vertical, colocado lateralmente en el tanque del RPC. También está provisto de un tapón para drenaje ubicado en la parte mas baja del tanque.Por encima del nivel de aceite y montados sobre el panel superior, se encuentran el shunt, los terminales de conexión de salida y los ajustes de corriente de salida del RPC. Todos aquellos puntos de conexión sujetos a tensión eléctrica están protegidos con plexiglás.En un gabinete adyacente se encuentran los medidores, el contador horario, el conector BNC y el interruptor de entrada AC.El acceso a los ajustes del RPC en aceite es por arriba, donde la tapa superior tiene internamente una varilla para mantener la tapa abierta al realizar labores de mantenimiento. La tapa estáprovista de previsión para candados y realiza un cierre hermético por intermedio de una goma de neopreno resistente al aceite.

4.- TIPOS DE RECTIFICADORES

Se fabrican diferentes tipos de rectificadores de acuerdo al tipo de enfriamiento y al número de fases de entrada de la red de suministro.

4.1. CLASIFICACI4.1. CLASIFICACIÓÓN DE ACUERDO AL N DE ACUERDO AL ENFRIAMIENTO.ENFRIAMIENTO.

De acuerdo al tipo de enfriamiento utilizado en el RPC se tienen:1. RPC en aire.2. RPC en aceite.Los RPC en aire se especifican para ambientes de mediana agresividad.Los RPC en aceite se usan en aplicaciones en ambientes salinos o de alta agresividad.

4.2. CLASIFICACI4.2. CLASIFICACIÓÓN SEGN SEGÚÚN EL N EL NNÚÚMERO DE FASES DE ENTRADA.MERO DE FASES DE ENTRADA.

Según el número de fases de la red de suministro, el RPC puede ser:1. RPC monofásico.2. RPC trifásico.

4.2.1. RPC monofásico.

El RPC monofásico tienen un costo menor que el RPC trifásico y su ajuste es mas sencillo (ya que solo hay que accionar dos barras para cambiar la tensión de salida).En el RPC ORION monofásico el inductor de eficiencia es un elemento de norma que se coloca para garantizar que la eficiencia de conversión sea la adecuada.La figura 6 presenta el diagrama circuital de un RPC monofásico con ajuste manual.

4.2.2. RPC trifásico.

El RPC trifásico se prefiere en aquellas aplicaciones que requieren corrientes elevadas y donde está disponible una alimentación con tres fases.El RPC trifásico ORION viene de norma sin inductor de filtro ya que la rectificación trifásica provee una corriente DC de suficiente calidad y por tanto no se requiere su inclusión en el circuito de conversión. La figura 7 presenta el diagrama circuital de un RPC trifásico.

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Rectificador para Protección Catódica (RPC)

TEMI C.A.División Electrónica

Agosto 2006

Fig.6. Diagrama circuital del rectificador RPC ORION monofásico.

Fig. 7. Diagrama circuital del rectificador RPC ORION trifásico.

POS. CARGA

CR2CR1

FS1

FS2

BARRAAJUSTEGRUESO

BARRAAJUSTE

FINO

TR15

2

1

1

4

3

RV1

L2

TIERRA

CB1

HS1 HS2SHUNT

60 mV / nI

CR3 CR4

NEG. CARGA

CARGAM1

RV3CN1

M22

3

4

L1

PANTALLA

ContadorHorario

SW1

ALIMENTACION MEDIDORES

L

(+)

(-)

∼

POS. CARGACR2CR1 CR3

HS3HS2HS1

FS1

FS2

AJUSTEFINO

AF1

AJUSTEGRUESO

AG2RV3

CB1

L1

RV1 RV2

L2

L3

TIERRAAJUSTEGRUESO

AG3

AJUSTEFINO

AF2

1

23

4

5

4

32

1

HS4 HS5 HS6

CR4 CR5 CR6

M2

M1CN1

RV4CARGA

NEG. CARGASHUNT

FS3

AJUSTEGRUESO

AG1

5

43

2

1

TR1

PANTALLA

ContadorHorario

SW1ALIMENTACION MEDIDORES

1

2

3

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(+)

(-)

60mV / nI

RE

CTI

FIC

AD

OR

PA

RA

PR

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CC

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Rectificador para Protección Catódica (RPC)

TEMI C.A.División Electrónica

Agosto 2006

Tabla 1. Tamaños estándar disponibles en los RPC enfriados por aire.

5.- SALIDAS DC ESTÁNDAR DE LOS RPC ORION

Tabla Nº 2. Tamaños estándar disponibles en los RPC enfriados por aceite.

En las siguientes tablas se presentan las diferentes salidas de tensión y corriente DC estándar disponibles para los RPC ORION, tanto para alimentación monofásica como trifásica y se indican el código de gabinete correspondiente.Para tensiones o corrientes diferentes, consultar en fábrica.

RE

CTI

FIC

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PA

RA

PR

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Cel

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Agosto 2006

CODIGO MODELO GABINETE

A B C D E

1070

1220

955715

807 1105

610

700

F

A1 RPCA-5 750 500

500A2 RPCA-6 900

NOTA: Medidas en milímetros

Fig. 8. Dimensiones de RPC en aire

6.- DIMENSIONES

RE

CTI

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PA

RA

PR

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R P

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RO

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950

/ 894

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/ 67

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/ 907

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Fax

024

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/ 907

2 / 9

073

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Cel

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Agosto 2006

10038038053066017301300RPCC-4A4

10038038053066014001300RPCC-3A3

10038038053052013001200RPCC-2A2

100380380530400700800RPCC-1A1

GFEDCBAMODELO GABINETE

CODIGO

NOTA: Medidas en milímetros

Fig. 9. Dimensiones de RPC en aceite

Fig. 9 Dimensiones de RPC en aceite

RE

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Rectificador para Protección Catódica (RPC)

TEMI C.A.División Electrónica

Agosto 2006

7.- AMBIENTE DE TRABAJOLos rectificadores RPC ORION están diseñados para trabajar a plena carga; esto es, a tensión y corriente nominal a una temperatura máxima de 50ºC y a una altura máxima de 1000 mts. sobre el nivel del mar. Para operación a temperaturas y altitudes superiores, consultar con fábrica.

8.- NORMAS DE EJECUCIÓNLos rectificadores para protección catódica RPC ORION han sido diseñados de acuerdo a las Normas NEMA pub. MR-20-1958 reafirmada por NEMA 1971, 1975.

9.- COMO ORDENAR

Para ordenar un RPC ORION se utiliza el siguiente formato:

RPC-M-VDC-IDC-VAC-N

Donde:M: Aire (A)

Aceite (C)VDC: Tensión nominal DC de salidaIDC: Corriente nominal DC de salidaVAC: Tensión nominal AC de entradaN: Número de fases

Ejemplos:

1.- Un RPC en aire de 50VDC, 50ADC entrada 110 ó 220V monofásico.

RPC-A-50-50-110/220-1

2.- Un RPC en aceite de tensión hasta 80 VDC corriente de 25 ADC, entrada 480V trifásica.

RPC-C-80-25-480-3