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Laboratorio Alto Voltaje- Informe No.2 Gr5

GENERACIÓN Y MEDIDA DE ALTOS VOLTAJES Hilary Malliquinga, Nicolyn Rivera, Jorge Parra, Lenin Plazas, Bryan Estrella Cristian Picoita (GR2) Laboratorio de Alto Voltaje Departamento de Energía Eléctrica Escuela Politécnica Nacional Quito, Ecuador [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]

Resumen. - El presente informe muestra cómo se puede generar altos voltajes y también como se los puede medir. Para esto usamos dos circuitos diferentes los cuales ayudan a la generación de altos voltajes, para poder medir estos voltajes usaremos los instrumentos de medida que se encuentran en el laboratorio como el voltímetro electrostático. Se usó el método de las esferas espinterométricas para la respectiva medición, así como el de divisores de voltaje tanto resistivo como capacitivo.

I.

INTRODUCCIÓN

En dicha práctica probamos ciertos circuitos eléctricos donde mediante ellos logramos obtener la medición de altos voltajes a la salida del transformador, también debemos tener en cuenta que con la relación de transformación podemos obtener la medición de bajo voltaje. Los instrumentos de medición que usamos en dicha práctica fue principalmente de un voltímetro3 electrostático con diferentes escalas de medida,

también un voltímetro digital, las esferas espinterometricas. Todo esto se lo realizo para un circuito de media onda con Cs-6000pF.

II.

OBJETIVOS

2.12.1. Familiarizarse con los primeros fundamentos de la técnica de Alto Voltaje y los equipos usados en el Laboratorio. (Atención a las Normas de Seguridad). 2.2. Conocer y hacer un estudio comparativo de los diferentes métodos de medida de Altos Voltajes Alternos. 2.3. Examinar esquemas de conexión de rectificación y multiplicación del voltaje y métodos para la medida de Altos Voltajes Continuos.

III. DESARROLLO

Laboratorio Alto Voltaje- Informe No.2 Gr5 A. Según norma, establecer las características de alto voltaje alterno generado para que sea considerado como ALTO VOLTAJE ALTERNO DE PRUEBA. Para que un alto voltaje sea considerado como un alto voltaje alterno de prueba se debe considerar parámetros los cuales son: ●

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Valor Pico: el valor pico del residuo debe estar en el rango de 5% a 10% respecto al valor pico de la onda total. Valor RMS: el valor RMS siempre debe constar entre el 7% Frecuencia: La frecuencia siempre debe contar en un rango entre 40 a 62 Hz, y la curva de ser aproximada a una función senoidal. Forma de voltaje: Debe ser lo más parecida a una forma de onda sinusoidal pura o tener un rango de error de 5% en el valor pico y de su forma. [1]

Comentario: En las gráficas obtenidas mediante la relación de la distancia y cada voltaje medido se puede observar que mientras la distancia entre las esferas se hace mayor, es decir las esferas se alejan entre ellas, el voltaje va aumentado, creando una curva creciente; los valores de voltajes obtenido son parecidos por lo cual se puede observar la similitud en sus curvas, variando levemente.

Error

B. Graficar (en forma superpuesta) el voltaje en función de la distancia entre esferas, de los datos de la tabla 4.1. haga un comentario de los resultados. Calcule el error relativo tomando como referencia el método que crea el más preciso. Graficar el error Vs. Voltaje. Comente los resultados

Grafica

Laboratorio Alto Voltaje- Informe No.2 Gr5 Demostrar que el valor máximo del voltaje es proporcional a la medida por el amperímetro. -Comente.

Figura D.1. Esquema del circuito que muestra el método de medida ChubbFortescue.

Comentario: En la gráfica de error vs voltaje se puede observar una curva que decrece y vuelve a crecer, como se puede observar en el cálculo de errores mientras mayor es la distancia mayor es el error que se obtiene en los voltajes, se puede que los errores son bajos lo cual indica que la medición es precisa, y como es crecen lo cual se refleja en la gráfica. C. Determinar la(s) ecuación(es) de la curva tomada como referencia en el punto B

Si se tiene una conexión como la de la Fig. en el instrumento de medida, un miliamperímetro de bobina móvil, se mide el valor medio de un semiciclo de la corriente circulante. Dicho valor está dado por la ecuación siguiente:

(D.1) Si consideramos que el diodo de la izquierda se encuentra polarizado inversamente, la corriente del capacitor será la misma que por ese momento pasa por el miliamperímetro, entonces:

m = 102−31 = 2.84 35−10 (x − 10) * 2.84 = (y − 31) Y (x) = 2.84x + 2.6 [KV] Y (1) = 5.44 [KV ]

(D.2) Evaluando la integral dentro del semiciclo tenemos:

Y (2) = 8.28 [KV ] Y (3) = 11.12 [KV ] Y (4) = 13.96 [KV ] D. En el esquema de la figura, se muestra el método de medida según ChubbFortescue, en donde C es una capacidad conocida y A un miliamperímetro de bobina móvil.

(D,3) Despejando el valor de voltaje máximo, dejándolo en función de la corriente se obtiene:

Laboratorio Alto Voltaje- Informe No.2 Gr5

(D.4) por lo tanto, en la ec. (D.4), podemos comprobar que la relación del voltaje máximo con la corriente que marca el amperímetro es directamente proporcional. La curva que se presenta a continuación en la Figura 4 representa el retraso de la corriente respecto al voltaje.

los diodos cuya polaridad se monitorea desde el banco de mando. [2] Características técnicas:

Aplicaciones

Figura D.2. Valores instantáneos de tensión y corriente. E. Según Norma, establecer las características del alto voltaje continuo generado para que sea considerado ALTO VOLTAJE CONTINUO DE PRUEBA. Aplicaciones. Los ensayos a que cada equipamiento deberá ser sometido, están establecidos por las Normas referentes a cada equipamiento. Las normas están preparadas por entidades especializadas, normalmente con la colaboración de fabricantes y usuarios, estableciendo todas las características eléctricas, métodos de ensayos y cálculo de ciclos de trabajo que representan lo que el equipamiento deberá realizar en servicio. Evidentemente, esta normalización tiene efecto directo en la reducción del costo de los equipamientos. [2] Este se genera a partir de 220V AC, los 100KV de salida máxima a la que puede cargarse cada una de las etapas del generador de impulsos. El generador DC está confinado en un recipiente cilíndrico aislante lleno de aceite mineral. A la salida y encima del recipiente están colocados

Los ensayos en alta tensión son pruebas a niveles mayores de 1000 V, que se hacen a equipos tales como: aisladores, transformadores, pararrayos, conductores, cuchillas, etc; en los cuales estos se someten a condiciones simuladas para demostrar si ellos son aptos para soportar los requisitos o características propias de cada uno, especificadas por los fabricantes según el equipo. De esta forma se tiene una garantía de que los equipamientos podrán operar satisfactoriamente en las condiciones reales del sistema, las cuales son simuladas durante los ensayos. F. Con los datos obtenidos en 4.2. Calcule el Rizado y el factor de rizado para cada caso. Compare estos resultados con los obtenidos mediante análisis y cálculo matemático. Vr= (Vmáx - Vmín )/2 Datos Laboratorio tabla 2 V=123.32V Vmáx= 4 kV Vmín= 3.3kV Vr= 4 kV - 3.3 kV Vr= 700V/ 2 Vr= 350 V (media onda) F r= V x100% rV máx 4 kv 350 V Fr= x100% Fr= 8.8 %

Laboratorio Alto Voltaje- Informe No.2 Gr5 Ic=0.096∟-89.9° [A]

V=238.68 Vmáx= 8.9 kV

Calculamos el voltaje en el capacitor, luego la tension en los puntos a y b.

Vmín= 7.5 kV Vr= 8.9 kV - 7.5 kV

Vc=133513.22∟90° [V]

Vr= 1400V/ 2 |Vc|=133513.22 [V]

Vr= 700 V (media onda) F r=

V x100% rV máx

Vab=133513.22[V] -100000[V]

V F r = 700 x100% 8.9 kv

Vab=33.5 [kV] Comparando con la tension obtenida en la practica que fue:

Fr= 7.86% Se tiene un voltaje y un factor de rizado bajo, al comparar este resultado con el obtenido en el osciloscopio en el laboratorio se puede decir que es acertado ya que si se presentaba un voltaje de rizado mínimo ya que los capacitores se encangar de rectificar la onda de salida hasta obtener un voltaje de DC neto.

G. Explicar el funcionamiento del circuito de 4.3. Trazar un diagrama común al curso de los potenciales en (a) y (b) con referencia al valor de cresta del voltaje del transformador. Suponga que las características de los elementos que componen la instalación son ideales (desde t = 0 hasta aprox. t - 50 ms). Compare los valores obtenidos. En este circuito tenemos una generación de alto voltaje DC, que se obtiene en la salida el doble de caída de tensión de la entrada, que es un voltaje continuo debido a la rectificación de la señal de entrada. En el circuito resolveremos las dos mallas presentes, considerando que el diodo GS esta polarizado inversamente y se comporta como circuito abierto, para obtener las corrientes en cada malla y asi obtener también la corriente en el capacitor con un divisor de corriente. I1=1.18∟90° [A]

I2=0.096∟-90° [A]

Vab=35[kV] Podemos compararlos y observar que tenemos valores muy cercanos, por lo que nuestro error porcentual en la practica es muy bajo; debido a la buena realizacion de esta practica.

IV. CONCLUSIONES Hilary Malliquinga ●

Mediante la practica realiza de Medición de altos voltajes se puede decir que los métodos usados son similares en sus lecturas de medidas ya que la diferencia entre ellas es mínima como se pudo observar en la gráfica de distancia vs voltaje, también se puede concluir que la lectura de medidas es precisa por lo cual los errores son mínimos. Nicolyn Rivera

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Realizada la práctica se llega a concluir que el mejor método para generar alto voltaje DC es mediante los rectificadores de media onda ya que con este método se puede disminuir el voltaje de rizado y obtener una señal DC más real. Haciendo un análisis de resultados se puede comprobar que para obtener una medida de voltaje con menos

Laboratorio Alto Voltaje- Informe No.2 Gr5 probabilidad de error al voltaje real se debe usar las esferas espinterométricas a una distancia corta (10 cm) de tal manera que no oscile el medidor de voltaje de las mismas.

comprobar con mayor exactitud el valor del voltaje. Cristian Picoita (Gr2) ●

Jorge Parra ●

En esta práctica se pudo aprender que existen varios métodos de medición y los más usados son los Divisores de voltaje o también con el voltímetro electrostático. El uso de altos voltajes continuos se usa más para la parte de investigación donde se requiere de una excelente estabilidad y un mínimo factor de rizado.

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Lenin Plazas ●

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Para poder considerar que se ha podido generar un alto voltaje se debe cumplir ciertos parámetros como son voltaje pico, valor rms, frecuencia, etc. esto hablando en laboratorios de pruebas que trabajan con altos voltajes. En la práctica se pudo observar gracias al osciloscopio que la forma de onda de alto voltaje que se midió no era completamente sinusoidal esto se debe a la presencia de armónicos los cuales son ocasionados por el transformador.

V. RECOMENDACIONES ●

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Bryan Estrella ●

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Dependiendo del método y aparatos que se utilice para medir altos voltajes dependerán los errores, por ejemplo, en el método de medición por esferas espinterométricas las curvas de voltaje vs distancia varían de manera considerable al ser medidas desde el voltímetro digital al analógico. Se pudo comprobar que el método de medición por medio de esferas espinterométricas es el método más exacto de todos ya que los errores que se presentan no sobrepasan el 5%, esto se debe a que se basa en la generación de descargas, las cuales permiten

Se concluye que al utilizar el duplicador de Greinacher se genera una tensión igual a dos veces el voltaje máximo de entrada. Se determinó que para la generación de altos voltajes Dc se necesita de la aplicación de n Duplicadores de Greinacher para armar un multiplicador de Cockcroft-Walton y obtener 2n veces el voltaje máximo de entrada. Se comprobó que todos los métodos de medición de altos voltajes son efectivos y precisos, ya que al realizar las mediciones por cada método los valores son los mismos con variaciones muy pequeñas.

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Recordar que se debe multiplicar los resultados obtenidos por el factor K, mismo que depende de factores como la temperatura y la presión. Se debe tener la mayor cantidad de mediciones posibles para presentar un error mucho menor mediante el método experimental. Al momento de cambiar el circuito a usarse no olvidarse de realizar la descarga respectiva dentro de la Jaula. Revisar por lo menos dos veces que el circuito que se va armar este bien armado, tal como se indica en las hojas guías. VI. BIBLIOGRAFÍA

[1], A. Roth “Técnica de la Alta Tensión” Editorial, Labor Barcelona 1966. [2] Carlos Ramírez.(2009). Desarrollo de una norma de pruebas en alta tensión basada en el generador de impulsos de la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de El Salvador. Recuperado el 05 de

Laboratorio Alto Voltaje- Informe No.2 Gr5 Noviembre del 2018 de http://ri.ues.edu.sv/3810/1/Desarrollo%20de%20una %20norma%20de%20pruebas%20en%20alta%20ten si%C3%B3n%20basada%20en%20el%20generador %20de%20impulsos%20EIE%20UES.pdf