aislamiento-7-y-8-150314
-
Upload
edwin-baez -
Category
Documents
-
view
222 -
download
3
description
Transcript of aislamiento-7-y-8-150314
3/31/2015
1
Preparado por:
Prof. Ing. Herbert Enrique Rojas M.Sc. Ph.D(c)
Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Ciclo 2015-I … Bogotá D.C.
Curso de Aislamiento Eléctrico
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 2
1. Generación de altas tensiones AC
• Transformadores monofásicos
• Transformadores en cascada
• Transformadores resonantes
• Bobina de tesla
2. Generación de altas tensiones DC
• Rectificador de media onda
• Circuitos dobladores
• Circuitos en cascada
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 3
REQUERIMIENTOS Y CARACTERÍSTICAS
• Usada para prueba sobre equipos de transmisión y potencia
• Pruebas en laboratorio para pruebas de aislamiento
• Baja tensión en la fuente del primario (entre 220V y 450 V a frecuencia 60 Hz)
• Pruebas sobre elementos de alta impedancia (orden de MΩ)
• Pruebas que involucran bajas corrientes (< 1 A)
• Requerimientos de bajas potencias (<10 kVA)
Métodos y equipos especiales que no requieren altas potencias
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 4
LABORATORIOS DE ALTA TENSION
• Equipos para realización de pruebas de aislamiento
• Tensiones entre 10 kV rms y 1.5 MV rms
• Mayor parte de las pruebas son a frecuencia industrial (60Hz)
• Pruebas con tensión fase-tierra
• Formas de ondas cercanas a sinusoides puras
• Sin importar los OUTs la relación Vpico/Vrms = 2 + 5%
Potencia disipada · · ·
3/31/2015
2
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 5
LABORATORIOS DE ALTA TENSION
Potencia disipada · · ·
Capacitancia de los equipos y las muestras bajo prueba (OUT)
Cambia dependiendo del tipo de equipo(10 pF – 10000 pF)
1 Compensa capacitancias adicionales por
más elementos en el circuito Niveles de tensión
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 6
• Tensiones necesarias para la prueba de equipos y dispositivos para transmisión ydistribución (aislamientos, cables, condensadores, CTs, PTs, transformadores depotencia, etc.)
• Pruebas en aisladores
• Pruebas destructivas en aislamientos, herramientas y equipos de protección
• Generación de alta tensión o altas corrientes DC e Impulsos
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 7
Vn < 300 kV
Unidades de transformación simple (1 trafo)
Simplicidad, altos costos
Vn > 300 kV
Arreglos en cascada
Reduce costos en el aislamiento, facilita el transporte y la construcción,
distribuye el peso
NIVELES DE GENERACION ALTA TENSION
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 8
TRANSFORMADORES SIMPLES
1 – Núcleo2 – Devanado primario3 – Devanado secundario
• Usualmente 1
• El núcleo y uno de los terminales de ambosdevanados son aterrizados
• (2) está cerca al núcleo y rodeado por (3)
• Se reduce el flujo de dispersión e incrementa elacoplamiento entre devanados
• El inicio de (3) está cerca al núcleo y el finalcerca del blindaje
• Las vueltas de los devanados arregladas encapas aisladas de materiales sólidos
3/31/2015
3
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 9
TRANSFORMADORES SIMPLES
(1) Núcleo (2) Devanado primario (3) devanados de alta tensión
(4) devanados de compensación (5) devanado excitación
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 10
TRANSFORMADORES EN CASCADA
• Para tensiones entre 300 y 500 kV
• Usa varias unidades de transformación
• El peso puede ser subdividido
• Fácil transporte y conexión
• Transformadores idénticos
• Devanado de excitación dentro de cadatrafo
• Usualmente 1• Devanados de HV conectados en serie
Terciario(dev. excitación)
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 11
TRANSFORMADORES EN CASCADA
• Requerimientos de mayor potencia entrafos de las primeras etapas
• Aislamiento de tanque en trafos II y III
• Pueden tener devanados de puntomedio 0.5V, 1.5V, 2.5V
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 12
TRANSFORMADORES EN CASCADA
Reactancia equivalente de la configuración:
3 2 9 4
14 3 5
3/31/2015
4
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 13
TRANSFORMADORES EN CASCADA
Reactancia equivalente de la configuración:
" # $ % 1 # $ 1
&
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 14
TRANSFORMADORES EN CASCADA
" # $ % 1 # $ 1
&
Reactancia equivalente de la configuración:
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 15
TRANSFORMADORES RESONANTES
Aprovechan los circuitos LC que aparecen en el trafo para obtener HV
Condición de resonancia: ' ' 1 ⁄
1')
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 16
RESONANCIA EN SERIE
* $+*, + -) $ *
En condición de resonancia: * ,*
, · 1
Factor Q:
. 1 ,
Q es la factor de multiplicación de la tensión sobre el OUT bajo condiciones de resonancia
C
3/31/2015
5
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 17
TRANSFORMADORES RESONANTES
• La potencia en la fuente disminuye avalores de KVA/Q
• La resonancia en serie reduce elcontenido armónico. Esto mejora lasformas de onda (pruebas especiales)
• En caso de ruptura en OUT la corrientese limita por la reactancia variable (L)
• Limita la cantidad de transitorios endisrupciones de algunos gases
• Se pueden conectar unidades en serie oparalelo
* , *
, · 1
,'
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 18
• Tensión media de alimentación 10 kV
• Spark gap (G) ajustado a una tensión deseada V1
• Las inductancias quedan al aire o sumergidas en aceite
• C1 y C2 ajustan la frecuencia de 10 a 150 kHz
BOBINA DE TESLA
Función de ',', , 12
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 19
2
3'' ·1
4 $ 4 cos 48 $ cos 48
3 1 $ 2
'' 1 $ 9
9: ;<=>%;%=#8=?=@;<AB@C%=#8<=#8D='1'
Donde:
4, 4 EFG HEGG
I EFG HEGG
$ 1 $ 9
-F*F
-G*G
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 20
Asumiendo que la energía almacenada en es transferida a
J 12 K
12
J
K: eficiencia del trafo
Amplitud máxima de la salida: LM = -G-F
= NHL GONL @ '
'
K
3/31/2015
6
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 21
BOBINA DE TESLA
Bloqueador de HF (op. 2)Bobina Tesla clásica (op. 1)
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 22
• Necesario para pruebas de dispositivoscontra sobretensiones
• Requieren de transformadores quegeneren oscilaciones de HF
• Se genera una onda seno pura
• Los trafos no tienen núcleo de hierro
• Acumulación lenta de tensión en pocosciclos
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 23
• Tensiones necesarias para la prueba dedispositivos electrónicos
• Pruebas en cables largos y condensadoresgrandes (estrés eléctrico)
• Pruebas donde el uso de AC es impráctico(uso de corrientes elevadas)
• Generación de impulsos de alta tensión oaltas corrientes
• Aplicaciones industriales
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 24
CIRCUITOS RECTIFICADORES SIMPLES
3/31/2015
7
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 25
CIRCUITOS RECTIFICADORES SIMPLES
P Q2
2,->
• Tensión de rizado
• Valor medio DC
R* LM $ 2
• Factor de rizado
ST PLM
El factor de rizado debe ser menor del 5%
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 26
CIRCUITOS RECTIFICADORES SIMPLES
DescargaImax
Rlim: Reduce las altas corrientesque pueden aparecer durante ladescarga del OUT
• Circuitos simples hasta 1.2 MV
• Si se requieren EHV-DC el tamañode los circuitos es muy grande
• Corrientes máximas de 100 mAusando Rlim
• Puede haber saturación si iL(t)=i(t)
D debe ser dimensionado parasoportar 2Vmax (tensión inversa)
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 27
CIRCUITOS RECTIFICADOR ONDA COMPLETA
• Requiere de trafos de punto medio
• Se reduce el problema de saturación (aunque no se elimina)
• Cada diodo conduce durante T/2
• El rizado se reduce a la mitad
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 28
CIRCUITOS RECTIFICADOR ONDA COMPLETA
• Valor medio DC
R* LM $
2
• Factor de rizado
ST PLM
El factor de rizado debe ser menor del 5%
P Q2
2,- U 12>
• Tensión de rizado
3/31/2015
8
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 29
CIRCUITOS RECTIFICADORES - Formas de onda
(a) onda seno de entrada
(b) salida con rectificador de media onda
(c) salida con rectificador de onda completa
(d) Vmax, Vmedio y tensión de rizado P pararectificador de onda completa con filtro
P
PP
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 30
CIRCUITOS DOBLADORES – CONFIGURACION GREINACHER
• Requiere de pocos elementosadicionales (bajo costo)
• En O.C. el rizado es reducido
• En condiciones normales de cargael rizado depende de Rload y C2
• El rizado se reduce a la mitad
D2
conduciendo
D1
conduciendo
• En semiciclo (-) conduce D1
• En semiciclo (+) conduce D2
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 31
UnidadGreinacher(m‘-n‘-n-m)
CIRCUITO EN CASCADA COCKROFT-WALTON
• Todos los condensadores de las n etapasse cargan a 2Vmax después de untiempo excepto C’n
• La columna de condensadores primos semantiene oscilando con la fuente AC
• La columna de condensadores no primospermanece constante
• Las tensiones en la posición k = n, (n-1),…, 3, 2, 1 responden a la relación:
Vout= 2(n+1-k)Vmax
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 32
UnidadGreinacher(m‘-n‘-n-m)
CIRCUITO EN CASCADA COCKROFT-WALTON
3/31/2015
9
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 33
UnidadGreinacher
CIRCUITO EN CASCADA COCKROFT-WALTON
• Los potenciales 1’,2’,…. n’ están oscilandodebido al cambio deV(t)
• Los potenciales 1, 2, …, n permanecenconstantes respecto a tierra
• Todas las tensiones en los condensadores sonDC y la magnitud de cada etapa es 2Vmax,excepto C’n
• Todos los diodos están sometidos a 2Vmax
• La tensión máxima de salida posible es2nVmax
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 34
CIRCUITO EN CASCADA COCKROFT-WALTON
n: número de etapas
Bajo condiciones de carga Vout nunca alcanzará 2nVmax
• Rizado
P 2> U # # 1
2 U # # 14>
• Caida de tensión
∆W >
2#3 $ #
6• Tensión de salida máxima (n>4)
W_LM ≅ 2#LM $>
2#3
• Etapas óptimas
#[\ LM · >
Prof. Herbert Enrique Rojas Cubides – Aislamiento Eléctrico – Generación de Altas Tensiones (2015) 35
CIRCUITO EN CASCADA COCKROFT-WALTON