REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO

EXTENSIN MARACAIBO

DISEO DE UN TRANSFORMADOR PARA GENERAR IMPULSOS DE

TENSIN PARA PRUEBAS DE AISLAMIENTOS

Propuesta de Trabajo Especial de Grado para optar al Ttulo de

Ingeniero Electricista

Autores(a): Trivio Johandri

Paz Joaqun

Tutor(a): Larkin Cabrera

Asesor(a) Metodolgico(a): Marcos Molero

MARACAIBO JULIO 2014

ACEPTACIN DEL (DE LA) TUTOR(A)

Por la presente hago constar que he ledo el Proyecto de Investigacin, que como

Propuesta de Trabajo Especial de Grado han presentado los ciudadano(a) Trivio

Johandri; Cdula de Identidad N 20 835 295 y Paz Joaqun. Cedula de identidad N

20 686 153, y de la carrera de Ingeniera Elctrica; autores del Proyecto titulado:

Diseo de un Transformador para generar impulsos de tensin para pruebas de

aislamientos en el cual acepto actuar como Tutor(a) durante la fase de ejecucin y

presentacin de dicho trabajo.

En la ciudad de Maracaibo, a los 23 del mes de Julio de 2014

Larkin Cabrera

C.I.: 13568029

ACEPTACIN DEL (DE LA) ASESOR(A) METODOLGICO(A)

Por la presente hago constar que he ledo el Proyecto de Investigacin, que como

Propuesta de Trabajo Especial de Grado han presentado los ciudadano(a) Trivio

Johandri; Cdula de Identidad N 20 835 295 y Paz Joaqun. Cedula de identidad N 20

686 153, y de la carrera de Ingeniera Elctrica; autores del Proyecto titulado: Diseo

de un Transformador para generar impulsos de tensin para pruebas de aislamientos

y acepto actuar como Asesor(a) Metodolgico(a) durante la fase de ejecucin y

presentacin de dicho trabajo.

En la ciudad de Maracaibo, a los 23 del mes de Julio de 2014

Marcos Molero

C.I.:7 712 457

NDICE

Introduccin .................................................................................................................. 1

CAPITULO I .................................................................................................................... 3

EL PROBLEMA ................................................................................................................ 3

CONTEXTUALIZACIN DEL PROBLEMA ......................................................................... 3

Objetivos de la Investigacin ........................................................................................ 5

Objetivo General ........................................................................................................... 5

OBJETIVOS ESPECFICOS ................................................................................................ 5

Justificacin de la Investigacin .................................................................................... 5

Delimitacin de la Investigacin ................................................................................... 6

CAPITULO II ................................................................................................................... 7

MARCO REFERENCIAL ................................................................................................... 7

Antecedentes de la Investigacin ................................................................................. 7

BASES TERICAS .......................................................................................................... 11

Funcionamiento transformador para generar impulsos elctricos ............................ 11

Transformador ........................................................................................................ 12

Impulso .................................................................................................................... 12

Alta tensin ............................................................................................................. 12

Aislamiento ............................................................................................................. 12

Alta tensin ............................................................................................................. 12

Aislamiento ............................................................................................................. 13

Componentes del transformador para generar impulsos elctricos .......................... 13

Componentes Elctricos.......................................................................................... 13

Componentes Electrnicos ..................................................................................... 14

Prototipo del transformador para generar impulsos elctricos ................................. 15

Valores tericos....................................................................................................... 15

Especificaciones internacionales ............................................................................ 15

Funcionamiento del transformador para generar impulsos elctricos ...................... 17

Precisin .................................................................................................................. 17

Error ........................................................................................................................ 18

Sistema de Variable ..................................................................................................... 21

Variable: .................................................................................................................. 21

Definicin Conceptual ............................................................................................. 21

Definicin Operacional ............................................................................................ 22

MARCO METODOLGICO ........................................................................................... 23

Modalidad de la Investigacin .................................................................................... 23

Tipo de Investigacin .................................................................................................. 24

Procedimiento ............................................................................................................. 24

Unidad de Anlisis ....................................................................................................... 26

Tcnica e Instrumentos de Recoleccin de Datos ...................................................... 27

Tcnicas de Anlisis ..................................................................................................... 28

Referencias .................................................................................................................. 30

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO

EXTENSIN MARACAIBO

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

DISEO DE UN TRANSFORMADOR PARA GENERAR IMPULSOS DE

TENSIN PARA PRUEBAS DE AISLAMIENTOS

Propuesta del Trabajo Especial de Grado

LNEA DE INVESTIGACIN: DISEO ELCTRICO

Autor(a): Trivio Johandri; Paz Joaqun

Tutor(a): Larkin Cabrera

Asesor(a) Metodolgico(a): Marcos Molero

Mes, Ao: Julio 2014

RESUMEN

Este trabajo presenta el procedimiento sugerido para disear y construir un

transformador para generar impulsos de tensin para pruebas de aislamientos., dividindose en tres etapas principales. La primera, la concepcin del dispositivo, llevada a cabo empleando tcnicas de Concepcin Asistida por Ordenador (C.A.O.) con un programa de simulacin. La segunda, la construccin del dispositivo, consistente en la seleccin tcnico-econmica de los materiales, el desarrollo de una estructura mecnica confiable y el ensamble de todas las partes. Finalmente las pruebas al dispositivo, las cuales permitirn evaluar su desempeo de acuerdo con estndares internacionales. Estas pruebas sirven para calificar el sistema de aislamiento, y entre estas una de las ms importantes, y mayor inters que se presenta en este trabajo, es la que se realiza con el generador de impulsos. En esta prueba se aplica alta tensin en forma de pulsos rpidos que permiten generar una distribucin no lineal de tensin, con lo que es factible detectar si existen fallas en el aislamiento

Descriptores: Aislamiento, impulso, alta tensin, generador

1

Introduccin

Los materiales aislantes tienen diversas aplicaciones y usos, en la vida diaria, en la

industria y en cualquier otro campo. Estos materiales aislantes tiene su ms extendida

aplicacin y empleo en la industria, estos pueden ser: slidos como por ejemplo las

resinas, lminas, pelculas; o lquidos como por ejemplo los aceites industriales. Una

de sus ms amplias gamas de uso de estos materiales, es el hecho de que sean

empleados como aislantes elctricos, ya que no conducen fcilmente la electricidad,

lo cual es ideal por ejemplo en la fabricacin de cubiertas o de cintas aislantes para

los cables conductores en la industria del mismo, o tambin en la elaboracin de

depsitos, carcasas y accesorios de equipos que requieran ser aislados

elctricamente.

El tema de estudio se centra en las pruebas de rigidez dielctrica, tambin llamadas

pruebas de comprobacin, ya que estos materiales son sometidos para comprobar o

verificar una de sus propiedades fsicas ms importantes, como lo es la rigidez

dielctrica, pues la importancia de estos ensayos es que indican el grado de

confiabilidad de estos materiales, como parte de las diversas pruebas de calidad a los

que son sometidos.

Una de las causas de salida ms comunes en equipos elctricos es causada por la

falla del sistema de aislamiento. El sistema de aislamiento de equipo elctrico es

afectado por envejecimiento, humedad, polvo, condiciones ambientales, parmetros

operacionales e incluso por prcticas de mantenimiento o limpieza. Los cambios en el

valor de la resistencia de aislamiento, por ejemplo, son una de las mejores y ms

rpidas indicaciones de que est ocurriendo una degradacin de aislamiento

elctrico. Esta prueba solo identifica problemas del aislamiento a tierra.

El generador de impulso suele ser el tipo Marx, denominado as porque fue

diseado en 1923 por el profesor Edwin Marx en Braunschweig, Alemania.

Bsicamente consiste en un conjunto de condensadores que se cargan en paralelo y

2

se descargan serie. De esta manera, la tensin de salida ser la suma de las existentes

en los condensadores individuales

Los circuitos de generacin de alta tensin comienzan a evolucionar con la

aparicin de sistemas de transmisin de gran tamao. Existiendo una variedad muy

amplia de circuitos que tienen la finalidad de generar alta tensin. Dentro de las

necesidades de generacin de alta tensin, para el uso de dispositivos de simulacin

de efectos aleatorios de alta energa, se pueden mencionar las siguientes: disminuir

efectos corona en cables, transformadores y dispositivos de generacin y transmisin,

asegurar la continuidad del suministro en caso de una descarga atmosfrica en algn

punto del sistema de transmisin, manejar de manera ptima las contingencias

producto de la maniobra en sistemas de alta energa y , adems, realizar distintas

mediciones necesarias para el correcto funcionamiento de los sistemas de

generacin, transmisin y distribucin de energa elctrica.

A medida que los sistemas elctricos comienzan a aumentar su capacidad de

transmisin, se requiere aumentar la tensin de transmisin, adems se requiere una

forma de disminuir los daos productos de transitorios de alta energa de ocurrencia

aleatoria. Bajo estas circunstancias aparecen los generadores de impulsos de alta

tensin.

3

CAPITULO I

EL PROBLEMA

CONTEXTUALIZACIN DEL PROBLEMA

Los sistemas de generacin distribuida fueron el primer mtodo para suministrar

energa elctrica a centros poblados en localidades especficas convirtindose

entonces en una necesidad presentada por las industrias elctricas desde sus inicios

y que el mismo ser humano ha llegado a transformar el servicio de energa elctrica

en un factor indispensable para el mejoramiento de su calidad de vida. Para que

pueda llevarse esta labor a cabo, dicho suministro elctrico requiere de un conjunto

de medios y elementos imprescindibles para que la energa elctrica pueda ser se

generada, transportada y distribuida a sus centros de consumo, el cual debe contar

con mecanismos de control, proteccin y seguridad, todo esto con el objeto de

garantizar que el servicio que se brinda sea muy eficiente, estable, de mucha

flexibilidad y de alto grado de confiabilidad.

Un generador de impulsos es bsicamente una fuente de voltaje que segn Harper

(2005), es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial elctrico

entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la

energa mecnica en elctrica. Esta transformacin se consigue por la accin de un

campo magntico sobre los conductores elctricos montados sobre una armadura

(denominada tambin estator). Si se produce mecnicamente un movimiento relativo

entre los conductores y el campo, se generar una fuerza electromotriz (FEM) la cual

se basa en la Ley de Faraday.

4

En la presente investigacin se desarrolla una propuesta de diseo de un

transformador para Generar Impulso de Alta Tensin para ensayos de Rigidez

Dielctrica en Materiales de caracterstica aislante. La propuesta de diseo que se

mostrar, va acorde con la Teora de E. Marx sobre las descargas elctricas en alta

tensin. Estos tipos de ensayos generalmente estn caracterizados como

destructivos, pues la muestra de prueba del material es sometido a ruptura dielctrica

mediante la aplicacin de un alto nivel de voltaje de tipo transitorio.

Se describe en la presente investigacin, el anlisis y la simulacin del circuito

elctrico que modela al transformador para generar los Impulso, identificando sus

ms importantes caractersticas y los ms relevantes criterios de diseo que se deben

tener en cuenta al momento de dimensionar el transformador generador.

Tambin se describe la Fuente de Alimentacin que usar el Generador de Impulso,

con sus principales caractersticas, se incluye adems, la descripcin de una propuesta

de seguridad o proteccin tanto para la Fuente como para el Generador, y se hace

mencin sobre aspectos de seguridad tanto para la persona que realice o supervise

un ensayo de este tipo, como para el lugar o ambiente donde se lleve a cabo el mismo.

Los aislamientos elctricos tienen la funcin de evitar el contacto entre las

diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalacin) y proteger a las personas

frente a las tensiones elctricas (aislamiento protector) por lo tanto, una falla en el

aislamiento de algn dispositivo o conductor puede originar fallas por cortocircuito,

arcos elctricos, entre otros. Cabe recalcar que las fallas por aislamiento en muchas

ocasiones pueden traducirse en que superficies metlicas de aparatos elctricos

pueden quedar energizadas con niveles de tensin muy peligrosas, lo que puede llevar

a que los usuarios de dichos artefactos en las instalaciones elctricas estn expuestos

al peligro de un shock elctrico.

Es por ello que se plantea construir un prototipo capaz de generar impulsos

elctricos para as poder realizar pruebas de aislamiento y detectar fallas en los

mismos, as como tambin verificar la capacidad que tiene un determinado equipo o

maquinaria de soportar dicho componente sin que ocurra ruptura dielctrica en su

5

aislamiento, adems de permitir al Instituto Politcnico Santiago Mario, extensin

Maracaibo la posibilidad de poder beneficiarse al tener este dispositivo dentro de las

instalaciones.

Objetivos de la Investigacin

Objetivo General

Disear un Prototipo de un transformador para generar Impulsos Elctricos para

Pruebas de Aislamiento.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Analizar el funcionamiento del transformador para generar impulsos elctricos,

aplicado en pruebas de aislamiento.

Especificar los componentes del transformador para generar impulsos elctricos

para pruebas de aislamiento.

Disear el prototipo del transformador para generar impulsos elctricos para

pruebas de aislamiento.

Comprobar el funcionamiento del transformador para generar impulsos elctricos

para pruebas de aislamiento

Justificacin de la Investigacin

En lo tcnico, se obtendr con este prototipo, una herramienta la cual ser de

mucha ayuda generar impulsos elctricos para pruebas de aislamiento. En lo terico,

se pretende poner en prctica los conceptos y conocimientos adquiridos durante el

curso de la carrera de Ingeniera Elctrica en asignaturas como Maquinas Elctricas,

Protecciones Elctricas, Anlisis de Sistemas de Potencia, Electrnica, Controles

6

Elctricos, Circuitos Elctricos, lo cual contribuir a la adquisicin de nuevos

conocimientos.

Como justificacin metodolgica, el presente trabajo podr servir de base para

futuras investigaciones relacionadas con el tema, adems de ofrecer la posibilidad de

ser una gua a seguir sobre la elaboracin de prototipos, adems de brindar la

posibilidad de ampliar los conocimientos bsicos referentes a este tipo de proyecto

de investigacin en el rea de la ingeniera elctrica.

Igualmente se ve justificado socialmente, la propuesta de construir un prototipo

del transformador para generar impulsos elctricos para pruebas de aislamiento,

dado que ofrece al estudiantado del Instituto Universitario Politcnico Santiago

Mario la posibilidad de contar con ste dispositivo dentro de las instalaciones y de

esta manera poder usarlo en prcticas de laboratorio dirigidas a las carreras de

ingeniera elctrica y electrnica. Y de esta manera, el proyecto tenda gran valor por

cuanto la implantacin de soluciones estar dirigida a reducir causas de fallas

concretas, detectadas en los motores de induccin

Delimitacin de la Investigacin

La investigacin se llevar a cabo en el Instituto Universitario Politcnico Santiago

Mario extensin Maracaibo ubicado en el municipio Maracaibo estado Zulia, se

realizar en un periodo de tiempo comprendido desde Enero 2014 hasta Noviembre

2014, en la lnea de Investigacin de Diseo Elctrico especficamente en el rea de

Instrumentacin y control.

7

CAPITULO II

MARCO REFERENCIAL

Antecedentes de la Investigacin Gmez, Buitrago y Roldn (2011) realizaron un proyecto titulad

generador de impulsos de tensin porttil, diseado y construido con un aislamiento

hasta para 20kV, basado en trabajos de simulacin implementado exclusivamente

para ondas de impulso normalizadas, elaborado en la Universidad Nacional de

Colombia, Colombia. Este proyecto est dentro de la lnea de investigacin de diseo

elctrico, especficamente dentro del rea de sistemas de generacin elctrica.

Este proyecto const de 4 fases, empezando con disear el prototipo a generador

de impulsos de tensin porttil, planteando de esta manera los autores 5 diseados

planteados y a los cuales se les procedi a realizar una serie de clculos, con lo que la

segunda fase fue simular el generador de impulso de tensin por medio del software

matemtico MatLab y de esta manera poder obtener las formas de ondas del diseo

y as poder comparar los resultados arrojados por el simulador con los clculos

realizados.

La fase tres del proyecto mencionado fue la de especificar los componentes

necesarios para la elaboracin del generador de impulsos de tensin porttil, dado

que es posible llevarla a cabo debido a que se obtuvieron previamente los resultados

del prototipo y de esta manera pasar a la fase final la cual fue ensamblar el generador

de impulsos de tensin porttil.

8

Los resultados obtenidos por el generador de impulsos de tensin porttil el cual

fue probado en el laboratorio ayudaron a confirmar que fueron cercanos a los valores

calculados y los arrojados por el simulador, adems el prototipo fue comparado con

los generadores comerciales y los estndares establecidos para dichos instrumentos

y pudo concluirse que se encuentra dentro de los parmetros vlidos. Por lo tanto

este proyecto tiene gran semejanza con el que se desarrollar y por ende contribuye

tanto para el marco referencial como en forma metodolgica a la presente

investigacin.

-

purpose low cost DC high voltaje generator (60kV output), using Cockcroft-Walton

Este trabajo fue realizado en el instituto Disha de Administracin y Tecnologa,

India y tuvo como objetivo general el elaborar un generador de alta tensin en

corriente directa con una salida de tensin de 60kV, el cual se alimentaba de una

fuente de tensin monofsica de 5kV en forma de onda sinusoidal, con una frecuencia

de 50Hz. Por lo que la modalidad de esta investigacin fue de proyecto factible debido

a que consiste en la propuesta de un modelo funcional viable siendo adems es una

investigacin de tipo proyectiva ya que conllevan al diseo o creacin de un producto.

Para poder llevarse a cabo dicho prototipo esta investigacin se elabor en 4 fases,

siendo la primera etapa el disear un generador de alta tensin de corriente directa,

tomando entonces como referencia el circuito multiplicador de voltaje sugerido y

mejorado por Cockcroft-Walton sobre el circuito desarrollado por Greinacher por lo

que se realizaron clculos en base a los diseos planteados.

La segunda fase planteada fue indicar los criterios para el diseo del generador de

impulsos de alta tensin en corriente directa, correspondiente a los aspectos para la

seleccin de los capacitores, los diodos en base al voltaje pico inverso repetitivo, seal

de frecuencia de entrada y las corrientes picos de la fuente, tomando en cuenta las

corrientes de avance y tensiones de avance.

9

La tercera etapa fue simular el generador de impulsos de alta tensin empleando

el software MATLAB 7.0 con lo que se represent el diagrama del circuito del

generador de Cockroft-Walton de 6 etapas en el software de simulacin y con los

resultados obtenidos dar paso a la cuarta fase de la investigacin la cual especific los

valores nominales de los componentes de un generador de alta tensin y la posterior

construccin del prototipo.

Los resultados obtenidos sobre esta investigacin se obtuvo que fue posible

proponer y desarrollar el prototipo de generador de impulsos de alta tensin en

corriente directa partiendo de la simulacin a la implementacin en fsico del

prototipo por medio de software MatLab 7.0, adems de que el circuito multiplicador

de voltaje de Cockcroft-Walton es empleado cuando se requieren de altos niveles de

tensin de salida sin cambiar los transformadores de entrada de tensin.

Dichos autores tambin llegaron a la conclusin de que este tipo de prueba de

fuente de poder de alta tensin es de fcil control, bajo costo, porttil a pesar de ser

un equipo robusto y de gran peso, en el que diferentes niveles de tensin pueden ser

obtenidos en las diferentes etapas de dispositivo sin tener que variar la tensin de

entrada de la fuente de alimentacin. ste trabajo mencionado se encuentra dentro

de la lnea de investigacin de diseo elctrico, especficamente dentro del rea de

sistemas de generacin elctrica, el cual, aportando por lo tanto al marco referencial

de la presente investigacin que se est desarrollar.

De igual manera, Jayaraju, Daunt y Adzman (2007) en su trabajo especial de grado

general el modelado y simulacin de un generador de impulsos de alta tensin de 15

etapas con un nivel de tensin mayor o igual a 220Kv utilizando la herramienta de

simulacin matemtica MATLAB y estudiar la formas de onda obtenidas.

La investigacin citada anteriormente fue elaborada en la Escuela de Ingeniera en

Sistemas Elctricos, Malasia, en la que se tomaron en cuenta ciertos aspectos como

la evaluacin de la variacin del tiempo, especificacin de riesgos y clculos para la

simulacin del generador de impulsos de tensin. Es por ellos que es presente trabajo

10

tiene la modalidad de documental ya que consiste en la elaboracin de un modelo

matemtico de un generador de impulsos para su posterior simulacin.

sta investigacin se llevo en 4 fases, las cuales fueron comprar distintos software

de simulacin, haciendo uso de distintas herramientas computacionales como lo

fueron SPICE, SIMULINK y MATLAB, para posteriormente, determinar el modelo

matemtico de un generador de impulsos de tensin, diseando el circuito

equivalente de un generador de impulsos de alta tensin de multietapas y

especificando las ecuaciones del sistemas, las cuales se emplearon para poder ser

incluidas en los software de simulacin.

La tercera fase realizada en la investigacin mencionada fue especificar los

problemas asociados con los generadores de impulsos, los cuales estaban asociados

a la seguridad del personal que opera dicho dispositivo, as como se establecieron los

riesgos que conlleva cambiar los parmetros de los elementos que componen el

generador de impulsos ya que los acarrea un mayor tiempo por parte del simulador

para arrojar resultados.

La cuarta fase llevada a cabo fue la de simular el modelo matemtico de un

generador de impulsos de tensin, empleando el software de simulacin SIMULINK

debido a que es una extensin del software MATLAB diseada especficamente para

simular sistemas dinmicos adems de emplearse para resolver problemas de

controles automticos y procesamiento de seales digitales.

La investigacin mencionada obtuvo como resultado que la subida de tiempo del

impulso del voltaje es muy importante ya que es necesario para determinar la

organizacin de los elementos de control de la onda para el modelado de la onda de

voltaje, adems es posible obtener diferentes salidas deseadas con la simple accin

de variar o cambiar los valores de los capacitores y resistencias, as como tambin es

posible requerir de una serie de pruebas de ensayo y error durante la simulacin dado

a errores de truncado e inestabilidad numrica .

Por lo tanto el proyecto de grado citado tiene mucha relacin con la investigacin

que se llevar a cabo sobre la elaboracin de un generador de impulsos de tensin y

11

se encuentra dentro de la lnea de investigacin de diseo elctrico, especficamente

en el rea de sistemas de generacin elctrica, para de esta manera contribuir de

forma metodolgica dado a las herramientas de simulacin matemticas empleadas

para su elaboracin.

BASES TERICAS

Funcionamiento transformador para generar impulsos elctricos

Segn Ocando (2007), muchos aos de investigacin han determinado que una

sobretensin atmosfrica se puede representar como un impulso unidireccional de

tensin y obtenerse a partir de los circuitos bsicos de una etapa en los que

analizando cualquiera de los circuitos se obtiene que inicialmente el condensador C1

(que representa al generador de impulsos) es cargado con tensin continua Vo, de

polaridad positiva o negativa, y luego es sbitamente descargado en un circuito

conformado por el condensador C2 y las resistencias R1 y R2. Los circuitos propuestos

se muestran en la Figura 1.

Figura 1. Circuitos bsicos de un generador de impulsos. Fuente (Ocando (2007))

12

Transformador

El transformador es una maquina elctrica que se encarga de transformar voltajes

energa elctrica alterna de un cierto nivel de tensin, en energa alterna de otro nivel

de tensin, por medio de la accin de un campo magntico. Est constituido por dos

o ms bobinas de material conductor, aisladas entre s elctricamente por lo general

enrolladas alrededor de un mismo ncleo de material ferromagntico. La nica

conexin entre las bobinas la constituye el flujo magntico comn que se establece

en el ncleo. Rodrguez Baez (2005).

Impulso

El impulso es el producto entre una fuerza y el tiempo durante el cual est aplicada.

Es una magnitud vectorial. El mdulo del impulso se representa como el rea bajo la

curva de la fuerza en el tiempo, por lo tanto si la fuerza es constante el impulso se

(Figura 2) mientras que si no lo es se calcula

integrando la fuerza entre los instantes de tiempo entre los que se quiera conocer el

impulso (Figura 2b).

Alta tensin

Aislamiento

Figura 2a. Impulso Constante Figura 2b. Impulso no constante

Alta tensin

Es el valor de la tensin con la cual el sistema es denominado, y al cual se refieren

sus caractersticas, de acuerdo con lo que indican las normas sobre tensiones

13

nominales. Los sistemas elctricos pueden clasificarse por su nivel de tensin y en la

jerga se utiliza la siguiente divisin

- Baja tensin, sistemas de hasta 1.000 V

- Media tensin, sistemas hasta 36 kV, algunos consideran valores ms altos (72,5

kV) el lmite est en la diferente tecnologa entre esta clase y la superior.

- Alta tensin, sistemas hasta 245 300 kV.

- Muy alta tensin, por encima de los 300 362 kV.

Los lmites de la clasificacin no son estrictos, dependen de criterios y de normas.

Aislamiento

Los aislamientos o aisladores son dispositivos que sirven para mantener un

conductor fijo, separado y aislado de partes que en general no estn bajo tensin (a

tierra). Los aisladores que sirven para que un conductor atraviese una pared se

denominan pasamuros. Se los denomina pasatapas cuando atraviesan la cuba de un

transformador o la celda metlica de una instalacin blindada. Podemos

denominarlos genricamente como aisladores pasantes. La definicin de stos

incluye los medios de fijacin al tabique o pared a atravesar.

Componentes del transformador para generar impulsos elctricos

Los Componentes son aquello que forma parte de la composicin de un todo. Se

trata de elementos que, a travs de algn tipo de asociacin o contigidad, dan lugar

a un conjunto uniforme. Por ejemplo:

Componentes Elctricos

Segn Hayt, Kemmerly y Durbin (2007), los componentes elctricos son aquellos

empleados para construir circuitos elctricos, los cuales pueden ser agrupados en dos

bloques principales: Componentes pasivos, aquellos que suponen un gasto de energa

14

y los componentes activos que se encargan de suministrar la energa a los pasivos

Para el anlisis de los circuitos elctricos en los que son empleados estos

componentes se efectan dos aproximaciones sucesivas:

que caracteriza al componente. Suponen una simplificacin del comportamiento real

fectos secundarios.

Los modelos se construyen como combinacin de componentes ideales.

Los componentes ideales permiten realizar una primera aproximacin a un circuito

elctrico, proporcionando una respuesta ms simple de calcular, que en muchas

ocasiones no difiere en exceso del comportamiento real del circuito. Sin embargo, en

determinadas ocasiones no son aceptables estas aproximaciones, y es imprescindible

el clculo a travs de los componentes reales.

Los fenmenos electromagnticos bsicos empleados en los circuitos elctricos son

tres:

conductor.

formado por dos conductores separados por una pequea distancia.

Componentes Electrnicos

Segn Hayt, Kemmerly y Durbin (2007), un componente electrnico es una unidad

fsica en un sistema electrnico cuya intencin es afectar los electrones (o sus campos

asociados) en una forma consistente con la funcin esperada del sistema electrnico.

En otras palabras, es aquel dispositivo que forma parte de un dispositivo electrnico.

Los componentes de un sistema electrnico generalmente estn entre s en un

contacto electromecnico, usualmente soldados a un circuito impreso (PCB), para

crear un circuito electrnico con una funcin particular (por ejemplo, un amplificador,

un receptor de radio, entre otros).

15

Algunos componentes electrnicos simples son los capacitores, resistencias,

diodos, transistores, entre otros. Aunque tambin pueden ser ms complejos como

circuitos integradores (amplificadores, puertas lgicas, entre otros.)

Prototipo del transformador para generar impulsos elctricos

El prototipo es la primera versin o modelo de un producto, en que ha incorporado

algunas caractersticas del producto final. Se crean con rapidez y a un costo bajo para

explorar la factibilidad del concepto preliminar, no tendr que ser perfecto la primera

vez, sino que demostrar en general cmo el producto va a variar o mejorar lo que ya

existe. Normalmente el prototipo no es tan funcional como el producto final, ya que

no lleva a cabo la totalidad de los elementos. Lo importante es incluir los elementos

bsicos

Valores tericos

Segn Cruz (2011) define el valor terico como un nmero o cantidad resultante

de una expresin o ecuacin matemtica previamente definida, la cual posee una

serie de incgnitas, de manera que al sustituir cada una de sus variables por un valor

que se le asigna de antemano, y efectuando las operaciones indicadas en la expresin

algebraica, de solucin a la ecuacin que se desea resolver.

Especificaciones internacionales

La forma de onda de tensin de impulso completa normalizada 1.2/50 us que

establecen las normas ASTM D-3426 [2] - IEC 60243-3 [11], para ensayos que

reproduzcan la caida de un rayo, con lo que se prueban transformadores, materiales

aislantes, etc. se muestra a continuacin en la figura 4.

16

Figura 4 Onda

Para el grfico anterior, las normas ASTM D-3426 [2] - IEC 60243-3 [11], establecen

las siguientes definiciones:

Onda de Tensin de Impulso Completa: Tensin transitoria aperidica que crece

rpidamente hasta un valor mximo, decreciendo despus ms lentamente hasta

cero.

Valor de cresta (de una onda de tensin de impulso), Up: Valor mximo de la

tensin.

Valor de cresta convencional (de una onda de tensin de impulso), U1: Valor

obtenido a partir del registro de una tensin de impulso sobre la que pueden existir

oscilaciones de alta frecuencia o descargas de amplitud limitada.

Origen convencional (de una onda de tensin de impulso), O1: Punto de

interseccin O1 de la recta de tensin nula con la recta de unin de los puntos

correspondientes a 0.3 veces y 0.9 veces el valor de cresta convencional sobre el

frente de una onda de tensin de impulso.

Duracin convencional del frente (de una onda de tensin de impulso), t1:

Duracin igual a 1.67 veces el intervalo de tiempo tf que separa los instantes en que

la tensin es igual a 0.3 veces y 0.9 veces el valor de cresta.

17

Duracin convencional hasta el valor medio t2: Intervalo de tiempo t2

comprendido entre el origen convencional O1 y el instante, situado sobre la cola, en

que la tensin cae a la mitad del valor de cresta.

Asimismo las normas ASTM D-3426 [2] - IEC 60243-3 [11], indican lo siguiente:

Las tensiones transitorias provocadas por el rayo pueden ser de polaridad positiva

o negativa. En un campo simtrico creado entre electrodos idnticos, la polaridad no

tiene ningn efecto sobre la rigidez dielctrica. No obstante, con electrodos

diferentes, puede existir un efecto de la polaridad pronunciado. Cuando se utilizan

electrodos asimtricos para ensayar materiales, para los que el experimentador no

tiene experiencia ni conocimiento con anterioridad, se recomienda que los ensayos

comparativos se efecten en los dos sentidos de la polaridad.

n un 50% del valor de cresta en

El generador debe permitir la adaptacin de la forma de onda aplicada a la muestra

de ensayo, a fin de obtener una duracin convencional

Funcionamiento del transformador para generar impulsos elctricos

Se puede definir el funcionamiento como la puesta en marcha de una funcin o

actividad para la concrecin de ciertos fines. Cuando algo entra en funcionamiento

pasa de la esttica a la dinmica, se mueve, pone en acto una potencia. Las mquinas

cumplen funciones en vistas a lo que han sido creadas, en general cuando se

encienden, o cuando se las activa manualmente, en su caso, pudiendo tener perodos

de inactividad.

Precisin

Segn Paz (2009) la precisin en cuanto a las dimensiones y montaje de las esferas

es de suma importancia, estas deben de estar construidas de tal manera que sus

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superficies sean lisas, libres de irregularidades (en especial en los puntos de ruptura

dielctrica), que la curvatura sea lo ms uniforme posible y adems limpias y secas.

Asimismo, el dimetro de la esfera medido entre dos puntos cualesquiera de su

superficie no debe exceder el 2% de su valor nominal.

Error

Por muy bueno que sea el instrumento de medicin siempre habr una incertidumbre

tipos de errores. Entre estos tipos tenemos:

Error humano: este es muy comn en el mbito de la medicin ya que se produce

mediante despistes de la persona que es midiendo, como tambin puede ser el

desconocimiento al momento de la medicin, el mal manejo del instrumento de

medicin o entre otros factores. Este tipo de errores pueden ser muy graves pero se

pueden corregir cuidadosamente.

Errores sistemticos: ocurre en los aparatos de medicin debido a una mala

calibracin de estos por operar fuera de sus lmites normales de funcionamiento (por

ejemplo intentar medir la amplitud de una seal de 60MHz con un osciloscopio con

un ancho de banda de 50Mhz). El aparato marcara otros valores fuera de los valores

reales de la medicin. Se corrigen empleando instrumentacin adecuada.

Errores de resolucin: son debido al mnimo cambio en la magnitud que es capaz

de medir el instrumento. No podemos nunca medir con menor error que la precisin

del instrumento de medida. La resolucin de un instrumento deber ser mayor o igual

que su exactitud.

Segn Paz (2009) las mediciones de impulso de voltaje estn generalmente sujetas

a considerables errores causados por contaminacin en el aire ya sea polvo u otras

partculas y al alrededor o en contacto con las esferas como lo es tambin el polvo,

grasa, entre. Garantizando que en el mejor de los casos la superficie de las esferas

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est libre de contaminacin se estima que la medicin de la tensin tendr un error

aproximado del 3%.

Medicin elctrica

Segn Paz (2009) es necesario efectuar la medicin de la tensin que se aplica al

objeto de prueba, la cual se puede hacer utilizando algunos de los siguientes mtodos:

a travs de un espintermetro de esferas, por medio del divisor de tensin conectado

a un osciloscopio y por medio del divisor de tensin conectado a un voltmetro pico.

Medicin de la tensin de impulso mediante un espintermetro de esferas: La

norma ANSI/IEEE Standard 4-1995 define al espintermetro como "un dispositivo

constituido por dos electrodos metlicos, esfricos y de igual dimetro, donde la

distancia que los separa es regulada a voluntad". Al aplicar entre dichas esferas un

potencial, la descarga -a cierta distancia de ruptura- ocurre a un valor de tensin

predeterminado.

En la prueba de impulso, este valor es el voltaje pico de la onda o nivel bsico de

aislamiento del equipo a ensayar. La disposicin fsica de las esferas se hace en forma

vertical con la esfera inferior conectada a tierra (ver Figura 3) o de manera

horizontalmente con la dos esferas conectadas al voltaje de la fuente o bien una de

las esferas conectada a tierra (ver Figura 3).

Fig. 3. Izquierda Espintermetro con arreglo vertical. Y a la derecha espintermetro con arreglo

horizontal Fuente (Paz (2009))