GUA N 4

GENERACIN Y MEDICIN DE IMPULSOS DE TENSIN NORMALIZADOS

Descripcin: Montaje de un generador de impulso de tensin para la generacin de una onda tipo rayo normalizada 1.2/50 s.

Se busca establecer la forma de generar impulsos de tensin tipo rayo, as como de los diferentes sistemas de medicin que se pueden aplicar para la determinacin terica y experimental de dichas tensiones.

Para este caso en especfico, se tiene un sistema de generacin conformado por dos etapas:

1. Generacin de tensin DC:

a) Resistencia de proteccin: Se usara la resistencia de 3,6 Mb) Sistema de rectificacin de media onda: Se usar un solo diodo, por consiguiente no se podr sobrepasar la tensin pico inverso. Tener en cuenta esto para los clculos tericos y las simulaciones c) Sistema de filtro: Se usar el condensador de 25000 pFd) Sistemas de medida para la tensin DC del impulso: Se usara el divisor resistivo puro

Rama de alta tensin: 280 M Rama de baja tensin: 40 k

2. Generador de impulso de tensin

Para la generacin de los impulsos de tensin pueden usarse dos tipos de configuraciones, los cuales se muestran a continuacin:

Figura 1. Configuracin 1 para la generacin de impulsos de tensin

Figura 2. Configuracin 2 para la generacin de impulsos de tensin

Hay que tener en cuenta que cada configuracin tiene una eficiencia, ver figura 3:

Figura 3. Impulso de tensin tipo rayo

Donde:

Vo = Voltaje de cargas del condensadorVp = Valor pico del impulso

Para la configuracin 1, se tiene que

Para la configuracin 2, se tiene que

Circuito final con las dos etapas, figura 4, circuito de generacin DC ms circuito de generacin de impulsos (en el caso de la figura se tiene configuracin 2)

Figura 4. Generador de impulsos de tensin

Donde:

T: Transformador.Ra: Resistencia de proteccin.RL: Resistencia limitadora del diodo.D: Diodo Rectificador de Onda.C1: Condensador de Descarga.Vc: Tensin de carga.Gap: Espintermetro de esferas.R2: Resistencia de cola.R1: Resistencia de Frente.C2: Condensador de Carga.V(t): Tensin del Objeto de prueba.

Onda normalizadaFigura 5. Onda normalizada 1,2/50 s

Donde:

V(t): Tensin del Objeto de Prueba.T: Tiempo transcurrido del 30% al 90% del V(t).T1: 1.67T, (Tiempo de Frente).T2: 0.3T1=0.5T, 50% del V(t) descenso de la Onda. (Tiempo de cola).

Marco Terico:

1. Descripcin del funcionamiento del generador de impulso de tensin.2. Cmo se obtiene la seal de impulso.3. Para que se usa un generador de impulsos de Tensin. 4. Sistemas de medicin utilizados para medir impulsos de tensin. Tener en cuenta cuales se aplican al Laboratorio de la Universidad Distrital a partir de los equipos con los que se cuenta.

Para la tensin DC:

1. Divisor resistivo puro

Rama de alta tensin: 280 M Rama de baja tensin: 40 k

NOTA: Para medir la tensin DC slo vamos a utilizar el multmetro fluke 179.

Para la tensin de impulso:

1. Divisor capacitivo puro

a. Rama de alta tensin: 1200 pF. Tengan en cuenta que en este caso el condensador C2 en las dos configuraciones sirve tambin como sistema de medida, lo que quiere decir que para este caso en especfico, sera la rama de alta tensin de un divisor capacitivo puro.

b. Rama de baja tensin: Para tal caso existen dos ramas de baja tensin. Realizar clculos de relacin de transformacin y simulaciones para cada uno

i. Cb1=464,3 nF, Impedancia de acople 78,4ii. Cb1=4,7 F, Impedancia de acople 78,5

Los dos divisores capacitivos que tienen resistencia de acople. Recuerden que a altas frecuencias si hay que tener en cuenta el acople de impedancias entre el los equipos (sistema de medida, sonda y osciloscopio).

1. Divisor capacitivo amortiguado:

a. Rama de alta tensin:CAT = 1227 pFRAT = 54,28 b. Rama de baja tensin:CBT = 1,686 FRBT = 0,03952 Impedancia de acople = 74,3Relacin de transformacin = 1375

2. Divisor resistivo compensado:

a. Rama de alta tensin:CAT = 98,79 pFRAT = 280 Mb. Rama de baja tensin:CBT = 0,271 FRBT = 102,3 kImpedancia de acople = 78,5Relacin de transformacin = 2744,19

NOTA: Para medir la tensin de impulso slo vamos a utilizar el osciloscopio RIGOL. Tener en cuenta para las simulaciones todo el circuito equivalente entre R y C.

5. Descarga en gases: Mecanismos de descarga en gases

a. Teora de Townsendb. Curva de descarga de Townsendc. Ley de Pachend. Condiciones atmosfricas: Presin, temperatura, etc

DATOS DEL GENERADOR DE IMPULSO

C1 = 25000 pF Condensador de descarga C2 = 1200 pF Condensador de carga R1 = 350 Resistencia de frente R2 = 2640 Resistencia de cola

Circuito base de simulacin, figura 6

Figura 6. Circuito de simulacin

La idea es simular slo a partir del condensador de carga (con una carga inicial, Voltajes de Prueba) una vez el espinterometro acta es decir (circuito cerrado), no simulen la parte del circuito equivalente y la parte de rectificacin. Como se dijo anteriormente este es el circuito base, por consiguiente, hay que adicionar los dems circuitos equivalentes, los divisores para DC e impulso, los equipos de medida y las sondas.

VOLTAJES DE PRUEBA (Vo): Los voltajes de prueba para clculos teorcos y simulaciones sern: 10 kV, 20 kV, 30 kV, 40 kV y 50 kV

Clculos Tericos: Para cada voltaje de prueba se van a determinar los siguientes parmetros

1. Determinacin de eficiencias para cada configuracin 2. Con la eficiencia, determinar los valores pico del impulso (Vp) para cada voltaje de prueba. Vp = *Vo 3. Para cada voltaje determinar las distancia de separacin del espintermetroTengan en cuenta las siguientes condiciones: Temperatura (T) = 15 C (TEMPERATURA DE BULBO SECO) Presin (P) = 0,74 Atmosferas Humedad relativa (hr) = 65 %

NOTA: Para calcular el factor K2 = Kw el factor K es para una tensin DC o sea que se utiliza la formula:

Simulaciones:

1. Determinar los valores de voltaje esperados en baja tensin tanto para DC como para el impulso para cada sistema de medicin.2. Para un solo caso, voltaje de prueba 30 kV, se van a determinar de forma terica y a travs de la simulacin los tiempos de frente y de colas, como estn establecidos en la figura 5.

Tenga en cuentas las siguientes cosas para el da del laboratorio

1. Por cada voltaje de prueba (Vo) se realizarn de 5 a 10 mediciones.2. Las sondas para las conexiones. Caractersticas: Cable coaxial RG6, longitud promedio 2 metros.3. Las caractersticas de los equipos de medida (Multimetro FLUKE 179 TRUE RMS y OSCILOSCOPIO DIGITAL RIGOL DS1102E). Los manuales los encontraran el centro de documentacin o en internet (pginas de los fabricantes o distribuidores).4. Los voltajes mximos de proteccin de los sistemas de Baja tensin.