Gener Adores

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RESUMENPara un transformador de un determinado lote de laproduccines necesario realizarle las respectivaspruebasde rutina as como tambin las pruebas tipo. Una de estas pruebas tipo es la prueba de impulso la cual se realiza mediante un generador de impulsos atmosfrico. Estetrabajoplatea la necesidad depodersimular mediante losprogramaPspice y ATPDraw losensayosde impulsos a un transformador monofsico. Permitiendo de esta manera poder configurar el equipo para la prueba, as como tambin conocer como se determinanlos valoresderesistencia, inductancia y capacitancia que permitan aplicar una onda de impulso atmosfrico sealado en la norma I.E.E.E Std-4 1995 y COVENIN 3172 al transformador monofsico. Como resultado se podr reducir los tiempos de configuracin del generador de impulso y poder hacer los ajustes necesarios del generador en vaco y con carga, as como tambin poder comparar los resultados de las pruebas con las simulaciones.Palabras Claves:Simulacin; Generador de Impulso Atmosfrico; Pspice; ATPDraw; Capacitancia; Transformador Monofsico; Divisor de Tensin.MARCO REFERENCIAL DE LOS GENERADORES DE IMPULSOSLos ensayos de aislamiento a impulso normalizado que simulan los transitorios con frente brusco de origen atmosfrico o de maniobra, se realizan con generadores de impulso.El esquema bsico de los generadores de impulso fue originalmente propuesto por E.Marxen 1924, los generadores de Marx son probablemente la manera ms comn de generar los impulsos de alto voltaje para probar cuando el nivel voltaico requerido es ms alto que el disponible cargando voltajes de fuente, consiste en un ciertogrupodecapacitoresque se cargan en paralelo por medio de rectificadores de alta tensin, a travs deresistenciasde carga. La descarga de los capacitores se realiza a travs de espintermetros de esferas en un circuito serie que incluye resistencias amortiguadoras de las oscilaciones.La carga de los capacitores y en consecuencia la tensin total del generador puede variarse regulando la tensin del rectificador. La polaridad de la tensin se cambia invirtiendo las conexiones de los capacitores al rectificador.Elmtodoms utilizado para originar la descarga del generador consiste en aplicar un impulso de tensin al electrodo central de un espintermetro con tres esferas, que est colocado entre el primer y segundo grupo, por medio de una fuente auxiliar. Iniciada la descarga, sta se propaga a todos los espintermetros de la cadena.Hay ensayos en los que se requiere la aplicacin de tensin alterna al aparato y simultneamente aplicar la onda de impulso, esto exige que el dispositivo de disparo acte en modo sincronizado.Una de las ms importantes aplicaciones delensayode impulso, es la detencin de las fallas. No existe un mtodo definitivo para este propsito, pero la experiencia ha demostrado que la utilizacin de una combinacin de todos losmtodos, asegura la deteccin de fallas.La deteccin, mediante osciloscopios diseados para pruebas de alto voltaje o en su defecto osciloscopios convencionales, esta basado en la premisa que: cuando un aislamiento falla en el caso de las pruebas atransformadores, cambia la impedancia cuando este es sometido a los impulsos de tensin. Estecambiocausara variaciones en la corriente de impulso que fluye a travs del devanado y en la tensin media a travs del mismo.Debido a la complicadanaturalezadel ensayo de impulso y a las diferentes formas deconstruccinde transformadores, los fabricantes de estos han desarrollado a travs de los aos,tcnicasde pruebas apropiadas para su uso.

Existen trestcnicasapropiadas deensayo, entre las cuales tenemos: a.Conexin de los terminales no sometidos a impulso. b.Devanados de baja impedancia. c.Uso decondensadoresa travs de lasresistenciasshunt de corriente.El propsito de ensayar el transformador es simular su uso en campo. Por lo tanto, esto no es tan simple y directo como suena. Elambientede un transformador cambia frecuentemente con los aos, bien porque sea traslado o porque se le adicionen en paralelo equipos o lneas. Enel ensayomuchas veces se debe tener en cuenta los efectos de las lneas, cables, generadores, pararrayos, etc. Ms difcil aun simular es determinar queclasede descarga atmosfrica va a recibir y como este va a entrar en elsistemadedistribucino transmisin.Generalmente, lasondasde las descargas atmosfricas varan considerablemente. Para uniformizar estosensayos, ciertas formas de onda se han normalizado; en la actualidad, la onda utilizada para lostransformadoreses de 1.2/50s; sin embargo, en algunos casos es difcil obtener la duracin de 50s en la cola de la onda. En estos casos es necesario utilizar la capacitancia mxima del generador.Para conocer como es elcomportamientode laspruebasen alta tensin actualmente existen determinadossoftwareque permiten estudiar dichos fenmenos, uno de estos software son el Pspice y el ATPDraw. El primero se ha conformado como el mejor y el ms utilizado simulador decircuitoselectrnicos. Si bien soporta elanlisisde circuitos analgicos y digitales, es en el campo analgico donde PSPICE ha alcanzado su mximautilidad.Adems el PSPICE es un,programadeedicingrfica de circuitos, analizador de ondas uosciloscopiovirtual, editor de estmulos, una aplicacin especfica para optimizar el comportamiento del circuito.El programa ATPDraw es unprocesadordel ATP en ambienteWindows, usado para construir circuitos elctricos, en el cual se puede seleccionar los componentes desde un men los cuales tienen cajas dedialogodonde puedes introducirlos valoresque lo componen. Este programa fue creado por: The Bonneville Power Administration, USA, and SINTEF Energy Research, Norway.En este punto es conveniente insistir en dos aspectos bsicos que nunca se debe olvidar:1). Los simuladores, por muy potentes no son mas que una aproximacin a la realidad y en consecuencia nunca pueden sustituir la prctica de manejo real de los circuitos electrnicos y elctricos. Por tanto, el mejor uso que se puede realizar es combinndolo conel trabajoen ellaboratorio.2). Los simuladores hacen las tareas que le encomienda el usuario y por lo tanto no debe perderse la perspectiva de que es una herramienta que la maneja el tcnico.- FUNDAMENTOS SOBRE GENERADORES DE IMPULSOS DE TENSIN.El generador de impulsos es un equipo que genera intencionalmente transitorios de alto nivel de tensin para simular sobretensiones tipo atmosfrico y de maniobra, con la finalidad de verificar la capacidad que posee un determinado dispositivo o mquina de soportar dicho impulso sin que ocurra ruptura dielctrica en su aislamiento.Su aplicacin principal es la realizacin de pruebas de aislamiento (prueba de impulso) en equipos y maquinaria elctrica en general.PRINCIPIO BSICO DEL GENERADOR DE IMPULSOSMuchos aos deinvestigacinhan determinado que una sobretensin atmosfrica se puede representar como un impulso unidireccional de tensin y obtenerse a partir de los circuitos mostrados en laFigura 1. [1]-[2]:

Circuito a

Circuito bFigura 1. Circuitos bsicos de un generador de impulsosAnalizando cualquiera de los dos circuitos propuestos se obtiene que inicialmente el condensadorC1(que representa al generador de impulsos) es cargado con tensin continuaVo, de polaridad positiva o negativa, y luego es sbitamente descargado en un circuito conformado por el condensadorC2y las resistenciasR1yR2. Esteprocesode descarga se inicia en el instante en cual se establece entre las esferas del espintermetroSGun arco elctrico y la tensin se transfiere aC2, que representa bsicamente a un objeto bajo prueba. Entonces, la expresin analtica del voltaje de impulso enC2tiene la forma [1]-[2]:

(1)dondeVoes la tensin de carga del condensadorC1,Kuna constante que depende del circuito seleccionado (ver Figura 1) yayYlas races de la ecuacin caracterstica del sistema, cuyos inversos son las constantes detiempodel mismo.Si los parmetros deresistivosycapacitivosde laFigura 1son constantes y losvaloresdeayYde la expresin (1) son relativamente diferentes entre s, entonces se pueden analizar separadamente dos circuitos: el del frente de onda y el de la cola, como se muestran en laFigura 2,para realizar este anlisis tomaremos el circuito (b) de laFigura 1[1]- [3].

Figura 2. Circuitos para el estudio de un generador de impulsosAhora bien, considerando el circuito del frente de onda en el momento en que ocurre la descarga entre las esferas del espintermetroSG, el condensadorC2se carga con la constante de tiempoT1:2)definida como elproductode laresistenciade frenteR1con la capacidad equivalente serie de los dos condensadoresC1yC2. Generalmente, se asume queC1>>C2por lo que la relacin se puede simplificar a:3)que indica que la duracin del frente de la onda de tensin en el condensadorC2es directamente proporcional a la resistencia de frenteR1y a la capacidad del objeto de pruebaC2.Haciendo un proceso anlogo en el circuito de cola, en el instante en el cual la transferencia de carga deC1aC2es cero (debido a una redistribucin de la carga elctrica entre ambos), los condensadores se descargan en la resistenciaR2con una constante de tiempoT2igual a:4)y simplificando con la suposicinC1>>C2, se tiene que:5)que depende proporcionalmente de la resistencia de colaR2y la capacidadC1.Es importante sealar que conociendo los valores deC1,C2,T1yT2es posible establecer, al menos en una primera aproximacin, los valores necesarios deR1yR2para obtener en el objeto bajo prueba la forma de onda de tensin de impulso determinada [1]- [2].Analizando el circuito (b) de laFigura 1, a partir del instante en ocurrir la transferencia de energa entre el capacitorC1yC2se tiene la siguiente ecuacin en eldominiode la frecuencia:6)Donde:7)8)

Entonces tenemos que para la ecuacin en el dominio del tiempo, el voltaje en el capacitorC2es:(9)dondeyson las races de la ecuacin(10)Como el voltaje enC2esy es la superposicin de dosfuncionesexponenciales desealesdiferentes. De acuerdo con la ecuacin 10 la respuesta negativa de la raz resulta una constante de ti