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8/17/2019 Practica 2 El Generador de Marx
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Práctica No.2: Conocimiento del equipo delLaboratorio de Alta
Tensión: El Generador de
Marx.Ubaldo Romero Marcos Uriel; grupo 8EM4
[email protected] Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y EléctricaUnidad
Zacatenco
Resumen — En este trabajo se mostro lo
que
es el generador de Marx el uso, las condiciones deoperación, el
como funciona por medio de uncircuito RLC y las pruebas que se
realizaron conel en los equipos de AT, uno de los fenómenos a
los que se analizo en AT es la tensión critica deflameo, para
esto fue necesario ocupar losvóltmetros de esfera y de puntas, con
la finalidadde medir la tensión de ruptura a ciertascondiciones
ambientales, de ahí se aplico laTécnica "Up and Down, se mostro un
análisis deresultados comparados con tablas estandarizadas.
Índice de Términos — Transformador
de AT, Generador de impulso, Técnica "Up and Down",
vóltmetro esferas, Tensión Critica de Flameo y
polaridad.
Objetivos — Al término del desarrollo de
la práctica el alumno:
Conocerá el funcionamiento delTransformador de AT.
Conocerá lo tipos de prueba que se pueden realizar
con el Transformador deAT.
I. INTRODUCCIÓN.
A. Sobretensiones Transitorias
Se menciona [1] en que las sobretensionestransitorias,
correspondientes a la evolución de lassobretensiones entre dos
estados defuncionamiento permanente, típicamente sesubdividen en
internas al sistema eléctrico
(maniobra, etc.) o externas al mismo (rayo,
origenelectrostático, etc.).
Se caracterizan por formas de onda aperiódicastipo impulso o
choque, con tiempos de ascensoque van desde un nanosegundo hasta
un
milisegundo y comprenden tiempos de descensoque van desde una
centena de nanosegundos hastaun segundo. Los impulsos de tensión se
clasificanen frente lento y frente rápido. Los de frente lentoson
causados generalmente por maniobras deenganche y desenganche de
interruptores,mientras que los de frente rápido son atribuidos
principalmente a los efectos del rayo [1].
En [1] establece que para ensayos de laboratoriocomo los
definidos en IEC 60060-1 [22] y ASTMD3426-97, los impulsos de
tensión tipo rayo y/o
maniobra, positivo o negativo, se logran medianteel uso de
generadores de múltiples etapasalcanzando niveles de tensión de
varios MV.
Fig.1.Diagrama eléctrico del Generador de Marx
El circuito eléctrico de carácter comercialuniversalmente más
empleado para talesgeneradores corresponde al llamado tipo Marx,que
en su versión simplificada puede analizarse
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mediante un circuito de una sola etapa,correspondiente a
configuraciones físicas de hasta200 kV
B. Generador de Impulsos
Los generadores de Impulsos permiten realizaruna prueba de
aptitud de las aislaciones eléctricas,evaluando su comportamiento
frente a larecepción de Impulsos o transitorios con frente
brusco, de origen tanto atmosférico, como demaniobra
[2].
Fig.2. Generador de Impulsos.
El esquema básico de los generadores deimpulsos, fue
originalmente propuesto por E.Marx en 1924, constituyendo hasta la
actualidad,la manera más común de generar impulsos de alta
tensión, para realizar aquellas pruebas en donde elnivel
requerido, es mucho más alto que eldisponible en la fuente
base.
El generador de impulsos de tensión tipo Marxdebe su nombre al
ingeniero electricista ErwinOtto Marx (1893 - 1980), según [1]
manejo elconcepto de multiplicador de tensión en escalera ocascada,
conformado por peldaños compuestos detransformadores, capacitores y
rectificadores detensión; pero se diferenciaba entre otros, en
quelos capacitores eran cargados desde la fuente de
tensión en conexión paralelo y descargados enserie.
Funcionamiento
Consiste en un cierto grupo de capacitores quese cargan en
paralelo por medio de rectificadoresde alta tensión, a través de
resistencias de carga.La descarga de estos capacitores se realiza
a
través de espinterómetros de esferas, en uncircuito serie que
incluye resistenciasamortiguadoras de las oscilaciones, según en
[2].
La carga de los capacitores, y en consecuenciala tensión total
del generador, dependerá de la
tensión sobre el rectificador, y su polaridad, de
la posición del mismo.
Fig.3. Funcionamiento del generador de impulso.
En [2] el método más utilizado para provocarla descarga del
generador, consiste en aplicar, pormedio de una fuente auxiliar, un
breve impulso detensión al electrodo central de un espinterómetrode
ignición, ubicado entre el primer y segundogrupo. Iniciada la
descarga, ésta se propagará atodos los espinterómetros de la
cadena.
C. Generador de impulsos multietapas.
El empleo de un generador de la Figura 1, esválido para
tensiones que no superen loskilovoltios de diseño de la etapa [3].
Además, paraobtener un rango amplio de tensiones de prueba
esnecesario disponer de un generador de impulsosde varias etapas
que cumpla con la siguientecaracterística: que mediante la conexión
en seriede dichas etapas se produzca la tensión de pruebadeseado al
momento de la descarga.
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Fig.4. Generador de impulso multietapas.
En [3] se muestra que el generador consta de netapas en donde
los condensadores C1 de cadauna de éstas son cargados en paralelo,
a la tensiónDC deseada, a través de la resistencia de frenteR1, de
cola R2 y de carga Rc (ésta última de unvalor mucho más grande que
las demás alrededorde las decenas de Kohm-) como se mostro en
lafigura anterior.
D. Impulso normalizado tipo rayo.
El impulso normalizado tipo rayo o impulso1,2/50, se define como
un impulso positivo onegativo cuya amplitud máxima
establecidafluctúa en un rango de ± 3%, registrando tiemposde
frente en el rango de 1,2 µs ± 30% y de cola enel rango de 50 µs ±
20% cuando la tensióndesciende al 50% de su valor pico, según
[1].
Fig.4.Impulso Tensión Rayo.
II. DESARROLLO.
A. Conexión de generador de impulso al vóltmetrode
esferas.
Para realizar la medición del generador deimpulso de un rayo se
utilizaron el vóltmetro deesferas y el de puntas, primero se
conecto elvóltmetro de esferas de acuerdo a la siguientefigura.
Fig.5.Conexion del vóltmetro de esferas.
Una vez conectado la línea de alimentación y detierra del
generador de impulsos al vóltmetro, se
procedió a salir del área de trabajo, para ir al áreade
control donde se generaron los impulsos a unadistancia de 5 cm
entre esferas, con unatemperatura ambiente de 20°C, en total
seregistraron 13 disparos para encontrar la tensiónde ruptura que
hay entre las esferas y sudieléctrico en este caso el aire.
Tabla 1. Valores de tensión en el vóltmetro deesferas.
N° de
Disparos
Valor de la
TensiónKV
Arqueo
1. 14 No2. 15 Si3. 14 Si4. 13 No5. 14 Si6. 13 No7. 14 Si8. 13
No
9. 14 No10. 15 Si11. 14 Si12. 13 No13. 14 Si
B. Conexión de generador de impulso al vóltmetrode
puntas.
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Después de realizar las pruebas con elvóltmetro de
esferas, se desenergiza el equipo conla pértiga aterrizando el
equipo empleado, paradespués conectar el generador de impulsos
alvóltmetro de puntos con una distancia deseparación entre puntas
de 20 cm, bajo las mismas
condiciones de operación del vóltmetro de puntascomo el de
esferas, además de su proceso para verla tensión de ruptura.
Fig.6.Conexion del vóltmetro de puntas.
Tabla 2. Valores del vóltmetro de puntas.
N° de
Disparos
Valor de la
Tensión
KV
Arqueo
1. 18 No2. 19 Si3. 18 No4. 19 Si5. 18 Si6. 17 No7. 18 Si8. 17
No9. 18 No
10. 19 Si11. 18 No12. 19 Si13. 18 Si
C. Obtención de la señal generada por impulsotipo rayo.
Empleando el uso del osciloscopio y el de uninstrumento de
medición para transformar losvalores de tensión a una indirecta con
la cual se
puedo medir en relación en la pantalla
delosciloscopio.
Se midieron las 2 polaridades que genera elgenerador de impulsos
para un tipo rayo:
Polaridad negativa
Los valores fueron los siguientes:
80 kV de entrada.
5.60 V de salida.
1.218 µs.
50 µs.
Fig.7. Señal de impulso negativa.
Polaridad Positiva
80 kV de entrada
5.03 V de salida.
1.23 µs.
51 µs.
Fig.7. Señal de impulso positiva.
III. ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Con la ecuaciones que vienen en el manual de practicas del
laboratorio de AT se emplearon lassiguientes formulas para calcular
la tensión criticade flameo a partir de los valores de tensión
deruptura. Para la esfera se tiene:
U50ESIME esfera =
∗ 8
Donde n= 13 disparos.
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U50ESIME puntas =236
13∗ 8 = 145.23
Para el vóltmetro de puntas se tiene:
U50ESIME puntas =
∗ 8
Donde n= 13 disparos.
U50ESIME esfera =180
13∗ 8 = 110.76
Estos valores se realizaron a cierta temperaturaa diferencia de
los valores que se encuentran entablas de los anexos 2.8
(condiciones ambientalescontroladas).
U50ESIME = U50ESIME ∗ δ
= 273 + 273 +
Donde b= 760 mmHg , bo= 585 mmHg ,to= 20°C y t= 20 °C.
= 585760
273 + 20273 + 20
= 1.299
Calculando las correcciones se tiene
U50ESIME puntas = 145.23 ∗ 1.299 = 188.65
U50ESIME esferas = 110.76 ∗ 1.299 = 143.877 Con los
valores de las Tensión critica de flameo
ya corregida se calculara el porcentaje de errorcon respecto a
los valores de las tablas del anexo2.8, para comparar con el valor
por medio de susdistancia para saber que tan correcto fue
nuestro
proceso para medir la tensión dentro delLaboratorio.
Para el vóltmetro de esferas de separación de 5 cmse tiene
que:
U50ESIME esferas = 143.877
U50 esferas = 134 KV
% = 50 − 50 ∗ 100
% = 134 − 143.877 134 ∗ 100
= 7.37%
Para el vóltmetro de puntas de separación de 20cm se tiene
que:
U50ESIME puntas = 188.65
U50 puntas = 161 KV
% = 161 − 188.65 161 ∗ 100
= 17.17 %
Con los valores obtenidos de los errores enambos vóltmetros se
puede decir que haycondiciones que afectan nuestro proceso
demedición tales pudieron ser el ajuste de lasdistancias entre
ellos, el que varios de miscompañeros hallan agarrado con sus manos
losinstrumentos mientras se ajustaban y en caso delvóltmetro puntas
era mayor el área del cuadrado
de las puntas (el lado media 1.2 cm mientras queen la norma es 1
cm). Al que se encuentraestandarizado en la norma y en la tabla de
losanexos 2.8 dentro del Manual del Laboratorio deAT.
IV. CUESTIONARIO
1. Describa el método de “up and down” para
el cálculo de la tensión crítica de flameo
experimentalmente.
Se indica en [4], que el método de ―up anddown‖, se aplica una
tensión V50 es elegida, lacual puede ser un 50% del nivel de
tensión dedescarga disruptiva esperado. Se toma además unavariación
de tensión δV igual al 3% de V50.
El procedimiento es el siguiente:
1.- Se conecta el equipo en este caso elTransformador de Alta
tensión con el generadorde impulsos y este al vóltmetro que se
utilizara
(esferas o de puntas) como se muestran en lafigura 4.
2. Dentro del Laboratorio se ira aplicando tensión,hasta obtener
el arqueo en el vóltmetro de esferaso de puntas.
3. Una vez obtenido el arqueo se registrara elvalor de tensión
donde se genero de ahi, se ira
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incrementando el valor δV en 3% del valor
obtenido, en el caso de nuestro laboratorio será 1KV.
4. Si arquea dentro del valor de porcentaje inferiorδ, se
ajustara a un nuevo valor inferior a donde se
arqueo, en cambio si arquea a un valor de porcentaje de δ
superior se ajustara a un nuevovalor superior a donde se
arqueo.
5. Se repetirá la cantidad de n veces que serequiera para
nuestro caso solamente fue de 13veces.
6. Se sumaran los valores de las tensiones a lasque arqueo el
vóltmetro de esferas o puntas, paradespués encontrar el valor
promedio de la tensión.
= 50
7. Recordando que el generador de impulsos deMarx es de
multietapas, esto quiere decir elnúmero de conexiones en serie las
resistencias ycapacitores que generan el impulso en nuestrocaso son
8.
50 = ∗ 8. Las pruebas que se realizan son a
condicionesambientales controladas para este caso se tiene
que corregir por temperatura y por presiónatmosférica como se
muestra en el análisis deresultados para ser comparados en
tablas.
2. Explique por qué se tienen formas de onda
estandarizadas para los impulsos de rayo y de
maniobra y si dichas formas de onda
garantizan un valor de ruptura mínimo en el
aislador.
Es importante conocer el nivel de impulso delos rayos y las
maniobras, que puedan ocurrir en
los diseños de equipos y de las líneas dedistribución, para esto
se realizan simulacionescon los valores mas aproximados a los que
puedanrealizar de estos fenómenos recordando que no sesabe con
momento y exactitud cuando ocurrirán nicon el valor de su tensión,
a través de lasimulación de variables críticas (tensión critica
deflameo) , como las presentadas por un rayo o
maniobra de operación se puede diseñar eimplementar soluciones
reales a la industria yequipo eléctrico.
3. Describa los tipos de prueba que se pueden
realizar con el generador de Marx.
Son las de impulso normalizado en donde sesimulan los efectos
transitorios generados por lassobretensiones causadas por el brusco
cambio deorigen atmosférico o de maniobra al abrir, cerrar
ointerconectar los equipos o líneas en AT, serealizan por medio de
un generador de impulso.Con ese impulso se analizan las
siguientes
pruebas:
Mediciones de Rigidez Dieléctrica
Evaluación del funcionamiento del
Equipo Eléctrico Ensayo de materiales.
Pruebas de alto potencial
Pruebas de aislamiento
V. CONCLUSIÓN.
En la actualidad es importante conocer las perturbaciones o
daños que pueden realizardiversos tipos de descargas que pueden
afectar enla línea de AT, equipo AT y su aislamiento estosfenómenos
son de tipo impulso de rayo o por
maniobra, como se menciono en el laboratorio serealizaron
simulaciones criticas para conocer lastensiones de ruptura,
recordando que el impulsode un rayo tiene un tiempo corto de carga
ydescarga según visto en el osciloscopio con surespectiva
polaridad, con el generador deimpulsos se puede simular diferentes
tipos deensayos entre ellos los que mas destacan son lasPruebas de
aislamiento, de alto potencial y paraevaluar el equipo en AT cuando
suceden cargasatmosféricas con ciertas condiciones en el
proceso
de obtención para esto fue necesario aplicar unmétodo ―up and
down", para obtener la tensióncritica, mostrando que estos
fenómenos puedentener un mayor impulso dependiendo de
suscondiciones atmosféricas que son la temperatura yla presión
atmosférica del lugar donde se esteexperimentando.
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VI. REFERENCIAS.
[1] C.E.RAMIREZ. (2009). ―Desarrollo de una
norma de pruebas en alta tensión basada en elgenerador de
impulsos ".Escuela de IngenieríaEléctrica de la Universidad de El
Salvador‖. San
Salvador.pp 8-17. Recuperado el: 04/03/16.
en:http://ri.ues.edu.sv/3810/1/Desarrollo%20de%20una%20norma%20de%20pruebas%20en%20alta%20tensi%C3%B3n%20basada%20en%20el%20generador%20de%20impulsos%20EIE%20UES.pdf
[2] Generadores De Impulsos De Tensión SuAplicación En Ensayos
De Transformadores.Aspectos Fundamentales, Recuperado de:05/03/16
en:http://www.inducor.com.ar/articulostecnicos/fundamentos_%20tecnicos_de_los_generadores_de_i
mpulso_parte_1_de_4.pdf
[3] J.L.BRAVO. (2004)."Generación de Impulsosde Alta Tensión
para Diversas Aplicaciones".Escuela de Ingeniería Eléctrica de la
PontificiaUniversidad Católica de Valparaíso. Chile. pp 7-14.
Recuperado de: 05/03/16
en:http://lep.eie.pucv.cl/TesisJoseLuisBravo.pdf
[4] F.I.CALLES. (2009)."Diseño del Aislamientode las Líneas de
Transmisión". UniversidadVeracruzana Facultad de Ingeniería
Mecánica
Eléctrica región Poza Rica – Tuxpan.
Veracruz. pp 60-70. Recuperado el: 04/03/16
en:http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/29520/1/CallesMtz.pdf
