Técnicas De Medición De Alta Tensión

Introducción

El sistema eléctrico consta con un largo y amplió desempeño por ser tan completo e inmenso a la hora de ser estudiado e investigado, no se puede escapar ni un detalle en lo que corresponde a los componentes eléctricos que los lleva desde su generación hasta el consumidor, es aquí donde entra en juego las técnicas de alta tensión, donde se verá involucrado contemporáneamente con instrumentos eléctricos, mediciones eléctricas , electrónica aplicada, tecnología de materiales eléctricos, maquinas eléctricas, sistemas de potencia y será seguidas por centrales eléctricas, construcciones de máquinas y equipos eléctricos, instalaciones eléctricas, evaluaciones de proyectos industriales y puntos específicos como lo son: Generación de altas tensiones: alterna, continua y de impulso, Técnicas de medidas en alta tensión: Tensiones, Corrientes, Pérdidas dieléctricas, Descargas parciales, Resistencia de la aislación.

Esta materia con su enfoque intenta marcarnos un rumbo a los temas como lo son los fenómenos electromagnéticos, campos eléctricos, fenómenos aislantes, exigencias sobre la aislación y generación en altas tenciones y sus respectivas medidas

Generación de altas tensiones: alterna, continua y de impulso.

Generación de altas tensiones alterna

Clasificación de las tensiones:

Las diferentes tensiones normalizadas que se utilizan en la práctica se clasifican según sus valores, en bajas, medias y altas. Los límites generalmente adoptados son:

Baja tensión, hasta 500 V

Media tensión, hasta 30 (33) kV

Alta tensión más de 30 (33) kV

Se hallan en fase experimental las Ultra altas tensiones, más de 1000 kV. No obstante esta clasificación, en la técnicas de las mediciones suelen considerarse altas tensiones, las mayores a 500 V y así se hará en lo que sigue.

Aplicaciones de la alta tensión:

La alta tensión se utiliza en transmisión y Distribución de la energía eléctrica, en aplicaciones técnicas y en investigación Científica.

En la transmisión y distribución de la energía eléctrica hace técnica y económicamente posible estas porque en general deben transportarse o distribuirse, potencias elevadas a grandes distancias -debido a la falta de coincidencia de los centros de generación y de carga - y la caídas de tensión así como las pérdidas de potencia - directamente proporcional a la potencia y a la distancia- son inversamente proporcionales a la tensión y al cuadrado de la misma, respectivamente.

Para transmisiones se utilizan actualmente tensiones alternas y continuas las últimas por qué determinan menores caídas y confieren mayor estabilidad al sistema - de hasta 800 kV Y 500 kV, respectivamente. En distribución ya es casi universal el uso de tensiones alternas de hasta 30 (33) KV. Las tensiones continuas de hasta 3000 V, se emplean casi exclusivamente en tracción eléctrica (ferrocarriles de superficie, subterráneos, tranvías y trolebuses).

Entre las innumerables aplicaciones técnicas de la alta tensión citamos primero las que son objeto de este tema y luego algunas otras:

Ensayos de rigidez dieléctrica de materiales aislantes, máquinas y aparatos eléctricos para comprobar la calidad de fabricación o el estado de los mismos. Estos ensayos se realizan con tensión alterna, continua o impulsos unidirecciona¬les de corta duración según el tipo de materiales de ensayo.

Medición del factor de pérdida de materiales aislantes con el puente de Schering, como ya se ha visto.

Producción de rayos X para uso industrial y medico (tensión alterna).

Producción de rayos catódicos en osciloscopios y televisores (tensión continua)

Separación de partículas de polvo suspendidas en gases mediante electro filtros (tensión continua).

Aplicación económica de pinturas y barnices con soplete (tensión continua).

Generación dé altas tensiones:

Distinguiremos dos casos:

Generación para utilización general de la energía eléctrica (transmisión y distribución, ferrocarriles y aplicaciones técnicas).

Generación para ensayos y experimentaciones. nos ocuparemos especialmente del segundo.

Generación de altas tensiones para uso general.

En c.a. las altas tensiones se engendran preponderantemente en forma trifásica, con frecuencias de 50 o 60 Hz y se obtienen mediante, transformadores elevadores; a partir de la tensión de generación de los alternadores, comprendida entre 140 V y13, 2 kV, o de las tensiones de las redes de distribución. Alcanzan valores de 800 kV, como ya dijimos. En pequeña escala se generan también tensiones monofásicas de 50, 60 y 16 2/3 Hz, mayores de 3 kV y de hasta 25 kV para ferrocarriles.

Las potencias de estas instalaciones (trifásicas o monofásicas) cubren un campo que va desde fracciones de kW hasta cientos de kW.

Las altas tensiones continuas se consiguen elevando primero el valor de las tensiones al¬ternas de los generadores o de las redes y rectificándolas después. Las insta¬laciones de pequeña potencia son monofásicas y las de mediana, y gran potencia tri¬fásicas para que no produzcan desequilibrios importantes en el sistema de c.a.

Generación de altas tensiones continuas

Se puede hacer por diversos métodos. El más usual es similar al empleado en la generación, para uso general (transformación y rectificación), pero existen también generadores electrostáticos que realizan la separación de las cargas positivas y negativas, como el de Van Graaf y otros llamados de condensador cuyo principio consiste en disminuir la capaci¬tancia de un capacitar manteniendo su carga. Según la ecuación U= Q/C, ello produce un aumento de tensión. Aquí nos referi¬remos exclusivamente al método de transformación y rectificación.

Instalaciones de una etapa

En la conexión más simple un extremo del secundario del transformador se conecta a un rectificador - de una o varias células en se¬rie - que bloquea el paso de la tensión alterna en uno de los sentidos de la misma y produce la rectificaci6n de media anda. El curso de la tensi0n continua depende de las características del rectificador, del transformador y de la carga. Si esta es óhmica, pulsa entre cero y un máximo algo menor que la amplitud de la tensión secundaria en vacío Vom; si es puramente capacitivo, tiene un valor constante e igual a Vom, porque una vez que el capacitar se ha cargado hasta el, el rectificador impide que se descargue; cuando es mixta (R y C en //) presenta cierta ondulación a causa de la descarga parcial del capacitar sobre la resistencia durante el semiperíodo que el rectificador bloquea.

La tensión inversa máxima a que resulta expuesto el rectificador durante ese se¬miperiodo, depende de la carga y vale Vom cuando es óhmica; 2 Vom cuando es capacitiva pura, debido a que la tensión del capacitor se suma a la secundaria en el semiperíodo de bloqueo; y algo menos de 2 Vom cuando es mixta.

En general, esta conexión se emplea para tensiones de hasta algunas decenas de

kV a intensidades del orden del mA.

La rectificación de onda completa a base de secundario con punto medio.

Viene a constituir una duplicaci6n de la anterior. En ella mientras uno de los rectificadores deja pasar 1a tensión de medio secundario - de valor máximo Vom un semiperiodo, el otro, despreciando la caída en el que conduce, queda conectado a los extremos de todo el secundario, y debe bloquear, por tanto, la tensión inversa 2 Vom. El circuito correspondiente se muestra en fig. 6.

A igualdad de carga mixta esta conexión presenta una ondulación mitad que la an¬terior, porque el capacitor se descarga durante menos tiempo, pero tiene la des¬ventaja que el secundario debe suministrar una tensión doble de la necesaria en continua.

La conexión de onda completa en puente o de Graetz.

Se halla exenta de ese inconveniente. Aquí toda la tensión secundaria pasa alternativamente cada semiperíodo por un par de rectificadores opuestos, en tanto que cada uno de los rectificadores del otro par - caída en los que conducen despreciada - resulta conectado a los extremos del secundario, y debe bloquear solamente la tensión inversa Vom' lo que constituye otra ventaja.

Ambas conexiones de onda completa se usan en equipos de mediana potencia pa¬ra tensiones de hasta algunos cientos de kV.

Cuando se requieren grandes potencias, entran en juego las conexiones rectificadoras trifásicas, que distribuyen la carga simétricamente sobre la red. Las más empleadas son: la de media onda (fig. 8 arriba); que con carga óhmica, produce una tensión que pulsa entre la mitad y el máximo Vom de la tensión de fase (ondulación 17 %) y somete a los rectificadores a una tensión inversa √3.Vom; y la de onda completa en puente (fig. 8 abajo) donde la tensión pulsa entre... y Vom (ondulación 4 %) y los rectificadores reciben una tensión inversa.

Instalaciones de varias etapas

Según se ha visto, las conexiones precedentes proporcionan, como máximo una tensión continua igual a la amplitud de la tensión secundaria del transformador. Por esa razón, a partir de algunas decenas de kV resultan antieconómicas, y se recurre, sobre todo cuando la potencia no es muy elevada, a las conexiones multiplicadoras de tensión de varias etapas, que incorporan capacitares.

Generación de Impulsos de alta tensión

Reseña

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