Construcción y evaluación de un divisor de alto voltaje para pruebas de impulso tipo rayo

• Published in: Tecnura Vol. 23; no. 61; pp. 31 - 44
• Main Authors: Mina Casaran, Juan David, García, Diego Fernando, Echeverry, Diego Fernando
• Format: Journal Article
• Language: Spanish
• Published: Bogota Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Facultad Tecnológica 01-07-2019; Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas
• Subjects: Computer simulation; Damping; Design analysis; Dividers; divisor de voltaje; Electrical measurement; factor de escala; Frequency response; High voltages; impulso de tensión; Insulation; International conferences; Laboratory equipment; Low voltage; Mathematical analysis; Performance evaluation; Pulse generators; rama de bajo voltaje; Recording; resistor de amortiguamiento; Signal reflection; Voltage dividers; Voltage pulses; Colombia
• ISSN: 0123-921X; 2248-7638
• DOI: 10.14483/22487638.14385

Contexto: La medición segura y efectiva de señales de alto voltaje se ha convertido, desde hace años, en una de las mayores preocupaciones por parte de quienes realizan ensayos en alta tensión. En ese sentido, el divisor de tensión representa uno de los dispositivos de mayor importancia para la medición en laboratorio de señales como las generadas por los rayos. Sin embargo, el divisor debe contar con características adecuadas de voltaje nominal, factor de escala y respuesta en frecuencia, para que la señal registrada sea un reflejo de la señal aplicada al equipo bajo prueba. Muestra de ello son los tipos más comunes de divisores de tensión desarrollados (divisor resistivo, divisor capacitivo y divisor capacitivo amortiguado), cada uno con características propias que permiten un buen desempeño del sistema de medición y registro en alta tensión. Con el propósito de evaluar el desempeño del sistema de medición y registro, en lo referente a la etapa de conversión, en este trabajo se presentan los aspectos teóricos y prácticos relacionados con el diseño, construcción y evaluación de un divisor capacitivo amortiguado de 300 kV, usado para la medición de señales de impulso de tensión tipo rayo.
Método: Para el diseño y evaluación del divisor de voltaje, se utilizaron herramientas computacionales de simulación, como Mathematica® y Pspice®, las cuales ayudaron a estimar el comportamiento de los componentes del divisor: resistor de amortiguamiento y ramas de bajo voltaje. Del mismo modo, se utilizaron equipos de laboratorio (medidor de respuesta en frecuencia y generador de impulsos de voltaje de 300 kV), para verificar el desempeño de los componentes del divisor. Los ensayos se basaron en pruebas de respuesta en frecuencia, capacidad de aislamiento y obtención de los factores de escala del divisor, de acuerdo con estándares nacionales e internacionales.
Resultados: En la prueba de respuesta en frecuencia realizada al resistor de amortiguamiento, desde 20 Hz hasta aproximadamente 1 MHz, los efectos parásitos son despreciables y la impedancia del resistor se puede considerar puramente resistiva. Por su parte, en la prueba de capacidad de aislamiento, se observó que el resistor puede soportar impulsos de tensión de hasta 10 kV, sin que se produzca ruptura del aislamiento del resistor. Respecto a la verificación de los factores de escala, las diferencias porcentuales no superaron el límite de variación de voltaje pico establecido por norma.
Conclusiones: Los resultados muestran que la metodología desarrollada fue adecuada para el diseño, construcción y simulación del divisor de tensión. Los modelos eléctricos propuestos en la metodología fueron suficientes para obtener resultados confiables en las simulaciones. Finalmente, las contribuciones más importantes del trabajo fueron la construcción de un resistor de amortiguamiento no inductivo y la construcción de una rama adicional de bajo voltaje.