aislamiento-medición de corrienteat

8/11/2019 Aislamiento-medicin de Corrienteat

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Introduccin

Como ya es conocido, las variableselctricas tanto de voltaje como decorriente en alta frecuencia no pueden sermedidas de manera tradicional puesto quesi analizamos el modelo elctrico de losCTs y PTs, estos despus dedeterminado ancho de banda(aproximadamente 3KHz) tienden a

comportarse como filtros, deteriorando laseal medida y generando errores ennuestras mediciones.


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Las corrientes de alto impulso ocurrenen las descargas elctricas, arcoselctricos y post estudios fenmeno dearco con interruptores de circuito, y con

estudios de descarga elctrica en lafsica del plasma. En todos estos casos,el dispositivo de deteccin deben sercapaces de medir la seal en unaamplia gama de banda de frecuencia.


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SENSORES NO LINEALES DECORRIENTE

1. transformador de corriente

Emplea el mismo principio que el transformadorde tensin, con una relacin de transformacin

conveniente para lograr una corrientesecundaria de valor reducido.

Consume poca potencia. Sin embargo elmaterial ferroso del ncleo provoca uncomportamiento no lineal entre el campomagntico B y la excitacin, pudiendo inclusollegar a la saturacin del ncleo, y perdiendosensibilidad.


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SENSORES

LINEALES DECORRIENTE


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Tipos de elementos para lamedicin de corriente en altafrecuencia

Bsicamente para la medicin de la

corriente en alta frecuencia contamoscon 2 dispositivos muy tiles los cualesson:

Resistencias Shunt.

Bobinas Rogowskl.


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Resistencia Shunt Es una resistencia de alambre que posee un coeficiente muy

bajo de temperatura y que se coloca en serie con la cargapermitiendo obtener una tensin entre sus bornes,proporcional a la corriente por la misma.

Si bien existe una inductancia parsita en esta resistencia,sta slo presenta alteraciones en la medicin si lafrecuencia es relativamente alta.

Podemos decir que es el diseo ms econmico paracensar corriente pero a valores elevados de sta la prdidaspor calor pueden ser considerables.

Adems no existe aislacin galvnica entre el sensor y losdispositivos que realizan la presentacin de las mediciones.


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RESISTENCIAS SHUNT

La corriente a travs del elemento deresistencia R produce una cada detensin V (t) = i (t) R. La seal de

tensin generada se transmite a unaCRO travs de un cable coaxial deaumento de impedancia Zo.


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La cada de tensin a travs de laderivacin en el dominio de la frecuencia

compleja puede ser escrito como:

Descuidando su valor c se puede obtener:

Cabe sealar que tanto las inductanciascomo capacitancias parasitas deben ser lomas pequeas posibles.


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La resistencia Shunt es usualmente

designada de la siguiente manera parareducir sus efectos de perdidas.

Diseo bifilar en tira plana

Tubo coaxial

Coaxial en jaula de ardilla.


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Diseo bifilar en tira plana

El diseo bifilar consta de elementos de resistenciade la herida en direcciones opuestas y dobladohacia atrs, con ambos extremos aislados por unade tefln o de calidad alta aislamiento. El voltaje dela seal es recogido a travs de una frecuencia ultraalta (UHF) del conector coaxial. El Shunt sufre deinductancia parasita asociada con la elemento de laresistencia, y sus clientes potenciales estninculcados a una olla pequea del flujo magntico

generado por la corriente que se mide. Para superarestos problemas, los tubos coaxiales son losdesignados.


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Tubo Coaxial

En el diseo coaxial acta haciendoconducir una corriente a travs de uncilindro interior o resistencia y haciendodevolver esta a travs de un cobrecilndrico.

La medida de tensin en el elementoresistencia se toma entre el valor mximo yel cascaron de esta.

Esta configuracin tiene una frecuencialimite de 1000 MHz y responde en unospocos nano segundos.


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Coaxial en jaula de ardilla.

Esta configuracin se da puesto que para lasanteriores su problema es la disipacin decalor, motivo por el cual esta en vez de utilizarun cascaron de resistencia es sustituidas por

barras haciendo una similitud a un motor deinduccin en jaula de ardilla. El circuito equivalente para la construccin de

jaula de ardilla es diferente y compleja. Las

derivaciones muestran respuesta con picos deentrada escalonada, y un de la red decompensacin tiene que ser diseado paraobtener una respuesta ptima.


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Los tiempos de subida de ms de 8 nscon ms de 400 MHz de ancho de

banda se obtenidos para este tipo dederivaciones. Un tpico R-C decompensacin de red utilizada para

estos derivaciones se muestran en lasiguiente figura:


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Bobina de Rogowski

Es un inductor con ncleo no ferromagntico de tipo toroidal que rodea unconductor por el que circula la corriente

que se pretende medir, La bobina estaacoplada magnticamente al conductor y,por ello, se induce una tensinproporcional al cambio en el tiempo de la

corriente medida.


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Figura 1. Bobina de Rogowsky


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Principio de funcionamiento

Su principio de operacin es muysencillo:se basa, esencialmente, en que la

corriente que se pretende medir crea uncampo magntico alrededor delconductor por el que circula.Al situar la bobina rodeando este

conductor, el campo magntico induceuna diferencia de potencial entre losextremos de la bobina:


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INTEGRACIN DE LA TENSIN

INDUCIDA

Como se ha visto, la tensin inducida enla bobina es proporcional a la derivadade la corriente que se pretende medir.Por tanto, para obtener una sealproporcional a la corriente hay que

integrar la tensin medida.


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CIRCUITO INTEGRADOR PASIVO, utilizando resistencias ycondensadores, como se ve en la Figura 2. Este tipo de integracin seutiliza para frecuencias elevadas ya que integra a partir de una dcadapor encima del polo del sistema.


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CIRCUITO INTEGRADOR ACTIVO, mediante el uso deamplificadores operacionales, como el de la Figura 2.2.Mediante modificaciones de este circuito se pueden obteneranchos de banda desde muy bajas frecuencias hastafrecuencias altas (del orden de algunos MHz).


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Modelo

Figura 3. modelo de parmetros concentradosSe considera que la bobina es equivalente al circuito de la Figura 3 donde Rces la resistencia de la bobina, Lc su inductancia y Cc la capacidad parsita.

Si a la salida de la bobina se coloca una impedancia de medida Z la funcinde transferencia de este modelo queda:


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MODELO DE PARMETROSCONCENTRADOS

Rc = 0,1 Lc = 0,1 H

Cc = 1 pFSuponiendo que en losextremos de la bobina se haconectado una resistencia

Z=Rout = 1 , el diagrama deBode correspondiente a elmodelo es el de la Figura 4.


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INFLUENCIA DE LOS PARMETROS ELCTRICOSDEL MODELO DE

PARMETROS CONCENTRADOS

Figura 5: Diagrama de Bode del modelo de parmetros concentrados, condiferentes impedancias.


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Figura 6: Variacin en el diagrama de Bode ante un cambio de Rc.

En la grfica se representan los diagramas de Bodecorrespondientes a Rc =0.01, 0.02, 0.05, 1, 2, 5 y 100.Se observa que la frecuencia del primer polo aumenta y, por

tanto, el ancho de banda disminuye


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Figura 7: Variacin en el diagrama de Bode ante un cambio de Lc.

Se representan los diagramas de Bode correspondientes a Lc = 0.01,0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5 y 1 H.Se observa que el aumento de Lc supone una disminucin en lafrecuencia del primer polo, mientras que el segundo polo no vara.Esto conlleva un aumento del ancho de banda pero tambin unadisminucin de la sensibilidad en la banda de integracin.


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Figura 8: Variacin en el diagrama de Bode ante un cambio de Cc.Se han representado los diagramas de Bode correspondientes a Cc = 1, 2, 5,10, 20, 50 y 100 pF.Como se puede ver en la Figura cuando aumenta Cc es la frecuencia delsegundo polo la que disminuye. Esto supone una disminucin del ancho de

banda.


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Ventajas Linealidad. a medida es lineal debido a que el ncleo

es de un material no ferro magntico y, por tanto, no seproducen fenmenos de saturacin o histresis. (Unmismo sensor puede utilizarse para medir corrientesinferiores a 1A o corrientes del orden de los kA).

Aislamiento galvnico. El circuito de medida estaislado del circuito de potencia. Esto constituye unagran ventaja cuando se quieren medir grandesIntensidades.

Buen ancho de banda. Bobinas que pueden medircorrientes de frecuencias de algunos Hz hasta cientos

de KHz sin generar pedidas por calor.

Facilidad de uso, ya que no requieren un montajeespecial.

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