UNIVERSIDAD POLITCNICA SALESIANA

CARRERA DE INGENIERA ELCTRICA

DISEO Y CONSTRUCCIN DE DOS DIODOS DE POTENCIA,

VOLTAJE ANODO CTODO INVERSO DE 150 kV, CORRIENTE

NOMINAL DE 50mA PARA EL LABORATORIO DE ALTA

TENSIN DE LA UNIVERSIDAD POLITCNICA SALESIANA.

TESIS PREVIA A LA OBTENCIN DEL

TTULO DE INGENIERO ELCTRICO

AUTORES:

Jorge Luis Padilla Guarnizo Jorge Luis Rodrguez Calle

DIRECTOR:

Ing. Flavio Quizhpi

Cuenca Ecuador

2013

DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD

EL contenido de esta tesis es de exclusiva responsabilidad de los autores, y

autorizamos la utilizacin de la misma con fines acadmicos.

Cuenca, Junio del 2013.

JORGE LUIS PADILLA G. JORGE LUIS RODRIGUEZ C.

Ingeniero FLAVIO QUIZHPI Director de Tesis.

CERTIFICA: Que la tesis con el ttulo DISEO Y CONSTRUCCIN DE DOS DIODOS DE POTENCIA, VOLTAJE NODO CTODO INVERSO DE 150kV,

CORRIENTE NOMINAL DE 50mA PARA EL LABORATORIO DE ALTA

TENSIN DE LA UNIVERSIDAD POLITCNICA SALESIANA, ha sido desarrollada por los estudiantes Jorge Luis Padilla Guarnizo y Jorge Luis Rodrguez

Calle, ha sido revisada y asesorada de acuerdo a los requerimientos establecidos en la

propuesta inicial y al cronograma definido, por lo que despus de reunir los

requisitos estipulados en los Documentos Generales e Instructivos de Graduacin de

la Universidad, autorizo su presentacin para los fines legales consiguientes.

Cuenca, Julio del 2013.

Ing. Flavio Quizhpi

I

DEDICATORIA

A dios por haberme dado el discernimiento, la palabra y la fortaleza para sortear las

tribulaciones.

A mis amados padres Ramiro Padilla y Mariana Guarnizo por apoyarme en todo

momento y darme sus sabios consejos para ser una persona mejor, a mi querido to

Livio Guarnizo por haber credo en m y ser un pilar fundamental en mi carrera, a

mis hermanos Elizabeth Padilla y Carlos Padilla por la paciencia y la comprensin, a

mi querida sobrina Mara Augusta por ensearme el sentido de la inocencia y el amor

sincero.

II

DEDICATORIA

A Dios por guiarme en cada uno de mis pasos, permitindome alcanzar mis metas

con sabidura y fortaleza.

A mis queridos padres, Segundo Rodrguez y Mara Edelina Calle por su esfuerzo y

dedicacin que hoy se ve reflejado en estas pginas.

A mis hermanos, Klever, Fredy y Cecilia, por el apoyo incondicional que me brindan

da a da.

A mis amigos y compaeros que estuvieron a mi lado durante toda mi carrera

universitaria, compartiendo gratos momentos.

III

AGRADECIMIENTOS

Al ingeniero Flavio Qhizhpi. Directo de tesis quien supo guiarnos de forma

profesional y desinteresada, en la realizacin de este trabajo.

Al personal del laboratorio quienes nos colaboraron muy amablemente.

A todos nuestros amigos y compaeros, que de uno u otra forma ayudaron a

la realizacin de este proyecto.

Un agradecimiento especial a la Ing. Mnica Romero y el Ing. Juan Carlos

Chuncho por habernos colaborado en el desarrollo de este trabajo.

CONTENIDO

DEDICATORIA ........................................................................................................................... I

DEDICATORIA .......................................................................................................................... II

AGRADECIMIENTOS ..............................................................................................................III

CAPITULO 1 ............. ...1

1 CLCULO Y DISEO DE UN DIODO DE POTENCIA DE VOLTAJE NODO

CTODO INVERSO DE 150 kV CON UNA CORRIENTE NOMINAL DE 50

mA ................. ..1

1.1 Recursos disponibles ..................................................................................................... 1

1.1.1 Transformadores de Pruebas. ..................................................................... 1

1.1.2 Panel de control.. ............................................................................. 2

1.1.3 Osciloscopio .............................................................................. 4

1.1.4 Puesta a tierra del laboratorio........................................................................... 5

1.1.5 Barras de Conexin y barras aislantes ......................................................................... 6

1.1.6 Corona de conexin y Pedestal de Piso ........................................................................ 7

1.1.7 Diodos. ..................................................................... 7

1.1.8 Capacitores ................................................................. 8

1.1.9 Resistencias................................................................... 10

1.1.10 Soporte de electrodos para pruebas de disrupcin .................................................... 10

1.1.11 Barra de descarga a tierra.. .................................................................. 12

1.1.12 Esferas de disrupcin y separador de esferas ............................................................ 13

1.1.13 Interruptor de puesta a tierra ................................................................... 14

1.2 Proceso de diseo ....................................................................................................... 14

1.2.1 Clculos de Voltaje.. ...................................................................... 15

1.2.2 Factor de Correccin ( aK ). ...................................................................... 16

1.3 Simulacin del sistema diodo de alta tensin ............................................................. 17

1.3.1 Simulacin del comportamiento del diodo en regin directa e inversa ..................... 17

1.3.2 Simulacin estado transitorio y permanente .............................................................. 19

1.3.2.1 Rgimen transitorio ..................................................................................................... 19

1.3.2.2 Rgimen permanente .................................................................................................. 23

1.3.3 Ecuaciones diferenciales del circuito diodo-resistencia con un inductor y un capacitor en paralelo. .................................................................... 26

1.3.3.1 Circuito con un inductor en paralelo ........................................................................... 26

1.3.3.2 Corriente del capacitor ................................................................................................ 28

1.3.3.3 Voltaje en el capacitor ................................................................................................ 29

CAPITULO 2 ............................................................................................................................33

2 CONSTRUCCIN DE LOS ELEMENTOS ...........................................................33

2.1 Construccin de dos diodos de potencia de voltaje nodo ctodo inverso de 150kV con una corriente nominal de 50mA. ............................................................... 33

2.1.1 Eleccin de los diodos 2CL2FP. .................................................................. 33

2.1.2 Hojas de datos. .................................................................... 38

2.1.2.1 Diodo HVM12 ............................................................................................................ 38

2.1.2.1 Diodo HVCA 2CL2FP ................................................................................................ 39

2.1.2.2 Informacin tcnica de la Resistencia Film. ............................................................... 39

2.1.3 Cuadro de Procesos ........................................................................... 40

2.2 Proceso Mecnico ....................................................................................................... 41

2.2.1 Armado del circuito ........................................................................... 41

2.2.2 Cuerpo del diodo. .................................................................... 42

2.2.3 Aluminio ........................................................................ 43

2.2.3.1 Caractersticas principales del aluminio ..................................................................... 43

2.2.3.2 Remaches .................................................................................................................... 43

2.2.3.3 Punta ........................................................................................................................... 44

2.2.3.4 Tapa ............................................................................................................................ 44

2.2.3.5 Terminal del circuito .................................................................................................. 45

2.2.3.6 Terminal hacia la tapa ................................................................................................ 46

2.2.4 Calculo del volumen del cilindro ............................................................................... 47

2.3 Proceso Elctrico ........................................................................................................ 48

2.3.1 Llenado de aceite dielctrico y prueba de hermeticidad en los diodos de potencia.. .............................................................................. 48

2.3.2 Pruebas de la Rigidez Dielctrica del Aceite aislante ................................................ 50

2.3.3 Caractersticas del grilon y prueba de rigidez dielctrica ......................................... 51

2.3.4 Prueba de los diodos HVCA 2CL2FP ........................................................................ 54

2.3.5 Prueba de la resistencia en polarizacin directa e inversa de los diodos

diseados y construidos para el laboratorio .............................................................. 55

2.3.6 Prcticas del laboratorio de alta tensin con los diodos de potencia diseados y construidos para el laboratorio. ............................................................. 56

2.3.6.1 Rectificacin de media Onda ...................................................................................... 56

2.3.6.2 Generacin y medicin de voltajes directos .............................................................. 58

2.3.6.3 Generacin y medicin del voltaje de impulso ........................................................... 59

CAPITULO 3 ............................................................................................................................63

3 ENSAYO DE LOS DIODOS DE ALTA TENSIN ...............................................63

3.1 Normas ........................................................................................................................ 63

3.1.2 Norma ASTM D-877. ............................................................................ 65

3.1.2.1 Rigidez dielctrica en el aceite aislante ..................................................................... 65

3.1.2.2 Muestra ....................................................................................................................... 67

3.1.2.3 Seguridad ................................................................................................................... 67

3.1.2.4 Aplicacin .................................................................................................................. 67

3.1.3 Norma DIN.53481 ...................................................................... 68

3.1.3.1 Rigidez dielctrica en el Grilon.................................................................................. 68

3.2 Protocolo de Pruebas ................................................................................................. 69

3.3 Verificacin de la ecuacin de Schockley ................................................................... 70

3.4 Sistema doblador ........................................................................................................ 75

CAPITULO 4 ............................................................................................................................78

4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................78

4.1 Conclusiones ............................................................................................................... 78

4.2 Recomendaciones ........................................................................................................ 84

5 ANEXOS ..................................................................................................................86

6 BIBLIOGRAFA ......................................................................................................87

NDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 Descripcin de las caractersticas tcnicas del transformador ...................................2

Tabla 1.2 Descripcin de pantalla del panel de control .............................................................2

Tabla 1.3 Descripcin del mando del panel de control ..............................................................3

Tabla 1.4 Caractersticas del osciloscopio del laboratorio de Alta Tensin [2]. ........................4

Tabla 1.5 Caractersticas de las barras de conexin del laboratorio de alta tensin ..................6

Tabla 1.6 Caractersticas de las barras de conexin del laboratorio de alta tensin ..................6

Tabla 1.7 Caractersticas de la corona y pedestal del laboratorio de alta tensin ......................7

Tabla 1.8 Diodos existentes en el laboratorio de alta tensin ....................................................8

Tabla 1.9 Capacitores existentes en el laboratorio de alta tensin .............................................8

Tabla 1.10 Resistencias existentes en el laboratorio ................................................................10

Tabla 1.11 Caractersticas del soporte de electrodos para pruebas de disrupcin del

laboratorio de alta tensin.........................................................................................10

Tabla 1.12 Descripcin de los electrodos para pruebas en el laboratorio ................................11

Tabla 1.13 Caractersticas de la barra de descarga a tierra laboratorio de alta tensin ...........13

Tabla 1.14 Parmetros de los diodos construidos como tesis para el laboratorio de alta

tensin. ......................................................................................................................15

Tabla 1.15 Caractersticas del diodo 2CL2FP [5] ....................................................................17

Tabla 2.1 Informacin tcnica del diodo HVM12 [9] ..............................................................38

Tabla 2.2 Informacin tcnica del diodo 2CL2FP [10] ...........................................................39

Tabla 2.3 Resistencia film 1g ohm 1/2w 5%[6] .......................................................................39

Tabla 2.4 Resultados de la prueba de rigidez dielctrica del aceite .........................................51

Tabla 2.5 Caractersticas del Grilon [12] ................................................................................52

Tabla 2.6 Datos Obtenidos de la prueba de Grilon ..................................................................53

Tabla 2.7 Resultados de la prueba de Grilon ...........................................................................53

Tabla 2.8 Prueba de resistencia de los diodos 2CL2FP ...........................................................54

Tabla 2.9 Prueba de resistencia de los diodos 2CL2FP ...........................................................55

Tabla 2.10 Resultado del diodo de potencia 1 vs el diodo del laboratorio ..............................57

Tabla 2.11 Resultado del diodo de potencia 2 vs el diodo del laboratorio ..............................57

Tabla 2.12 Resultado de la prueba de medicin de voltaje directo .........................................59

Tabla 2.13 Resultado de la prueba generacin de voltaje de impulso .....................................60

Tabla 3.1 Organismos de Normalizacin .................................................................................63

Tabla 3.2 Rigidez dielctrica [8] ..............................................................................................67

Tabla 3.3 Descripcin de la prueba. [4] ...................................................................................68

Tabla 3.4 Datos obtenidos de la prueba en baja tensin de los diodos de potencia .................72

Tabla 3.5 Datos obtenidos del circuito doblador......................................................................77

NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Vista de los elementos disponibles en el laboratorio ...............................................1

Figura 1.2. Transformador de pruebas del laboratorio de alta tensin ......................................2

Figura 1.3. Parte superior de izquierda a derecha HV9150, HV9151 Y HV9152, parte inferior

izquierda a derecha, voltaje del primario y conectores para el osciloscopio ..............3

Figura 1.4. Zona de mando del panel de control del laboratorio de alta tensin .......................4

Figura 1.5. Osciloscopio del laboratorio de alta tensin [3] ......................................................5

Figura 1.6. Puntos de conexin de la puesta a tierra del laboratorio .........................................5

Figura 1.7. Lado izquierdo, barra conectora modelo HV9108, lado derecho, barra conectora

modelo HV9119 y HV9118 ........................................................................................6

Figura 1.8. Barras aislantes del laboratorio de alta tensin ......................................................7

Figura 1.9. Lado izquierdo modelo HV9109, lado derecho Modelo HV9110 del laboratorio

de alta tensin .............................................................................................................7

Figura 1.10. Vista anterior y posterior de los diodos existentes en el laboratorio de alta

tensin .........................................................................................................................8

Figura 1.11. Vista anterior y posterior de los capacitores HV9141 y HV9120, el circulo color

blanco muestra donde se puede formar el partidor capacitivo para la medicin de

voltaje .........................................................................................................................9

Figura 1.12. Capacitores HV9130 del laboratorio de alta tensin .............................................9

Figura 1.13. Capacitores del laboratorio de alta tensin ..........................................................9

Figura 1.14. Resistencias del laboratorio de alta tensin ......................................................10

Figura 1.15. Soporte de electrodos para prueba de disrupcin, donde se encuentra la manija

manual, la conexin hacia el panel de control, indicador analgico y la conexin a

tierra ..........................................................................................................................11

Figura 1.16. Electrodos de 16.5cm de dimetro a la izquierda y electrodos de 5cm de

dimetro a la derecha existentes en el laboratorio de Alta Tensin .......................12

Figura 1.17. Electrodos tipo esfera de 9.5cm de dimetro a la izquierda, electrodos de 5cm

de dimetro en el centro y electrodo de 1.8cm de dimetro a la derecha .................12

Figura 1.18. Electrodos tipo punta de 5cm de largo a la izquierda y electrodos cilndricos de

5cm de largo y 1.3cm de dimetro a la derecha .......................................................12

Figura 1.19. Barra de descarga a tierra del laboratorio de alta tensin ..................................13

Figura 1.20. HV9125 en la parte superior y HV9126 en la parte inferior ...............................14

Figura 1.21. Interruptor de puesta a tierra del laboratorio de Alta Tensin ............................14

Figura 1.22. Circuito para la medicin de voltaje alterno en el secundario del transformador

del laboratorio de alta tensin ...................................................................................15

Figura 1.23. Grafica de la ecuacin de Schockley con los parmetros de los diodos 2CL2FP19

Figura 1.25. Simulacin del rgimen transitorio circuito con carga R ....................................20

Figura 1.26. Circuito con carga RL, esquematizado en simulink para rgimen transitorio.....21

Figura 1.27. Simulacin del rgimen transitorio circuito con carga RL ..................................21

Figura 1.28. Circuito con carga RC, armado en simulink para rgimen transitorio ................22

Figura 1.29. Simulacin del rgimen transitorio circuito RC ..................................................22

Figura 1.30. Circuito con carga R, armado en simulink para rgimen permanente.................23

Figura 1.31. Simulacin de rgimen permanente, circuito con carga R ................................24

Figura 1.32. Circuito con carga RL, armado en simulink para rgimen permanente ..............24

Figura 1.33. Simulacin de rgimen permanente, circuito con carga RL ................................25

Figura 1.34. Circuito con carga RC, armado en simulink para rgimen permanente ..............25

Figura 1.35. Simulacin de rgimen permanente, circuito con carga RC ...............................26

Figura 1.36. Circuito valido para determinar la ecuacin de corriente ....................................27

Figura 1.37. Grfica de la corriente en el Inductor. .................................................................28

Figura 1.38. Circuito RC para el clculo de la corriente y voltaje en el capacitor ..................29

Figura 1.39. Simulacin del voltaje y corriente en el capacitor ...............................................32

Figura 2.1. Resistencia film 1G ohm 1/2w 5% [7] ..................................................................35

Figura 2.2. Circuito diodo de alta tensin ................................................................................35

Figura 2.3. Circuito, diodo de alta tensin ...............................................................................37

Figura 2.4. Dimensiones fsicas del diodo HVM12 [10] .........................................................38

Figura 2.5. Dimensiones del diodo 2CL2FP [6] ......................................................................39

Figura 2.6. Cuadro de procesos elctricos y mecnicos ..........................................................40

Figura 2.7. Circuito en 3D. Diodo, resistencias .......................................................................41

Figura 2.8. Dimensiones del circuito, diodo, resistencia ........................................................42

Figura 2.9. Cuerpo del diodo ...................................................................................................42

Figura 2.10. Remache ..............................................................................................................43

Figura 2.11. Punta ....................................................................................................................44

Figura 2.12. Vista en corte de la punta ....................................................................................44

Figura 2.13. Tapa .....................................................................................................................45

Figura 2.14. Terminal del circuito ...........................................................................................45

Figura 2.15. Terminal hacia la tapa..........................................................................................46

Figura 2.17. Diodo ensamblado ...............................................................................................47

Figura 2.18. Dimensiones del cilindro .....................................................................................47

Figura 2.19. Llenado del diodo con aceite a vaco...................................................................50

Figura 2.20. Equipo para realizar la medicin de rigidez dielctrica del aceite ......................50

Figura 2.21. Circuito para realizar prueba de rigidez dielctrica de los materiales .................52

Figura 2.22. Circuito verificador de la resistencia en ambas polarizaciones ...........................55

Figura 2.23. Circuito rectificador de media onda ....................................................................56

Figura 2.24. Circuito generador de voltaje contino ...............................................................58

Figura 2.25. Circuito para generar impulso y medir el BIL de un elemento ...........................60

Figura 2.26. Resultado de la prueba generacin de voltaje de impulso ...................................61

Figura 2.27. Resultado de la prueba generacin de voltaje de impulso ...................................61

Figura 3.1. Prueba de rigidez dielctrica en los aceites [17]....................................................66

Figura 3.2. Esquema para la verificacin de la ecuacin de Schockley ..................................71

Figura 3.3. Esquema armado para la verificacin de la ecuacin de Schockley .....................71

Figura 3.4. Curva regin directa diodo 1 .................................................................................73

Figura 3.5. Curva regin directa diodo 2 .................................................................................73

Figura 3.6. Curva regin directa diodo laboratorio ..................................................................74

Figura 3.7. Circuito doblador de tensin [20] ..........................................................................76

1

CAPITULO 1

1 CLCULO Y DISEO DE UN DIODO DE POTENCIA DE VOLTAJE NODO CTODO INVERSO DE 150 kV CON

UNA CORRIENTE NOMINAL DE 50 mA

En este captulo se presenta los criterios empleados para realizar el

diseo de los diodos de potencia para el laboratorio de Alta Tensin de la

Universidad Politcnica Salesiana sede Cuenca. Los mismos toman en cuenta

parmetros que estn en funcin de las necesidades de la aplicacin, se describen los

elementos disponibles en el laboratorio para realizar las diferentes pruebas y se

ejecuta una simulacin en el software Matlab-R2011b con el objetivo de verificar el

correcto funcionamiento de los mismos.

1.1 Recursos disponibles

El laboratorio de Alta Tensin de la Universidad Politcnica Salesiana

sede Cuenca cuenta con equipos de marca TERCO [1], se describe a continuacin

las caractersticas de los elementos disponibles.

Figura 1.1. Vista de los elementos disponibles en el laboratorio

1.1.1 Transformadores de Pruebas

La tabla 1.1 presenta las caractersticas tcnicas del transformador del

laboratorio y la figura 1.2 una fotografa del mismo.

2

Tabla 1.1 Descripcin de las caractersticas tcnicas del transformador

Figura 1.2. Transformador de pruebas del laboratorio de alta tensin

1.1.2 Panel de control

En la Tabla 1.2 se observa el modelo y la descripcin de las pantallas del

panel de control y en la figura 1.3 se muestra una fotografa del mismo.

Tabla 1.2 Descripcin de pantalla del panel de control

3

Figura 1.3. Parte superior de izquierda a derecha HV9150, HV9151 Y HV9152,

parte inferior izquierda a derecha, voltaje del primario y conectores para el

osciloscopio

En la tabla 1.3 se muestra la descripcin de la zona de mando del panel de control y

en la figura 1.4 se observa una fotografa de la misma. La lista de la tabla se observa

de arriba hacia abajo.

Tabla 1.3 Descripcin del mando del panel de control

4

Figura 1.4. Zona de mando del panel de control del laboratorio de alta tensin

1.1.3 Osciloscopio

En la tabla 1.4 se muestra las caractersticas tcnicas del osciloscopio

existente en el laboratorio de alta tensin y en la figura 1.5 se presenta una fotografa

del mismo.

Tabla 1.4 Caractersticas del osciloscopio del laboratorio de Alta Tensin [2].

5

Figura 1.5. Osciloscopio del laboratorio de alta tensin [3]

1.1.4 Puesta a tierra del laboratorio

El laboratorio de alta tensin cuenta con una puesta a tierra, a travs de

una malla independiente, con un valor de 0.6 y sus conexiones estn dispuestas

de la siguiente manera.

El primer punto de conexin de derecha a izquierda donde sale el cable color verde

con amarillo es para el elemento HV9133, el segundo punto de conexin es para la

puesta a tierra del transformador y el piso sobre la cual se colocan los diferentes

elementos y el tercer punto de conexin es para colocar a tierra la jaula que

mantiene la distancia de seguridad.

En la figura 1.6 se muestra una foto de las conexiones de tierra del laboratorio.

Figura 1.6. Puntos de conexin de la puesta a tierra del laboratorio

6

1.1.5 Barras de Conexin y barras aislantes

En la tabla 1.5 se observa las caractersticas de las barras de conexin

del laboratorio y en la figura 1.7 se muestra una fotografa de las mismas.

Tabla 1.5 Caractersticas de las barras de conexin del laboratorio de alta tensin

Figura 1.7. Lado izquierdo, barra conectora modelo HV9108, lado derecho, barra

conectora modelo HV9119 y HV9118

La tabla 1.6 presenta las caractersticas de las barras aislantes del laboratorio y la

figura 1.8 muestra una fotografa de las mismas.

Tabla 1.6 Caractersticas de las barras de conexin del laboratorio de alta tensin

7

Figura 1.8. Barras aislantes del laboratorio de alta tensin

1.1.6 Corona de conexin y Pedestal de Piso

La tabla 1.7 muestra las caractersticas de la corona de conexin y del

pedestal de piso y en la figura 1.9 se observa una fotografa de los mismos.

Tabla 1.7 Caractersticas de la corona y pedestal del laboratorio de alta tensin

Figura 1.9. Lado izquierdo modelo HV9109, lado derecho Modelo HV9110 del

laboratorio de alta tensin

1.1.7 Diodos

La tabla 1.8 presenta las caractersticas tcnicas de los diodos del

laboratorio y la figura 1.10 muestra una fotografa de los mismos.

8

Tabla 1.8 Diodos existentes en el laboratorio de alta tensin

Figura 1.10. Vista anterior y posterior de los diodos existentes en el laboratorio de

alta tensin

1.1.8 Capacitores

La tabla 1.9 presenta las caractersticas tcnicas de los capacitores del

laboratorio y la figura 1.11 muestra una foto de los mismos.

Tabla 1.9 Capacitores existentes en el laboratorio de alta tensin

9

Figura 1.11. Vista anterior y posterior de los capacitores HV9141 y HV9120, el

circulo color blanco muestra donde se puede formar el partidor capacitivo para la

medicin de voltaje

La figura 1.12 y 1.13 muestran una fotografa de los capacitores disponibles en el

laboratorio.

Figura 1.12. Capacitores HV9130 del laboratorio de alta tensin

Figura 1.13. Capacitores del laboratorio de alta tensin

10

1.1.9 Resistencias

La tabla 1.10 presenta las caractersticas tcnicas de las resistencias del

laboratorio y la figura 1.14 muestra una fotografa de las mismas.

Tabla 1.10 Resistencias existentes en el laboratorio

Figura 1.14. Resistencias del laboratorio de alta tensin

1.1.10 Soporte de electrodos para pruebas de disrupcin

La tabla 1.11 presenta las caractersticas tcnicas del soporte de

electrodos para pruebas de disrupcin y en la figura 1.15 se muestra una fotografa de

la misma.

Tabla 1.11 Caractersticas del soporte de electrodos para pruebas de disrupcin del

laboratorio de alta tensin

11

Figura 1.15. Soporte de electrodos para prueba de disrupcin, donde se encuentra la

manija manual, la conexin hacia el panel de control, indicador analgico y la

conexin a tierra

La tabla 1.12 muestra los electrodos disponibles en el laboratorio para realizar las

diferentes pruebas de descargas empleando el soporte de electrodos para pruebas de

disrupcin y en las figuras 1.16, 1.17 y 1.18 se observa una fotografa de las mismas.

Tabla 1.12 Descripcin de los electrodos para pruebas en el laboratorio

12

Figura 1.16. Electrodos de 16.5cm de dimetro a la izquierda y electrodos de 5cm de

dimetro a la derecha existentes en el laboratorio de Alta Tensin

Figura 1.17. Electrodos tipo esfera de 9.5cm de dimetro a la izquierda, electrodos

de 5cm de dimetro en el centro y electrodo de 1.8cm de dimetro a la derecha

Figura 1.18. Electrodos tipo punta de 5cm de largo a la izquierda y electrodos

cilndricos de 5cm de largo y 1.3cm de dimetro a la derecha

1.1.11 Barra de descarga a tierra

La tabla 1.13 muestra las caractersticas de la barra de descarga a tierra

disponibles en el laboratorio y la figura 1.19 muestra una fotografa de la misma.

13

Tabla 1.13 Caractersticas de la barra de descarga a tierra laboratorio de alta

tensin

Figura 1.19. Barra de descarga a tierra del laboratorio de alta tensin

1.1.12 Esferas de disrupcin y separador de esferas

El modelo de las esferas de disrupcin es el HV9125 y del separador de

esferas es el HV9126, estos elementos sirven para realizar las pruebas de disrupcin

a travs de un impulso generado. El separador se conectado al HV9125 del panel de

control para ser comandado. En la figura 1.20 se muestra una fotografa de los

mismos.

14

Figura 1.20. HV9125 en la parte superior y HV9126 en la parte inferior

1.1.13 Interruptor de puesta a tierra

El modelo del interruptor de puesta a tierra es el HV9114, este hace

contacto con el electrodo HV9138, sirve para aterrar los elementos que estn

conectados al mismo una vez que se des energice el circuito a travs del panel de

control. En la figura 1.21 se observa una fotografa de este.

Figura 1.21. Interruptor de puesta a tierra del laboratorio de Alta Tensin

1.2 Proceso de diseo

Para realizar el clculo y diseo de los diodos de potencia, nos basamos

en los parmetros que deben cumplir para ser utilizados en el laboratorio.

15

Los parmetros se muestran en la tabla 1.14.

Tabla 1.14 Parmetros de los diodos construidos como tesis para el laboratorio de

alta tensin

1.2.1 Clculos de Voltaje

Como dato tcnico del manual del laboratorio de alta tensin de la UPS

sede Cuenca, se tuvo que l voltaje kVVRMS 100 , puesto que los diodos tenan que

ser diseados para trabajar con voltaje pico (pV ), se procedi a calcularlo.

kVkVV

VV

p

RMSp

421.1412*100

2*

(1.1)

Un dato importante que se consider, es el RMSV real en el secundario del

transformador. Al realizar la prctica de medicin del voltaje en el secundario se

tuvo como resultado un kVVRMS 5.113 , el circuito que se emple se muestra en la

figura 1.22.

Figura 1.22. Circuito para la medicin de voltaje alterno en el secundario del

transformador del laboratorio de alta tensin

16

Por lo cual el clculo de pV fue el siguiente.

kVkVV

VV

p

RMSp

513.1602*5.113

2*

(1.2)

Se tom en cuenta el factor de correccin aK que se debe aplicar a todos los

elementos que estn a 1000 msnm, para nuestro caso nuestro 35.1aK por lo cual

nuestro pV qued de la siguiente manera.

kVkVV

KVV

p

aRMSp

65.21635.1*2*5.113

*2*

(1.3)

Finalmente este es el valor de pV que se protegi, el mismo se cubri en polarizacin

directa e inversa, ya que esto nos garantiz una mayor seguridad en el uso de los

diodos que se construyeron como tesis para el laboratorio.

1.2.2 Factor de Correccin ( aK )

Siempre es importante tomar en cuenta el factor de correccin aK para la

proteccin de elementos que trabajan en altas tensiones, este depende de la presin

atmosfrica basado en la altitud, segn norma IEC 60071-2[4], la cual nos dice que.

8150H

m

a eK (1.4)

En dnde:

H= es la altura sobre el nivel del mar (en metros).

m = 1 constante para tensiones de impulso tipo rayo.

Como Cuenca se encuentra entre los 2350m y los 2550m, el valor que se coloc para

la altura es su promedio, es decir 2450m.

35.181502450

1

eKa

17

Los diodos que van dentro de las capsulas que forman el diodo de potencia fueron

elegidos de acuerdo al voltaje que deben soportar tanto en polarizacin directa como

inversa y la corriente que permiten conducir.

En primera instancia escogimos los HVM12, tras la falla de las capsulas en las

pruebas, se eligi los HVCA 2CL2FP, el clculo del nmero de diodos empleados

en las capsulas para las 2 unidades, as como el valor de las resistencias que se

colocaron en paralelo a cada uno, el por qu fallaron los HVM12 y porque se

escogieron los HVCA 2CL2FP se describe en el captulo 2 seccin 2.1.

1.3 Simulacin del sistema diodo de alta tensin

En la simulacin del sistema diodo de alta tensin se emple el software

Simulink que es una plataforma de Matlab R2011b, este permite observar el

comportamiento del diodo en alto voltaje.

1.3.1 Simulacin del comportamiento del diodo en regin directa e

inversa

Para esta simulacin se emple la ecuacin de Schockley [5], con este se

observa el comportamiento del diodo diseado, en las regiones directa e inversa.

En esta simulacin se tom en cuenta las caractersticas tcnicas de los diodos

empleados en el diseo y la construccin.

Tabla 1.15 Caractersticas del diodo 2CL2FP [6]

En la tabla 1.15 se observa las caractersticas tcnicas del diodo 2CL2FP que

finalmente fue elegido para realizar la construccin de los dos diodos de potencia.

18

En Rashid (2004) se presenta una serie de ecuaciones que permiten modelar el

comportamiento:

Polarizacin directa:

)1(/ TD nVVSD eII (1.5)

Polarizacin Inversa:

)1(/

TD nVV

SD eII (1.6)

Dnde:

DI : Corriente que atraviesa el diodo.

SI : Corriente de fuga del diodo.

DV : Cada de tensin del diodo.

n : Coeficiente de emisin del diodo.

TV : Voltaje trmico del diodo.

Cdigo para la simulacin:

clc

clear all

% Parmetros del diodo

Is=2e-6;

n=1.8;

VT=25.7e-3;

VD=0:9.121:416;

% Ecuacin de Schockley

Id=Is*((exp(VD/(n*VT)))-1)

plot(VD,Id)

title('CURVA DE POLARIZACIN DIRECTA')

xlabel('Voltaje del Diodo (V)')

ylabel('Corriente que atraviesa el diodo (A)')

clc

clear all

% Parmetros del Diodo

Is=2e-6;

n=1.8;

VT=25.7e-3;

VD=-416:9.121:0;

%Ecuacin de Schockley

Id=Is*((exp((-abs(VD))/(n*VT)))-1)

plot(VD,Id)

title('CURVA DE POLARIZACIN INVERSA')

xlabel('Voltaje del Diodo (V)')

ylabel('Corriente que atraviesa el diodo (A)')

19

En la figura 1.23 se observa la grfica del diodo de potencia en polarizacin directa

e inversa con las caractersticas del diodo que se emple para el diseado y

construccin de este.

Figura 1.23. Grafica de la ecuacin de Schockley con los parmetros de los diodos

2CL2FP

1.3.2 Simulacin estado transitorio y permanente

1.3.2.1 Rgimen transitorio

En las figuras 1.24, 1.26 y 1.28, se observa los esquemas empleados en

simulink para graficar el estado transitorio de los circuitos con cargas: resistiva (R),

resistencia en serie a un capacitor (RC) y resistencia en serie a un inductor (RL).

Las figuras 1.25, 1.27 y 1.29 presentan las grficas de los circuitos. En cada una se

muestra, desde la parte superior, el voltaje del diodo, la corriente que circula y por

ltimo la tensin en la carga.

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500-1

0

1

2

3

4

5x 10

284 CURVA CARACTERSTICA VOLTAJE - CORRIENTE DE UN DIODO

Voltaje del Diodo (V)

Corr

iente

que a

travie

za e

l dio

do (

A)

20

Figura 1.24. Circuito con carga R, esquematizado en simulink para rgimen

transitorio

Figura 1.25. Simulacin del rgimen transitorio circuito con carga R

21

Figura 1.26. Circuito con carga RL, esquematizado en simulink para rgimen

transitorio

Figura 1.27. Simulacin del rgimen transitorio circuito con carga RL

22

Figura 1.28. Circuito con carga RC, armado en simulink para rgimen transitorio

Figura 1.29. Simulacin del rgimen transitorio circuito RC

23

1.3.2.2 Rgimen permanente

Las figuras 1.30, 1.32 y 1.34 presentan los esquemas empleados en

simulink para graficar el estado permanente de los circuitos con cargas R, RC y RL.

Las figuras 1.31, 1.33 y 1.35 presentan las grficas de los circuitos, de igual manera

que en el punto 1.3.2.1 desde la parte superior se muestra el voltaje del diodo, la

corriente que circula por el diodo y por ltimo la tensin en la carga.

Figura 1.30. Circuito con carga R, armado en simulink para rgimen permanente

24

Figura 1.31. Simulacin de rgimen permanente, circuito con carga R

Figura 1.32. Circuito con carga RL, armado en simulink para rgimen permanente

25

Figura 1.33. Simulacin de rgimen permanente, circuito con carga RL

Figura 1.34. Circuito con carga RC, armado en simulink para rgimen permanente

26

Figura 1.35. Simulacin de rgimen permanente, circuito con carga RC

1.3.3 Ecuaciones diferenciales del circuito diodo-resistencia con

un inductor y un capacitor en paralelo

1.3.3.1 Circuito con un inductor en paralelo

En la Figura 1.36 se muestra el circuito que se emple para determinar

las ecuaciones diferenciales de corriente.

27

Figura 1.36. Circuito valido para determinar la ecuacin de corriente

Malla 1

(1.7)

Malla 2

(

)

En un tiempo 0 la corriente inicial

(

) (1.8)

La corriente en el inductor es mxima en un tiempo .

(

)

(

)

(

) (1.9)

Cdigo para la simulacin de la corriente en el circuito inductor.

clc

clear all

%t=5tao......tao=RC.....R=10Mohm....C=1200pF..

%tmax=0.06

28

%Vc=Vo-VD=150000-418=149584

t=0:0.0001:0.06;

L=100e-6;

Vc=0:100:149584;

i2=((149584)/L)./t

plot(t,i2)

title('CURVA: CORRIENTE DEL INDUCTOR EN FUNCION DEL TIEMPO')

xlabel('Tiempo (s)')

ylabel('Corriente (A)')

Figura 1.1. Grfica de la corriente en el Inductor

1.3.3.2 Corriente del capacitor

En la figura 1.38 se observa el circuito empleado para determinas las

ecuaciones de corriente y voltaje en un circuito RC.

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.060

5

10

15x 10

9 CURVA: CORRIENTE DEL INDUCTOR EN FUNCION DEL TIEMPO

Tiempo (s)

Corr

iente

(A

)

29

Figura 1.2. Circuito RC para el clculo de la corriente y voltaje en el capacitor

(1.10)

Corriente en el capacitor

Voltaje inicial del capacitor

(1.11)

El capacitor se carga completamente cuando donde

(1.12)

1.3.3.3 Voltaje en el capacitor

Empleamos el mismo circuito de la figura 1.32 para determinar la

ecuacin del voltaje en el circuito RC.

30

Al estar en paralelo

Entonces

Multiplicamos la ecuacin por R para eliminar el denominador

(

)

(1.13)

Para resolver la ecuacin diferencial remplazamos

Remplazando en la (1.13)

(1.14)

El voltaje inicial del capacitor Vc(0)=0, remplazando en

31

Remplazando x y en (1.14) tenemos

( (

)) (1.15)

Como se sabe del clculo de corriente del punto anterior

Remplazando en (1.15)

(

) ( (

))

(

)( (

))

Cdigo de simulacin del voltaje y corriente en un circuito RC.

clc

clear all

%t=5tao......tao=RC.....R=10Mohm....C=1200pF..

%tmax=0.06

%Vc=Vo-VD=150000-418=149584

Vo=150000;

Vd=416;

t=0:0.0001:0.06;

C=100e-12;

R=10e6;

i2=(C*(Vo-Vd))./(t);

Vc=(5/6)*(Vo-Vd)*(1-exp((-t)/(R*C)));

subplot(2,1,1)

plot(t,i2)

title('CURVA: CORRIENTE EN EL CAPACITOR EN f(t)')

xlabel('Tiempo (s)')

ylabel('Corriente (A)')

subplot(2,1,2)

plot(t,Vc)

title('CURVA: VOLTAJE EN EL CAPACITOR EN f(t)')

xlabel('Tiempo (s)')

ylabel('Voltaje (V)')

32

En la figura 1.39 se muestra la simulacin de las ecuaciones de voltaje y corriente de

un circuito RC con los parmetros de los diodos de potencia diseados y construidos

para el laboratorio.

Figura 1.3. Simulacin del voltaje y corriente en el capacitor

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.060

0.05

0.1

0.15

0.2CURVA: CORRIENTE EN EL CAPACITOR EN f(t)

Tiempo (s)

Corr

iente

(A

)

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.060

5

10

15x 10

4 CURVA: VOLTAJE EN EL CAPACITOR EN f(t)

Tiempo (s)

Voltaje

(V

)

33

CAPITULO 2

2 CONSTRUCCIN DE LOS ELEMENTOS

2.1 Construccin de dos diodos de potencia de voltaje nodo

ctodo inverso de 150kV con una corriente nominal de

50mA.

2.1.1 Eleccin de los diodos 2CL2FP

En la seccin 1.2, tabla 1.14 se observa los parmetros que deben cumplir

los diodos de potencia para realizar las prcticas en el laboratorio de alta tensin de

la UPS sede Cuenca.

Porque se eligi entre los diodos HVM12 y los 2CL2FP, se explica a continuacin.

Partimos del kVVp 421.141 ,1 para tener un margen de seguridad se redonde a un

kVVp 150 .

La disponibilidad en el mercado local de los diodos HVM12, fue uno de los aspectos

que jug un papel importante para elegirlos como elementos que formen parte de los

diodos de potencia, ya que al ser fcil su adquisicin esto permitira que la

construccin se realice en un menor tiempo.

Los diodos HVM12 tenan un kVVRMS 8 en polarizacin directa y un kVVRMS 12

en polarizacin inversa2, el pV que se cubri es de 150kV, con este dato se calcul

el nmero de diodos que se coloc en el circuito para los diodos de potencia.

Para llegar a cubrir tensiones elevadas se coloc diodos en serie, esto hace que se

sumen los voltajes que cada diodo soporta tanto en polarizacin directa como

1 Clculos realizados en el Captulo 1, seccin 1.2, ecuacin 1.1

2 Caracterstica obtenida de la hoja de datos del Capitulo 2, seccin 2.1.2, tabla 2.1

34

inversa, aumentan el nivel de tensin que se protege y asegurando el correcto

funcionamiento de las capsulas3.

El clculo se realiz de la siguiente manera. Se divide el voltaje pico ( pV ) del

laboratorio para 2 obteniendo el RMSV , este a su vez se dividi para el RMSV en

polarizacin directa e inversa de los diodos HVM12, teniendo los siguientes

resultados.

83.812

2150

kV

kV (2.1)

25.138

2150

kV

kV (2.2)

El clculo segn la ecuacin (2.1) muestra que en polarizacin inversa se debe

colocar 9 unidades y segn el clculo de la ecuacin (2.2) en polarizacin directa se

debe colocar 13 unidades.

Teniendo en cuenta que era importante colocar resistencias en paralelo a cada uno de

los diodos para garantizar la distribucin equitativa de las tensiones inversas de

polarizacin, ya que si bien los 13 diodos pertenecen al mismo modelo no tienen

exactamente las mismas caractersticas elctricas se procedi a calcular estas.

Al contar con 13 diodos se coloc 13 resistencias en paralelo, la corriente de fuga es

de Ax 6105 .4

Se calcul el voltaje que atravesaba cada diodo.

kVkV

V DiodoCada 15.813

2150/ (2.3)

Una vez calculado el voltaje que pasa por cada diodo se calcul las resistencias que

deben ir en paralelo a cada diodo HVM12.

3 Capsulas es otra forma de llamar a los diodos de potencia diseados y construidos como tema de

tesis para el laboratorio de alta tensin de la UPS sede Cuenca. 4 Caracterstica obtenida de la hoja de dato del Capitulo 2, seccin 2.1.2, tabla 2.1

35

GAx

kV

I

VR

S

DiodoCada 63.1105

15.86

/ (2.4)

Como se observa se necesit una resistencia de 1.63 G. A nivel local y nacional no

existen tiendas electrnicas que dispongan de estos elementos, as que se los import

desde Espaa. Los valores comerciales en ese pas eran de 1G como mximo. Para

llegar a los valores calculados se colocaron en serie dos resistencias y esta a su vez

paralelo a cada diodo HVM12.

En la figura 2.1 se observa las caractersticas fsicas de las resistencias de 1G.

Figura 2.4. Resistencia film 1G ohm 1/2w 5% [7]

La figura 2.2 muestra el circuito diodo de alta tensin con estos elementos, tomando

en cuenta que las resistencias en paralelo tienes un valor de 2 G.

Figura 2.2. Circuito diodo de alta tensin

Una vez realizados los clculos de voltaje, resistencias y nmero de elementos se

procedi a armar el circuito que conforma el diodo de potencia, luego se verific la

hermeticidad de las capsulas, se los lleno con aceites mineral de transformador

UNIVOLT N 61B con inhibidor y posteriormente se realiz las pruebas en el

laboratorio de alta tensin de la UPS sede Cuenca.

36

Al realizar el circuito de la prctica # 35, los diodos de potencia construidos con los

HVM12 tuvieron un resultado negativo, antes de ejecutar la prctica se observ en el

Megger6 una resistencia en polarizacin directa de 6k y en inversa de 23G, luego

de ser sometido a un kVVRMS 80 se midi una resistencia en polarizacin inversa

de 347M, lo que significa que se los diodos se daaron.

Este resultado negativo se produjo porque al realizar la prctica se dio un pico de

tensin mayor a los 150kV, en cualquier prctica que se desee realizar en el

laboratorio debido a las altas tensiones. Los picos que se producen, por lo general,

van a llegar a los 180kV7; por lo tanto para garantizar un funcionamiento adecuado

es necesario elevar el valor de tensin en las dos polarizaciones.

Se determin que el laboratorio no genera un kVVRMS 100 como indica el manual,

en realidad se tiene un kVVRMS 5.113 , con lo cual el voltaje pico kVVp 513.1608,

adems se multiplic por un factor de correccin 35.1aK ,9 al realizar esta

operacin se tuvo un kVV p 65.216 ,10

siendo este el nivel de tensin que se deba

proteger. Si se empleaba los diodos HVM12se necesita 19 elementos de estos, lo cual

afecta las dimensiones de los diodos de potencia, se necesitaban distancias mayores

para un nmero mayor de elementos, pero las capsulas ya estaban construidas,

adems una capsula ms grande era poco esttico para el laboratorio. Por esta razn

se opta por buscar otros diodos, que cubriendo ese nivel de tensin, necesite un

nmero menor de elementos. Los diodos que se pueden conseguir en el mercado

Americano son los diodos 2CL2FP que tienen un kVV p 3011

en las dos

polarizaciones, siendo esta la mejor opcin.

5 Manual de experimentos de alta tensin para laboratorio de la UPS sede Cuenca, prctica #3:

Generacin y medicin de Voltaje Directo [8]. 6 Megger: Instrumento que permite la medicin de valores elevados de resistencia [9]

7 Valor determinado tras realizar multiples prcticas en condiciones de un ambiente ionizado y al

realizar un cambio brusto de tensin. 8 Valor calculado en el Captulo 1, seccin 1.2, ecuacin 1.2

9 Valor calculado en el Captulo 1, seccin 1.2, ecuacin 1.4

10 Valor calculado en el Captulo1, seccin 1.2, ecuacin 1.3

11 Caractersticas sacada de la hoja de datos del Captulo 2, secin 2.1.2.2, tabla 2.2

37

Nmero de elementos = 22.730

65.216

kV

kV (2.5)

Se trabaj directamente con valores pico, la hoja de datos de estos diodos da las

caractersticas tcnicas, la ecuacin 2.5 muestra que son 7 unidades para los diodos

de potencia, se utilizaron 8 unidades para tener una mejor proteccin cubriendo un

KVVp 240 . Se procedi a calcular el voltaje en cada diodo para determinar la

resistencia en paralelo de la siguiente manera.

kVkV

V DiodoCada 08.278

65.216/ (2.6)

GAx

kV

I

VR

S

DiodoCada 54.13102

08.276

/ (2.7)

El valor de las resistencias es de 13.54G, como se sabe no hay valores comerciales

de resistencias tan altas, lo que se hizo es colocar tres resistencias de 1 G en serie

que da un total de 3 G y este se coloc a su vez en paralelo a cada uno de los

diodos. Lo importante es que las resistencias colocadas en paralelo tengan el mismo

valor hmico para evitar que los diodos se quemen. El nmero total de elementos

que tiene cada capsula es de 8 diodos 2CL2FP y 24 resistencias de un Giga cada

una, dndonos un total de 32 elementos por circuito.

En la figura 2.3 se observara el circuito diodo de alta tensin, tomando en cuenta

que las resistencias en paralelo tienes un valor de 3 G.

Figura 2.3. Circuito, diodo de alta tensin

Una vez calculados los valores de tensin, resistencias y elegidos los diodos que van

a formar las capsulas, se procedi a armar el circuito que formar el diodo de

potencia para la tesis, luego se comprob su hermeticidad, se llen con aceite para

transformador UNIVOLT N 61B con inhibidor y se llev al laboratorio de alta

38

tensin de la UPS sede Cuenca para realizar las diferentes pruebas. En estas se

obtuvo como resultado un correcto funcionamiento puesto que no se quemaron y los

valores que mostraban las pantallas del panel de control eran muy parecidos a los que

se dio cuando se prob los mismos circuitos con los diodos de potencia que el

laboratorio dispona, esto se ver con ms detalle en el punto 2.3.

2.1.2 Hojas de datos

2.1.2.1 Diodo HVM12

Figura 2.4. Dimensiones fsicas del diodo HVM12 [10]

Tabla 2.1 Informacin tcnica del diodo HVM12 [10]

39

2.1.2.2 Diodo HVCA 2CL2FP

Figura 2.5. Dimensiones del diodo 2CL2FP [6]

Tabla 2.1 Informacin tcnica del diodo 2CL2FP [6]

2.1.2.3 Informacin tcnica de la Resistencia Film.

Tabla 2.3 Resistencia film 1g ohm 1/2w 5%[7]

Category Resistors

Series MINI-MOX

Resistance (Ohms) 1G

Power (Watts) 0.5W, 1/2W

Composition Thick Film

Temperature Coefficient 200ppm/C

Tolerance 5%

Package / Case Axial

Size / Dimension 0.130" Dia x 0.354" L (3.30mm x 9.00mm)

40

2.1.3 Cuadro de Procesos

En la figura 2.6 se observa el proceso elctrico y mecnico seguido para disear y

construir los diodos de potencia.

Figura 2.6. Cuadro de procesos elctricos y mecnicos

41

2.2 Proceso Mecnico

En este punto se presentan los procesos mecnicos de construccin que

se realizaron para la fabricacin de los diodos de potencia, considerando las

caractersticas mecnicas y elctricas de cada uno de los materiales que componen

dicho elemento. Como dielctrico, el grilon es la mejor opcin, por sus propiedades y

su fcil adquisicin en el mercado local. Y como conductor, el aluminio es unos de

los materiales que presentan mayores ventajas sobre los dems.

A continuacin, se explica el proceso de fabricaron de cada uno de los elementos que

componen el diodo de potencia.

2.2.1 Armado del circuito

Para elegir las dimensiones del cilindro, se parte de la cantidad y

caractersticas fsicas de cada uno de los componentes del circuito, el mismo que va

a ir alojado dentro del cilindro, como por ejemplo: resistencias, diodos 2CL2FP,

terminales y remaches.

De la tabla 2.3, se obtienen las dimensiones de las resistencias. Dando una longitud

total de 50mm y un dimetro de 3.30mm.

En la figura 2.5, se presentan las dimensiones del diodo 2CL2FP, que da una

longitud de 63.24mm y un dimetro de 4.3mm.

Partiendo de estas dimensiones se a armar el circuito, como se explic en el captulo

anterior. Cada circuito consta de un diodo y tres resistencias, como se presenta en la

figura 2.7.

Figura 2.7. Circuito en 3D. Diodo, resistencias

42

La longitud de cada circuito es de 70mm, con un radio de 21.65mm, como se

muestra en la figura 2.8. Eso, multiplicado por 8 da un total de 560mm, que ser la

dimensin total del circuito de los diodos de potencia.

Figura 2.8. Dimensiones del circuito, diodo, resistencia

2.2.2 Cuerpo del diodo

El cuerpo del cilindro, figura 2.9, alojar el circuito, diodo-resistencia, y

estar lleno de aceite dielctrico, UNIVOLT N61B. Adems tendr un roscado NPT

en cada uno de sus extremos.

Figura 2.9. Cuerpo del diodo

70

15,24

9

R1 R3R2

D1

21

,65

43

2.2.3 Aluminio

Para ensamblar el circuito se utilizaron remaches de aluminio, al igual

que las tapas y terminales, ya que una de las ventajas del aluminio es la resistencia a

la corrosin, su durabilidad y su peso ligero.

El aluminio es el elemento qumico ms abundante sobre la corteza terrestre.

2.2.3.1 Caractersticas principales del aluminio

El aluminio es un metal ligero, blando pero resistente, de aspecto gris

plateado. Su densidad es aproximadamente un tercio de la del acero o el cobre. Es

muy maleable y dctil y es apto para el mecanizado y la fundicin. [11]

Debido a su elevado calor de oxidacin se forma rpidamente al aire una fina capa

superficial de xido de aluminio (Almina Al2O3) impermeable y adherente que

detiene el proceso de oxidacin proporcionndole resistencia a la corrosin y

durabilidad. [11]

2.2.3.2 Remaches

Los remaches, que unen a cada resistencia con su respectivo diodo,

fueron fabricados de una barra de aluminio, con las siguientes dimensiones, figura

2.10.

Figura 2.10. Remache

10

6

1,5

44

2.2.3.3 Punta

La punta sirve de soporte al cuerpo del diodo. Est construida de tal

manera que este elemento se acople a la corona de conexin, figura 2.11.

La punta se unir a la tapa, a travs de un perno de cabeza hexagonal M8x20, como

se muestra en la figura 2.12.

Figura 2.11. Punta

Figura 2.12. Vista en corte de la punta

2.2.3.4 Tapa

La tapa es el elemento que sellar de manera hermtica (utilizando O

rings) el cuerpo del cilindro de tal forma que no hayan fugas de aceite aislante por las

mismas. Est construida de acuerdo a las dimensiones, tanto del radio interno como

del radio externo del cuerpo. Al interior de la tapa existir un roscado NPT, el cual es

un tipo de roscado que se emplea en los sistemas de instalacin hidrulica. Figura

2.13.

DIN 7991 - M8x20

Hexagon socket countersunk

head cap screws

45

En el centro de una de las tapas del cilindro se procede a trazar dos agujeros roscados

los mismos que servirn para el llenado del aceite dielctrico, una vez sellado los

cilindros.

Figura 2.13. Tapa

2.2.3.5 Terminal del circuito

Este terminal ira remachado, a cada uno de los extremos del circuito y se

conectara al terminal hacia la tapa. Figura 2.14.

Figura 2.14. Terminal del circuito

46

2.2.3.6 Terminal hacia la tapa

Este elemento consta de dos roscas, una interna y otra externa. La rosca

interna sirve para conectarse con el terminal del circuito y la rosca externa sirve para

fijar el circuito Diodo-Resistencia a la tapa, como se muestra en la figura 2.15.

Figura 2.15. Terminal hacia la tapa

La figura 2.16, muestra el ensamble de todos los elementos descritos anteriormente.

Figura 2.16. Vista en corte de: Punta, Tapa, Terminal del circuito y terminal hacia la

tapa

47

La figura 2.17, presenta el ensamble total de los diodos de potencia.

Figura 2.17. Diodo ensamblado

2.2.4 Clculo del volumen del cilindro

Se calcul la cantidad de aceite aislante necesaria para llenar el cilindro,

figura 2.18, de tal manera que no haya ninguna disrupcin elctrica.

Para encontrar el volumen de un cilindro se utiliz la siguiente formula:

(2.8)

El volumen del cilindro es el producto del rea del crculo de la base por la altura. En

donde el rea del crculo es:

Figura 2.18. Dimensiones del cilindro

, multiplicado por dos nos da un total de o lo que es lo

mismo 3.57 litros de aceite dielctrico.

700

101,6

57

48

2.3 Proceso Elctrico

2.3.1 Llenado de aceite dielctrico y prueba de hermeticidad en los

diodos de potencia.

Una vez concluido el proceso mecnico los diodos de potencia fueron

llevados a TECNIESAT S.A, para el llenado con aceite mineral a vaco, para lo cual

se sigui el siguiente proceso:

1. Se limpi la superficie de cada diodo de potencia con solvente Cloretheno.

2. De acuerdo a las tomas para ejecutar vaco y carga de nitrgeno que tenan

estos se prepararon los acoples necesarios y se conect a la bomba de vaco

con derivacin para el tanque de nitrgeno seco, en cada caso se tena

intercalado un instrumento de medicin positivo y negativo.

3. Una vez realizado los pasos 1 y 2, se ejecut el vaco en el interior del diodos

de potencia, luego se produjo la ruptura de vaco con nitrgeno a 2/2,0 cmKg

nuevamente se procedi a llenar a vaco y se hizo otro enjuague con

nitrgeno seco, todo esto se efectu con el objetivo de limpiar por completo

el interior del diodo de potencia sacando cualquier pelusa, gota de agua o

material que se encuentre en el interior.

4. Antes de llenar los diodos con aceite mineral UNIVOLT N 61B con inhibidor

se comprob si estos estaban hermticamente sellados, para lo cual se

procedi a realizar 2 pruebas.

1) Se sell la entrada de nitrgeno y se realiz el vaco del diodo de

potencia, el vacumetro lleg a marcar -0.94 bar, se mantuvo el diodo en

estas condiciones por una hora aproximadamente, una vez transcurrido

este tiempo se volvi a ver cul era la medicin que se tena en el

vacumetro, este segua marcando los -0.94bar verificando as que no

exista fuga.

49

2) Se sac el vaco del diodo abriendo la llave de la bomba de vaco, se sell

la entrada que tiene el diodo para conectar las mangueras de la bomba y

se habilit la toma de nitrgeno, se llen con nitrgeno seco el diodo de

potencia y se coloc agua con jabn en las parte en donde puede existir

fugas como en el contacto elctrico, con esto se verifico que estaba

completamente sellado porque que no produjo burbujas.

5. Una vez realizado el enjuagues y probada la hermeticidad del diodo de

potencia se procedi a llenar a vaco con aceite UNIVOLT N 61B12

con

inhibidor, en la una toma se coloca la manguera de vaco y en la otra toma se

coloc la manguera que conectaba al tanque de aceite, se acciona la llave que

iba a producir el vaco, una vez que se lleg a -0.94 bar se deshabilit esta

llave y procedi a seccionar dos llaves, una que dejaba salir el vaco y la otra

que dejaba pasar el aceite. Se llen el diodos hasta 1 cm antes de llegar al

tope, se deja este espacio para llenarlo con nitrgeno seco, se retir los

acoples, se sell el diodo de potencia y se dej reposar por una 1 hora ms

para verificar que no existas fugas, este procedimiento se realiz para los dos

diodos.

En la figura 2.19 se muestra una fotografa del diodo cuando se estaba llenando con

aceite a vaco en los talleres TECNIESAT S.A.

12

Aceite mineral UNIVOLT N 61B, utilizado como dielctrico y refrigerante en las capsulas [12]

50

Figura 2.191. Llenado del diodo con aceite a vaco

2.3.2 Pruebas de la Rigidez Dielctrica del Aceite aislante

La prueba de rigidez dielctrica del aceite se realiz con el equipo

HIPOTRONICS 60 kV, a una temperatura de 20C, para esta prueba se emple la

norma ASTM D 877 la cual nos dice que el aceite debe tener una rigidez dielctrica

de 60kV por cada 2.5mm [12].

En la figura 2.20 se muestra el equipo empleado para la prueba y en la tabla 2.4 se

muestran los resultados obtenidos.

Figura 2.202. Equipo para realizar la medicin de rigidez dielctrica del aceite

51

Tabla 2.4 Resultados de la prueba de rigidez dielctrica del aceite

Como podemos observar en la tabla los resultados son satisfactorios, tenemos una

rigidez dielctrica de 220 kV por cada cm, como tenemos una separacin de 5cm

entre diodos 2CL2FP se necesita 1100 kV para que se produzca la disrupcin entre

ellos.

2.3.3 Caractersticas del grilon y prueba de rigidez dielctrica

En la construccin de los diodos de potencia no se emplearon materiales

cermicos ya que el costo que tendra estos hubiese sido excesivamente elevado, esto

se debe a la necesidad de trabajar con moldes para construirlos segn la forma y las

dimensiones, por esta razn se opt trabajar con grilon que es un material

termoplstico el cual se obtiene de la poliamida 6, adems que es dielctrico, fcil de

mecanizar, tiene una buena resistencia mecnica, no se desgasta con facilidad y

puede soportar temperaturas de 10 a 100 grados centgrados [13].

En la tabla 2.5 se observa algunas caractersticas tcnicas del grilon.

52

Tabla 2.5 Caractersticas del Grilon [13]

Para realizar la prueba de rigidez dielctrica en el laboratorio de alta tensin se

mont el circuito que se observa en la figura 2.21, el grilon fue colocado entre los

electrodos tipo punta que estn ubicados en el soporte de electrodos para pruebas de

disrupcin. Al emplear este tipo de electrodos se concentra la tensin en el punto,

donde la punta se presiona con el material. Se tomaron 20 muestras colocando las

puntas en diferentes partes del grilon, el cual tiene las siguientes dimensiones, 7cm

de ancho por 7.5cm de largo y un espesor de 1,2cm.

Figura 2.213. Circuito para realizar prueba de rigidez dielctrica de los materiales

Las muestras que se tomaron con la pantalla HV9150 y con en el osciloscopio se

presentan en la tabla 2.6, en la tabla 2.7 se observan los resultados que se tuvieron en

kV/cm.

53

Tabla 2.6 Datos Obtenidos de la prueba de Grilon

Tabla 2.7 Resultados de la prueba de Grilon

Es importante mencionar que en la prueba, el grilon no fue perforado por la tensin,

la disrupcin se produjo a travs de la superficie del material. Los valores de tensin

mostrados en la tabla 2.6 fueron tomados antes de la disrupcin por la superficie.

54

2.3.4 Prueba de los diodos HVCA 2CL2FP

Se realiz una prueba de los diodos 2CL2FP antes de que estos formen

parte del circuito del diodo de potencia.

La hoja de datos nos dio como caracterstica tcnica que este modelo de diodo

soportaba una tensin pico de 30 kV en polarizacin directa e inversa, 13

por lo cual

se calibro el panel de control a una tensin de 25kV y se puso el diodo que se haba

adquirido para pruebas, se observ que este rectificaban correctamente en ambas

polaridades, por lo cual se dedujo que tenan un buen funcionamiento.

Una vez que se prob al diodo con tensin, se procedi a medir la resistencia de este

en ambas polaridades. Se obtuvo el valor promedio de la resistencia realizando

diferentes mediciones con el Megger, este tiene la opcin de ser calibrado con 6

tensiones, al realizar 6 pruebas se pudo conseguir los valores promedio de las

resistencias, los mismos que se muestra en la tabla 2.8.

Tabla 2.8 Prueba de resistencia de los diodos 2CL2FP

13

Dato caracterstico que se puede observar en el Captulo 2, seccin 2.1.2.2, tabla 2.2

55

2.3.5 Prueba de la resistencia en polarizacin directa e inversa de

los diodos diseados y construidos para el laboratorio

Se comprueba el correcto funcionamiento de los diodos de potencia

diseado y construidos como tema de tesis, midiendo los valores de resistencia con el

Megger en polarizacin directa e inversa antes y despus de someterlos a tensin, en

la tabla 2.9 se observa los valores obtenidos en la prueba.

Tabla 2.9 Prueba de resistencia de los diodos 2CL2FP

Los diodos de potencia fueron sometidos a un voltaje que vari desde los 0V hasta

los 150kV utilizando el circuito que se observa en la figura 2.22.

Figura 2.42. Circuito verificador de la resistencia en ambas polarizaciones

56

Se puede observar que los valores hmicos de los diodos de potencia mostrados en la

tabla 2.9 son los mismos antes y despus de ser sometidos a tensin, lo que nos

indic que no sufrieron dao, por lo cual se continu con las prcticas de

comprobacin.

2.3.6 Prcticas del laboratorio de alta tensin con los diodos de

potencia diseados y construidos para el laboratorio.

Verificamos el correcto funcionamiento de los diodos de potencia

diseados y construidos para el laboratorio realizando las prcticas y comparando

los resultados con los obtenidos al realizar las mismas pruebas con los diodos de

potencia existentes en el laboratorio.

2.3.6.1 Rectificacin de media Onda

En esta prctica se verific el correcto funcionamiento de los diodos de

potencia tanto en polarizacin directa como inversa, ya que se comprob las

tensiones que se marcaban en la pantalla del HV9150 del panel de control, tanto con

los diodos potencia del laboratorio como con los diodos de potencia de la tesis, el

circuito que se emple se observa en la figura 2.23.

Figura 2.235. Circuito rectificador de media onda

57

Los resultados pertenecientes al diodo de potencia 1 de la tesis se describen en la

tabla 2.10 y los resultados del diodo de potencia 2 de la tesis se describen en la tabla

2.11.

Tabla 2.10 Resultado del diodo de potencia 1 vs el diodo del laboratorio

Tabla 2.112 Resultado del diodo de potencia 2 vs el diodo del laboratorio

Como se observa en la tabla 2.11 los valores de tensin son muy parecido, la

diferencia que se presenta se debe a que los diodos de potencia del laboratorio tiene

un valor de impedancia caracterstica distinta a los diodos de potencia construidos

como tema de tesis, en trminos generales se observa que el funcionamiento es

correcto.

58

2.3.6.2 Generacin y medicin de voltajes directos

Cuando se realiz esta prctica se verific el funcionamiento de los

diodos de potencia en una rectificacin completa. Como en los casos anteriores se

compar el comportamiento de los diodos de potencia de la tesis contra el

comportamiento con los diodos del laboratorio, en la figura 2.24 podemos observar

el esquema empleado en esta prctica.

Figura 2.246. Circuito generador de voltaje contino

Los resultados que se obtuvieron con los diodos de potencia del laboratorio y los

diodos de potencia de la tesis se describen en la tabla 2.12.

59

Tabla 2.12 Resultado de la prueba de medicin de voltaje directo

Es importante mencionar que la escala que fue empleada en la pantalla HV9151 es

de 280. Los valores que se observan de los diodos de potencia de la tesis y lo diodos

de potencia del laboratorio en la tabla 2.12 son muy parecidos, al igual que en la

prctica anterior la diferencia que se presenta se debe a los valores de impedancias

caractersticas diferentes de cada uno.

2.3.6.3 Generacin y medicin del voltaje de impulso

Este circuito se emplea para medir el BIL de los diferentes elementos

aislante, para nuestro caso lo importante era observar la forma de onda que se iba a

generar al dar un Triguer y producir el pulso que terminara en la descarga de las

esferas del HV9125. Tomamos la forma de onda de la tensin de disrupcin

conectando el osciloscopio a la salida del HV9152 y observamos la relacin 1.2/50

tanto con los diodos de potencia propios del laboratorio como con los diodos de

potencia de la tesis. El circuito que se mont para esta prctica se observa en la

figura 2.25.

60

Figura 2.25. Circuito para generar impulso y medir el BIL de un elemento

Los valores de tensin en el primario, secundario, tensin continua, voltaje de

impulso mostrado en la pantalla HV9152, voltaje de impulso mostrado en el

osciloscopio y separacin de las esferas del HV9125 se observan en la tabla 2.13

Tabla 2.133 Resultado de la prueba generacin de voltaje de impulso

61

En las figuras 2.26 y 2.37 se muestran la relacin 1.2/50 de la seal producida al dar

el triguer y generar el impulso, la primera es con los diodos de potencia del

laboratorio y la segunda con los diodos de potencia de la tesis.

Figura 2.26. Resultado de la prueba generacin de voltaje de impulso

Figura 2.277. Resultado de la prueba generacin de voltaje de impulso

La forma de onda de los diodos de potencia del laboratorio y los diseados y

construidos para la tesis tiene caractersticas iguales, la relacin 1.2us de subida y

los 50us de cola, se da en ambas, recordando que los 50us se miden en l 2

PV .

62

Los valores de voltaje de impulso en los cuales se producen las disrupciones de las

esferas del HV9125 observados en la pantalla HV9152 y en el osciloscopio son muy

parecidos entre los diodos de potencia propios del laboratorio y los de la tesis, estos

valores se pueden observar en la tabla 2.13, debemos recordando que se utiliz una

escala de 20kV por cuadro en el osciloscopio. La pequea diferencia de voltaje que

se da es por la impedancia caracterstica diferente que tiene cada uno de los diodos

de potencia.

Todo esto nos indica que los diodos de potencia de la tesis cumplieron esta prueba

exitosamente.

63

CAPITULO 3

3 ENSAYO DE LOS DIODOS DE ALTA TENSIN

3.1 Normas

Las normas tcnicas son documento que contienen definiciones,

requisitos y establece especificaciones tcnicas como: dimensiones fsicas,

caractersticas constructivas y de operacin, condiciones de seguridad, condiciones

de servicio y medio ambiente, simbologa para representar equipos y sistemas, todo

esto basado en los resultados de la experiencia y del desarrollo tecnolgico.

Las normas elctricas nos indican desde la manera como se deben hacer las

representaciones grficas, hasta explicar las formas de montaje y pruebas a las que

deben someterse los equipos. [14]

Se crean con la aceptacin de todas las partes interesadas e involucradas en

una actividad entre ellos: Los fabricantes, consumidores, laboratorios, centros de

investigacin. [15]

Deben aprobarse por un Organismo de Normalizacin reconocido. Entre las normas

elctricas ms utilizadas tenemos: Ver cuadro 3.1.

NEC National Electrical Code

ANSI American National Standards Institute

NEMA National Electrical Manufacturers Association

IEEE The Institute of Electrical and Electronics

Engineeres Inc

ASTM International - Standards Worldwide (USA)

VDE Verband Deutscher Elektrotechnoker (Germany)

ISO International Organization for Standardization

IEC InternationalElectrotechnical Commission

DIN Deutches Institut fr Normung (Germany)

Tabla 3.1 Organismos de Normalizacin

64

En resumen, una norma se utiliza para consultar las especificaciones tcnicas de un

proceso, producto o servicio. Tambin se utiliza para buscar informacin cientfica

sobre una tcnica.

Enunciaremos algunas normas que se utilizan en las diferentes pruebas aplicadas en

laboratorios a las que deben someterse transformadores, motores, cables, etc.

1. NTE INEN 2 110:1998 Transformadores. Definiciones.

2. NTE INEN 2 111:1998 Transformadores. Pruebas Elctricas.

3. NTE INEN 2 113:98 Transformadores. Determinacin de Prdidas y

Corrientes sin carga.

4. NTE INEN 2114:2003 Transformadores de distribucin Nuevos

Monofsicos.

Valores de corriente sin carga, Prdidas y voltaje de Cortocircuito.

5. NTE 2117:1998 Transformadores. Relacin de transformacin.

6. NTE INEN 2118:98 Transformadores. Medida de la Resistencia de los

Devanados.

7. NTE INEN 2119:199 Transformadores. Prueba de calentamiento para

transformadores sumergidos en aceite con elevacin de 65C de

temperatura en los devanados.

8. NTE 2127:1998 Transformadores. Niveles de aislamiento

9. NTE INEN 2 133:98 Transformadores. Aceites Aislantes Para

Transformadores e interruptores. Requisitos.

10. UNE 21123 Cables de transporte de energa aislados con dielctricos

secos.

11. IEEE Std 81-1983 IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground

Impedance, and Earth Surface Potentials of a Ground System.

12. IEEE Std. 43-2000 Recommended Practice for Testing Insulation

Resistance of Rotating Machinery.

13. IEEE Std 112-1996 Standard Test Procedure for Polyphase Induction

Motors and Generators.

65

14. ISO/IEC 17025 Requisitos generales para la competencia de los

laboratorios de ensayo y de calibracin

A continuacin se describen las normas que se utilizaron para el diseo y fabricacin

de los diodos de potencia.

3.1.2 Norma ASTM D-877

La norma ASTM D-877, es utilizada para evaluar la rigidez dielctrica

que tienen los aceites aislantes empleados en los transformadores, cables y otros

equipos elctricos.

3.1.2.1 Rigidez dielctrica en el aceite aislante

Es una prueba que muestra la presencia de agentes contaminantes

(carbn, agua, hierro, polvo, fibras de celulosa,) en el aceite, las cuales pueden ser

representativas si se presentan valores bajos de rigidez. Cuando un aceite est muy

contaminado tiende a presentar valores bajos de rigidez los cuales disminuyen el

aislamiento del equipo como puede ser un transformador o en este caso los diodos

de potencia.

Entre los diferentes tipos de aceites estn: aceites derivados del petrleo,

hidrocarburos, ascareles (Bifenilos Polyclorados, o PCB. El cual pertenece a la

familia de los hidrocarburos clorados).

La prueba consistente en aplicar un voltaje de C.A. entre dos electrodos sumergidos

en aceite a una distancia de 2.54 mm o 2.0 mm dependiendo de la norma a ser

utilizada. Como se muestra en la figura 3.1.

66

Figura 3.1. Prueba de rigidez dielctrica en los aceites [16]

El valor de tensin en kilovoltios a la que se presenta descarga entre los electrodos

se le conoce como rigidez dielctrica y como norma general es el promedio del

resultado de 5 pruebas sobre la misma muestra dejando reposar por intervalos de un

minuto entre pruebas.

Las normas utilizadas y los valores lmites permitidos para esta prueba son las

siguientes:

1. ASTM D-877: Prueba de voltaje de ruptura para lquidos aislantes usando

electrodos planos separados 2.54 mm, Tensin Mnima 25 kV

2. ASTM D-1816: Prueba de voltaje de ruptura de aceite dielctrico de origen

de petrleo, usando electrodos semiesfricos separados 2.0 mm, Tensin

mnima 50 kV. [16]

El cuadro 3.2 se presenta las caractersticas de cada una de estas normas.

67

Tabla 3.2 Rigidez dielctrica [17]

3.1.2.2 Muestra

La muestra se toma segn estndar D 923, el cual no indica que: se

etiqueta, con fecha, equipo, temperatura al momento de tomarla (en el rango 20 a

30C). Previo al inicio de la prueba la muestra debe ser inspeccionada y si se

observa agua libre debe ser abortada y declarada como insatisfactoria. [18]

Debido a la cantidad de contaminantes que puede tener la muestra, sta debe ser

invertida y girada lentamente antes de llenar la taza de prueba, una agitacin rpida

puede introducir aire a la muestra, afectando el voltaje de ruptura.

3.1.2.3 Seguridad

En lo que se refiere a la seguridad, esta normativa no hace referencia a

aquello. Cuando se est realizando la prueba el nico responsable de establecer

prcticas de seguridad y salud es el mismo profesional de ingeniera elctrica.

3.1.2.4 Aplicacin

El voltaje de ruptura dielctrico determina la capacidad de un aceite

aislante de mantener una tensin elctrica.

La presencia considerable de contaminantes dar un voltaje de ruptura bajo. Un

voltaje de ruptura alto en una muestra, no significa que la cantidad de

contaminantes sea suficientemente baja para que sea aceptada en todos los equipos

elctricos. [18]

68

3.1.3 Norma DIN.53481

La norma DIN.53481, es utilizada para medir la rigidez dielctrica en los

materiales plsticos, en este caso el Grilon.

3.1.3.1 Rigidez dielctrica en el Grilon

La rigidez dielctrica es la tensin que, aplicada a un material, da lugar a

la destruccin de sus propiedades de aislamiento y est formado por el paso de un

arco a travs de la pieza de ensayo. El gradiente de voltaje se obtiene dividiendo la

tensin de ruptura por el espesor del aislamiento en el punto de falla. Se expresa en

MV/m o kV/mm de espesor de aislamiento. [19]

Segn la norma DIN.53481, la rigidez dielctrica del Grilon est en el rango de los

25 kV/mm.

El cuadro 3.3 muestra algunas caractersticas sobre la prueba de rigidez dielctrica,

como por ejemplo: la norma a utilizar (DIN, IEC, ASTM), dimetro de los

electrodos, el medio y la temperatura en las que se va a realizar la prueba.

Tabla 3.3 Descripcin de la prueba. [19]

En resumen, La rigidez dielctrica es la propiedad esencial de los aislantes de

plstico, el cual brinda una excelente proteccin para las personas y dispositivos

contra voltajes elevados.

69

3.2 Protocolo de Pruebas

Las pruebas realizadas en el laboratorio de alta tensin de la UPS sede

Cuenca, deben seguir el siguiente protocolo para evitar que se produzcan daos a

personas y equipos.

1. Todas las personas deben colocarse guantes, casco, y orejeras impidiendo

dao en las manos, cabeza u odo, ya sea este por cada de la persona, de

algn elemento o por el sonido que producen las descargas en las pruebas.

2. Al entrar en la jaula, por seguridad no se debe cerrar la puerta ya que al estar

abierta, los dispositivos de seguridad propios del laboratorio hacen que el

secundario del transformador se bloquea evitando que se pueda elevar tensin

o que se active a un nivel de tensin antes establecido.

3. Se debe descargar los elementos del laboratorio con la barra de descarga a

tierra, en especial los capacitores, con esto logramos evitar que cualquier

tensin acumulada en los elementos se descargue a travs de la persona que

los manipula.

4. Cuando se haya descargado todos los elementos colocar la barra de descarga

a tierra sobre el transformador, esto evitara que se habilite el secundario del

trasformador por cualquier error ya que al estar a tierra el sistema de

seguridad del laboratorio lo bloquea.

5. Cuando se acabe de armar un circuito inmediatamente se debe proceder a

verificar si las conexiones estn bien realizadas.

6. Retirar la barra de descarga a tierra del trasformador, colocar en la puerta,

esto har que cualquier persona que entre recuerde descargar los elementos,

cerramos la puerta, verificar que ningn elemento est conectado a tierra a

travs de la sealizacin ubicada como luz verde en la zona de mando del

panel de control y proceder a realizar las diferentes mediciones.

70

7. Cuando se trabaja con tensiones elevadas, tener cuidado de que el ambiente

se ionice y que los elementos que no cuentan con aceite para la refrigeracin

se calienten.

Si estos dos ocurren se debe proceder a abrir las ventanas para ventilar el

espacio y sacar los