GENERACIÓN Y MEDIDA DE ALTOS VOLTAJES

Hilary Malliquinga

Nicolyn Rivera,

Jorge Parra,

Lenin Plazas,

Bryan Estrella

Cristian Picoita (Gr2)

Laboratorio de Alto Voltaje, Departamento de Energía Eléctrica, Escuela

Politécnica Nacional
Quito, Ecuador

hilary.malliquinga@epn.edu.ec
nicolyn.rivera@epn.edu.ec
jorge.parra@epn.edu.ec
lenin.plazas@epn.edu.ec
bryan.estrella@epn.edu.ec
cristian.picoita@epn.edu.ec

Resumen.- ​El presente informe muestra como se puede también un voltimetro digital, las esferas
generar altos voltajes y también como se los puede espinterometricas.
medir. Para esto usamos dos circuitos diferentes los Todo esto se lo realizo para un circuito de media
cuales ayudan a la generación de altos voltajes, para
onda con Cs-6000pF.
poder medir estos voltajes usaremos los instrumentos de
medida que se encuentran en le laboratorio como el
voltímetro electrostático. Se usó el método de las esferas
espinterométricas para la respectiva medición, así como II. OBJETIVOS
el de divisores de voltaje tanto resistivo como capacitivo.
2.12.1. Familiarizarse con los primeros fundamentos
I. INTRODUCCIÓN de la técnica de Alto Voltaje y los equipos usados en
el Laboratorio. (Atención a las Normas de
En dicha practica probamos ciertos circuitos Seguridad).
eléctricos donde mediante ellos logramos obtener la 2.2. Conocer y hacer un estudio comparativo de
medición de altos voltajes a la salida del los diferentes métodos de medida de Altos Voltajes
transformador, también debemos tener en cuenta que Alternos.
con la relación de transformación podemos obtener 2.3. Examinar esquemas de conexión de
la medición de bajo voltaje. rectificación y multiplicación del voltaje y métodos
Los instrumentos de medición que usamos en dicha para la medida de Altos Voltajes Continuos.
practica fue principalmente de un voltímetro
electrostático con diferentes escalas de medida, III. DESARROLLO
A. Según norma, establecer las
características de alto voltaje alterno
generado para que sea considerado
como ALTO VOLTAJE ALTERNO DE
PRUEBA.

Para que un alto voltaje sea considerado como

un alto voltaje alterno de prueba se debe
considerar parámetros los cuales son:

● Valor Pico: el valor pico del residuo debe

estar en el rango de 5% a 10% respecto Comentario:
al valor pico de la onda total. En las graficas obtenidas mediante la relacion
● Valor RMS: el valor RMS siempre debe de la distancia y cada voltaje medido se puede
constar entre el 7% observar que mientras la distancia entre las
esferas se hace mayor, es decir las esferas se
● Frecuencia: La frecuencia siempre debe alejan entre ellas, el voltaje va aumentado,
contar en un rango entre 40 a 62 Hz, y creando una curva creciente; los valores de
la curva de ser aproximada a una voltajes obtenido son parecidos por lo cual se
función senoidal. puede observar la similutud en sus curvas,
● Forma de voltaje: Debe ser lo mas variando levemente.
parecida a una forma de onda sinusoidal
pura o tener un rango de error de 5% en
el valor pico y de su forma. [1] Error

B. Graficar (en forma superpuesta) el voltaje

en funcion de la distancia entre esferas,
de los datos de la tabla 4.1. haga un
comentario de los resultados.

Calcule el error relativo tomando como

referencia el metodo que crea el mas
preciso.

Graficar el error Vs. Voltaje. Comente los

resultados

Grafica
 Demostrar que el valor máximo del voltaje
es proporcional a la medida por el
amperímetro. -Comente.

Figura D.1. Esquema del circuito que muestra el

método de medida ChubbFortescue.

Si se tiene una conexión como la de la Fig.

en el instrumento de medida, un
Comentario:
miliamperímetro de bobina móvil, se mide el
En la grafica de error vs voltaje se puede valor medio de un semiciclo de la corriente
observar un curva que decrece y vuelve a circulante. Dicho valor está dado por la
crecer, como se puede observar en el calculo ecuación siguiente:
de errores mientras mayor es la distancia mayor
es el error que se obtiene en los voltajes, se
puede que los errores son bajos lo cual indica (D.1)
que la medicion es precisa, y como es crecen lo
cual se refleja en la grafica. Si consideramos que el diodo de la
izquierda se encuentra polarizado
C. Determinar la(s) ecuación(es) de la curva inversamente, la corriente del capacitor será
tomada como referencia en el punto B la misma que por ese momento pasa por el
102−31 miliamperímetro, entonces:
m= 35−10 = 2.84

(x − 10) * 2.84 = (y − 31)

(D.2)
Y (x) = 2.84x + 2.6 [KV]
Evaluando la integral dentro del semiciclo
Y (1) = 5.44 [KV ]
tenemos:
Y (2) = 8.28 [KV ]

Y (3) = 11.12 [KV ]

(D,3)
Y (4) = 13.96 [KV ]
Despejando el valor de voltaje máximo,
D. En el esquema de la figura, se muestra el
dejándolo en función de la corriente se
método de medida según
obtiene:
ChubbFortescue, en donde C es una
capacidad conocida y A un
miliamperímetro de bobina móvil.
 los diodos cuya polaridad se monitorea desde el
(D.4) banco de mando. [2]

por lo tanto, en la ec. (D.4), podemos Características técnicas:

comprobar que la relación del voltaje
máximo con la corriente que marca el
amperímetro es directamente proporcional.
La curva que se presenta a continuación en
la Figura 4 representa el retraso de la
corriente respecto al voltaje.
Aplicaciones

Los ensayos en alta tensión son pruebas a

niveles mayores de 1000 V, que se hacen a
equipos tales como: aisladores,
transformadores, pararrayos, conductores,
cuchillas, etc; en los cuales estos se someten a
condiciones simuladas para demostrar si ellos
son aptos para soportar los requisitos o
características propias de cada uno,
Figura D.2. Valores instantaneos de trencion y especificadas por los fabricantes según el
corriente.
equipo. De esta forma se tiene una garantía de
E. Según Norma, establecer las que los equipamientos podrán operar
características del alto voltaje continuo satisfactoriamente en las condiciones reales del
generado para que sea considerado ALTO sistema, las cuales son simuladas durante los
VOLTAJE CONTINUO DE PRUEBA. ensayos.
Aplicaciones. F. Con los datos obtenidos en 4.2. Calcule el
Los ensayos a que cada equipamiento deberá Rizado y el factor de rizado para cada caso.
ser sometido, están establecidos por las Compare estos resultados con los obtenidos
Normas referentes a cada equipamiento. Las mediante análisis y cálculo matemático.
normas están preparadas por entidades Vr= (Vmáx - Vmín )/2
especializadas, normalmente con la
colaboración de fabricantes y usuarios, Datos Laboratorio tabla 2
estableciendo todas las características
V=123.32V
eléctricas, métodos de ensayos y cálculo de
ciclos de trabajo que representan lo que el Vmáx= 4 kV
equipamiento deberá realizar en servicio.
Evidentemente, esta normalización tiene efecto Vmín= 3.3kV
directo en la reducción del costo de los Vr= 4 kV - 3.3 kV
equipamientos. [2]
Vr= 700V/ 2
Este se genera a partir de 220V AC, los 100KV
de salida máxima a la que puede cargarse cada Vr= 350 V (media onda)
una e las etapas del generador de impulsos. El Vr
Fr = V máx x100%
generador DC esta confinado en un recipiente
cilíndrico aislante lleno de aceite mineral. A la 350 V
Fr = 4 kv x100%
salida y encima del recipiente están colocados
Fr= 8.8 %
V=238.68 Ic=0.096∟-89.9​°​ [A]

Vmáx= 8.9 kV
Calculamos el voltaje en el capacitor, luego la
Vmín= 7.5 kV
tension en los puntos a y b.
Vr= 8.9 kV - 7.5 kV
Vc=133513.22∟90​°​ [V]
Vr= 1400V/ 2

Vr= 700 V (media onda) |Vc|=133513.22 [V]

Vr
Fr = V máx x100% Vab=133513.22[V] -100000[V]
700 V
Fr = 8.9 kv x100%
Vab=33.5 [kV]
Fr= 7.86%
Comparando con la tension obtenida en la
Se tiene un voltaje y un factor de rizado bajo, al practica que fue:
comparar este resultado con el obtenido en el
osciloscopio en el laboratorio se puede decir Vab=35[kV]
que es acertado ya que si se presentaba un
voltaje de rizado mínimo ya que los capacitores
se encangar de rectificar la onda de salida Podemos compararlos y observar que tenemos
hasta obtener un voltaje de DC neto. valores muy cercanos, por lo que nuestro error
porcentual en la practica es muy bajo; debido a
la buena realizacion de esta practica.
G. Explicar el funcionamiento del circuito de
4.3. Trazar un diagrama común al curso de
los potenciales en (a) y (b) con referencia al IV. CONCLUSIONES
valor de cresta del voltaje del transformador.
Hilary Malliquinga
Suponga que las características de los
elementos que componen la instalación son ● Mediante la practica realiza de Medicion
ideales (desde t = 0 hasta aprox. t - 50 ms). de altos voltajes se puede decir que los
Compare los valores obtenidos. metodos usados son similiares en sus
lecturas de medidas ya que la diferencia
En este circuito tenemos una generacion de alto
entre ellas es minima como se pudo
voltaje DC, que se obtiene en la salida el doble
observar en la grafica de distancia vs
de caida de tension de la entrada, que es un
voltaje, tambien se puede concluir que la
voltaje continuo debido a la rectificacion de la
lectura de medidas es precisa por lo
señal de entrada.
cual los errores son minimos.
En el circuito resolveremos las dos mallas
presentes, considerando que el diodo GS esta Nicolyn Rivera
polarizado inversamente y se comporta como
● Realizada la práctica se llega a concluir
circuito abierto, para obtener las corrientes en
que el mejor método para generar alto
cada malla y asi obtener tambien la corriente
voltaje DC es mediante los rectificadores
en el capacitor con un divisor de corriente.
de media onda ya que con este método
se puede disminuir el voltaje de rizado y
I1=1.18∟90​°​ [A] I2=0.096∟-90​° ​[A]
obtener una señal DC más real.
● Haciendo un análisis de resultados se
puede comprobar que para obtener una
medida de voltaje con menos
 probabilidad de error al voltaje real se comprobar con mayor exactitud el valor
debe usar las esferas espinterométricas del voltaje​.
a una distancia corta (10 cm) de tal Cristian Picoita (Gr2)
manera que no oscile el medidor de
voltaje de las mismas. ● Se concluye que al ulilizar el duplicador
de Greinacher se genera una tension
Jorge Parra igual a dos veces el voltaje máximo de
● En esta practica se pudo aprender que entrada.
existen varios metodos de medicion y ● Se determinó que para la generación de
los mas usados son los Divisores de altos voltajes Dc se necesita de la
voltaje o tamabien con el voltimetro aplicación de n Duplicadores de
electrostatico. El uso de altos voltajes Greinacher para armar un multiplicador
continuos se usan mas para la parte de de Cockcroft-Walton y obtener 2n veces
investigacion donde se requiere de una el voltaje máximo de entrada.
excelente estabilidad y un minimo factor ● Se comprobó que todos los metodos de
de rizado. medición de altos voltajes son efectivos
y precisos, ya que al realizar las
Lenin Plazas mediciones por cada método los valores
son los mismos con variaciones muy
● Para poder considerar que se ha podido
pequeñas.
generar un alto voltaje se debe cumplir
ciertas parámetros como son voltaje
pico, valor rms, frecuencia, etc. esto V. RECOMENDACIONES
hablando en laboratorios de pruebas
que trabajan con altos voltajes. ● Recordar que se debe multiplicar los
● En la práctica se pudo observar gracias resultados obtenidos por el factor K,
al osciloscopio que la forma de onda de mismo que depende de factores como la
alto voltaje que se midio no era temperatura y la presión.
completamente sinusoidal esto se debe ● Se debe tener la mayor cantidad de
a la presencia de armonicos los cuales mediciones posibles para presentar un
son ocasionados por el transformador . error mucho menor mediante el método
experimental.
Bryan Estrella
● Al momento de cambiar el circuito a
usarse no olvidarse de realizar la
● Dependiendo del método y aparatos que descarga respectiva dentro de la Jaula.
se utilice para medir altos voltajes
dependerán los errores, por ejemplo, en ● Revisar por lo menos dos veces que el
el método de medición por esferas circuito que se va armar este bien
espinterométricas las curvas de voltaje armado, tal como se indica en las hojas
vs distancia varían de manera guías.
considerable al ser medidas desde el
voltímetro digital al analógico. VI. BIBLIOGRAFÍA
● Se pudo comprobar que el método de
[1], ​A. Roth “Técnica de la Alta Tensión” Editorial,
medición por medio de esferas
Labor Barcelona 1966.
espinterométricas es el método más
exacto de todos ya que los errores que [2] Carlos Ramírez.(2009). Desarrollo de una norma
se presentan no sobrepasan el 5%, esto de pruebas en alta tensión basada en el generador de
se debe a que se basa en la generación impulsos de la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la
de descargas, las cuales permiten Universidad de El Salvador. Recuperado el 05 de
Noviembre del 2018 de
http://ri.ues.edu.sv/3810/1/Desarrollo%20de%20una
%20norma%20de%20pruebas%20en%20alta%20ten
si%C3%B3n%20basada%20en%20el%20generador
%20de%20impulsos%20EIE%20UES.pdf