CONIMED SA
PUENTE DE ALTA PRECISION PARA LA MEDICION DE CAPACIDAD Y FACTOR DE DISIPACION (tgδ) EN ALTA TENSION
Ricardo I. García I.N.T.I.
Ariel F. Medina - Eduardo G. Zaretzky CONIMED SA*
Resumen
Se describe un puente para medición de capacitores en alta tensión, basado en divisores inductivos de corriente de doble núcleo, para obtener exactitudes de 10-5 en la medición del factor de pérdidas de capacitores. Se dan detalles contructivos y el método de calibración.
Palabras clave
los más exactos en la medición de capacitores de bajo valor.
~
D
Puentes de alta tensión- Medición de capacidadEnsayos en alta tensión- Medición de factor de pérdidas
Fig.1- Puente transformador de 3 bobinados
1. Introducción
El uso de puentes con acoplamiento inductivo para la medición de capacidad y factor de pérdidas está muy difundido, tanto para su uso en laboratorio como en campo y reemplaza al puente de Schering en la mayoría de las aplicaciones. Es adecuado para medición de capacidades de bajo valor y de alto valor mediante transformadores adaptadores. [1-2]
Los puentes pueden ser de dos tipos: transformador o divisor de tensión, o el dual basado en comparador o divisor de corriente. En alta tensión se usan habitualmente los de corriente.
Los puentes basados en comparadores de corriente o transformadores de 3 bobinados son
Las caídas de tensión en los bobinados debidos a las resistencias e inductancia de dispersión, cuando se miden capacitores de alto valor, generan incertidumbres inaceptables. En estos casos el uso de divisores inductivos es una solución más adecuada. Si los divisores son del tipo de dos etapas se obtienen exactitudes comparables a los anteriores en bajos valores de capacidad. [3]
Los capacitores patrones en alta tensión con dieléctrico gaseoso tienen una capacidad de 100pF, (1000 pF sólo hay hasta 25 kV).
Las capacidades a medir pueden ser de 1 µF por ejemplo en el caso de cables de XPLE con factores de pérdidas de 10-4 o capacitores de compensación de factor de potencia (≈ 100 µF) con dieléctrico de polipropileno. En estos casos
*CONIMED SA - Cantilo 1620 - (1676) Santos Lugares - Pcia. Bs. As. Argentina - Tel: 54 11 4757 0383 E-Mail: sales@conimed.com
son deseables exactitudes de 10-5 y resoluciones de 10-6 en la medición del factor de pérdidas. Usos habituales son la medición de aisladores pasantes (bushings) y también la calibración de transformadores de tensión. [4]
técnica habitual en los divisores con el alambre trenzado de igual diámetro de tal forma que la resistencia por espira sea igual y que tomen el mismo flujo [5].
La última década de 10 x 1 espira está conectada en paralelo con 10 espiras que están distribuídas uniformemente en toda la circunferencia para compensar variaciones espaciales de flujo.
D
~
Fig.2- Puente con divisor inductivo de 2 etapas
Los requerimientos de estos puentes son muy severos: comparación de capacidades que pueden diferir en 106 veces y determinación de factores de pérdidas con exactitudes de 10-5.
T es un transformador de corriente de doble núcleo que multiplica el rango x10 y x100. Sus primarios tienen baja resistencia, para que su valor no afecte el factor de pérdidas de Cx ; D2 es un divisor de doble núcleo cuya última década es resistiva. La primera es de 10 x 10 espiras para tener baja resistencia de salida.
Las décadas de resistencia R y los capacitores de rango son para la compensación del factor de pérdidas.
2.1 Ajuste de la red R-C para la medición del factor de pérdidas.
El puente que se describe está basado en un divisor inductivo de corriente, y un divisor en cascada con el anterior, para obtener resoluciones de 10-6 del rango en la medición de la capacidad y un transformador de corriente para obtener una relación de 104 : 1 en la comparación de capacidades. Divisor y transformador son del tipo de 2 etapas.
Para la determinación del factor de pérdidas se usa una red R-C pasiva. Se evita el uso de amplificadores operacionales, ya que para el uso en alta tensión, sea en laboratorio o en campo los sistemas pasivos son más insensibles a sobretensiones.
La determinación del factor de pérdidas se obtiene con la expresión:
tg δ = ω ( Ci + C’s + Cc + Ca ) . (R + Rd)
Ci son los capacitores de rango
C’s + Cc es la capacidad del patrón más la del cable, medidas entre el conductor central y la malla del cable conectando el borne de alta tensión del capacitor a la malla del cable.
Ca es un capacitor de ajuste tal que:
C’s + Cc + Ca = (2 ± 0,02) nF
2. Descripción del comparador
La figura 3 muestra el circuito del comparador. El divisor está constituído por dos núcleos toroidales de alta permeabilidad inicial; sobre N1 están arrollados el bobinado de detección y los que son alimentados por las corrientes de compensación de D2 y T.
Sobre N1 y N2 están arrollados los bobinados de rango y de relación y el alimentado por la corriente secundaria de D2.
La década de 10 x 100 espiras y el bobinado de rango 10 - 100 espiras están bobinados con la
Para cada capacitor patrón y cable es necesario ajustar el valor de Ca, que está ubicado en una caja externa. Se eligió el valor de 2 nF para permitir el uso de capacitores de 100 ó 1000 pF como patrones.
Rd es la resistencia de los divisores de corriente que varía según la posición de los diales. El mayor valor se obtiene para la posición central 0,555... como en un potenciómetro. En este caso el valor de Rd es de 5 Ω. El valor máximo de R es 10 kΩ.
El producto ω ( Ci + C’s + Cc + Ca ) toma los
valores de 10-4, 10-5 y 10-6 F/s.
3. Calibración 3.1 Capacidad
Los capacitores de 1 nF y 10 nF se pueden comparar entre sí con el divisor inductivo de tensión.
Se realiza por un método de “step up”, con un divisor inductivo para los diales de capacidad.
3.2 Factor de pérdidas
Se realiza mediante la calibración de las décadas
1,0
de resistencias y los capacitores de rango. La disposición es similar a la anterior. Se conecta
un resistor de 1 MΩ ó 100 kΩ a la salida del
~
divisor y un capacitor de distinto valor según el Cx rango en el punto 1,0 del divisor.
0,1
El valor del factor de pérdidas se obtiene por
Cs
v
cálculo. Cx
Comparador
4. Detector
Fig. 4.
El divisor inductivo es de 7 diales con una linealidad de 10-6 . La tensión admisible a 50 Hz es de 300 V, la suficiente para tener una adecuada sensibilidad. La impedancia de salida presenta una resistencia de 2,9 Ω y una inductancia de 32 µHy (valores máximos).
Por ejemplo los diales se pueden calibrar con un capacitor de 1 nF como patrón y uno de 10 nF como incógnita. Variando los diales del divisor se pueden calibrar los diales del puente y el multiplicador. Luego, con la salida 1,0 y 0,1 del divisor se calibra el multiplicador según el esquema de la tabla siguiente. Se calibran los capacitores y multiplicador simultaneamente.
Se usa un dectector de cero sintonizado alimentado a batería instalado en el mismo gabinete del puente. El mismo permite realizar mediciones aún a relativamente baja tensión (300 V) con una sensibilidad de 1 µA espira.
5. Conclusiones
El puente descripto se ha usado en el ensayo de cables de XLPE, en la medición en campo de aisladores pasantes, en la calibración de transformadores de tensión y en la comparación de capacitores patrones de alta tensión con resultado satisfactorio.
BIBLIOGRAFIA
Cs
Cx
Rango
D
Calibra
nF
nF
1
10
0,1
1
100
0,1
1
100
1
1
1.000
1
1
1.000
10
1
10.000 10
1
10.000 100
1
rango
0,1
0,1
Cx
1
rango
1
0,1
Cx
1
rango
10
0,1
Cx
1
rango
100
1. Baker W.P. - “Recent developments in 50 c/s bridge networks with inductively coupled ratio arms for capacitance and loss-tangent measurements”Proc. IEE v.109A pp 243-7 (1962)
2. Kuster NL; Peterson O. -” A transformer-ratio arm bridge for high voltage capacitance measurements”- Trans IEEE v.CE 82 pp 606-11 (1963)
3. Leslie WP. -” Choosing transformer ratio arm bridges”- Proc. IEE v. 108B pp 539-45 (1961)
4. Anderson W.E. -” A calibration Service for voltage transformers and High Voltage Capacitor NBS-SP 250-33
5. Deacon A., Hill J. “Two stage inductive voltage dividers” Proc. IEE v 115 pp 888-92 (1968)
Fig. 3 - Circuito del Comparador
Ver+/-
