Prctica 3: Conocimiento del Equipo del Laboratorio de Alta Tensin: El Generador de Marx.Durn Vidal Jos Ral, Romero Galindo Ulises, Zavala Gonzlez EduardoEscuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica, Instituto Politcnico Nacional, Distrito Federal, Mxico.

raul_g_3007@hotmail.com ronal_mcdoald@hotmail.com cradle_zage6@hotmail.com

I.

INTRODUCCIN

Durante esta prctica se presentar el funcionamiento del generador de impulso de Marx as como sus diferentes tipos de pruebas que se realizan en la rama de ingeniera elctrica. II.

OBJETIVO

Conocer el funcionamiento del generador de Marx. Conocer los tipos de prueba que se pueden realizar con el generador de Marx.Fig. 1: Circuito tpico de cuatro etapas de un Generador Marx

III.

INTRODUCCIN TERICA

El circuito del generador de impulsos de Marx multiplica la tensin de la fuente de potencia mediante la carga de condensadores en paralelo y la descarga de los mismos en serie. En el circuito tpico del generador de impulsos de Marx (Figura 1) se utiliza corriente alterna rectificada mediante vlvulas de vaco, conectndose a tierra uno

El generador MARX es un dispositivo que genera pulsos de alto voltaje en corriente continua, estos pulsos son repetitivos y de corta duracin, para ello el esquema ms usual sera el de la Figura 1: [1]

de los terminales del objeto sometido a ensayo y uno de los terminales del los transformador. Primeramente,

Generador de una etapa Es un circuito donde un capacitor se carga mediante una fuente de AT continua con polaridad positiva o negativa respecto a masa, y cuando su tensin alcanza el valor de la tensin disruptiva del explosor de esferas, se descarga repentinamente a travs de este sobre los resistores R1 y R2 y el segundo capacitor, el cual representa la capacitancia del aparato que se ensaya, y, cuando su tensin iguala a la del primer capacitor, s descarga simultneamente con este sobre R2. Si C1 C2 y R2 R1, la tensin en C2 crece rpidamente hasta un valor casi igual al de la que adquiri C1 y luego decrece lentamente; es decir, evoluciona segn una onda completa con T1T2, como se muestra el siguiente razonamiento aproximado.

condensadores se cargan en paralelo a travs de la resistencia R de carga, conectndose despus en serie y descargndose sobre el elemento sometido a prueba mediante la carga disruptiva simultnea de los descargadores de esferas G. El impulso se produce al inyectar una tensin indicadora suficiente para provocar la descarga en el electrodo central del descargador de tres electrodos situados entre los dos primeros grupos de condensadores. Para obtener el aislamiento acumulativo de los grupos de condensadores se procede al montaje de los elementos sobre una estructura a base de porcelana y de madera en forma de escalera o en forma helicoidal ascendente. [2] Los generadores de Marx son probablemente la manera ms comn de generar los impulsos de alto voltaje para probar cuando el nivel voltaico requerido es ms alto que el disponible cargando voltajes de fuente, consiste en un cierto grupo de capacitores que se cargan en paralelo por medio de rectificadores de alta tensin, a travs de resistencias de carga. La descarga de los capacitores se realiza a travs de espintermetros de esferas en un circuito serie que incluye resistencias amortiguadoras de las oscilaciones. [3]

Generador de multietapas

El generador ms utilizado se compone de n etapas similares a la descripta que se cargan en paralelo y se descargan en serie, segn la conexin propuesta por Marx. Con el pueden obtenerse impulsos con crestas de 3600 kV y an mayores. La Figura 1.1 muestra el circuito de este generador, pudindose observar que cada una de las etapas (n-3 en este caso) est constituida por un capacitor C1, en la prctica separado del siguiente por un

aislador de porcelana u otros aislantes, una resistencia de carga Rc un resistor de frente R1 y otro de cola R2, que se utilizan tambin durante la carga y un explosor de esferas E. La distancia entre esferas de las diversas etapas se regula simultneamente por la general mediante un servomotor que acciona un eje roscado, el cual desplaza los soportes de las mismas; y el conjunto se alimenta con una fuente de AT continua, regulable desde el primario del transformador elevador con uno de los medios indicados oportunamente, a travs de un resistor R de algunas decenas de kW. [4] El funcionamiento de tal disposicin es el siguiente:

IV.

DESARROLLO

Al comienzo de la prctica se dieron las instrucciones necesarias para realizarla en donde se explic el funcionamiento del generador de Marx y los tipos de prueba que se pueden realizar con l. Despus se conect el vltmetro de puntas al generador de impulsos como se muestra en la figura 2:

Fig. 2: Vltmetro de esferas.

Con el diagrama anterior (Figura 2) se midi la tensin de ruptura aplicando 15 disparos con una distancia de 5 centmetros entre esferas. Los resultados obtenidos fueron los siguientes (Tabla 1):

Fig. 1.1 Generador de multietapas

TABLA IDISPAROS PARA OBSERVACIN DE FLAMEO O NOFLAMEO EN EL VLTMETRO DE ESFERAS.

Despus de utilizar el vltmetro de esferas se realiz la misma prueba pero con el vltmetro de puntas como se indica en la Figura 3:

Pulsos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Promedio Temperatura Dnde:

Tensin Hecho obtenida presentado (KV) 128 F 120 F 112 NF 120 F 112 NF 120 NF 128 F 120 NF 128 F 120 F 112 NF 120 NF 128 F 120 F 112 NF 120KV 21.5 C

Fig. 3: Vltmetro de puntas.

Los resultados obtenidos fueron los siguientes mostrados en la Tabla 2:

TABLA IIF: Cuando se presenta un flameo. NF: No se presenta el flameo.DISPAROS PARA OBSERVACIN DE FLAMEO O NOFLAMEO EN EL VLTMETRO DE PUNTAS.

Aqu se llev a cabo el mtodo de up and down, el mtodo consiste en proponer una tensin (16KV) y en base a esa se determin la tolerancia del valor pico pero debido a que la escala del generador de impulso es baja se tom como tolerancia uno y partiendo del voltaje inicial se fue aumentando la unidad (si no ocurra un flameo) o disminuyendo (la unidad si ocurra un flameo). Los voltajes presentados en la Tabla 1 tienen un valor ms elevado debido a que los medidos se multiplicaron por 8 ya que la carga del capacitor es de 8 etapas.

Pasos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Tensin obtenida (KV) 104 112 104 112 104 96 104 96 104 96 104 96 104 96 104

Hecho presentado NF F NF F F NF F NF F NF F NF F NF F

Promedio Temperatura

102.4 KV 21.5

Sustituir valores en la ecuacin 2:

Para el vltmetro de puntas se tom en cuenta el mismo mtodo que se llev a cabo con el vltmetro de esferas.I. Correccin de resultados condiciones de prueba. a

Sustituyendo en la ecuacin 1 obtenemos la correccin del voltaje a condiciones atmosfricas estndares sera:

Se toman en consideracin las siguientes ecuaciones: . . Dnde: V= Tensin de ruptura a condicin a condiciones atmosfricas del lugar de trabajo. = Factor de correccin por densidad relativa del aire. V0= Tensin de ruptura a condicin a condiciones atmosfricas estndares. b= Presin atmosfrica en el lugar de trabajo. b0= Presin atmosfrica estndar. t = Temperatura ambiente. t0= Temperatura amiente estndar. Ec. 1 . Ec 2II. Comparacin de valores de tensin crtica de flameo.

Las tensiones de ruptura del Vltmetro de esferas se encuentran mencionadas en la Tabla 3 que fueron obtenidas del anexo 2.8 de la gua de la prctica:

TABLA IIIFLAMEO O TENSIN DE RUPTURA EN ELVLTMETRO DE ESFERAS.

Espacio entre esferas (mm) 50

Tensin (kV pico) Ambas polaridades 129 Polaridad positiva 134

Correccin para vltmetro de esferas: Sustituir valores en la ecuacin 2:

Porcentaje de error de acuerdo a la Tabla 3 y a la correccin por condiciones atmosfricas estndares: Ambas polaridades:

Sustituyendo en la ecuacin 1 obtenemos la correccin del voltaje a condiciones atmosfricas estndares sera:

Polaridad positiva:

Correccin para vltmetro de puntas:

Las tensiones de ruptura del Vltmetro de puntas se encuentran mencionadas en la Tabla 4 que fueron obtenidas del anexo 2.8 de la gua de la prctica:

TABLA IVFLAMEO O TENSIN DE RUPTURA EN ELVLTMETRO DE PUNTAS.

Espacios ente puntas (cm) 5

Tensin (kV pico) 53

Despus de realizar los pasos anteriores se aplican los impulsos necesarios para conseguir los objetivos esperados aplicando el siguiente mtodo: se va aumentando el porcentaje de la tolerancia si no ocurre un flameo o disminuyendo la tolerancia si ocurre el flameo. Finalmente se obtiene el promedio de los voltajes obtenidos. Explique porque se tienen formas de onda estandarizadas para los impulsos de rayo y de maniobra y si dichas formas de onda garantizan un valor de ruptura mnimo en el aislador.

Porcentaje de error de acuerdo a la tabla 4 y a la correccin por condiciones atmosfricas estndares:

V.

ANLISIS DE RESULTADOS

En base a los resultados obtenidos se observ que el porcentaje de error en ambas pruebas fue alto, pero ms en el caso del vltmetro de puntas, estos errores pudieron ser provocados por la presin atmosfrica y la temperatura que haba en el instante de la prueba principalmente, adems tambin otro factor fue la exactitud de los aparatos utilizados (vltmetros y generador de impulsos) que con el paso del tiempo se van deeriorando. VI. -

Es importante tener una aproximacin objetiva del comportamiento de este tipo de fenmeno, con el objeto de proteger los equipos y a las personas, a travs de la simulacin de variables crticas, como las presentadas por un rayo se puede disear e implementar soluciones reales a la industria y a la infraestructura elctrica. Describa los tipos de prueba que se pueden realizar con el generador de Marx.

CUESTIONARIODescriba el mtodo de up and down para el clculo de la tensin crtica de flameo experimentalmente.

El mtodo de up and down consiste en proponer una tensin como parte inicial. En base a la tensin inicial se determina la tolerancia del valor de la tensin que viene siendo +3% de la tensin para los impulsos de rayo y para los de maniobra son del +5%; En algunos casos como en la prctica la tolerancia se toma como 1 kV debido a que la escala del generador de impulso es baja.

Los ensayos de aislamiento a impulso normalizado que simulan los transitorios con frente brusco de origen atmosfrico o de maniobra, se realizan con generadores de impulso. [5]

VII.

CONCLUSIONES

Durn Vidal Jos Ral La prctica fue de mucha importancia para nuestro desarrollo profesional, en este caso conocimos el generador de impulsos de Max,

un aparato muy importante porque con l podemos simular descargas atmosfricas provocadas por rayos principalmente; as con ayuda del impulsor y sus pruebas, podemos proteger muchos equipos elctricos de las sobretensiones y con ello evitar gastos de mantenimiento o sustitucin de equipos.

REFERENCIAS[1]http://www14.brinkster.com/aleatorieda d/marx.htm [2] http://books.google.com.mx/books?id=0Mv CfacWoLcC&pg=SA26PA28&dq=generador+marx&hl=es&ei=h_d3T tyrEWusAKbraXwDQ&sa=X&oi=book_result&ct=r esult&resnum=1&ved=0CCoQ6AEwAA#v=on epage&q=generador%20marx&f=false [3] http://www.monografias.com/trabajos66/ge nerador-impulsos-atmosfericos/generadorimpulsos-atmosfericos.shtml [4] http://www.textoscientificos.com/fisica/altatension/generador-varias-etapas [5] http://www.inducor.com.ar/articulostecnico s/marco-referencial-generadores-deimpulsos.pdf

Romero Galindo Ulises. Por lo visto en la prctica se ha comprendido que con el generador de impulsos de Marx se pueden conocer las fallas (mediante sobretensiones por descargas atmosfricas o por fenmenos de interrupcin) que se presentan en los sistemas elctricos los cuales nos ayudan a proteger los equipos y elegir equipos adecuados para sus instalacin y evitar que se deterioren rpidamente o tengan mal funcionamiento.

Zavala Gonzlez Eduardo. Por lo observado en los resultados podemos decir que las condiciones en la que se realice las pruebas determinaran en gran medida los resultado, ya que se cmo se vio en los resultados, estos varan de manera muy drstica. Adems, con el generador de Marx, se pueden simular condiciones de sobretensiones con las cuales llegamos a determinar en qu momento o a que tensin existe un arco elctrico.