CLASE DE ALTA TENSION DE IMPULSOS

1 Introducción.
Las perturbaciones de los sistemas de transmisión y distribución de potencia eléctrica son frecuentemente causadas por las sobretensiones (tipo descarga atmosférica, tipo maniobra y temporales). En este modulo centraremos nuestra atención en los circuitos para generar impulsos de tensión por descarga atmosférica y en los circuitos para generar impulsos de tensión por maniobra.Las sobretensiones por descarga atmosférica son originadas generalmente por la caída directa del rayo en alguna de las fases o en el cable de guarda de la línea de transmisión aérea. Las amplitudes de estas sobretensiones son muy grandes (centenas de KV). Los sistemas de protección para las descargas atmosféricas, los pararrayos y la impedancia característica de la línea amortiguan ydistorsionan las ondas viajeras producidas por el rayo, obteniéndose muy diferentes formas de onda (por descarga atmosférica).

Figura 1.1
Las sobretensiones por maniobra son causadas por la operación del sistema, sus amplitudes son también considerables, y sus formas de onda muy dependientes de las impedancias del sistema y de las condicionesde las maniobras.




2 Circuitos generadores de impulsos por tensión
Existen básicamente los circuitos de una sola etapa y los circuitos en cascada o multi-etapa.
2.1 Circuito de una sola etapa
A continuación se muestran dos circuitos básicos de una sola etapa, utilizados para generar impulsos de tensión.

Figura 2.1 circuito generador de impulsos de tensión de una sola etapa version1


Figura2.2 circuito generador de impulsos de tensión de una sola etapa versión 2

Parámetros
C1: Capacitancia de descarga (condensador de impulso); fundamental en el costo del equipo.
C2: Capacitancia del objeto de prueba o carga a probar.
R1: Resistencia de amortiguamiento; controla el tiempo de frente tf=t1.
R2: Resistencia de descarga; controla el tiempo de cola tc=t2.
G: Arreglo esfera-esfera(ignition spark-gap)
Definiciones:
El condensador C1 se carga lentamente de la fuente D.C. (equipo H.V.D.C.), hasta el rompimiento o ignición del arreglo G; el cual se comporta como un switche “sensible” y limitador de la tensión. El tiempo de ignición de G es muy pequeño comparado con el tiempo t1.
Aunque con estos circuitos se pueden obtener tensiones cercanas a 1MV, es recomendable desde el puntode vista económico y del tamaño de las esferas, construirlos para tensines en el rango de [200-250]KV.
La forma de la onda (impulso), depende básicamente de los valores de los parámetros R1, R2 y C2, así:
R1; además de amortiguar las oscilaciones de la onda controla fundamentalmente el tiempo de frente t1.
R2; sirve de descarga a los condensadores, controlando esencialmente el tiempo de colat2.
C2; representa la capacitancia del objeto de prueba y de los elementos en paralelo con él (dispositivos de medida, condensadores adicionales para evitar grandes variaciones de t1/t2 al cambiar los objetos de prueba).
El parámetro más significativo del generador de impulsos, es la máxima energía almacenada (w):
 (2.1)
El análisis de los circuitosse puede realizar utilizando la transformada de Laplace, con las siguientes condiciones iníciales:
Para t ≤ 0; C1 está cargando a V0.
Para t > 0; C1 está conectado a la red R1 – R2 – C2.
Para circuitos de una sola etapa existen dos versiones:
Versión 1:
El circuito de la figura 2.1 en el dominio de la frecuencia (S), se ilustra:

Figura 2.3 circuito generador de impulsos de tensión de una solaetapa, en el dominio de S.


La tensión de salida está dada por la expresión:
 (2.2)
Donde  y
)
Sustituyendo se encuentra que:
 (2.3)
Con
 (2.3.1)
 (2.3.2)
...