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El prototipo portátil soporta descargas de hasta 20 kV. Santiago Gómez - UNAL Sede Manizales.

El equipo imita los impulsos eléctricos de un rayo sobre las líneas de distribución conectadas a un transformador.

El prototipo se puede ensamblar con materiales y elementos comerciales de bajo costo.

Inicialmente el prototipo se ensambló en una caja de madera, pero presentó problemas de humedad.

El prototipo final se construyó por módulos con lámina de acrílico de 10 mm de espesor.

Santiago Gómez Arango, magíster en Automatización Industrial de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, diseñó y construyó el prototipo con el fin de proporcionar un equipo portátil que soporta hasta 20  kV (kilovoltios) y que se puede ensamblar con materiales y elementos comerciales de bajo costo.

“El generador se creó tanto para efectuar ensayos de dispositivos o de materiales aislantes que se usan en los transformadores de energía, como para fines académicos e investigativos”, explicó el magíster, quien detalló que el diseño también se pensó para ser transportado y empleado en sitios diferentes a las instalaciones de un laboratorio.

Los generadores de impulsos de tensión son equipos necesarios para realizar ensayos sobre los sistemas de aislamiento eléctrico con descargas entre los 100 o 200 kV. No obstante, para aplicaciones básicas de aislamiento en rangos inferiores a 200 kV, estos equipos no son la opción más apropiada, por su alto costo y gran tamaño, que requieren de instalaciones especiales.

“Aunque en el mercado es posible encontrar generadores portátiles en este rango de tensiones, por su naturaleza comercial carecen de algunas características indispensables para experimentación académica”, agrega el magíster.

El diseño y la construcción del prototipo incluyeron las etapas de definición de potencia, la fuente de alimentación, el sistema de control de ignición y la medición de las ondas generadas.

La validación de su funcionamiento se realizó mediante pruebas de laboratorio y también con cargas capacitivas, que son las ondas de voltaje líder, como por ejemplo cables enterrados o arrancadores de motores.

Aplicación computacional

Además de la construcción del prototipo, se desarrolló una aplicación computacional que interactúa con el generador y permite variar la configuración para varios tipos de circuitos de impulso, que simulan distintos choques de rayo.

Según el investigador, “tanto el simulador como la aplicación se podrán usar, además de fines académicos e investigativos, para ensayos reales en el rango de tensión para el cual ha sido diseñado”.

El desempeño del prototipo y del software se comparó tanto con circuitos de generadores de impulso comerciales como con algunas herramientas de simulación, arrojando resultandos satisfactorios tanto para los tiempos y las formas de onda como para los parámetros de circuito”.

Inicialmente el prototipo se ensambló en una caja de madera que reunía todos los componentes en su interior; sin embargo, este primer interno presentó problemas, debido a que la madera absorbe la humedad del medio ambiente.

En la segunda versión se construyó el generador por módulos con lámina de acrílico de 10 mm de espesor, con el objetivo de solucionar los problemas de aislamiento y facilitar la visualización de los elementos en su interior.

El primer módulo consta de todos los elementos que son comunes en la generación de impulsos tipo rayo y maniobra como un diodo, explosor y condensadores, además del divisor de tensión capacitivo. Un segundo módulo contiene las resistencias necesarias para completar el circuito generador de impulso según el tipo de rayo.

Para los ensayos se utilizaron simulación de impulsos eléctricos, mediante distintos tipos de circuitos, con un nivel de tensión aproximado a 10 kV entregados por un transformador monofásico, que es un dispositivo eléctrico diseñado para transferir corriente alterna o tensión de un circuito eléctrico a otro.

Este prototipo se considera innovador en el país por sus componentes, que permiten la portabilidad y el fácil desplazamiento para realizar ensayos en diferentes condiciones.

“La disposición de los componentes en acrílico transparente con sus respectivos bornes de conexión le dan al usuario la posibilidad de trabajar con diferentes configuraciones según sus necesidades. Además, el uso de componentes comerciales ajusta el generador a un bajo costo de implementación”, puntualiza el investigador.