Generador de VLF para ensayos.

Generador de ensayo de VLF (1) para generar una alta tensión (US) con muy baja frecuencia (fS) para el ensayo de aislamiento de cargas capacitivas (2),

en especial de cables eléctricos, que comprende una parte de oscilador (3) que genera en una salida (5) una alta tensión (UR) que tiene una alta frecuencia (fR) y que es modulada con una baja frecuencia (fS), y un demodulador (4) conectado a la misma para demodular la alta tensión (UR) y recuperar la baja frecuencia (fS) de la misma, caracterizado porque una resistencia de descarga (15) para la carga capacitiva (2) que vuelve a llevar a la mencionada salida (5), está conectada en paralelo al demodulador (4) .

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/AT2009/000211.

Solicitante: Mohaupt High Voltage GmbH.

Nacionalidad solicitante: Austria.

Dirección: Gewerbepark 4a 6142 Mieders AUSTRIA.

Inventor/es: Mohaupt,Peter.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01R31/12 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 31/00 Dispositivos para verificar propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizados por lo que es probado, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; Ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46). › Ensayo de la rigidez dieléctrica o de la tensión de ruptura.
  • G01R31/14 G01R 31/00 […] › Circuitos para este efecto.

PDF original: ES-2377050_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Generador de VLF para ensayos La presente invención se refiere a un generador de muy baja frecuencia (VLF) para generar una alta tensión con baja frecuencia a efectos de comprobar el aislamiento de cargas capacitivas, en especial de cables eléctricos, que comprende una parte de oscilador que genera en una salida una alta tensión de frecuencia elevada que es modulada con la baja frecuencia, y un demodulador conectado a la misma para demodular la alta tensión y recuperar la baja frecuencia de la misma.

Para el ensayo de aislamiento técnico-energético de cargas altamente capacitivas tales como sistemas de cables subterráneos se ha establecido el ensayo con altas tensiones de muy baja frecuencia (“ver y low frequency”, VLF) en el rango de décimas de Hertz. Al contrario de las tensiones de ensayo a frecuencia de red o a frecuencias más altas, las tensiones de ensayo de VLF sólo provocan una reducida potencia reactiva en la carga capacitiva, de manera que el generador de ensayo puede ser diseñado con dimensiones correspondientemente más pequeñas; y en comparación con ensayos de tensión continua que se utilizaban anteriormente, las tensiones de ensayo de VLF impiden la formación de cargas de espacio y cargas remanentes perjudiciales en el sistema de cables, que más tarde podrían dar lugar a fallos disruptivos durante el funcionamiento.

La generación de tensiones de ensayo de VLF adecuadas en el ámbito de las altas tensiones, es decir con hasta varios cientos de kilovoltios, no resulta, sin embargo, nada fácil, ya que los transformadores de alta tensión no son practicables para frecuencias tan bajas. Por esto ya se habían propuesto los más diversos circuitos para generadores de ensayo de VLF, pero todos tienen o bien una alta complejidad en los circuitos o bien comprenden componentes costosos y susceptibles de fallos.

Por el documento DE 103 33 241 B, por ejemplo, se conoce un generador de ensayo de VLF del tipo mencionado anteriormente, que utiliza un transformador de regulación con ajuste motorizado a efectos de modular en amplitud una tensión alta a frecuencia de red mediante el ajuste periódico del transformador. La alta tensión de amplitud modulada es transformada al alza y, a continuación, se recupera la frecuencia de modulación como alta tensión de VLF con la ayuda de un demodulador. El demodulador está formado por un rectificador de diodos conmutable en su dirección de paso y cambia con cada semionda de la baja frecuencia para recargar la carga capacitiva con cada semionda. En paralelo a la carga capacitiva está conectada una resistencia de descarga conmutable para favorecer el proceso de recarga. Una resistencia de descarga de este tipo, dispuesta en paralelo a la carga, conlleva sin embargo una elevada potencia de pérdida y/o la necesidad de una electrónica de circuitos adicional con el correspondiente aumento de costes, peso y necesidad de refrigeración.

La invención tiene como objetivo superar los inconvenientes del estado de la técnica conocido y dar a conocer un generador de VLF para ensayos para la generación de altas tensiones de muy baja frecuencia, el cual pueda ser realizado de forma sencilla y económica, tenga poco peso para su aplicación transportable in situ, presente una reducida potencia de pérdida y, por consiguiente, necesite sólo una reducida potencia de enfriamiento.

Este objetivo se consigue con un generador de VLF para ensayos del tipo indicado anteriormente que, de acuerdo con la invención, se caracteriza porque una resistencia de descarga para la carga capacitiva que reconduce a la mencionada salida, está dispuesta en paralelo al demodulador.

En comparación con circuitos convencionales con una resistencia de descarga permanente, paralela a la carga, el circuito de la invención presenta una potencia de pérdida mucho menor; y comparado con soluciones que tienen una resistencia de descarga conmutable, paralela a la carga, la solución, según la invención, hace prescindible un interruptor separado: Ya que la resistencia de descarga referida al potencial de salida del circuito resonante tiene un efecto muy grande siempre que el producto de interferencia en el circuito resonante tiene su nodo en el circuito resonante y se acerca por lo tanto al potencial cero. Debido a ello se puede conseguir una reducción significante en costes, peso, potencia de pérdida y necesidad de refrigeración.

La demodulación de la muy baja frecuencia puede llevarse a cabo con la ayuda de cualquier circuito de demodulación conocido según el estado de la técnica. Una solución muy sencilla en cuanto a los circuitos eléctricos se obtiene cuando el demodulador, tal como se conoce por el documento mencionado DE 103 33 241 B, utiliza también la carga capacitiva y la recarga mediante un rectificador al ritmo de la baja frecuencia. En este caso, una realización muy ventajosa de la invención consiste en conectar simplemente la resistencia de descarga en paralelo al rectificador.

También para el rectificador se puede utilizar cualquier circuito rectificador conocido, según el estado de la técnica. Resulta muy ventajoso que, tal como se conoce por el documento DE 103 33 241 B, el rectificador presente dos ramas de diodos antiparalelas, dotadas de interruptores, cambiando los interruptores alternativamente entre las ramas de diodos. En este caso, la resistencia de descarga puede ser conectada fácilmente en paralelo a las dos ramas de diodos, una solución que presenta un gasto mínimo en componentes.

Según otra realización preferente de la invención, cada una de las ramas de diodos mencionadas está formada por una cadena de diodos e interruptores semiconductores intermedios, teniendo cada diodo y cada interruptor semiconductor una resistencia individual conectada en paralelo, las cuales constituyen conjuntamente la resistencia de descarga indicada. Debido a ello, se puede reducir más todavía el número de componentes necesarios y conseguir una alta rigidez dieléctrica.

Según otra característica preferente de la invención, se prevé que durante la conmutación los interruptores estén cerrados simultáneamente durante un breve instante de forma solapada. Debido a ello, se minimiza el proceso transitorio de la tensión de salida del generador al conmutar el rectificador.

Además, resulta muy ventajoso que, según otra característica de la invención, se prevea adicionalmente un dispositivo de control para la parte de oscilador que reduce la amplitud de la alta tensión al final de cada segundo cuarto del período de la muy baja frecuencia para favorecer la descarga de la carga capacitiva a través de la resistencia de descarga.

También se puede utilizar cualquier circuito de oscilador conocido en la técnica, para la parte del oscilador, que puede generar una alta tensión modulada con una muy baja frecuencia, por ejemplo transformadores de regulación accionados por electromotor, tales como se conocen por el documento DE 103 33 241 B. Muy oportuno resulta, sin embargo, que la parte de oscilador comprenda dos osciladores cuyas frecuencias de oscilación se diferencian entre sí en el doble de la baja frecuencia indicada, así como un circuito resonante alimentado de forma interfiriente por los osciladores y sintonizado con las frecuencias de los mismos para la sobre-elevación de tensión de las frecuencias de oscilación interfirientes, y que el demodulador desacople del circuito resonante la muy baja frecuencia generada por la interferencia y la aplica a la carga. Abandonando todas las soluciones conocidas, esta realización se basa en el nuevo planteamiento de aprovechar la interferencia o heterodinación de dos oscilaciones ligeramente diferentes para la generación de una modulación de baja frecuencia en un circuito resonante que provoca simultáneamente una sobreelevación de tensión del producto de interferencia. De este modo, se puede generar una tensión de salida de muy gran amplitud y muy baja frecuencia con sorprendentemente pocos componentes. Se prescinde totalmente de elementos mecánicos susceptibles a fallos o de electrónicas de potencia costosas que requieren mucho enfriamiento. Debido a su reducido peso, su reducida necesidad de espacio y su robustez, el generador de ensayo de muy baja frecuencia, según la invención, resulta muy adecuado para su aplicación transportable en ensayos de aislamiento in situ, por ejemplo de cables eléctricos subterráneos.

Resulta muy oportuno que, de acuerdo con otra característica de la invención, los osciladores alimentan el circuito resonante a través de, como mínimo, un transformador, debido a lo cual se puede conseguir una separación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Generador de ensayo de VLF (1) para generar una alta tensión (US) con muy baja frecuencia (fS) para el ensayo de aislamiento de cargas capacitivas (2) , en especial de cables eléctricos, que comprende una parte de oscilador (3) que genera en una salida (5) una alta tensión (UR) que tiene una alta frecuencia (fR) y que es modulada con una baja frecuencia (fS) , y un demodulador (4) conectado a la misma para demodular la alta tensión (UR) y recuperar la baja frecuencia (fS) de la misma, caracterizado porque una resistencia de descarga (15) para la carga capacitiva (2) que vuelve a llevar a la mencionada salida (5) , está conectada en paralelo al demodulador (4) .

2. Generador de VLF para ensayos, según la reivindicación 1, en el que el demodulador utiliza también la carga capacitiva y la recarga mediante un rectificador al ritmo de la baja frecuencia, caracterizado porque la resistencia de descarga (15) está conectada en paralelo al rectificador (10 – 13) .

3. Generador de VLF para ensayos, según la reivindicación 2, en el que el rectificador presenta dos ramas de diodos antiparalelas, dotadas de interruptores, cambiando los interruptores alternativamente entre las ramas de diodos, caracterizado porque la resistencia de descarga (15) está conectada en paralelo a las dos ramas de diodos (10, 11) .

4. Generador de VLF para ensayos, según la reivindicación 3, caracterizado porque cada una de las ramas de diodos (10, 11) está formada por una cadena de diodos (10', 10'') e interruptores semiconductores (12', 12'') interpuestos, teniendo cada diodo y cada interruptor semiconductor una resistencia (18', 18'', 22', 22'') conectada en paralelo, constituyendo estas resistencias conjuntamente la resistencia de descarga (15) indicada.

5. Generador de VLF para ensayos, según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque en la conmutación los interruptores (12, 13) quedan durante un breve instante cerrados simultáneamente de forma solapada (a', c') .

6. Generador de VLF para ensayos, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se prevé un dispositivo de control (16) para la parte del oscilador (3) que reduce la amplitud de la alta tensión (UR) al final (b', d') de cada segundo cuarto (b, d) del período de la baja frecuencia (fS) , para favorecer la descarga de la carga capacitiva (2) a través de la resistencia de descarga (15) .

7. Generador de VLF para ensayos, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la parte de oscilador (3) comprende dos osciladores (6, 7) cuyas frecuencias de oscilación (f1, f2) se diferencian entre sí en el doble de la baja frecuencia indicada (fS) , así como un circuito resonante (8, 9) alimentado de forma interfiriente por los osciladores (6, 7) y sintonizado con las frecuencias (f1, f2) de los mismos para la sobre-elevación de tensión (UR) de las frecuencias de oscilación interfirientes, y en el que el demodulador (4) desacopla del circuito resonante (8, 9) la muy baja frecuencia (US) generada por la interferencia y la aplica a la carga (2) .

8. Generador de VLF para ensayos, según la reivindicación 7, caracterizado porque los osciladores (6, 7) alimentan al circuito resonante (8, 9) a través de, como mínimo, un transformador (23 – 26) .

9. Generador de VLF para ensayos, según la reivindicación 8, caracterizado porque el transformador (23 – 26) transforma al alza las tensiones de salida (U1, U2) de los osciladores.

10. Generador de VLF para ensayos, según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque cada oscilador (6, 7) está formado por un convertidor semiconductor controlable.

 

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