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, caracterizado por dos osciladores (6, 7) cuyas frecuencias (f1, f2) se diferencian entre sí en el doble de la baja frecuencia indicada (fS), por un circuito resonante (8, 9), alimentado con interferencia 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 con interferencia, y por un demodulador para desacoplar del circuito resonante (8, 9) la alta tensión (US) de muy baja frecuencia generada por la interferencia y aplicarla a la carga (2).

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.

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. La utilización de un transformador de regulación accionado por electromotor hace que esta solución resulte poco manejable, susceptible de fallos y sólo aplicable a potencias de ensayo reducidas.

Otras construcciones conocidas utilizan costosos circuitos semiconductores de alta tensión para rectificar primero una alta tensión a frecuencia de red y regularla luego periódicamente con la ayuda de circuitos semiconductores controlados, a modo de un convertidor de alta tensión, por así decir, a efectos de generar una alta tensión de VLF. Estas construcciones no necesitan ciertamente componentes mecánicos, pero requieren una electrónica de potencia de gran envergadura, que también necesita mucha refrigeración.

La invención tiene como objetivo superar los inconvenientes del estado de la técnica conocido y dar a conocer un generador de ensayo de VLF 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, sea robusto y no susceptible de fallos y necesite sólo una reducida potencia de enfriamiento.

Este objetivo se consigue con un generador de ensayo de VLF del tipo indicado anteriormente que, de acuerdo con la invención, se caracteriza por dos osciladores cuyas frecuencias de oscilación se diferencian entre sí en el doble de la baja frecuencia indicada, por un circuito resonante, alimentado con interferencia por los osciladores y sintonizado con las frecuencias de los mismos, para la sobre-elevación de tensión de las frecuencias de oscilación con interferencia, y por un demodulador para desacoplar del circuito resonante la alta tensión de muy baja frecuencia generada por la interferencia y aplicarla a la carga.

A diferencia de todas las soluciones conocidas, la invención se basa en el nuevo planteamiento de aprovechar la interferencia o batido de dos oscilaciones ligeramente diferentes para la generación de una modulación de baja frecuencia en un circuito resonante que provoca simultáneamente una sobre-elevación 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 de 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 VLF, según la invención, resulta muy adecuado para su aplicación transportable en ensayos de aislamiento in situ, por ejemplo de cables eléctricos subterráneos.

En el generador de ensayo de VLF, según la invención, se pueden utilizar osciladores con frecuencias situadas muy por encima de la frecuencia de red, ya que sólo su diferencia de frecuencia es relevante para la generación de la tensión de ensayo de VLF. Preferentemente, las frecuencias de oscilación se sitúan en el rango de 100 Hz hasta 10 kHz, muy preferentemente en el rango de 500 Hz hasta 50 kHz y especialmente preferente en aproximadamente 1 kHz. Debido a ello, componentes críticos en lo que se refiere a su volumen y peso tales como, por ejemplo, la reactancia del circuito resonante o transformadores de adaptación opcionales pueden presentar dimensiones mucho más pequeñas.

Resulta muy ventajoso que la baja frecuencia mencionada se sitúe por debajo de 1 Hertz, preferentemente, aproximadamente en 0, 1 Hertz. Tal como es conocido en sí, con frecuencias tan bajas se producen sólo potencias reactivas extremadamente pequeñas en el circuito de carga, de manera que el generador de ensayo puede ser dimensionado para una potencia correspondientemente pequeña.

Según una realización preferente de la invención, el factor de calidad del circuito resonante se sitúa entre 10 y 100, muy preferentemente entre 50 y 80. Esto constituye un compromiso excelente entre máxima sobre-elevación de tensión y una buena capacidad de sintonización del circuito resonante.

La interferencia de las frecuencias de oscilación puede realizarse tanto por interferencia de las corrientes de salida del oscilador, como también de las tensiones de salida del mismo. Preferentemente, la interferencia es una interferencia de tensión. Debido a ello, el circuito resonante ya puede ser excitado con la doble amplitud de tensión y tras la sobre-elevación de tensión en el circuito resonante se puede alcanzar la tensión doble de salida del generador.

La sobre-elevación de tensión en el circuito resonante proporciona sobre todo la posibilidad de utilizar convertidores semiconductores controlables convencionales para los osciladores tales como se conocen en forma de los denominados "módulos de potencia" (Power-Module) y que pueden generar, por ejemplo, a partir de una tensión de alimentación de 400 V a frecuencia de red, curvas de tensión de salida a discreción de hasta 400 V; sólo debido a la sobre-elevación de tensión en el circuito resonante se pueden obtener tensiones de salida en el rango de varias decenas de kV.

Es especialmente ventajoso que, de acuerdo con otra característica de la invención, los osciladores alimenten el circuito resonante a través de, como mínimo, un transformador, debido a lo cual se puede conseguir una separación galvánica de los osciladores con respecto al circuito resonante y, por lo tanto, el circuito de alta tensión, y se pueden evitar efectos retroactivos negativos de procesos transitorios del lado de alta tensión a los osciladores; además, de esta manera se puede proporcionar una carga inductiva para las salidas de los osciladores tal como la requieren, por ejemplo, los módulos de potencia mencionados.

Una forma de realización especialmente ventajosa de la invención se caracteriza porque los transformadores son utilizados simultáneamente para transformar las tensiones de salida de los osciladores en tensiones más elevadas para alimentar el circuito resonante. De esta manera, se puede conseguir otra elevación de la tensión de salida del generador de ensayo de VLF; debido a esta doble elevación de tensión, una vez por el transformador de alimentación o de excitación para el circuito resonante y una segunda vez por la sobre-elevación de tensión en el mismo circuito resonante, se pueden generar tensiones de ensayo de VLF de hasta varios centenares de kV, por ejemplo 400 kV, a partir de tensiones de salida de los osciladores de varios centenares de voltios. En el caso de la interferencia de tensión preferente... [Seguir leyendo]

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, caracterizado por dos osciladores (6, 7) cuyas frecuencias (f1, f2) se diferencian entre sí en el doble de la baja frecuencia indicada (fS) , por un circuito resonante (8, 9) , alimentado con interferencia 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 con interferencia, y por un demodulador para desacoplar del circuito resonante (8, 9) la alta tensión (US) de muy baja frecuencia generada por la interferencia y aplicarla a la carga (2) .

2. Generador de ensayo de VLF, según la reivindicación 1, caracterizado porque las frecuencias (f1, f2) de los osciladores están situadas en el rango de 100 Hz hasta 10 kHz, preferentemente en el rango de 500 Hz hasta 5 kHz, muy preferentemente en aproximadamente 1 kHz.

3. Generador de ensayo de VLF, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la muy baja frecuencia (fS) está situada por debajo de 1 hercio, preferentemente en aproximadamente 0, 1 hercio.

4. Generador de ensayo de VLF, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el factor de calidad

(Q) del circuito resonante (8, 9) es de 10 hasta 100, preferentemente 50 hasta 80.

5. Generador de ensayo de VLF, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la interferencia de las frecuencias (f1, f2) de los osciladores es una interferencia de tensión (U1 + U2) .

6. Generador de ensayo de VLF, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque cada oscilador (6, 7) está formado por un convertidor semiconductor controlable.

7. Generador de ensayo de VLF, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los osciladores (6, 7) alimentan al circuito resonante a través de, como mínimo, un transformador (23 - 26) .

8. Generador de ensayo de VLF, según la reivindicación 7, caracterizado porque el transformador (23 - 26) transforma al alza las tensiones de salida (U1, U2) de los osciladores.

9. Generador de ensayo de VLF, según la reivindicación 7 ó 8, caracterizado porque cada oscilador (6, 7) alimenta una bobina primaria propia (25', 25'') de un transformador común (25) , que está conectado al circuito resonante (8, 9) .

10. Generador de ensayo de VLF, según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la frecuencia (f2) de uno de los osciladores (7) deriva de la frecuencia (f1) del otro oscilador (6) .

11. Generador de ensayo de VLF, según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las frecuencias (f1, f2) de los osciladores (6, 7) derivan de un sincronizador común (28) .

12. Generador de ensayo de VLF, según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el demodulador

(4) utiliza también la carga capacitiva (2) y la transfiere mediante un rectificador (10 - 13) al ritmo de la baja frecuencia (f2) .

13. Generador de ensayo de VLF, según la reivindicación 12, caracterizado porque el rectificador (10 - 13) es conmutable en su dirección de paso y cambia en cada semionda de la muy baja frecuencia (f2) .

14. Generador de ensayo de VLF, según la reivindicación 13, caracterizado porque el rectificador (10 - 13) presenta dos ramas de diodos (10, 11) antiparalelas, dotadas de interruptores (12, 13) .

15. Generador de ensayo de VLF, según la reivindicación 14, caracterizado porque cada rama de diodos (10, 11) está formada por una cadena de diodos (10', 10'') e interruptores semiconductores intermedios (12', 12'') .

16. Generador de ensayo de VLF, según la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque durante la conmutación los interruptores (12, 13) son cerrados simultáneamente durante un breve instante de forma solapada (a', c') .

17. Generador de ensayo de VLF, según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque una resistencia de descarga (15) para la carga capacitiva (2) , que vuelve a llevar a la salida (5) del circuito resonante (8, 9) , está dispuesta en paralelo al demodulador (4) .

18. Generador de ensayo de VLF, según la reivindicación 17, caracterizado porque se prevé un dispositivo de control (16) para los osciladores (6, 7) que reduce la amplitud de sus tensiones de salida (U1, U2) al final (b', d') de cada segundo cuarto (b, d) del período de la muy baja frecuencia (fS) , a efectos de favorecer la descarga de la carga

(2) a través de la resistencia de descarga (15) .

19. Generador de ensayo de VLF, según la reivindicación 17 ó 18, junto con una de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque la resistencia de descarga (15) está conectada en paralelo al rectificador (10 - 13) .

20. Generador de ensayo de VLF, según la reivindicación 19, junto con la reivindicación 15, caracterizado porque cada diodo (10', 10'') y cada interruptor semiconductor (12', 12'') tienen conectada en paralelo una sola resistencia (18', 18'', 22', 22'') , y estas resistencias constituyen conjuntamente la resistencia de descarga (15) indicada.