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Rectificación monofásica de
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Diferencias entre los Transformadores ópticos instrumentación y transformadores capacitivo inductivos. Juan Francisco Andrade Ingeniería Eléctrica Universidad Politécnica Salesiana Quito, Ecuador
[email protected] [email protected] du.ec Abstract En el presente trabajo investigativo tiene como fin — En
•
mostrar las diferencias entre los transformadores ópticos y los de funcionamiento tradicional, como lo son del tipo inductivo y capacitivo. Este trabajo también presenta la posibilidad de utilizar una técnica de sensor de campo magnético-óptico basado efecto Faraday.
• •
KeywordsKeywords- Optico, F araday, in terferometr o.
I. I NTRODUCCIÓN Al momento de realizar una medición de la corriente que circula por conductor se puede tener varios parámetros a ser analizados como condiciones del funcionamiento de los aparatados que se encuentran enlazados a la red, facturación del consumo de energía, tener un lazo cerrado de control[1]. Cuando se habla de alta tensión se dice que no hay posibilidad de colocar un amperímetro amperímetro o un voltímetro de medición convencional, debido a la producción de sobretensiones y sobreintensidades en las líneas, por esta razón se utilizan medios indirectos de medición, que me permitan tener una proporción en valores menores, entonces aparecen los transformadores de corriente y potencial los cuales son utilizados en alta tensión de CA, con algunas limitaciones en la aplicación[2], aplicación[2], [3]. II. SENSORES MAGNETO-OPTICOS Al momento de realizar una medición en función de un campo magnético proporcional a la corriente circundante se lo puede realizar a distancia, en este tipo de sensores mucho más ya que la transmision del dato medido se la realiza por luz, y además existe un total aislamiento entre en el primario y el secundario[4],
La tensión en sus bornes es muy a encuentran en vacío debido a l espiras. Se ven influidos por electromagnéticas. La principal desventaja de las son Hall es que tienen limitado su anch del circuito electrónico de compens
B. Ventajas de los transfromadores ópticos • • • •
aislamiento total entre el primario y el s los sensores magneto-ópticos no tienen saturación en condiciones de falla. Ancho de banda ilimitado Se incluye a la corriente continua.
C. Desventajas de los transfromadores ópticos • •
•
su sensibilidad es baja. Experimenta pequeñas variaciones y diseñar amplificadores con una gran obtener una medida aceptable. su constante de Verdet, dependen de l en mayor o menor medida aten composición química del sensor.
III. EFECTO FARADAY Según el efecto Faraday un campo magnétic cambiarSign las propiedades de un material., up to vote onópticas this title refracción del material dependen del campo ma Useful Not useful Cuando una l eje de simetría que consideremos. polarizada atraviesa el material, el plano de un ángulo proporcional al campo magnético.
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Cuando una luz polarizada atraviesa un material que tiene un índice de refracción distinto en cada eje de simetría, el plano de polarización cambia, gira un ángulo θ como se muestra en la Fig. 1
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la que emite la fuente. Si por el contrario, el co una intensidad, se crea un campo magnético que dirección que la fibra y sentidos contrarios o circulación de la luz, dependiendo del haz que se
Fig. 2. Esquema de medida de campos magnéticos utilizand enrollada al conductor[1]
Fig. 1. Representación esquemática esquemática del efecto Faraday. La polarización de la luz, representada por los campos magnéticos y eléctricos E y H, gira al atravesar un material imanado por un campo Hind[1]
Al ser la fibra óptica un dieléctrico, dieléctrico, puede es con el conductor sin que exista ningún aislamiento. aislamiento. Sin embargo, presenta ciertas desve que superar para poder diseñar un sensor magn garantías de funcionamiento satisfactorio.
El ángulo girado es proporcional al campo magnético, a la distancia recorrida por la luz dentro del material y a las propiedades magneto-ópticas magneto-ópticas del sensor. Si conocemos conocemos estos dos últimos parámetros, y el giro, la obtención del campo magnético es inmediata. IV. METODOLOGIA DE MEDIDA se trata de medir un cambio en la polarización de la luz. Para poder analizar el giro del plano de polarización, éste debe ser proporcional a variaciones de luz. Para ello se hace uso de dos polarizadores lineales. Un polarizador no es nada más que un material que orienta el campo eléctrico de la onda electromagnética en una determinada dirección. Un método es el de la fibra óptica alrededor del conductor que se puede apreciar en la la Fig. Fig. 2 A. Sensores de fibra óptica basados en el efecto faraday
Existen dos tipos de sensores que utilizan fibra óptica atendiendo a la manera de obtenerla información contenida en la luz.
Fig. 3. Interferómetro de Sagnac[1].
La luz emitida por la fuente – flecha flecha negra- se haces con polarizaciones diferentes – flechas flechas r campo magnético modifica las polarizacione substractiva en el caso de la flecha azul y aditiva la roja. Al recomponerse el haz en el divisor, la l flecha gris, incluye el giro debido al efecto magn veces. Las flechas naranja y azul claro representa luz con giro de polarización debido al campo mag
El esquema básico está representado en la Fig. 2. Consta 2. Consta de un emisor de luz, una fibra óptica, un detector y los dos polarizadores polarizadores explicados explicados en la sección anterior. anterior.
V. TRANSFORMADORES ÓPTICOS DE CO Un avance lógico para superar los problemas la interferencia electromagnética en laseñal de Sign up to vote on this title uso de una transmisión de señal que es inmune electromagnéticos[5]. Useful Not useful
El campo magnético creado por un conductor infinito es circular. El uso de fibra óptica enrollada en la línea permite
Transmisión de la señal óptica utilizando fibr la mejor solución para ese propósito. Normalm
1) Diseños polarimétricos
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VI. TRANSFORMADORES ÓPTICOS DE VOLTAJE Se clasifican en dos: A. Transductor de voltaje electro-optico
El transductor de de tensión electro-óptica electro-óptica (EOVT) explota el efecto Pockels en un cilindro-haped con Cristal BGO (Bi4Ge3O12), (Bi4Ge3O12), que tiene simetría del cristal cúbico. Se aplica el voltaje completo entre las dos caras de extremo del cristal. La luz doble atraviesa el material electro-óptico. A tensiones en el rango de varios 100 kV la birrefringencia inducida por el campo provoca un desplazamiento de fase óptica diferencial entre dos polarizaciones ortogonales correspondientes a varios períodos de onda. En la Fig. la Fig. 4 se presenta un tipo de este transductor
Fig. 5. Transductor de tensión Piezo-óptica para 170 kV co con gas. El largo cristal de cuarzo 100 mm (derecha) se m tubo aislante (flecha) que separa el electrodo de alta tensió brida de la base al potencial potencial de tierra (abajo)[6].
VII. APLICACIONES Para hablar de aplicaciones de este tipo recurrirá a una marca conocida la cual es ABB que ellos fabrican es el MOCT-P, el cual es transformación óptico de corriente, para ser sistemas de 72,5 a 800 kV, a una frecuencia de 50
Fig. 4. Unidad de medicion optica con transductor de corriente (MOCT) y transductor de voltaje (EOVT)[6]
B. Transductor de voltaje piezo-optico
En el sensor explota el efecto piezoeléctrico inverso en un transductor de cuarzo en forma de cilindro. La deformación periódica piezoeléctrica piezoeléctrica del transductor transductor que se produce por un voltaje AC aplicado es detectada por un doble modo de fibra herida-elíptica núcleo en la superficie circunferencial como se observa en la Fig. la Fig. 5 . La modulación resultante de la fase óptica diferencial de los dos modos de fibra espacial, se detecta de forma remota mediante interferometría de baja coherencia. La fuente de luz es un multi-modo de diodo láser de baja coherente. Una segunda fibra de modo dual que es parte del sistema de detección actúa como un interferómetro de recepción.
El transformador de corriente magneto-ó Protección (MOCT-P) es un transductor de co pasivo que utiliza la luz para medir con precisió en los sistemas de alta tensión. El sistema adecuado para uso al aire libre y tiene una corriente continua de hasta 3150 A con un fa precisión de 40 x. Se reúne la precisión de norma IEC 60044-8. El diseño óptico reproducción precisa de las corrientes de fa compensado con una descomposición en comp saturación u otra fuente de distorsión.
Este sistema produce un voltaje de salida de el uso con relés de protección.
Tomando en cuenta lo anteriormente mencio deducir, que Sign up to vote on this title
En la Fig. 6 se puede observar el tipo Useful Not useful mencionado.
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En la fig se muestra una aplicación instalada transformador de
Fig. 6. El transformador de corriente magneto-óptico para la Protección (MOCT-P)[7]
A. Beneficios de El transformador de corriente magnetoóptico para la Protección (MOCT-P)
El sistema MOCT-P puede satisfacer las necesidades de detección de corriente para relés de protección en una amplia variedad de aplicaciones. A continuación se presenta una lista de los beneficios: • No existe un requisito para el
de aislamiento, ecológico y seguro.
aceite o el gas del sistema
Fig. 7. Interruptores con transductores de corriente de fibra para niveles de 170 kV[6] kV[6]
VIII. I NSTALACION En la Fig. la Fig. 8 se puede apreciar el diagrama instalación convencional de un sistema de tran medida óptico.
• Derivación -como
reproducción de la corriente de falla totalmente compensado con descomposición dc componente con alta precisión y sin saturación o de otras fuentes de distorsión. • Mejora de la seguridad con ning ún
o secundario abierto.
mecanismo de fracaso
• Tamaño Significativamente más pequeño y más ligero
que el equipo de aceite o con aislamiento en SF6.
• Aislamiento total contra sobretensiones para medidores y
relés basados en microprocesador. • No hay
magnético.
límites ferroresonancia o saturación de núcleo
Fig. 8. Transformadores de instrumentos optic
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IX.NotCuseful ONCLUSIONES
Los transformadores de medida óptica límites de medida más allá de las posib
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Rectificación monofásica de
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subestaciones de alta tensión han hecho notables progresos en los últimos años, -
La interconexión de los sensores ópticos con los dispositivos de medición y relés existentes es una de las diferencias esenciales, ya que elimina la pérdida o variación de señal por interferencias electromagnéticas.
-
Es evidente que la nueva tecnología tiene importantes i mportantes ventajas sobre los instrumentos convencionales. En la actualidad, se está implementando nuevas tecnologías que faciliten y mejoren la confiabilidad de un SEP.
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[8]
R. M. S. Meeting and D. Wilkinson, “Op Instrument Transformers,” 2006.
R EFERENCES EFERENCES [1]
M. Faraday, “Nuevas tendencias en la medida de intensidades,” 2002.
[2]
M. Imamura, M. Nakahara, and S. Tamura, “Output characteristics of field sensor used for optical current transformers applied to the flat-shape three-phase bus bar,” IEEE bar,” IEEE Trans. Magn., vol. 33, no. 5, pp. 3403 – 3405, Sep. 1997.
[3]
T. Sawa, K. Kurosawa, T. Kaminishi, and T. Yokota, “Development of optical instrument transformers,” 891, IEEE Trans. Power Deliv., vol. 5, no. 2, pp. 884 – 891,
Apr. 1990. [4]
M. Takahashi, H. Noda, K. Terai, S. Ikuta, Y. Mizutani, T. Yokota, T. Kaminishi, and T. Tamagawa, “Optical current transformer for gas insulated switchgear using silica optical fiber,” IEEE Trans. 1427, Oct. Power Deliv., vol. 12, no. 4, pp. 1422 – 1427,
1997. [5]
M. Brojboiu, V. Ivanov, and S. M. Diga, “IMPLEMENTATION OF THE OPTICAL
CURRENT AND VOLTAGE TRANSDUCERS IN 33, 2009. THE POWER SYSTEMS,” no. 33, pp. 27 – 33, [6]
K. Bohnert, P. Gabus, and H. Brändle, “Fiber -Optic
Current and Voltage Sensors for High-Voltage
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