METODOLOGÍA IMPLEMENTADA PARA LA MEDICIÓN DE DP EN

La metodología desarrollada para la adquisición de las señales se fue perfeccionando a medida que aumentaba tanto la experiencia de adquisición como la experticia en la manipulación de equipos de laboratorio. A continuación, se presenta el procedimiento empleado para la adquisición de señales de DP en el laboratorio.

6.3.1. Paso 1: Alistamiento del Laboratorio

Antes de cada prueba se debe verificar todo el procedimiento de seguridad del laboratorio en el cual se estén desarrollando las pruebas. Estas medidas mitigan y disminuyen la probabilidad de un fallo en los equipos y en el montaje experimental. Esta verificación incluye las siguientes actividades: verificación de conexiones del transformador, conexiones del módulo de mando, sistema de apantallamiento (Jaula de Faraday) y en general, cualquier otro elemento que haga parte del área de prueba y esté conectado al sistema de referencia. Adicionalmente, se verifica el buen estado de los equipos de instrumentación y se realizan mediciones de continuidad y/o resistencia de algunos elementos según aplique.

6.3.2. Paso 2: Montaje de sistema de Generación y medición de altas tensiones

Se implementa el circuito mostrado en la Figura 6.6 para la generación y medición de altas tensiones. Este montaje incluye la conexión del transformador la resistencia limitadora de corriente junto al sistema de medida en baja tensión que para este caso es un divisor resistivo.

Recomendaciones:

 Conocer la relación de transformación de los instrumentos de medición utilizados. 6.3.3. Paso 3: Montaje de sistema de Generación de DP‟s

Para la generación de las DP‟s se utiliza el módulo mostrado en la Figura 6.10, el cual se llena con aceite dieléctrico al menos hasta que el electrodo inferior se encuentre inmerso totalmente en el aceite. Se prepara una lámina de cartón prensado y se presiona contra el electrodo inferior hasta que quede fijo en él. Posteriormente se procede a cerrar la cuba con la tapa de forma que el electrodo superior presione la lámina de cartón. Por último, se conecta el módulo de generación de DP‟s al sistema de generación y medición de altas tensiones por medio de un conductor adecuado.

Recomendaciones:

 Limpiar la cuba por la parte interior para evitar que polvo o elementos extraños interfieran con la prueba.

 Sumergir la lámina de cartón en el aceite dieléctrico hasta impregnarlo totalmente con el fluido. Presionarlo transversalmente dentro del aceite para eliminar el aire que pueda tener en su interior.

 Verificar continuidad entre cada punto metálico de la cuba con el sistema de puesta a tierra. Lo anterior se hace para evitar que la tapa y la cuba estén a diferente potencial, ocasionando una descarga entre ellos que afecte la medida.

6.3.4. Paso 4: Montaje del sistema de instrumentación

Se procede a conectar el equipo de instrumentación al módulo de DP´s. Para este caso, se empleó un transformador de corriente cuyas características fueron explicadas anteriormente. Se conecta por medio de un cable 14AWG, el cual se enrolla cuatro veces entre el CT con el fin de aumentar la sensibilidad a un valor de 2V/A. Por último, el CT se conecta a un canal del osciloscopio por medio de una sonda con conector BNC.

Recomendaciones:

 Conocer la sensibilidad del equipo de instrumentación y el adecuado acople para la conexión con el osciloscopio.

 El equipo de instrumentación se puede ubicar en una caja metálica con el fin de reducir interferencias electromagnéticas producidas externamente al montaje. Tener en cuenta que esta caja debe ser debidamente conectada al sistema de puesta a tierra del laboratorio. 6.3.5. Paso 5: Adquisición de señales de DP´s

Inicialmente, se procede a configurar el osciloscopio para adquirir las señales de DP‟s. Debido que es un pulso oscilante de baja energía se ajusta la escala vertical y el trigger en el orden de los mV/div y el tiempo de muestreo en el orden de los ns. Sin embargo, teniendo en cuenta que en este trabajo se utilizó como herramienta de trabajo la transformación fraccional se deben tener en cuenta algunas consideraciones relacionadas con el tiempo de muestreo que serán explicadas más adelante. Posteriormente, se busca identificar la tensión en la que se produce la ruptura del material elevando la tensión hasta obtener disrupción. Esto se realiza con el fin de establecer la tensión crítica y realizar las pruebas por debajo de este valor. Este proceso se debe repetir entre 5 y 10 veces aproximadamente para establecer el rango en el que se puede encontrar esta tensión.

Con la señal ya adquirida por el osciloscopio y presentada en la pantalla del mismo, se procede a guardar la señal en una memoria USB previamente conectada. Este archivo quedará con la extensión *.csv, en donde sus datos están separados por comas.

Recomendaciones:

 Para evitar que los pulsos generados al elevar la tensión del transformador interfirieran con la medida, la elevación de tensión se debe realizar en varias etapas: Inicialmente, se debe aumentar la tensión a una tercera parte de la tensión crítica. Se espera un lapso de tiempo considerable (para efectos de este trabajo de grado fueron 5 minutos); segundo, se sube un poco más la tensión hasta alcanzar un valor más alto y se esperaban otro tiempo considerable; y tercero, si en ninguna de las dos tensiones anteriores se produce la descarga, se recomienda subir un poco más la tensión hasta llegar a un valor de cercano a la tensión crítica y esperar hasta que se genere la descarga. En caso que en este punto no se produjera

la descarga pasado el tiempo pertinente, se debe desenergizar el circuito e iniciar nuevamente la prueba.

6.3.6. Consideraciones adicionales

El muestreo es el proceso mediante el cual se convierte una señal (parámetro continuo en el tiempo o espacio) en una secuencia numérica (función discreta en el dominio del tiempo o del espacio). Así, y en vista que para el procesamiento de señales se requiere una señal discretizada, es requerido cumplir con el teorema de muestreo de una señal, el cual establece que es posible reconstruir una señal continua en el tiempo por medio de una señal discretizada muestreada a una frecuencia igual o mayor a dos veces el ancho de banda de la señal.

Este teorema, comúnmente llamado Teorema de Nyquist, es una base para muestrear señales cuyo análisis se quiera realizar por medio de las trasformaciones más conocidas, dentro de las cuales se encuentra la FT convencional. Sin embargo, debido a que la FRFT pertenece al grupo de transformaciones rotadas, este teorema es aplicable teniendo en cuenta también parámetros propios de la transformación, como es el caso del operador ‘a’.

Dicho esto, y para evitar solapamiento en la señal, el tiempo de muestreo que requiere la transformación fraccional es directamente proporcional al orden fraccional „ ‟, es decir, a menor orden fraccional, menor tiempo de muestreo se necesita. Así, para conocer el tiempo de muestreo requerido para determinado orden fraccional, se debe aplicar la ecuación (6.1).

(6.1) Donde

, Tiempo de muestreo mínimo de la señal para determinado orden fraccional „a‟

, Ancho de banda de la señal a tratar

⁄ , Siendo „ ‟ el orden fraccional

De igual manera que la FRFT tiene relación directa con la FT cuando el orden fraccional a = 1, se puede apreciar que con este operador la ecuación (6.1 se reduce al Teorema de Nyquist tradicional. Como se mencionó en la sección 6.2.3, en las señales tomadas inicialmente para el fenómeno de descargas parciales en el laboratorio de la Universidad Distrital se pudo evidenciar que éstas presentan una frecuencia predominante entre 21 y 25 MHz, razón por la cual, para el cálculo de la frecuencia de muestreo a implementar en la adquisición de las señales se tomará como ancho de banda el doble esta frecuencia, es decir, 50 MHz.

Teniendo en cuenta lo anterior, y según la ecuación (6.1), se presenta la Tabla 6.5 en la que se pueden observar los tiempos de muestreo requeridos de acuerdo a diferentes órdenes fraccionales: Observando los resultados de la Tabla 6.5 se puede apreciar que, si se usa un tiempo de muestreo de 10 ns en la adquisición, el algoritmo implementado solamente puede ser usado con un orden fraccional a = 1 sin que haya solapamiento. De la misma manera, si se usa un tiempo de muestreo aproximado de 1,5643 ns, es posible analizar señales con el algoritmo con un orden fraccional desde a = 1 hasta a = 0,1 evitando el fenómeno mencionado.

Así, para efectos del análisis que se requiere realizar en el presente proyecto de grado se escogen como parámetros de adquisición una ventana de 1 µs con un tiempo de muestreo Ts de 1 ns. Esta elección es suficiente para analizar las señales desde un orden fraccional desde a = 0,1 hasta a = 1 sin tener problemas de solapamiento en la señal.

Tabla 6.5. Tiempos de muestro requeridos para diferentes órdenes fraccionales Orden Fraccional [a] Alfa [α] Tiempo de Muestreo [Ts] (s) Tiempo de Muestreo [Ts] (ns) 1 1,57079633 1,0E-08 10 0.9 1,41371669 9,9E-09 9,87688341 0.8 1,25663706 9,5E-09 9,51056516 0.7 1,09955743 8,9E-09 8,91006524 0.6 0,9424778 8,1E-09 8,09016994 0.5 0,78539816 7,1E-09 7,07106781 0.4 0,62831853 5,9E-09 5,87785252 0.3 0,4712389 4,5E-09 4,539905 0.2 0,31415927 3,1E-09 3,09016994 0.1 0,15707963 1,6E-09 1,56434465 0.01 0,01570796 1,6E-10 0,15707317 Fuente: Autores