ArtículosNúmero 3

Patrones nacionales de alta tensión continua y alterna

0

T. García

R. Martín

F. Garnacho


En este artículo se describen los patrones nacionales de mayor nivel de tensión continua (240 kV), alterna de valor eficaz (240 kV) y alterna de valor de cresta/√2 (200 kV) depositados en el Laboratorio Central Oficial de Electrotecnia  -LCOE-  de la Fundación para el Fomento de la Innovación Industrial –FFII-. 

Siendo U la magnitud de alta tensión medida, las capacidades de medida y calibración (CMC), para una probabilidad de cobertura del 95 %, reconocidas por el Bureau Internacional de Pesas y Medidas -BIPM- en el año 2 004 de 200∙10-6U para la magnitud de alta tensión continua, y de 500∙10-6U para la magnitud de alta tensión alterna de valor eficaz y de valor de cresta, como fruto de comparaciones internacionales celebradas en las décadas de los 80 y 90, han sido claramente mejoradas en los últimos años por el LCOE. Las nuevas incertidumbres expandidas de 50∙10-6U para tensiones continuas de 1 kV y 100∙10-6U para altas tensiones continuas a partir de 1 kV y hasta 200 kV, 350∙10-6U para tensión alterna de valor eficaz de hasta 240 kV y 450∙10-6U para el valor de cresta/√2 de tensiones alternas de hasta 200 kV, han sido obtenidas gracias a una mejor caracterización de los patrones nacionales, así como al diseño y construcción de un nuevo patrón para tensiones alternas. 

Los buenos resultados obtenidos por el LCOE en las comparaciones internacionales celebradas en los últimos años entre institutos de referencia y delegados permitirán el reconocimiento internacional por parte del BIPM de las nuevas CMCs.

This article describes the better levels of the national standards corresponding to the magnitudes of high DC voltage (240 kV), high AC voltage (240 kV), root mean square value, and high AC voltage (200 kV), peak value/√2 value. Those standards are deposited in the Central Official Laboratory of Electrotechnic – LCOE – of the Foundation for Industrial Innovation Promotion – FFII -.

Being U the measured high voltage magnitude, the calibration and measurement capabilities (CMC) considering a coverage probability of 95 %, approved by the International Bureau of Weights and Measures – BIPM – in 2 004, is 200∙10-6U in the magnitude of high DC voltage, and 500∙10-6U to the magnitude of high AC voltage, both root mean square and peak value/√2 values. Those values, fruit of international comparisons hold in the eighties and nineties, have been fairly improved in the last few years by LCOE. New expanded uncertainties of 50∙10-6U in DC voltage, 1 kV level, and 100∙10-6U in DC voltage from 1 kV to 200 kV, 350∙10-6U in AC voltage, root mean square value, up to 240 kV and 450∙10-6U in AC voltage, crest value/√2, up to 200 kV. These improved uncertainties have been accomplished thanks to a more accurate characterization of the national standards together with the design and building of a new high AC voltage standard. .

1. Introducción

Los patrones nacionales de alta tensión continua y alterna son de especial utilidad para establecer la trazabilidad en el campo del sector eléctrico relacionado con las redes de transporte y distribución de energía eléctrica, así como en otras áreas de la técnica donde las altas tensiones son requeridas (electromedicina, tracción ferroviaria, altos hornos eléctricos, etc.).

Las magnitudes de alta tensión continua, alterna e impulsos de tensión, aún siendo magnitudes derivadas del voltio, exigen técnicas de medida y criterios de evaluación muy particulares. El efecto corona, la influencia parásita de paredes y techos por acoplamientos capacitivos de los sistemas de medida y la influencia de los campos electromagnéticos en las medidas transitorias de impulsos de alta tensión tipo rayo son algunos de los condicionantes a tener en cuenta en las medidas y contribuciones de incertidumbre de estas magnitudes.

El LCOE de la Fundación para el Fomento de la Innovación Industrial fue reconocido en el año 2001 como laboratorio asociado al Centro Español de Metrología, depositario de los patrones nacionales de alta tensión continua, alterna e impulso de tensión a través del R.D. 346/2001, fruto de los resultados obtenidos en las comparaciones internacionales en el campo de la alta tensión celebradas en las décadas de los 80 y 90. La participación activa del LCOE desde el año 1990 en el grupo de trabajo internacional WG33.03 de técnicas de medida de alta tensión del Consejo Internacional de Grandes Redes Eléctricas (CIGRE), actualmente constituido como grupo de trabajo de expertos de EURAMET en medidas de alta tensión, que se reúne anualmente para analizar técnicas de medida de altas tensiones y establecer el marco adecuado de colaboración para el desarrollo de comparaciones internacionales, permite mantener y mejorar la traza nacional en alta tensión.

En este artículo se presentan los patrones nacionales de mayor nivel de tensión continua (240 kV), de alterna del valor eficaz (240 kV) y de alterna de valor de cresta/2 (200 kV), así como las CMC reconocidas en el año 2 004 por el Bureau Internacional de Pesas y Medidas para el LCOE, y las mejoras de las referidas CMC logradas en los últimos años por el LCOE como consecuencia de desarrollos específicos, “Patrón Nacional para Medida de Valor de Cresta de hasta 200 kV/√2 [1], así como de análisis complementarios derivados de las tres comparaciones internacionales realizadas en los últimos años.

2. Patrones de AT continua y alterna

2.1 Patrón nacional AT continua 240 kV.

El patrón nacional de alta tensión continua de 1 kV hasta 240 kV es un divisor resistivo con aislamiento en
hexafluoruro de azufre.

La principal fuente de incertidumbre de los divisores resistivos es su estabilidad, que depende fundamentalmente de las resistencias que definen la relación del divisor:

donde: r es la relación del divisor.
R1 es la resistencia de la rama de alta tensión del divisor.
R2
es la resistencia de la rama de baja tensión del divisor junto con las resistencias en paralelo (instrumento de medida y resistencia adicional en paralelo) que pudieran disponerse.

La estabilidad de las resistencias varía con la temperatura, por lo que el calentamiento del divisor es el factor más importante a tener en cuenta en la incertidumbre. El valor óhmico de la resistencia de la rama de alta tensión define la corriente a través de las resistencias R1 y R2. La disipación de calor del divisor debe ser adecuada para evitar un calentamiento excesivo que comprometa la estabilidad del divisor. La corriente a través de la resistencia del divisor debe ser lo más baja posible, inferior a 1 ó 2 mA, pero no tan reducida (p.e. inferior a 0,1 mA) como para que las corrientes de fuga a través de los aislamientos afecten a la relación del divisor. Esto significa que la evolución de estos divisores ha estado condicionada a la mejora de los aislamientos soporte de la rama de alta tensión junto con el desarrollo de resistencias de gran estabilidad térmica (baja variación óhmica con la temperatura). Como orden de magnitud puede manejarse la relación de 1-3 MΩ de resistencia de alta tensión por cada kilovoltio de tensión a ser medido.

El divisor resistivo de 240 kV utilizado como patrón nacional español tiene una resistencia óhmica de 479 MΩ, lo que significa que la corriente es del orden de 0,32 mA, gracias a que el aislamiento de la rama de alta tensión es SF6. En la figura 1 se muestra el patrón nacional durante una medida comparativa con otro sistema idéntico utilizado para analizar el efecto del autocalentamiento. Al lado se muestra una medida comparativa entre el sistema de patrón nacional y otro sistema de referencia de hasta 100 kV que utiliza diodos zener [2] para establecer su trazabilidad referida a baja tensión. Estas medidas forman parte de la caracterización del sistema de referencia patrón necesaria para establecer su relación.

Figura 1. Izquierda: comparación entre el sistema patrón nacional de continua 200 kV (A) con otro sistema de medida de referencia idéntico (B). Derecha: comparación entre el sistema patrón nacional de 200 kV continua (A) con otro sistema de medida de referencia DWINA-100 de hasta 100 kV.

En la figura 2 se muestra la curva de autocalentamiento que experimenta el sistema patrón nacional a lo largo del tiempo. Es posible observar que tras aproximadamente media hora de funcionamiento a una tensión de 200 kV el sistema patrón alcanza una estabilidad en la medida de tensión continua, U, comprendida en 3·10-6·U, mientras que en la primera media hora su relación varía aproximadamente en 100·10-6·U.

Figura 2. Autocalentamiento del sistema patrón nacional de continua 200 kV (A).

La parte de alta tensión donde se efectúa la conexión de la fuente de alta tensión debe diseñarse apropiadamente para evitar un campo eléctrico excesivamente elevado que conduzca a la aparición de efecto corona. El efecto corona provoca una caída de tensión no controlada que condiciona la incertidumbre de medida. Por este motivo, el divisor patrón dispone de dos electrodos redondeados, uno en el lado de alta tensión y otro en el lado de baja tensión. Los electrodos también tienen un efecto de reparto de la tensión electrostática en la columna resistiva, que debe coincidir con el reparto de tensión impuesto por la propia resistencia arrollada en la columna, a fin de reducir en lo posible las corrientes parásitas transversales.

La tensión de salida del divisor de baja tensión se conecta a un instrumento de medida de alta impedancia de entrada. Con el fin de que la impedancia de entrada del instrumento de medida afecte lo menos posible a la relación de divisor se dispone una resistencia de adaptación de 1 MΩ en paralelo con el instrumento de medida. El multímetro digital de 5 ½ dígitos utilizado como instrumento de medida es controlado por un ordenador personal que se limita a automatizar las medidas y transmitirlas a hojas de toma de datos sin efectuar tratamiento adicional de los mismos.

En la figura 3 se muestra el esquema del circuito eléctrico del patrón de alta tensión continua de 240 kV cuyos parámetros más significativos son los siguientes:

  • Rango de medida de alta tensión continua: 1 kV a 240 kV.
  • Impedancia de entrada del multímetro:
    • a) > 10 GΩ hasta 120 kV.
    • b) 10 MΩ entre 120 kV y 240 kV.

Condiciones de funcionamiento:

  • Distancia libre mínima a paredes, techo y elementos en tensión: 1 m
  • Precalentamiento.
    • Divisor: 24 h (capacidad óptima de medida).
    • Instrumento de Medida: 30 minutos.
    • Tiempo de funcionamiento: Continuo.
  • Condiciones ambientales.
    • Temperatura: (10 – 40) ºC
    • Humedad relativa: hasta el 90 % a 40 ºC
  • Presión de funcionamiento del SF6: (155 a 310) mm Hg

Figura 3. Esquema del patrón nacional de alta tensión continua, 240 kV.

2.2 Patrón nacional de AT alterna 240 kV de valor eficaz.

El valor eficaz de altas tensiones alternas de 50 Hz puede ser medido con una incertidumbre reducida mediante transformadores de precisión. El LCOE dispone de un conjunto de cinco transformadores monofásicos de precisión como patrones nacionales que cubren la gama de 1 kV hasta 240 kV de tensión alterna de 50 Hz (véase figura 4). Su trazabilidad está establecida a través de la medida de la relación de transformación del transformador, Rt, con incertidumbres mejores a 50·10-6·Rt, para una probabilidad de cobertura aproximada del 95 %.

Los transformadores tienen varias tensiones nominales mediante tomas dispuestas en el arrollamiento primario. De esta forma, el transformador puede funcionar a un valor de flujo próximo al nominal controlando los errores para mejorar la incertidumbre de medida. La ventaja de los transformadores frente a los divisores capacitivos es su gran estabilidad a largo plazo que permite establecer largos periodos entre intercomparaciones.

Figura 4. Diagrama de patrones nacionales del valor eficaz de alta tensión alterna y su trazabilidad.

La trazabilidad de las medidas de valores eficaces hasta 240 kV se logra mediante escalado, caracterización de su comportamiento y comparaciones internacionales con institutos de referencia nacional [3] y [4]. Comprobaciones periódicas entre
patrones permiten asegurar su estabilidad.

En el arrollamiento secundario se conecta el instrumento de medida a través de un cable apantallado de características apropiadas para limitar las influencias por acoplamientos parásitos. En la figura 5 se muestra, a título de ejemplo, el detalle del patrón nacional español de alta tensión alterna de valor eficaz de hasta 240 kV, compuesto por un transformador patrón de relaciones múltiples, con tomas de 50 kV, 100 kV y 200 kV en el lado de alta tensión y de (100 – 110) V en el lado de baja tensión, un cable de medida apantallado y un instrumento de medida de 5 ½ dígitos controlado por un ordenador personal que completa el sistema de medida.

Figura 5. Sistema de medida patrón compuesto por transformador 50 kV -100 kV -200 kV / (110-100) V, cable de medida y voltímetro controlado por PC.

Condiciones de funcionamiento:

  • Distancia libre mínima a paredes, techo y elementos en tensión: 2 m
  • Precalentamiento.
    • Transformador: 24 h (capacidad óptima de medida)
    • Instrumento de Medida: 30 minutos.
    • Tiempo de funcionamiento: Continuo.
  • Condiciones ambientales.
    • Temperatura: (10 – 40)ºC
    • Humedad relativa: hasta el 90% a 40ºC

2.3 Patrón de AT alterna de 50 Hz de hasta 200 kV de valor de cresta/√2

Para las medidas de alta tensión alterna se utilizan habitualmente fuentes de alta tensión constituidas por transformadores elevadores con un cierto contenido de armónicos. La magnitud más importante a medir en los ensayos dieléctricos es el valor de cresta de la onda de tensión, por lo que la calibración de estos sistemas de medida [5] debe efectuarse para valores de tensión de cresta / √2 y no para valores eficaces. Por lo tanto, como patrón nacional se utiliza un sistema de medida con buenas características de transferencia en frecuencia, capaz de transmitir con exactitud las componentes armónicas existentes. Los transformadores de media de tensión, frecuentemente utilizados para medidas de precisión de valores eficaces, no son los mejores patrones cuando se pretende medir el valor de cresta de tensiones alternas debido a su mala respuesta en frecuencia. El efecto capacitivo de acoplamiento entre espiras y arrollamientos provoca un cambio de la relación de transformación a frecuencias de centenas de hercio. Los divisores capacitivos tienen, sin embargo, anchos de banda apropiados para la medida del valor de cresta de ondas de tensión alternas de 50 Hz con contenidos en armónicos.

El patrón de referencia nacional para medida del valor de cresta de tensiones alternas de 50 Hz (figura 6) consiste en un divisor capacitivo conectado a un voltímetro digital a través de un cable de medida [1]. El voltímetro digital de alta resolución muestrea la señal de la onda de tensión. El valor de cresta se determina a través de interpolación numérica. El sistema de medida permite la medida del valor de cresta de una onda de tensión alterna de hasta 200 kV de cresta/√2, de frecuencia 50 Hz, con un contenido de armónicos inferior al 2,5% de frecuencias no superiores a 1 kHz con una incertidumbre óptima de 500·10-6·U. El sistema de medida está caracterizado en baja tensión y se han efectuado medidas comparativas con patrones nacionales a frecuencia de 50 Hz. Una comparación internacional en fase de finalización que el LCOE pilota desde el año 2 009 permitirá ratificar la capacidad óptima de medida [4].

El condensador de alta tensión, utilizado como rama de alta del divisor capacitivo, es un condensador de referencia con aislamiento de SF6 de tensión nominal igual a 200 kV (valor eficaz) y de 100 pF de capacidad nominal. Este tipo de condensadores están especialmente diseñados para ser utilizados como condensador de referencia en medidas de capacidad y tangente de delta y también como rama de alta tensión de un divisor capacitivo de alta estabilidad. La rama de baja tensión está constituida por dos condensadores independientes. Los dos condensadores han sido construidos por el Swedish Nacional Testing and Research Institute (SP) utilizando condensadores cerámicos de alta estabilidad.

Uno de los condensadores de baja tensión presenta una capacidad nominal de 500 nF, con el que se obtiene un factor de escala teórico del divisor igual a 5 000. Este condensador de baja tensión se utiliza para niveles de tensión de cresta comprendidos entre 1,4 kV y 28 kV. El otro condensador de baja tensión presenta una capacidad nominal de 5 000 nF, con lo que el factor de escala teórico es igual a 50 000, adecuado para tensiones de cresta comprendidas entre 28 kV y 280 kV.

La relación del divisor viene definida por la expresión siguiente:

donde:
r es la relación del divisor.
C1 es la capacidad de la rama de alta tensión del divisor.
C2 es la capacidad de la rama de baja tensión del divisor junto con las capacidades en paralelo.

Figura 6. Sistema de medida patrón de cresta/√2 hasta 200 kV de tensión alterna.

El sistema utiliza un cable coaxial (Zc= 75 Ω) de aproximadamente 0,5 m para conectar el condensador de alta tensión con la rama de BT y otro cable coaxial (Zc= 75 Ω) de aproximadamente 10 m para conectar la salida de la rama de BT con el instrumento de medida. La longitud de los cables coaxiales afecta a la relación por lo que debe mantenerse fija.

La captura de la señal de tensión procedente del divisor capacitivo se realiza con un multímetro Agilent 3458A, el cual realiza la digitalización de la señal analógica en modo de funcionamiento de continua con un pequeño paso de integración y un pequeño intervalo de muestreo.

Las ventajas de este método frente al muestreo directo son un menor nivel de ruido, mayor resolución (hasta 28 bits) y una mayor frecuencia de muestreo (máximo 100 000 muestras por segundo). La principal desventaja de este modo de digitalización es la limitación en el ancho de banda de entrada (hasta 150 kHz), lo cual no supone ningún inconveniente para la medida de una onda de 50 Hz, pese a los eventuales armónicos contenidos en la señal medida que se consideran no superarán una frecuencia de 1 kHz.

En la figura 7 se muestra el flujograma del algoritmo de cálculo aplicado por el LCOE para mejorar la incertidumbre de medida.

El algoritmo realiza el muestreo de la señal durante 1 segundo con una frecuencia de muestreo igual a 4096 Hz y un tiempo de integración de 0,2 ms. Con estas condiciones de muestreo la frecuencia Nyquist resultante es igual a 2048 Hz. La aplicación informática desarrollada permite modificar el tiempo de integración y la frecuencia de muestreo cuando sea necesario.

Figura 7. Algoritmo de medida para determinar el valor de cresta.

Una vez muestreada la señal de tensión procedente del divisor capacitivo, los datos son transferidos al ordenador donde se realizan dos correcciones en el dominio de la frecuencia a la transformada rápida de Fourier (FFT) de la señal muestreada: la eliminación del error sistemático debido al tiempo de integración finito y la compensación de la limitación de ancho de banda del multímetro en el modo DCV. Antes de realizar la antitransformada de Fourier, para aumentar la resolución en el dominio del tiempo, se añaden ceros en la zona central del espectro que corresponde a frecuencias superiores a la de Nyquist. De esta forma se incrementa el número de puntos en el dominio del tiempo sin provocar distorsión armónica en la forma de onda. Una vez realizada la antitransformada se eliminan los cinco ciclos iniciales y finales del registro para evitar la influencia de las posibles oscilaciones provocadas por la transformada y la antitransformada de Fourier.

Para calcular el valor de cresta de la forma de onda, se detectan los valores absolutos de cresta positiva y negativa para cada ciclo de la señal reconstruida y se calcula su valor medio.

3. Capacidades metrológicas de alta tensión

3.1. Capacidades óptima de medida de alta tensión continua

La capacidad óptima de medida en alta tensión continua se evalúa considerando las contribuciones de incertidumbre [7] que intervienen en la mejor calibración de un sistema de medida igual al sistema patrón como el de la figura 3.

En la tabla 1 se muestra el balance de contribuciones de la CMC con la incertidumbre expandida (probabilidad de cobertura aproximada del 95 %) para el patrón nacional de 1 kV hasta 240 kV que resulta ser 84·10-6·U, cifra que mejora sobradamente el valor de 200·10-6·U reconocido por el Bureau Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) al LCOE en el año 2 003.

Tabla 1. Balance de incertidumbres para la capacidad óptima de medida del LCOE en alta tensión continua, rango de 1 kV hasta 200 kV.

  1. El factor de escala se corrige para cada nivel de tensión en el que se mide, no siendo necesario considerar esta contribución.
  2. El procedimiento de medida limita fuertemente esta contribución.
  3. Se realiza acondicionamiento de los sistemas comparados durante 24 horas antes de las medidas, en condiciones estables de temperatura [(23 ± 2) ºC] y humedad (< 60 %). Además, estas condiciones de temperatura y humedad son las mismas a las existentes durante la caracterización del sistema patrón.
  4. La aplicación informática del LCOE se limita a automatizar las medidas y transmitirlas a hojas de toma de datos sin efectuar tratamiento adicional de los mismos. Los estudios de validación de esta aplicación reflejan que éste no tiene influencia en el resultado de las medidas.

El proyecto internacional de comparación EURAMET.EM-S29 entre institutos de referencia e institutos delegados, que finalizó en el 2 011, en el campo de alta tensión continua de hasta 200 kV, evidenció que las incertidumbres expandidas declaradas en las medidas realizadas por el LCOE de 50·10-6·U (probabilidad de cobertura aproximada del 95 %) en el nivel de 1 kV y de 100·10-6·U (probabilidad de cobertura aproximada del 95 %) para los niveles de tensión hasta 200 kV, son consistentes con los resultados de la referida comparación [6]. La figura 8 muestra resultados de la comparación para el nivel de -1 kV y para el nivel de + 200 kV.

Figura 8. Resultados de la comparación internacional entre institutos de referencia para alta tensión continua de -1kV y +200 kV: LAT: Laboratorio de Alta Tensión del LCOE.

3.2. Capacidad óptima de medida de valor eficaz de alta tensión alterna

La capacidad óptima de medida del valor eficaz de alta tensión alterna se determina considerando las contribuciones de incertidumbre [7] que intervienen para la mejor calibración de un sistema de medida igual al sistema patrón. Las contribuciones a la incertidumbre de medida del valor eficaz de alta tensión alterna de 50 Hz / 60 Hz comprendido entre 1 kV y 240 kV son las indicadas en la tabla 2.

El balance de contribuciones indicado permite establecer una incertidumbre expandida (probabilidad de cobertura aproximada del 95 %) para el patrón nacional de medida del valor eficaz de alta tensión entre 1 kV hasta 240 kV de 311·10-6·U, cifra que mejora sensiblemente el valor de 500·10-6·U reconocido por el Bureau Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) al LCOE en el año 2 004.

El proyecto internacional de comparación EURAMET.EM-S33 entre institutos de referencia e institutos delegados, en el campo de alta tensión alterna de hasta 200 kV, pilotado por el LCOE, en fase de finalización (año 2012), evidencia que la incertidumbre expandida de las medidas realizadas por el LCOE de 350·10-6·U (probabilidad de cobertura aproximada del 95 %) en todo el rango de tensiones objeto de la comparación (de 1 kV hasta 200 kV), es consistente con los resultados de la comparación internacional.

Tabla 2. Balance de incertidumbres para la capacidad óptima de medida del LCOE en alta tensión alterna, medida de valor eficaz, rango 1 kV – 200 kV.

  1. Esta contribución no se considera porque para la capacidad óptima, el sistema patrón es caracterizado justo antes de las medidas, obteniéndose su factor de escala más preciso para las mismas, y no justificándose una contribución a la incertidumbre asociada a su variación en el tiempo.
  2. El procedimiento de medida evita esta contribución haciéndola despreciable frente a otras.
  3. Se realiza acondicionamiento de los sistemas comparados durante 24 horas antes de las medidas, en condiciones estables de temperatura [(23 ± 2) ºC] y humedad (< 60 %). Además, estas condiciones de temperatura y humedad son las mismas a las existentes durante la caracterización del sistema patrón.

3.3. Capacidad óptima de medida de valor de cresta de alta tensión alterna

De forma análoga a la medida del valor eficaz, para determinar la capacidad óptima de medida del valor de cresta de alta tensión alterna se consideran las contribuciones de incertidumbre [7] que intervienen en la mejor calibración de un sistema de medida igual al sistema patrón. Las contribuciones a la incertidumbre de medida del valor de cresta de alta tensión alterna de 50 Hz / 60 Hz con armónicos de frecuencias no superiores 1 kHz que produzcan una distorisión armónica máxima del 2,5% para tensiones de crestas/√2 comprendidas entre 1 kV y 200 kV son las indicadas en la tabla 3. El balance de contribuciones indicado permite establecer una incertidumbre expandida (probabilidad de cobertura aproximada del 95 %) para el patrón nacional de medida del valor de cresta/√2 de alta tensión comprendido entre 1 kV hasta 200 kV de 444·10-6·U, cifra que además de resultar inferior a la capacidad óptima de medida de 500·10-6·U reconocida por el Bureau Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) al LCOE en el año 2 004, amplía el campo metrológico ya que el reconocimiento anterior cubría las medidas de valor de cresta de tensiones alternas de 50 Hz o 60 Hz sin contenido de armónicos.

Consecuentemente el valor de la capacidad óptima actual del LCOE para la medida del valor de cresta/√2 de alta tensión alterna de 50 Hz, con contenido de armónicos del 2,5% de frecuencias no superiores a 1 kHz, es de 450·10-6·U (probabilidad de cobertura del 95 %), constituyendo esta una nueva capacidad de medida establecida por el LCOE que no había sido reconocida previamente por el Bureau Internacional de Pesas y Medidas (BIPM).

El proyecto internacional de comparación EURAMET.EM-S33 [4] entre institutos de referencia e institutos delegados, en el campo de alta tensión alterna de hasta 200 kV, pilotado por el LCOE, en fase de finalización (año 2012), evidencia que una incertidumbre expandida de las medidas realizadas por el LCOE, para una probabilidad de cobertura aproximada del 95 %, mejor de 400·10-6·U en el rango de tensiones objeto de la comparación (de 1 a 280 kV cresta/√2), es consistente con los resultados de la misma.

Tabla 3. Balance de incertidumbres para la capacidad óptima de medida del LCOE en alta tensión alterna, medida de valor de cresta, rango 1 kV – 280 kV.

  1. Esta contribución no se considera porque para la capacidad óptima, el sistema patrón es caracterizado justo antes de las medidas, obteniéndose su factor de escala más preciso para las mismas, y no justificándose una contribución a la incertidumbre asociada a su variación en el tiempo.
  2. El procedimiento de medida evita esta contribución, haciéndola despreciable frente a otras.
  3. Se realiza acondicionamiento de los sistemas comparados durante 24 horas antes de las medidas, en condiciones estables de temperatura [(23 ± 2) ºC] y humedad (< 60 %). Además, estas condiciones de temperatura y humedad son las mismas a las existentes durante la caracterización del sistema patrón.

4. Conclusiones

La trazabilidad de las medidas de altas tensiones continuas y alternas son trazadas a patrones nacionales depositados en el LCOE de la Fundación para el Fomento de la Innovación Industrial. La magnitud de alta tensión continua hasta 240 kV puede ser medida con una incertidumbre expandida (probabilidad de cobertura aproximada del 95 %) mejor de 100·10-6·U, para la medida de valores eficaces de tensiones alternas de 50 Hz o 60 Hz de hasta 240 kV la incertidumbre mejor es de 350·10-6·U y para valores de cresta /√2 de tensiones alternas de 50 Hz o 60 Hz de hasta 200 kV la incertidumbre óptima es de 450·10-6·U. Estas capacidades óptimas de medida mejoran las aprobadas hasta la fecha por el BIPM de 200·10-6·U para alta tensión continua de 240 kV y de 500·10-6·U para alta tensión alterna de valor eficaz y de valor de cresta. Los resultados de las comparaciones internacionales realizadas entre institutos nacionales metrológicos o delegados han permitido ratificar la mejora de las capacidades metrológicas nacionales en alta tensión continua y alterna.

Agradecimientos

Este LCOE desea agradecer muy expresamente la labor que el Centro Español de Metrología realiza en relación con el apoyo permanente para la mejora de las trazas, así como en la ayuda y cooperación en los proyectos de I+D+i en el área de la metrología de alta tensión.

Referencias bibliográficas
  • [1] “Desarrollo y caracterización de un sistema de medida de referencia de 200 kV para la medida del valor de cresta de alta tensión alterna de frecuencia industrial.” F. Garnacho, R. Martín y T. García. 4º Congreso Español de Metrología. Santander del 1 al 3 de Junio de 2 009.
  • [2] Referencia para Medida de Alta Tensión Continua a través de un Sistema basado en Divisor Zener. F. Garnacho, P. Simón, J. Palacios. 2º Congreso Español de Metrología. Sevilla, mayo 2000.
  • [3] Proyecto de comparación internacional EURAMET.EM-S21 (proyecto EUROMET Nº 599), “Comparison of AC voltaje ratio standards” (2 000 – 2 002). Metrología, 2005, 42, Tech. Supplement, 01004.
  • [4] Proyecto de comparación internacional EURAMET.EM-S33, “Traceability of AC high voltage reference measuring systems up to 200 kV”.
  • [5] “UNE-EN 60060-2:2012. Técnicas de ensayos de alta tensión. Parte 2: Sistemas de medida” AEN/CTN 207 – Transporte y Distribución de Energía Eléctrica. Equivalencia Internacional IEC 60060-2:2010
  • [6] Proyecto de comparación internacional EURAMET.EM-S29, “Traceability of DC high voltage reference measuring systems up to 200 kV” (2 007 – 2 010). Metrología, 2 012, 49, Tech. Supplement, 01001. EURAMET.EM-S29 Final Report, 2 011.
  • [7] Guía GUM, EA-4/02: “Guide to the expression of the Uncertainty of Measurement in Calibration”.
Sending
Puntuación del usuario
0 (0 votos)

Intercomparación de resultados adquiridos sobre formas geométricas complejas con máquinas de medir por coordenadas

Previous article

Medida de la energía en la industria del gas natural. Control metrológico, trazabilidad e incertidumbre

Next article

Comentarios

Deja un comentario

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.

Login/Sign up