Sensores de corriente para la medida de descargas parciales

Este trabajo va a realizar parte del estudio y diseño de unos nuevos sensores para la medida de descargas parciales en sistemas GIS (Gas Insulated Substations), variantes de las subestaciones eléctricas de corte al aire que ocupan menos espacio. Se basa en conductores encapsulados en tuberías con gas a altas presión por los que circula la corriente.

Las descargas parciales, (cortocircuitos parciales que generan pulsos de corta duración, nanosegundos, previos al cortocircuito total), se han medido hasta ahora mediante antenas de UHF. En este trabajo se desea diseñar un sensor con un método innovador para medir las descargas parciales, a través de un transformador de corriente y una etapa amplificadora.

Se desarrollarán dos funciones principales dentro de la creación de todo el sensor. Por un lado, se hará un trabajo de investigación exhaustivo sobre el transformador de corriente, que es la parte principal del sensor. La correcta comprensión de dicha parte del sensor permitirá luego desarrollar la segunda función de este trabajo, el diseño de la parte amplificadora que necesita el sensor.

Dentro del estudio del transformador se diferencia el estudio de las propiedades del transformador y del cable coaxial, el estudio de su respuesta en frecuencia y el análisis de los primeros ensayos realizados.

La segunda parte de este trabajo se basa en desarrollar una etapa amplificadora que permita analizar la señal recibida. Se realiza un estudio teórico para poder comprender los efectos que producen los cambios en los elementos de los amplificadores operacionales, tras lo cual se diseñan dos etapas amplificadoras, una cuyo objetivo es amplificar y otra filtrar.

Como conclusión principal se ha buscado la solución industrial que mejor se adapta a las necesidades del proyecto. Finalmente, con dos amplificadores operacionales LM7171 de la marca Farnell podríamos implementar la etapa diseñada.

The aim of this project is to analyse and develop part of the design of a new sensor to measure partial discharges in GIS systems (Gas Insulated Substations), that occupies less space. Its composed of a conductor surrounded by high pressure gas in pipes through which the current flows.

Up until now, partial discharges, short circuits that generate short duration pulses, have been measured with UHF antennas. In this project an innovative method for measuring will be implemented by the sensor, that consists of an already existing current transformer and an amplifier stage to be designed. The partial discharges are measured on the outsides of the tubes.
Two main tasks will be carried out in this project. On one side, some thorough research work will be done on the current transformer, which is the main part of the sensor. The correct understanding of this part of the sensor will provide the necessary insight to develop the second task of this project, the design of the amplifier stage of the sensor.

Within the study of the current transformer, a distinction can be made between the properties of the transformer and those of the coaxial cable. The frequency response of the PSpice model and the first trials where analysed for the future designed of the amplifier stage.

The amplifier stage of this project will enhance the output signal of the transformer. A good theoretical study is needed to understand what the effects of changing the different parameters of the amplifiers are. After doing so two amplifying stages were designed, one to amplify and one to filter.

To conclude, an industrial amplifier that meets the requirements of the sensor has been chosen. With two LM7171 amplifiers from Farnell this stage can be implemented.