El Instituto Técnico de Investigación de Suecia SP elige el ScopeCorder DL850 de Yokogawa como equipo de adquisición para sus ensayos de impulsos de alta tensión

El ScopeCorder DL850 de Yokogawa es el núcleo del banco de pruebas y calibración desarrollado por SP (Instituto Técnico de Investigación de Suecia: http://www.sp.se) para impulsos de altas tensión basado en el estándar internacional IEC60060.
Los equipos de alta tensión de la red eléctrica corren un alto riesgo de ser sometidos a las sobretensiones transitorias causadas por los rayos. Hay diversos estándares relativos a cómo poner a prueba la capacidad de dichos equipos para sobrevivir a estas condiciones adversas, como la IEC60060 que define las pruebas con un impulso simulado de tipo rayo. Su tensión se define en dicho estándar como una forma de onda exponencial-doble ideal, con un tiempo de subida de 1.2 µs y un tiempo de caía al 50% de 50 µs.
En las pruebas reales, el generador de impulsos crea a menudo una forma de onda distorsionada con oscilaciones a frecuencias altas. Las investigaciones al respecto han demostrado que estas oscilaciones tienen un impacto pequeño en la resistencia eléctrica del equipo bajo prueba, y la IEC60060 especifica un filtro estandarizado que se ajusta a los resultados experimentales: se trata de un filtro digital que debe aplicarse a los datos medidos ya digitalizados.
Hay tres parámetros fundamentales para medir un impulso de tipo rayo: la tensión de pico, el tiempo de subida y el tiempo de caída al valor medio. Estos parámetros deben medirse a tensiones de 1000 kV y superiores. El equipo a probar y el divisor de alto voltaje son ambos de un tamaño considerable (hasta 10 ó 20 metros de altura) y esto, junto al requisito de una respuesta plana en frecuencia desde DC hasta el rango de MHz, implica unos retos significativos a la hora de diseñar y calibrar el sistema de medida.
La IEC60060 requiere que las pruebas se realicen con equipos de medida con una calibración trazable. Pero, como se ha comentado, los equipos que soportan los citados niveles de tensión no son fácilmente transportables a un laboratorio de calibración, por lo que SP ha desarrollado un banco de pruebas, con el DL850 como parte integral del mismo, para llevar el laboratorio de calibración hasta el cliente.
El sistema de medida de alta precisión de SP, para tensiones hasta 500 kV, dispone de trazabilidad según patrones estándares de medida reconocidos internacionalmente. Por encima de 500 kV, la linealidad del sistema se prueba con otros métodos reconocidos por el estándar.
La primera etapa del sistema de medida es un divisor de tensión resistivo. El factor de escala se determina midiendo la resistencia DC, y luego se extiende hasta el rango de MHz midiendo su respuesta usando un generador especial con pasos de 200 V, y aplicando métodos de convolución. Los cables, atenuadores y terminaciones son también parte del sistema, por lo que sus valores de resistencia son tenidos en cuenta a la hora de determinar el factor de escala. La respuesta en frecuencia del sistema completo es plana hasta al menos 500 MHz, lo que supone unas prestaciones excelentes.
El digitalizador que venía usando SP ya era muy antiguo, por lo que su precisión ya no era la requerida. Los requisitos mínimos para el sistema de adquisición, de acuerdo con la IEC61083-1, son una velocidad de muestreo de 60 MS/s y 9 bits de resolución vertical, como mínimo. Estos valores pueden parecer no demasiado exigentes para la mayoría de aplicaciones, donde normalmente se exige o bien una alta velocidad de muestreo o bien una alta resolución. Pero la combinación de unas prestaciones medias-altas en ambos sentidos es poco frecuente.
Cuando el equipo de SP comenzó a buscar un sustituto para su viejo equipo, el DL850 de Yokogawa era uno de los candidatos. Se eligió finalmente al demostrar ser el equipo óptimo para medidas de impulsos de alta tensión con gran precisión, con el valor añadido de poder controlar todos los parámetros de operación mediante ordenador.
El DL850 se calibró usando un calibrador de impulsos de tensión calculables desarrolado en la Universidad de Helsinki por el Dr. Jari Hällström, que obtuvo errores en la tensión de pico por debajo del 0.4%, y en el tiempo por debajo del 1.5% para un impulso estándar de 0.84/50 µs. Ambos errores están muy por debajo de los exigido para esta aplicación, ya que el estándar establece para el sistema de medida una incertidumbre expandida por debajo del 1% para la tensión de pico, y del 5% para los parámetros temporales.
SP ha desarrollado su propio software, que utiliza para controlar el DL850 y para analizar los resultados. Esta última parte está disponible al público en www.sp.se/lightning.
Asimismo, SP participa en los trabajos de estandarización, y su software forma parte de las medidas "round robin" que se llevan a cabo para establecer los valores de referencia en la próxima revisión de la IEC61083-2 (Requisitos para el software de medidas de impulsos tipo rayo). Es importante para SP poder controlar todos los aspectos del software, con el fin de garantizar la calidad de sus medidas, haciendo más importante todavía el uso de un equipo que pueda acceder de manera eficiente a los datos de las medidas en bruto. El hecho de que el DL850 se comunique utilizando el protocolo VISA fue, por lo tanto, otro punto a su favor.
El ScopeCorder DL850 de Yokogawa es un instrumento versátil que combina los beneficios de un osciloscopio de alta velocidad y de un registrador tradicional (de ahí su nombre, que combina las palabras en inglés Oscilloscope y Recorder).
El equipo permite la adquisición de datos a alta velocidad (hasta 100 MS/s), puede registrar hasta 128 canales y grabar en tiempo real, dispone de una interfaz de usuario sumamente intuitiva y una capacidad de cálculo muy superior a la de un osciloscopio convencional, y cuenta con una gran variedad de interfaces de comunicación que le dotan de una gran facilidad de uso. Una característica clave en medidas eléctricas como las de impulsos de alta tensión es su módulo (de entre los 17 disponibles) de entradas aisladas de 100 MS/s y 12 bits de resolución.