PROGRAMACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE INTERFAZ GRÁFICA …
72
1 PROGRAMACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE INTERFAZ GRÁFICA APLICADA AL OSCILOSCOPIO TEKTRONIX DPO 7054C PARA PRUEBAS TIPO IMPULSO EN EL LABORATORIO DE ALTA TENSIÓN DE LA UNIVERSIDAD DISTRITAL FJDC AUTORES: HAROLD PEÑA MEDINA GILBERTO VELASCO CABANZO UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD BOGOTÁ D.C. 2017
Transcript of PROGRAMACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE INTERFAZ GRÁFICA …
1
PROGRAMACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE INTERFAZ GRÁFICA APLICADA AL OSCILOSCOPIO
TEKTRONIX DPO 7054C PARA PRUEBAS TIPO IMPULSO EN EL LABORATORIO DE ALTA
TENSIÓN DE LA UNIVERSIDAD DISTRITAL FJDC
AUTORES:
HAROLD PEÑA MEDINA
GILBERTO VELASCO CABANZO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ D.C. 2017
2
PROGRAMACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE INTERFAZ GRÁFICA APLICADA AL OSCILOSCOPIO
TEKTRONIX DPO 7054C PARA PRUEBAS TIPO IMPULSO EN EL LABORATORIO DE ALTA
TENSIÓN DE LA UNIVERSIDAD DISTRITAL FJDC
AUTORES:
HAROLD PEÑA MEDINA
GILBERTO VELASCO CABANZO
TRABAJO DE GRADO PARA OBTENER EL TITULO DE TECNOLÓGO EN ELECTRICIDAD
DIRECTOR DEL PROYECTO
CARLOS ALBERTO AVENDAÑO AVENDAÑO
INGENIERO ELECTRICISTA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ D.C. 2017
3
Nota de aceptación
El proyecto de grado titulado “PROGRAMACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE INTERFAZ GRÁFICA
APLICADA AL OSCILOSCOPIO TEKTRONIX DPO 7054C PARA PRUEBAS TIPO IMPULSO EN EL
LABORATORIO DE ALTA TENSIÓN DE LA UNIVERSIDAD DISTRITAL FJDC” realizado por HAROLD
PEÑA MEDINA y GILBERTO VELASCO CABANZO recibió la calificación de APROBADO por cumplir
con los objetivos propuestos para obtener el título de tecnólogo en electricidad.
__________________________
Firma director del proyecto: Ing. CarIos Avendaño A
__________________________
Firma del jurado: Ing. Henry Ibáñez
Bogotá D.C. febrero de 2017
4
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a mis padres quienes
me han apoyado durante toda mi carrera
Dedico este trabajo a mi abuela quien siempre
confió y me apoyo durante toda la carrera
Harold
Con mucho cariño dedico este trabajo a mi familia quienes me
han apoyado durante toda mi carrera y quiero recordarles que:
“mis triunfos serán nuestros triunfos”.
Gilberto
5
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a las siguientes personas por su colaboración:
Carlos Alberto Avendaño Avendaño, Ingeniero Electricista de la Universidad Nacional de
Colombia, tutor del proyecto de grado, agradecimiento especial por el acompañamiento e
instrucción durante la realización del proyecto.
Diego Armando Giral Ramírez, Ingeniero Electricista de la Universidad Distrital Francisco José de
Caldas, quien compartió amablemente su conocimiento sobre programación y nos guio durante
el desarrollo de la misma.
Alexander Rodríguez García, Ingeniero en Redes y Distribución de la Universidad Distrital
Francisco José de Caldas, quien nos colaboró con las pruebas realizadas en el laboratorio de alta
tensión y nos brindó sus conocimientos sobre ellas.
José Danilo Rairán, Doctor en ingeniería de sistemas y computación de la Universidad Nacional
de Colombia quien nos colaboró e instruyo con el diseño del filtro aplicado a las pruebas.
David Aguilar Rodríguez, Tecnólogo en Electricidad de la Universidad Distrital Francisco José de
Caldas, quien nos brindó un gran apoyo en el laboratorio de alta tensión y en el desarrollo del
Guide en Matlab.
Profesores de las distintas cátedras, por su enseñanza teórica y práctica durante toda nuestra
Carrera.
6
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 10
2. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 11
2.1 Pruebas tipo impulso ........................................................................................................ 11
2.1.1 Impulso tipo rayo onda completa ............................................................................. 11
2.1.2 Impulso tipo rayo onda recortada ............................................................................ 13
2.1.3 Impulso tipo maniobra .............................................................................................. 14
2.1.4 Impulso de corriente ................................................................................................. 14
2.1.5 Medición de impulsos ............................................................................................... 15
3. METODOLOGÍA ....................................................................................................................... 17
3.1 Cómo se realizó ........................................................................................................... 17
3.2 Limitaciones ................................................................................................................ 18
3.3 Fase de consulta ......................................................................................................... 18
3.4 Osciloscopio Tektronix DPO 7054C ............................................................................ 18
3.4.1 Cómo funcionan los DPOs .................................................................................. 19
3.4.2 Almacenamiento de información ...................................................................... 20
3.4.3 Uso del trigger ........................................................................................................... 22
3.5 Pruebas realizadas ...................................................................................................... 22
3.5.1Prueba en vacío 100[MS/s] ........................................................................................ 23
3.5.2 Prueba en vacío 500[MS/s] ....................................................................................... 24
3.5.3 Prueba en vacío 1 [GS/s] ........................................................................................... 25
3.6 Diseño del filtro ................................................................................................................. 26
3.6.1 Código del filtro ......................................................................................................... 27
3.6.2 Señal original Vs señal filtrada .................................................................................. 28
3.6.3 Señal filtrada .............................................................................................................. 29
3.7 Simulación de impulsos en ATPDraw .............................................................................. 29
3.7.1 Impulso tipo rayo onda recortada ............................................................................ 29
3.7.2 Impulso tipo maniobra .............................................................................................. 31
3.7.3 Impulso de corriente ................................................................................................. 33
3.7.4 Impulso de corriente críticamente amortiguado ....................................................... 34
3.7.5 Consideraciones sobre el simulador ATP .................................................................. 36
3.8 Diseño de un Guide .......................................................................................................... 36
3.8.1 Inicio ........................................................................................................................... 36
7
3.8.2 Propiedades de los componentes ................................................................................ 39
3.8.3 Programación de los componentes .......................................................................... 40
3.8.4 Tipos de archivo de la aplicación .............................................................................. 40
3.9 Diseño de la interfaz grafica ............................................................................................. 41
3.9.1 Diseño del guide principal ......................................................................................... 41
3.9.2 Diseño del Guide secundario .................................................................................... 45
4 RESULTADOS ....................................................................................................................... 51
5 CONCLUSIONES ................................................................................................................... 52
6 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 53
7 ANEXOS ............................................................................................................................... 55
7.1 ATPDraw ........................................................................................................................... 55
7.1.1 Inicio ........................................................................................................................... 55
7.1.2 Características del circuito ........................................................................................ 55
7.1.3 Insertar un elemento ................................................................................................. 57
7.1.4 Nombrar los nodos .................................................................................................... 57
7.1.5 Correr la simulación ................................................................................................... 58
7.1.6 Graficar ...................................................................................................................... 60
7.2 Código fuente del programa IMPULSES ........................................................................... 61
7.2.1 Interfaz de inicio ........................................................................................................ 61
7.2.2 Interfaz secundaria (Es el mismo código para las otras cuatro) ................................ 63
7.3 Registro fotográfico prueba Impulso tipo rayo onda completa Laboratorio de Alta
Tensión Universidad Distrital Francisco José de Caldas. ....................................................... 70
8
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 Onda Normalizada 1.2/50µs, fuente IEC 60-2. ....................................................... 11
Ilustración 2 Generación del impulso tipo rayo onda completa. ................................................ 12
Ilustración 3 Impulso tipo rayo onda recortada, fuente IEC 60-2. .............................................. 13
Ilustración 4 Impulso tipo maniobra, fuente IEC 60-2. ............................................................... 14
Ilustración 5 Impulso de corriente sobreamortiguado. .............................................................. 15
Ilustración 6 Impulso de corriente críticamente amortiguado. .................................................. 15
Ilustración 7 Organigrama del proyecto. .................................................................................... 17
Ilustración 8 Almacenamiento de datos osciloscopios DPOs ...................................................... 19
Ilustración 9 Captura de pantalla desde el osciloscopio DPO 7054c .......................................... 20
Ilustración 10 Guardar como forma de onda digital ................................................................... 21
Ilustración 11 Exportar como datos en formato .csv .................................................................. 21
Ilustración 12 Configuración del Trigger ..................................................................................... 22
Ilustración 13 Prueba en vacío 100[MS/s] .................................................................................. 23
Ilustración 14 Prueba en vacío 500[MS/s] .................................................................................. 24
Ilustración 15 Prueba en vacío 1 [GS/s] ...................................................................................... 25
Ilustración 16 Diseño del filtro. ................................................................................................... 26
Ilustración 17 Código del filtro. ................................................................................................... 27
Ilustración 18 Señal original Vs señal filtrada ............................................................................. 28
Ilustración 19 Señal filtrada......................................................................................................... 29
Ilustración 20 Circuito simulador del impulso tipo rayo onda recortada en ATPDRaw .............. 29
Ilustración 21 Valores del condensador de carga del circuito .................................................... 30
Ilustración 22 Simulación impulso tipo rayo onda recortada ..................................................... 30
Ilustración 23 Circuito simulador del impulso tipo maniobra en ATPDraw ................................ 31
Ilustración 24 Características del generador de impulsos tipo rayo de ATPDraw ...................... 31
Ilustración 25 Simulación impulso tipo maniobra en ATPDraw. ................................................. 32
Ilustración 26 Circuito simulador de impulso de corriente sobreamortiguado en ATPDraw ..... 33
Ilustración 27 Características del generador de impulsos de ATPDraw para el impulso de
corriente. ..................................................................................................................................... 33
Ilustración 28 Simulación del Impulso de corriente sobreamortiguado en ATPDraw ................ 34
Ilustración 29 Circuito simulador del impulso de corriente críticamente amortiguado en
ATPDraw ...................................................................................................................................... 34
Ilustración 30 Simulación del Impulso de corriente críticamente amortiguado en ATPDraw .... 35
Ilustración 31 Ícono para el inicio del guide. ............................................................................... 37
Ilustración 32 Ventana de inicio de GUIDE. ................................................................................ 37
Ilustración 33 Entorno de diseño. ............................................................................................... 38
Ilustración 34 Herramientas de GUIDE. ...................................................................................... 38
Ilustración 35 Componentes etiquetados. .................................................................................. 39
Ilustración 36 Opciones del componente. .................................................................................. 39
Ilustración 37 Opción Property Inspector. .................................................................................. 40
Ilustración 38 Función para programar un botón en Guide. ...................................................... 40
Ilustración 39 Variables modificables en un recuadro. ............................................................... 42
Ilustración 40 Visualización previa de la interfaz del Guide principal. ........................................ 43
9
Ilustración 41 interfaz del Guide principal . ................................................................................ 43
Ilustración 42 llamar Guide secundario en el código del Guide principal. .................................. 44
Ilustración 43 vista previa de la interfaz del Guide secundario. ................................................. 45
Ilustración 44 Toolbar. ................................................................................................................ 46
Ilustración 45 elementos disponibles para generar un Toolbar. ................................................ 46
Ilustración 46 Espacio para el código en el Guide. ...................................................................... 47
Ilustración 47 variable assignin. .................................................................................................. 47
Ilustración 48 Uso del ‘set’ para nombrar variables. .................................................................. 48
Ilustración 49 Programación del axes. ........................................................................................ 48
Ilustración 50 Interfaz secundaria terminada. ............................................................................ 49
Ilustración 51 Uso del Toolbar en la interfaz secundaria. ........................................................... 50
Ilustración 52 Nuevo proyecto ATPDraw. ................................................................................... 55
Ilustración 53 Modificar características del circuito. .................................................................. 56
Ilustración 54 Parámetros del circuito. ....................................................................................... 56
Ilustración 55 Insertar elemento. ................................................................................................ 57
Ilustración 56 Nombrar nodos. ................................................................................................... 58
Ilustración 57 Nombrar simulación. ........................................................................................... 58
Ilustración 58 Correr simulación. ................................................................................................ 59
Ilustración 59 Validación de la simulación. ................................................................................. 59
Ilustración 60 Graficar resultados. .............................................................................................. 60
Ilustración 61 Gráficas de la simulación. ..................................................................................... 60
Ilustración 62 Montaje generador de impulsos tipo rayo. .......................................................... 70
Ilustración 63 Diodo rectificador, aislador, resitencia de frente y resistencia de cola. .............. 70
Ilustración 64 Espinterómetro. ................................................................................................... 71
Ilustración 65 Montaje aislado con la jaula de Faraday. ............................................................. 71
Ilustración 66 Osciloscopio DPO 7054C ...................................................................................... 72
10
1. INTRODUCCIÓN
En la Universidad Distrital FJDC, se cuenta con la disposición de un osciloscopio de fósforo digital, el cual combina las características de un osciloscopio analógico con las de uno digital, esto con el fin de mejorar la precisión en sus medidas aumentando el número de muestras. Además tiene un gran número de funciones que vale la pena explotar, ya que cuenta con el sistema operativo Windows 7, lo que implica que se pueden desarrollar varios tipos de aplicaciones o interfaces gráficas. Hemos realizado la programación de una interfaz gráfica para las pruebas tipo impulso, específicamente cuatro pruebas: impulso tipo rayo onda completa, impulso tipo rayo onda recortada, impulso de corriente e impulso tipo maniobra, con el fin de ser aplicadas a equipos que se puedan acoplar a un sistema de potencia. Para ello se debe cumplir con las normas nacionales e internacionales, donde se definen una serie de procesos; dentro de los cuales se encuentran las pruebas eléctricas en el campo de distribución y media tensión. En dichas pruebas se evidencian algunas deficiencias técnicas y tecnológicas. Una de las deficiencias más importantes es que esta operación es visualizada en el osciloscopio, pero las medidas de los parámetros normalizados, como lo son: el tiempo de frente, el valor pico y el tiempo de cola; son tomados manualmente. Esto se ve reflejado en la calidad de la información, también cabe resaltar que realizar esta tarea puede resultar muy tediosa y prolongada, además de que se generen ruidos y el osciloscopio no entrega una señal pura, por lo cual algunas medidas suelen ser incorrectas o con un porcentaje de error mayor, ya que realmente estamos visualizando ruidos e interferencias. Es por esto que mejoramos la calidad de las pruebas tipo impulso y la optimización del tiempo para cualquier objeto de prueba en el laboratorio. Esta aplicación automatiza la toma de medidas para dicha prueba y servirá de apoyo al desarrollo de la formación del estudiante en el área de la alta tensión. La implementación de lo anterior ha sido realizada por medio del entorno de programación visual de GUIDE disponible en MATLAB, el cual facilita la unión entre la parte matemática y la interfaz gráfica del usuario. Esperamos que este proyecto sea una gran iniciativa para que se desarrollen más estudios relacionados con este osciloscopio, ya que es una gran herramienta con la que cuenta la universidad y no se está aprovechando al máximo.
11
2. MARCO TEÓRICO
2.1 Pruebas tipo impulso
La definición de impulso según la norma IEC 60-1 es: Voltaje o corriente transitorio aplicado intencionalmente, los cuales normalmente suben rápidamente al valor de cresta y caen a cero más despacio. Para propósitos especiales, se usan impulsos que tienen una subida a la cresta aproximadamente lineal u oscilación aproximadamente de forma rectangular. El término impulsos también es conocido como "ola" con referencia a transitorios que ocurre en equipos eléctricos o en las redes en servicio. La generación de tensiones de impulso permite probar la capacidad que tienen los equipos eléctricos a las sobretensiones durante su operación. Estas sobretensiones suelen ser ocasionadas por descargas atmosféricas y operaciones de maniobra. Impulsos tipo rayo y tipo maniobra; una diferencia entre estos dos impulsos está dada por su duración, impulsos con duración de uno en el frente y unas pocas decenas de microsegundos en su cola son considerados impulsos tipo rayo, mientras que impulsos tipo maniobra tienen decenas de microsegundos en su frente y cientos de microsegundos en su cola estos tienen una duración mucho mayor que los tipo rayo.
2.1.1 Impulso tipo rayo onda completa
En la actualidad la onda de impulso tipo rayo utilizada para demostrar la capacidad de los
equipos eléctricos a sobretensiones es la onda 1.2/50[µs]. Esta onda reproduce la mayoría de
los efectos severos por sobretensiones debido a descargas atmosféricas. Tiene un frente de onda rápido y una distribución de voltaje no lineal, como se muestra en la ilustración 1.
Ilustración 1 Onda Normalizada 1.2/50µs, fuente IEC 60-2.
12
Donde: V(t): Tensión del objeto de prueba. T: Tiempo transcurrido del 30% al 90% de V(t). T1: 1.67T (Tiempo de frente) T2: 0.3T1=0.5T, 50% de V(t), descenso del impulso (Tiempo de cola). La generación de estas ondas de impulso en la Universidad Distrital FJDC facultad tecnológica se puede lograr mediante el circuito de la ilustración 2.
Ilustración 2 Generación del impulso tipo rayo onda completa.
Donde: T: Transformador de AT. Ra: Resistencia de protección. RL: Resistencia Limitadora. D: Diodo Rectificador de Onda. C1: Condensador de Descarga. Vc: Tensión de carga. Gap: Espinterómetro de esferas. R2: Resistencia de cola. R1: Resistencia de Frente. Co: Condensador de Carga. V(t): Tensión del Objeto de prueba. El generador de impulsos se alimenta por medio de un transformador y a su salida se encuentra una resistencia de protección que comúnmente es construida en agua, de ésta sigue una resistencia limitadora la cual, como su nombre lo indica, limita la corriente al orden de [mA]. Luego con una tensión continua obtenida por medio del diodo rectificador, se tiene la tensión de carga del condensador C1, dado por la fórmula:
𝐸 =𝑉2 ∗ C
2
En el espinterómetro se produce una ruptura dieléctrica, ya sea por alcanzar un valor alto de carga o por acercamiento de las esferas a una distancia tal que se produzca un arco entre ellas, el valor de tensión en que ocurre este arco es Vc.
13
Cuando la tensión Vc entre los electrodos del condensador C1 alcanza la tensión de cebado del explosor, la tensión en bornes de la resistencia R1 y del objeto en ensayo se eleva bruscamente. La elevación de la tensión en C2 está determinada por la resistencia de amortiguamiento R2, llamada resistencia de frente o serie y por la capacidad. Cuando se produce la ruptura dieléctrica en el espinterómetro el condensador acumulador de energía C1 se empieza a descargar por medio de la resistencia de frente ya que es de un valor mucho más bajo que la resistencia de cola, así se carga por medio de esta resistencia el condensador C2. En el momento en que tienen el mismo nivel de tensión los dos condensadores se descargan a través de las resistencias de frente y cola. En estas condiciones se aplica una tensión al objeto de prueba que se encuentra conectado en paralelo con la capacidad C2, las resistencias R2 y R1 controlan el frente y la cola de la onda respectivamente para dar la forma y tiempos normalizados. Esto para la prueba tipo rayo ya que es sencillo realizar este montaje en el laboratorio de alta
tensión para obtener la onda 1,2/50 [µs]. Para las pruebas de corriente, de maniobra y tipo rayo
onda recortada se acudió al programa ATPDraw, en el cual se pueden simular estas pruebas ajustando unos parámetros y con esto se entregaran datos en formato Excel para que luego estos sean trabajados en MATLAB, de igual manera si la prueba puede ser realizada en el laboratorio de alta tensión la interfaz gráfica mostrará todos los resultados de la prueba.
2.1.2 Impulso tipo rayo onda recortada
Para este tipo de impulso los parámetros de tiempo de frente y de cola son los mismos que
en una onda tipo rayo 1.2 [µs] ±30% para el frente, pero en el tiempo de corte en la cola Tc
debe presentarse una caída de la onda con una pendiente mucho más pronunciada como se puede observar en la ilustración 3, el valor de tiempo de corte Tc debe ser mayor a los 6.5
[µs].
Ilustración 3 Impulso tipo rayo onda recortada, fuente IEC 60-2.
14
2.1.3 Impulso tipo maniobra
Para este tipo de impulso se tiene en cuenta el tiempo pico Tp, es el tiempo de duración desde
cero al valor pico, este valor debe estar entre los 250 [µs] ±20%, tiempo del 90% Td, es el tiempo
en el cual la onda supera el 90% de su valor pico y no tiene un rango determinado de tiempo, el
tiempo de cola T2 es el tiempo en el cual el impulso va desde cero hasta que decae al 50% de su
valor pico, como se muestra en la ilustración 4, dicho tiempo de cola debe estar alrededor de
los 2500 [µs] ±60%. Este tipo de impulsos tienen una duración muy larga comparándolos con
un impulso tipo rayo, además de que aceptan un gran margen de tiempo como en su T2.
Ilustración 4 Impulso tipo maniobra, fuente IEC 60-2.
2.1.4 Impulso de corriente
2.1.4.1 Impulso de corriente sobreamortiguado
Para este tipo de impulso se tiene en cuenta el tiempo de frente de 8 [µs] ±10% y tiempo de
cola de 20[µs] ±10%, también es necesario calcular los valores del 90% y del 10% de su valor
pico de corriente, como se observa en la ilustración 5.
15
Ilustración 5 Impulso de corriente sobreamortiguado.
2.1.4.2 Impulso de corriente críticamente amortiguado
Ilustración 6 Impulso de corriente críticamente amortiguado.
2.1.5 Medición de impulsos
Los sistemas de medida para voltajes de impulso tipo rayo y maniobra deben ser capaces de registrar cambios de voltaje muy amplios. Consecuentemente los componentes del sistema deberán tener una buena respuesta transitoria. Para lograr una medida práctica se requiere llevar la señal de alto voltaje o corriente a valores manejables y no peligrosos por medio de elementos previamente diseñados, como un divisor de tensión, el cual debe permitir medir una
16
señal fiel en los terminales de la rama de Baja Tensión con respecto a la tensión aplicada en la rama de Alta Tensión. Para la medida de tensiones de impulso se pueden emplear los siguientes divisores:
1. Divisores resistivos puros.
2. Divisores capacitivos puros.
3. Divisores resistivos compensados.
4. Divisores capacitivos amortiguados Estos divisores deben cumplir con las siguientes exigencias, para no afectar las mediciones:
1. La tensión que se lee en los terminales de baja tensión debe ser una representación fiel de la aplicada en los terminales de alta tensión.
2. La relación de transformación del divisor debe ser independiente de la frecuencia, la tensión, la temperatura y la polaridad; además, no se debe ver afectado por influencias externas.
3. La influencia del divisor sobre el circuito que se mide debe ser mínima.
17
3. METODOLOGÍA
El proyecto se realizó en Bogotá DC, una parte en la Universidad Distrital FJDC facultad Tecnológica, donde se realizaron pruebas en el laboratorio de Alta Tensión y reuniones con el director de la propuesta, Carlos Alberto Avendaño Avendaño, para determinar los requerimientos y características necesarias para la programación de la interfaz, y la otra parte se desarrolló desde la vivienda, también lo realizamos en diferentes lugares donde se tenía acceso a un ordenador con MATLAB y ATP.
El proyecto se desarrolló en cuatro fases, la primera de consulta, la segunda de pruebas y simulaciones, la tercera de diseño y programación y la cuarta de pruebas finales e instalación.
Ilustración 7 Organigrama del proyecto.
3.1 Cómo se realizó
El proyecto fue realizado en varias etapas, una de ellas y quizá la más importante fue
realizando pruebas en el laboratorio de alta tensión, generando impulsos tipo rayo de onda
completa con ayuda del circuito que se presentó anteriormente, al realizar esto se abrió la
posibilidad de evaluar diferentes casos en los que se realizan estas pruebas, el más sencillo
es realizar la prueba en vacío para tener el impulso 1,2/50[µs], sin embargo esto generaba
grandes problemas, el Osciloscopio Tektronix DPO 70 54C nos mostraba impulsos con
mucho ruido si bien sus tiempos se mantenían era imposible tener los valores de frente valor
pico entre otros, en ese momento nos dimos cuenta que teníamos que diseñar un filtro para
eliminar ese ruido, este ruido representa frecuencias del orden del [MHz], así que
18
básicamente diseñamos un filtro en Simulink una herramienta que posee Matlab y
ajustamos dos valores que pueden ser variados por el usuario, con ellos es posible filtrar
ciertas frecuencias hasta que el impulso quede prácticamente sin ruido, ya que todos los
impulsos no generan el mismo ruido, al poder ser ajustados dichos valores esto no será
ningún problema, simplemente variamos los valores hasta filtrar el ruido y el impulso no
sufre ningún cambio.
Después de esto simulamos en ATP los impulsos tipo rayo onda recortada, tipo maniobra e
impulso de corriente y los transferimos a Matlab donde empezamos a programar la interfaz
gráfica y finalmente lo aplicamos al Osciloscopio Tektronix DPO 70 54C.
3.2 Limitaciones
Una de las mayores limitaciones en este proyecto era la generación de impulsos en el
laboratorio ya que necesitábamos una configuración en especial para lograr el impulso tipo
rayo onda completa y este debía ser en vacío, el impulso de corriente también puede ser
realizado en el laboratorio, sin embargo estaba presentando inconvenientes uno de los
equipos por lo cual se acudió al programa ATP para simular los demás impulsos, sin embargo
la interfaz gráfica desarrollada está programada para ser capaz de representar los impulsos
bien sean simulados o sean pruebas reales ya que los valores que se usaron en ATP son los
mismos que se obtienen en una prueba lo único que varía fuertemente es el ruido y el
tiempo de muestreo, pero para eso aplicamos el filtro para cada una de dichas pruebas.
3.3 Fase de consulta
Esta fue la primer etapa del proyecto donde nos relacionamos con los diferentes tipos de
impulsos, lo primero que estudiamos fue el impulso tipo rayo onda completa, se hizo el
estudio de la normatividad que define estos tipos de impulsos como lo son IEC 60-2 ANSI-
IEEE C57-12-90 NTC 3600 entre otras, se estudió el circuito para generar el impulso tipo
rayo, se averiguo en que software podríamos realizar la programación la mejor opción fue
Matlab por su interfaz gráfica Guide, luego de esto se estudió detalladamente el manual del
Osciloscopio Tektronix DPO 70 54C para ver sus alcances y limitaciones.
3.4 Osciloscopio Tektronix DPO 7054C
Este osciloscopio es un equipo muy avanzado que funciona con un sistema operativo de
Windows 7, cuenta con una memoria RAM de 8 [GB] y un procesador de 3.00[GHz] a 64Bits,
con un impresionante tiempo de muestreo de 20 [GS/s] máximo, es decir 209datos por
segundo. Para que el equipo tenga un buen funcionamiento debemos usarlo de la siguiente
manera:
19
100-240 Vrms ±10% 50-60 Hz 550 [W]máximo
115 Vrms ±10%. 400 Hz
3.4.1 Cómo funcionan los DPOs
A diferencia de otros osciloscopios, los osciloscopios de fósforo digital (DPOs) adquieren
datos de onda ininterrumpidamente a velocidades como los osciloscopios analógicos. Los
DPOs superponen continuamente la información en una base de datos tridimensional que
se actualiza en pantalla 30 veces por segundo. Para cada punto de la pantalla, la intensidad
del punto es proporcional al número de muestras reales que el punto representa
Con este tipo de adquisición de datos, los datos son obtenidos en su totalidad sin perder
información, mostraremos la forma de almacenar datos y de usar el Trigger que es la
herramienta con la que logramos ver los impulsos.
Se puede observar la forma de adquisición de datos de alta frecuencia en tres formas básicas
como son:
•Barridos analógicos en tiempo real: en ésta forma de adquisición de se observa que los
datos son visualizados en su totalidad sin perder información.
•Adquisición de almacenamiento digital: en ésta forma de adquisición de datos se
observa que algunas formas de almacenamiento digital como por ejemplo un PC omite
toma de muchos datos a alta frecuencia, pues su velocidad de muestreo está por el
orden de MHz.
•Adquisición de fósforo digital: en ésta forma de adquisición de señales se observa que
el muestreo de los datos de la onda se realiza en forma similar a los barridos analógicos
en tiempo real, es decir, no se pierde información en la toma a alta frecuencia de la
forma de onda.
Ilustración 8 Almacenamiento de datos osciloscopios DPOs
20
3.4.2 Almacenamiento de información
3.4.2.1 Captura de pantalla
Podemos tomar una imagen de lo que visualizamos en el osciloscopio de la siguiente manera
File Save AsScreen Capture
Ilustración 9 Captura de pantalla desde el osciloscopio DPO 7054c
3.4.2.2 Forma de onda digital formato .csv (datos separados por comas)
Podemos exportar los datos de la onda digital y analizarlos desde una hoja de cálculo en Excel
de la siguiente manera File Save AsDigitals, como se puede observar en la siguiente
ilustración:
21
Ilustración 10 Guardar como forma de onda digital
Luego de esto se procede a dar la ubicación de dónde se desea guardar y el formato que se le
quiere asignar, para este caso nuestro análisis lo realizamos en el formato .csv.
Ilustración 11 Exportar como datos en formato .csv
22
3.4.3 Uso del trigger
Para el uso del trigger ajustamos todos los parámetros que necesitemos a nuestro gusto con el
siguiente menú y luego de eso iniciamos y tendremos el muestreo en nuestra pantalla.
Ilustración 12 Configuración del Trigger
3.5 Pruebas realizadas
Esta fase fue muy importante, ya que nos dimos cuenta de los problemas que se presentaban al
realizar la prueba, a pesar de que el osciloscopio tiene la opción de mostrarnos valores del 30%
y 90% de la onda, su valor pico y su duración, los datos resultaban poco útiles por el ruido que
se presentaba, el osciloscopio en todas las pruebas que realizamos mostraba valores
incorrectos, por ello diseñamos la interfaz gráfica capaz de corregir esto, realizamos varias
pruebas a diferentes niveles de muestreo que dispone el osciloscopio, algunas de las pruebas
las tomamos a 100 [MS/s] , 200 [MS/s] , 500 [MS/s] , 1 [GS/s] , 2 [GS/s] , 5 [GS/s] y 10 [GS/s]
a pesar de que el osciloscopio tiene la capacidad de realizar el muestreo hasta los 20 [GS/s] no
realizamos dicha prueba ya que a los 10 [GS/s] teníamos más de 1’000.000 de datos en un solo
impulso y al transferirlos a Excel no los soportaba recortaba la onda ya que no era capaz de
graficarlos todos, así que trabajamos con pruebas de 500 [MS/s] y de 1 [GS/s] las cuales cuentan
con más de 100.000 datos de muestreo en cada impulso diseñamos la forma de exportar los
datos del osciloscopio a Matlab. A continuación se presentan algunas de las pruebas realizadas
en vacío.
23
3.5.1Prueba en vacío 100[MS/s]
Ilustración 13 Prueba en vacío 100[MS/s]
Esta fue la primer prueba que realizamos, se ve el impulso tipo rayo 1,2/50 [µs] con un muestro
de 100[MS/s] cada 10 [ns] tenemos un punto, es claro que el osciloscopio nos muestra unos
valores erróneos de sus valores del 10% y 90% de la onda.
24
3.5.2 Prueba en vacío 500[MS/s]
Ilustración 14 Prueba en vacío 500[MS/s]
La segunda prueba fue realizada a 500[MS/s] un punto cada 2 [ns] en esta prueba nos
enfocamos en el tiempo de frente, podemos observar todo el ruido que se presenta en la
prueba.
25
3.5.3 Prueba en vacío 1 [GS/s]
Ilustración 15 Prueba en vacío 1 [GS/s]
En esta prueba a 1 [GS/s] un punto cada 1 [ns] obtuvimos el impulso tipo rayo onda
completa y seguía presentando ruido, en esta prueba nos dimos cuenta que ya teníamos
demasiados puntos y que aunque aumentáramos el muestreo el ruido permanecía, así
que empezamos a trabajar con estas pruebas.
26
3.6 Diseño del filtro
Como se observa en las pruebas se presenta una gran cantidad de ruido, este ruido se da en
frecuencias del orden de los [MHz], así que eliminando estas frecuencias se tiene una señal más
limpia y precisa, el filtro ha sido diseñado en Simulink de Matlab con ayuda del siguiente
diagrama de bloques.
Ilustración 16 Diseño del filtro.
Este Filtro diseñado en Simulink, es con el fin de eliminar frecuencias muy grandes, básicamente
es un diagrama de bloques, donde: S es la función original y tendrá dos caminos, el primero es
una línea recta donde el impulso no tiene ninguna modificación, en el segundo aparece una
transformada de Laplace que funcionara como filtro, ya que podremos variar su numerador para
que elimine las altas frecuencias, después tenemos un osciloscopio donde podremos ver las dos
funciones y por último la salida que es llamada OutFiltered.
27
3.6.1 Código del filtro
Código para que el filtro obtenga los datos de la prueba realizada en el laboratorio de alta
tensión, las variables que debe controlar son wn y Ts donde: wn es el encargado de filtrar las
frecuencias que sean mayores al valor que le asignemos en este caso 37 [Hz], todas las
frecuencias mayores a esta serán filtradas, y Ts representa el intervalo de tiempo entre cada
filtro en este caso, el tiempo de muestreo. En esta prueba fue de 5 [ns], el resto del código es
la asignación de nombres y variables para el diagrama de bloques de Simulink, y la forma de
graficar después de ser filtrada la señal.
Ilustración 17 Código del filtro.
28
En la ilustración anterior podemos observar el código para que el filtro obtenga los datos de la
prueba realizada en el laboratorio de alta tensión y luego sean graficados estos valores.
Básicamente en la línea 6, con la función “xlsread” se le hace un llamado al documento en
formato Excel llamado: “'Impul.xlsx','A:B'”, el cual se llama para este caso y ya fue separado por
columnas para cambiar de formato .csv a .xlsx, los datos para este caso deben estar en la
columna A y B.
Luego de esto estos datos (vectores), son asignados a las variables t y V, tiempo y tensión
respectivamente.
Con las variables zita, wn y Ts, son asignados los parámetros como el valor del orden de las
frecuencias de se desean filtrar y el tiempo de muestreo. Con la función sim('ImpulseFilter'), se
le hace un llamado al filtro el cual tiene como nombre: “ImpulseFilter”, para luego analizar
nuestros datos ya antes exportados desde Excel. En la variable vf1 quedará la onda sin realizarle
el suavizado, y en vf2 quedará nuestro impulso ya suavizado.
Luego de esto se procede a graficar los dos impulsos con la función plot(t,vf1); para notar el
suavizado que sufrió nuestro impulso pero sin alterar sus características.
3.6.2 Señal original Vs señal filtrada
En la siguiente figura podremos ver dos funciones, la de color azul es el impulso obtenido en el
laboratorio con ruido, la de color naranja es el impulso después de aplicarle el filtro, esto con el
fin de ver que la gráfica del impulso después de ser filtrada es la misma eliminando el ruido.
Ilustración 18 Señal original Vs señal filtrada
29
3.6.3 Señal filtrada
La siguiente imagen representa únicamente el impulso tipo rayo después de aplicar el filtro
Ilustración 19 Señal filtrada
Este es el impulso que se genera en el laboratorio de alta tensión después de eliminar el ruido
que presentaba, es la misma grafica naranja de la imagen anterior, con estos nuevos datos se
empezó a programar la interfaz gráfica.
3.7 Simulación de impulsos en ATPDraw
3.7.1 Impulso tipo rayo onda recortada
Para realizar este impulso diseñamos en ATP el siguiente circuito:
Ilustración 20 Circuito simulador del impulso tipo rayo onda recortada en ATPDRaw
Donde los elementos tienen los siguientes valores:
30
R1=2640 [Ω]
R2=350 [Ω]
C=1,2 [nf]
Y tenemos una carga en el condensador para simular el impulso con los siguientes valores:
Ilustración 21 Valores del condensador de carga del circuito
La diferencia de este impulso al de onda completa consiste en que una vez que la cola llegue al
50% de su valor máximo de tensión después de 6,5 [µs] el impulso debe irse a cero, esto lo
conseguimos con un interruptor controlado por tiempo el cual genera un cortocircuito, en ese
momento el condensador es descargado y el impulso termina, la gráfica que nos presenta
ATPDraw es la siguiente
Ilustración 22 Simulación impulso tipo rayo onda recortada
31
3.7.2 Impulso tipo maniobra
Para realizar este impulso utilizamos en ATPDraw un generador de impulsos, para este caso
tensión.
Ilustración 23 Circuito simulador del impulso tipo maniobra en ATPDraw
ATP cuenta con esta fuente que simula un impulso tipo rayo donde sus parámetros de tiempo
de frente y de cola son modificables, a diferencia del impulso anterior en el cual nos tocó diseñar
el circuito puesto que ATPDraw no cuenta con la fuente para generar una onda tipo rayo
recortada. En este tipo impulso si pudo realizar con la fuente de impulsos de ATPDraw, su
configuración fue la siguiente:
Ilustración 24 Características del generador de impulsos tipo rayo de ATPDraw
32
Donde generamos un impulso de 10[kV] con un tiempo de frente de 250[µs] y un tiempo de cola
de 2500 [µs].
Corriendo esto en ATPDraw obtenemos el siguiente impulso tipo maniobra:
Ilustración 25 Simulación impulso tipo maniobra en ATPDraw.
33
3.7.3 Impulso de corriente
Para realizar este impulso en ATP hacemos uso de su generador de impulsos y cerramos el
circuito con un nodo Ground.
Ilustración 26 Circuito simulador de impulso de corriente sobreamortiguado en ATPDraw
En donde se ajustan los siguientes parámetros:
Ilustración 27 Características del generador de impulsos de ATPDraw para el impulso de
corriente.
34
Un impulso de corriente de 10[kA] con un tiempo de frente de 8[µs] y de cola de 20[µs], una vez
simulado obtenemos la siguiente grafica en ATPDraw.
Ilustración 28 Simulación del Impulso de corriente sobreamortiguado en ATPDraw
3.7.4 Impulso de corriente críticamente amortiguado
Para este impulso utilizamos un circuito diseñado en una tesis de la universidad por,”
“Básicamente utilizamos este circuito porque se encuentra disponible en el laboratorio de Alta
tensión y con él se logra generar el impulso de corriente críticamente amortiguado, de esta
manera cuando se realicen estas pruebas podrán ser utilizadas y estudiadas en nuestra interfaz
gráfica, el circuito de estudio es el siguiente:
Ilustración 29 Circuito simulador del impulso de corriente críticamente amortiguado en
ATPDraw
35
Donde:
C=8.3 [µs]
R=0.579 [Ω]
L=8,9 [µs]
Con una condición inicial de 10 [kA] para el inductor.
Simulamos el circuito y obtenemos el siguiente impulso.
Ilustración 30 Simulación del Impulso de corriente críticamente amortiguado en ATPDraw
De esta manera terminamos de simular todos los impulsos en ATPDraw, para ser tratados como
datos en formato .csv y simular como si estos datos fuesen tomados desde el osciloscopio, cabe
resaltar que ATPDraw no es tan complejo y tiene un tiempo de muestreo del orden de los micro
segundos, mucho menor al del osciloscopio en cuestión.
36
3.7.5 Consideraciones sobre el simulador ATP
Se debe tener en cuenta que la capacidad de ATPDraw para el muestreo en tiempos muy
pequeños es muy limitada, al momento de exportar los datos a Excel el tiempo más pequeño de
muestreo que maneja ATP es de un dato cada 1 [µs] ,esto supone un gran problema en el
impulso tipo rayo onda recortada ya que solo se tendrán 2 valores para su tiempo de frente y
uno de ellos tiene un error considerable puesto que pasa de 1 [µs] a 2 [µs] con un solo valor, y
su tiempo de frente está en 1,2 [µs] por lo cual no es exacto, esto solo genera ese problema en
el simulador ya que con el osciloscopio Tektronix DPO 7054 C el muestreo es muy elevado y
podemos tener más de un valor en 1 [ns].
La interfaz gráfica fue diseñada para realizar un estudio más preciso, entre más muestras se
tengan mejor, así que en cuanto se pueda realizar esta prueba en el laboratorio se tendrá un
gran resultado. Algo similar pasa con los impulsos de corriente, aunque en su tiempo de frente
tienen 8 valores y estos son muy precisos, no obstante es un tiempo de muestreo muy reducido
considerando que en las pruebas realizadas en vacío para el impulso tipo rayo onda completa
obtuvimos más de 500 valores para su tiempo de frente.
En el impulso tipo maniobra el problema que presenta el simulador de ATPDraw es que máximo
entrega 1000 datos, y con estos datos no alcanza a llegar a su tiempo de cola, de igual manera
la interfaz gráfica fue programada teniendo en cuenta cada una de estas variables en cada
prueba, y entre más datos presente el impulso más preciso será el resultado.
3.8 Diseño de un Guide
GUIDE es un entorno de programación visual disponible en MATLAB para realizar y ejecutar
programas que necesiten ingreso continuo de datos. Tiene las características básicas de todos
los programas visuales como Visual Basic o Visual C++.
3.8.1 Inicio
Para iniciar un proyecto se puede hacer de dos maneras:
Ejecutando la siguiente instrucción en la ventana de comandos: >>guide.
Haciendo click en el ícono que muestra la ilustración 6:
37
Ilustración 31 Ícono para el inicio del guide.
Se presenta el siguiente cuadro de dialogo:
Ilustración 32 Ventana de inicio de GUIDE.
Se presentan las siguientes opciones:
a) Blank GUI (Default): La opción de interfaz gráfica de usuario en blanco
(predeterminada), presenta un formulario nuevo en el cual se puede diseñar el
programa
b) GUI with Uicontrols: Esta opción contiene un ejemplo en el cual se calcula la masa dad
la densidad y el volumen, en alguno de los dos sistemas de unidades. Se puede ejecutar
este ejemplo y obtener los resultados.
c) GUI with Axes and Menu: Esta opción es otro ejemplo el cual contiene el menú File con
las opciones Open, Print y Close. En el formulario tiene un Popup menu, un Push button
y un objeto Axes, se puede ejecutar el programa eligiendo alguna de las seis opciones
que se encuentran en el menú desplegable y haciendo click en el botón de comando.
d) Modal Question Dialog: Con esta opción se muestra en la pantalla un cuadro de dialogo
común, el cual consta de una pequeña imagen, una etiqueta y dos botones Yes y No,
dependiendo del botón que se presione, GUI retorna el texto seleccionado (la cadena
de caracteres “Yes” o “No”).
Se elige la primera opción, Blank GUI, y se tiene:
38
Ilustración 33 Entorno de diseño.
La interfaz cuenta con las siguientes herramientas:
Ilustración 34 Herramientas de GUIDE.
Para obtener la etiqueta de cada elemento de la paleta de componentes ejecutamos: File
>>Preferences y seleccionamos Show names in component pallette. Tenemos la siguiente
presentación:
39
Ilustración 35 Componentes etiquetados.
3.8.2 Propiedades de los componentes
Cada uno de los elementos de GUI tiene un conjunto de opciones al que se puede acceder con
el click derecho, como se puede observar en la siguiente ilustración:
Ilustración 36 Opciones del componente.
La opción Property Inspector permite personalizar las propiedades de cada elemento.
40
Ilustración 37 Opción Property Inspector.
3.8.3 Programación de los componentes
Al hacer click derecho en el elemento ubicado en el área de diseño, una de las opciones más
importantes es View Callbacks, la cual al ejecutarla abre el archivo .m asociado al diseño y
posiciona en la parte del programa que corresponde a la subrutina que se ejecutará cuando
realice una determinada acción sobre el elemento que se está editando.
Ilustración 38 Función para programar un botón en Guide.
3.8.4 Tipos de archivo de la aplicación
Una aplicación GUIDE consta de dos archivos: .m y .fig. El archivo .m es el que contiene el código con las correspondencias de los botones de control de la interfaz y el archivo .fig contiene los elementos gráficos.
41
3.9 Diseño de la interfaz grafica
La interfaz gráfica de GUIDE maneja dos partes, la primera es de diseño visual donde se colocan
todos los elementos que se usaran y la posición en la que estarán, la segunda es la parte
programática es un código en Matlab en el cual se ajusta lo que queremos ver en la interfaz
gráfica.
3.9.1 Diseño del guide principal
Este primer guide es el más importante y también es el más sencillo, dentro de este
Guide estarán 5 Guide más los cuales representan cada uno de los impulsos
Estudiados, no tenemos que programar en este guide simplemente en la parte en la que se
colocan los elementos ponemos los nombres de los que serán los siguientes Guide y los
nombramos.
Se crean los recuadros y en cada uno de ellos tenemos las siguientes opciones en la imagen
observamos un rectángulo azul, con el cual podemos cambiar el color que tendrá el recuadro, y
en el recuadro rojo podemos cambiar su nombre.
42
Ilustración 39 Variables modificables en un recuadro.
Ajustamos esto en los 6 recuadros y lo que obtuvimos fue lo siguiente:
43
Ilustración 40 Visualización previa de la interfaz del Guide principal.
Después de eso lo corremos y se termina nuestro primer Guide.
Ilustración 41 interfaz del Guide principal .
44
Para ingresar a las opciones lo que hacemos es colocar en su código los nombres de los 5
Guide faltantes de esta manera.
Ilustración 42 llamar Guide secundario en el código del Guide principal.
45
3.9.2 Diseño del Guide secundario
Ahora cuando ingresemos en las opciones nos dirigirá a los 5 Guide, en donde realizamos de
nuevo la interfaz y su programación se explicara la del impulso tipo rayo onda completa.
Primero abrimos su interfaz
Los axes que vemos en esta imagen será donde estarán nuestras gráficas, podemos cambiar
el tamaño de ellos de la misma manera que una imagen en paint, en nuestro caso usaremos
tres, los recuadros que observamos en la parte inferior izquierda son de dos tipos el primero
es fijo y simplemente tendrá un nombre como es Vmax, V90, V30, V50, Tf, Tc los recuadros
que están frente a ellos ‘Edit text’ se usan para llamar variables desde el código que
tenemos en el guide.
Ilustración 43 vista previa de la interfaz del Guide secundario.
46
En esta opción podemos agregar herramientas para el manejo de las gráficas, ingresamos
en ella y tendremos el siguiente menú.
Ilustración 44 Toolbar.
En el recuadro rojo agregamos los elementos que queremos en nuestro guide
Ilustración 45 elementos disponibles para generar un Toolbar.
47
La parte del código se realiza de la siguiente manera, Empezamos a programar debajo del
handles.output=h0bject; traemos el mismo código que teníamos en el script de Matlab y se
realizan los siguientes cambios.
Empezamos a programar debajo del handles.output=h0bject; traemos el mismo código que
teníamos en el script de Matlab y se realizan los siguientes cambios.
Primero debemos traer las variables con la función de Matlab ‘assignin’ donde colocamos todas
las variables que deseamos traer una por una.
Ilustración 46 Espacio para el código en el Guide.
Ilustración 47 variable assignin.
48
Esta parte también se añade al código la función set la cual es capaz de asignar variables a los
‘Edit text’ de la interfaz, nombramos las variables que se tienen en la interfaz, de esta manera
se presentara en el ‘Edit text’ cuando se utilice el Guide.
En esta parte del código se utiliza el axes, esto sirve para decidir que ira en el axes del guide
axes(handles.axes#) # es el número del axes donde estará esa gráfica, debajo simplemente se
coloca lo que se desea graficar y la opción de ‘grid on’ sirve para activar o desactivar la cuadricula
de la gráfica.
De esta manera termina la programación del Guide el resto del código se mantiene intacto y una
vez corremos el guide se tiene lo siguiente.
Ilustración 49 Programación del axes.
Este es el resultado del Guide, donde tendremos siempre tres gráficas, la primera representa El
impulso Original, la segunda es el Impulso original y superpuesto el Impulso filtrado y finalmente
la tercer grafica representa el Impulso filtrado en la parte inferior derecha tenemos los
resultados de la prueba, estos varían para cada prueba en este caso tenemos definidas las
Ilustración 48 Uso del ‘set’ para nombrar variables.
49
siguientes variables Vmax(Tensión máxima), V90(Tensión del 90%), V30(Tensión del 30%),
V50(Tensión del 50%), Tf( Tiempo de frente), Tc( Tiempo de cola).
Ilustración 50 Interfaz secundaria terminada.
50
Haciendo uso de las herramientas del recuadro podemos acercar, alejar o desplazar las gráficas,
de esta manera termina el desarrollo del Guide
Ilustración 51 Uso del Toolbar en la interfaz secundaria.
51
4 RESULTADOS
Con la realización de la interfaz gráfica aplicada a las pruebas tipo impulso del laboratorio de
alta tensión, en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas se obtuvieron los siguientes
resultados:
Mejoramiento del proceso de pruebas tipo impulso en la Universidad Distrital Francisco José de
Caldas, ahora el proceso se realiza teniendo en cuenta los parámetros normalizados según las
normas IEC 60-2 y ANSI-IEEE stdC57-12-90.
Reducción del tiempo en la realización de las pruebas tipo impulso en la Universidad Distrital
FJDC.
Mejoramiento del formato, de las gráficas y de la adquisición de los datos de las pruebas tipo
impulso gracias al filtro realizado en Simulink dónde se obtiene un impulso sin interferencias
para ser analizado.
Se mejoró la calidad para visualizar las gráficas de los impulsos, siendo posible comparar
visualmente los impulsos antiguos con los impulsos corregidos.
Simulación de todos los tipos de impulsos propuestos por medio de ATPDRaw, para validar la
interfaz y poder extrapolar las pruebas a cualquier tipo de impulso, bien sea simulado o
generado en el laboratorio de alta tensión con su respectivo equipo de medición en la
Universidad Distrital Francisco José de caldas.
52
5 CONCLUSIONES
Como resultado se deja a disposición de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas una
interfaz gráfica capaz de analizar cualquiera de los impulsos propuestos respetando su
normatividad, en la interfaz se presentan los rangos aceptables para los diferentes tipos de
impulsos, asimismo la interfaz entrega los resultados de la prueba para que la persona pueda
comparar y en caso de no cumplir saber si se encuentra muy lejos de lo exigido.
Con la divulgación del conocimiento de las normas y los parámetros que se deben tener en
cuenta a la hora de realizar las pruebas tipo impulso, estamos incentivando y estimulando el
desarrollo del país, ya que este campo tiene mucho estudio y es poco lo que se trabaja en
nuestro país en comparación a otros.
Ha sido notable la reducción del tiempo en la realización de las pruebas de impulso mediante
la toma de medidas de datos, como tiempo de frente, valor pico y tiempo de cola de cualquier
tipo de impulso por medio de la interfaz.
Al observar las pruebas que se realizaban anteriormente y observar las nuevas pruebas
realizadas por medio de esta interfaz y su filtro, se ve como ahora si se puede tomar una medida
de los parámetros eficaz reduciendo el error que producía las interferencias en la medición del
impulso.
Se evidencia que el recurso con el que cuenta la universidad es muy potente a la hora adquirir
datos y no solo esto sino que además se puede realizar cualquier tipo de aplicación o interfaz
para mejorar y automatizar cualquier proceso que esté relacionado con la academia y con el
campo de la electricidad.
En cuanto más se trabaje en el laboratorio de alta tensión mejor será el desarrollo de los
estudiantes de la carrera, puesto que ahora cuentan con una gran herramienta para analizar
impulsos y haciendo uso de esta herramienta podrán estudiar con mayor precisión estos
impulsos y quizá diseñar equipos para generar más impulsos en el laboratorio.
53
6 BIBLIOGRAFÍA
1. VALECILLOS, Baudilio. "Análisis de la respuesta en frecuencia como herramienta de evaluación de las pruebas impulso en transformadores". Tesis. Universidad Carlos III de Madrid, 2005.
2. PORRAS, Jairo Humberto. “Programación e implementación de software aplicado al Osciloscopio Tektronix TDS-5054-DPO para las pruebas tipo impulso a transformadores en la empresa SIEMENS S.A”. Tesis. Universidad Distrital FJDC, 2006.
3. ROLDAN, Yesid y LÓPEZ, José. "Diseño y construcción de un divisor capacitivo
amortiguado de 140KV para el laboratorio de alta tensión de la Universidad Distrital". Tesis. Universidad Distrital FJDC sede Tecnológica, 2007.
4. ROJO, Clara, J, Felipe y VERGARA, Alejandro. "Metodología para la construcción de un
generador de impulso de corriente de 8/20µs". Tesis. Universidad Nacional de Colombia sede Medellín, 2001.
5. BARRAGÁN, Diego Orlando. “Manual de interfaz gráfica de usuario en Matlab”. Manual.
6. “Manual de ATPDraw para el laboratorio de Circuitos II”. Manual. Universidad de Antioquia.
7. BEDOYA, Duvier. "Diseño y Construcción de un Espinterómetro para un Generador de
Impulso Tipo Rayo 1.2/50us – 140KV". Trabajo de Grado. Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, 2004.
8. CAMPOS C, Juan Carlos, GARCIA C, Arturo y MORALES, Jhersson. “Diseño y Construcción
de un Generador de Impulsos de Corriente”. Tesis. Universidad Nacional de Colombia, 2001.
9. PINZÓN, Jaime Alonso y DÍAZ, Armando "Diseño y Construcción de Elementos de Alta
Tensión”. Tesis. Universidad Nacional de Colombia, 1998.
10. GARCIA, Diego Fernando y RINCÓN, Diego Fernando. "Diseño y construcción de un generador de impulso de voltaje de 10 KV". Trabajo de Grado. Universidad Distrital Francisco José de Caldas, 2009.
11. VARGAS, Javier Leonardo y GARZON, Rodríguez Yaqueline. "Diseño y Construcción de
un Divisor de Voltaje Tipo Resistivo para un Voltaje de Operación de 140KV D.C". Tesis Universidad Distrital Francisco José de Caldas, 2005.
12. OSORIO, Javier y SÁNCHEZ, Edwin. "Diseño y Construcción de un Divisor Capacitivo para
Impulsos Rápidos". Tesis. Universidad Nacional de Colombia, 1991.
13. Norma International Electrotechnical Commission IEC 60060-1 y 60060-2 de 1994.
14. Distribution power and regulating transformers, IEEE Standard C57-12-90, 1999.
15. Norma NTC 837, 3600. ICONTEC, 1995.
54
16. DIAS, Haefely Hipotronics, Impulse voltage tests.
55
7 ANEXOS
7.1 ATPDraw
7.1.1 Inicio
La interfaz del ATPDraw se ve a continuación, para crear un nuevo proyecto presione el icono de la hoja en Blanco:
Ilustración 52 Nuevo proyecto ATPDraw.
7.1.2 Características del circuito
Para modificar las características de circuito antes de simular, seleccione en el menú
ATP>Settings.
56
Ilustración 53 Modificar características del circuito.
Se puede modificar los parámetros de simulación de acuerdo a la necesidad; para circuitos a
60Hz se puede colocar un tiempo de simulación (Tmax) de 0.06s, el cual mostraría
aproximadamente 3 ciclos; el delta (delta T) se refiere al periodo de los cálculos, escoja un valor
menor al tiempo de simulación para obtener buena precisión en las gráficas:
Ilustración 54 Parámetros del circuito.
57
7.1.3 Insertar un elemento
Para insertar un elemento se presiona el botón derecho del ratón sobre el espacio de trabajo,
apareciendo el menú de componentes (Component selection menu):
Ilustración 55 Insertar elemento.
Para ajustar los parámetros de cualquier elemento haga doble clic sobre el icono de éste, así
aparecerá la ventana donde están los parámetros.
7.1.4 Nombrar los nodos
Se tiene la opción de nombrar los nodos, lo cual es recomendable para facilitar el análisis de los
resultados; haga doble clic sobre el nodo y aparece una ventana con los campos disponibles,
ingresar el nombre del nodo (To:). También aparece la opción de que el nombre del nodo sea
visible (Display).
58
Ilustración 56 Nombrar nodos.
7.1.5 Correr la simulación
Terminado el circuito, se debe de generar un archivo necesario para correr la simulación, esto
se hace presionando en el menú ATP>Make Names.
Ilustración 57 Nombrar simulación.
Luego se corre la simulación seleccionando la opción ATP >run ATP
59
Ilustración 58 Correr simulación.
Después de esto se aparece una consola que muestra el proceso de la simulación, al finalizar
muestra el mensaje “Presione una tecla para continuar...”, lo cual significa que la simulación ha
terminado.
Ilustración 59 Validación de la simulación.
60
7.1.6 Graficar
Para ver el resultado en el domino del tiempo, se selecciona en el menú ATP>Graficar.
Ilustración 60 Graficar resultados.
Las señales aparecen como en la siguiente ilustración:
Ilustración 61 Gráficas de la simulación.
61
7.2 Código fuente del programa IMPULSES
7.2.1 Interfaz de inicio
function varargout = IMPULSES(varargin) % IMPULSES MATLAB code for IMPULSES.fig % IMPULSES, by itself, creates a new IMPULSES or raises the existing % singleton*. % % H = IMPULSES returns the handle to a new IMPULSES or the handle to % the existing singleton*. % % IMPULSES('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local % function named CALLBACK in IMPULSES.M with the given input arguments. % % IMPULSES('Property','Value',...) creates a new IMPULSES or raises the
% existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are % applied to the GUI before IMPULSES_OpeningFcn gets called. An % unrecognized property name or invalid value makes property application % stop. All inputs are passed to IMPULSES_OpeningFcn via varargin. % % *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one % instance to run (singleton)". % % See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES % Edit the above text to modify the response to help IMPULSES % Last Modified by GUIDE v2.5 11-Feb-2017 23:45:32 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ... 'gui_OpeningFcn', @IMPULSES_OpeningFcn, ... 'gui_OutputFcn', @IMPULSES_OutputFcn, ... 'gui_LayoutFcn', [] , ... 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
62
end % End initialization code - DO NOT EDIT % --- Executes just before IMPULSES is made visible. function IMPULSES_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn. % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to IMPULSES (see VARARGIN) % Choose default command line output for IMPULSES handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); % UIWAIT makes IMPULSES wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); % --- Outputs from this function are returned to the command line. function varargout = IMPULSES_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Get default command line output from handles structure varargout{1} = handles.output; % --- Executes on button press in pushbutton2. function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles) Impulso_tipo_rayo_onda_completa; % hObject handle to pushbutton2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % --- Executes on button press in pushbutton3. function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles) Impulso_tipo_rayo_onda_recortada; % hObject handle to pushbutton3 (see GCBO)
63
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % --- Executes on button press in pushbutton4. function pushbutton4_Callback(hObject, eventdata, handles) Impulso_tipo_maniobra; % hObject handle to pushbutton4 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % --- Executes on button press in pushbutton5. function pushbutton5_Callback(hObject, eventdata, handles) Impulso_de_corriente; % hObject handle to pushbutton5 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % --- Executes on button press in pushbutton6. function pushbutton6_Callback(hObject, eventdata, handles) Impulso_de_corriente_subamortiguada; % hObject handle to pushbutton6 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
7.2.2 Interfaz secundaria (Es el mismo código para las otras cuatro) function varargout = Impulso_de_corriente(varargin) % IMPULSO_DE_CORRIENTE MATLAB code for Impulso_de_corriente.fig % IMPULSO_DE_CORRIENTE, by itself, creates a new IMPULSO_DE_CORRIENTE or raises the existing % singleton*. % % H = IMPULSO_DE_CORRIENTE returns the handle to a new IMPULSO_DE_CORRIENTE or the handle to % the existing singleton*. % % IMPULSO_DE_CORRIENTE('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local % function named CALLBACK in IMPULSO_DE_CORRIENTE.M with the given input arguments. % % IMPULSO_DE_CORRIENTE('Property','Value',...) creates a new IMPULSO_DE_CORRIENTE or raises the % existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are % applied to the GUI before Impulso_de_corriente_OpeningFcn gets called. An % unrecognized property name or invalid value makes property application % stop. All inputs are passed to Impulso_de_corriente_OpeningFcn via varargin. % % *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one % instance to run (singleton)".
64
% % See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES % Edit the above text to modify the response to help Impulso_de_corriente % Last Modified by GUIDE v2.5 13-Feb-2017 22:31:09 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ... 'gui_OpeningFcn', @Impulso_de_corriente_OpeningFcn, ... 'gui_OutputFcn', @Impulso_de_corriente_OutputFcn, ... 'gui_LayoutFcn', [] , ... 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end % End initialization code - DO NOT EDIT % --- Executes just before Impulso_de_corriente is made visible. function Impulso_de_corriente_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn. % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to Impulso_de_corriente (see VARARGIN) % Choose default command line output for Impulso_de_corriente handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); nd = 204; data = xlsread('Corriente.xlsx','A:B'); t = data(:,1); I = data(:,2); s.time = t; s.signals.values = I; zita = 1; wn = 18e5; Ts = 1e-6; assignin('base', 'Ts',Ts); assignin('base', 'nd', nd); assignin('base', 's', s);
65
assignin('base', 'wn', wn); assignin('base', 'zita', zita); sim('ImpulseFilter') t = outFiltered.Time; If1 = outFiltered.Data(:,1); If2 = outFiltered.Data(:,2); Imax=max(If2) I90=Imax*0.9 I50=Imax*0.5 I10=Imax*0.1 [row1,col1] = find(If2>I90,1); T1 = t(row1,col1)%tiempo del 90%I [row2,col2] = find(If2<I10,1); T = t(row2,col2) %tiempo del 10%I Tf=1.25*(T1-T) %tiempo de frente [row3,col3] = find((If2<I50 & t>Tf ),1); Tc = t(row3,col3) set(handles.edit6,'String',Tc); set(handles.edit5,'String',Tf); set(handles.edit1,'String',Imax); set(handles.edit2,'String',I90); set(handles.edit3,'String',I10); set(handles.edit4,'String',I50); axes(handles.axes1) plot(t,If1); legend ('Impulso Original') xlabel ('Tiempo [s]') ylabel ('Corriente [A]') grid on axes(handles.axes2) plot(t,If1,t,If2); legend('Impulso Original','Impulso Filtrado') xlabel ('Tiempo [s]') ylabel ('Corriente [A]') grid on axes(handles.axes3) plot(t,If2); legend('Impulso Filtrado') xlabel ('Tiempo [s]') ylabel ('Corriente [A]') grid on % UIWAIT makes Impulso_de_corriente wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); % --- Outputs from this function are returned to the command line. function varargout = Impulso_de_corriente_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)
66
% varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Get default command line output from handles structure varargout{1} = handles.output; % -------------------------------------------------------------------- function Archivo_1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Archivo_1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % -------------------------------------------------------------------- function Nuevo_1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Nuevo_1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % -------------------------------------------------------------------- function Untitled_1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Untitled_1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % -------------------------------------------------------------------- function Salir_1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Salir_1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % -------------------------------------------------------------------- function Norma_1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Norma_1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % -------------------------------------------------------------------- function Ayuda_1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Ayuda_1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
67
function edit1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit1 as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit1 as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit2 as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit2 as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit2_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit3_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit3 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit3 as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit3 as a double
68
% --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit3_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit3 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit4_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit4 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit4 as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit4 as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit4_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit4 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit5_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit5 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit5 as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit5 as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit5_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit5 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows.
69
% See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit6_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit6 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit6 as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit6 as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit6_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit6 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end
70
7.3 Registro fotográfico prueba Impulso tipo rayo onda completa Laboratorio de
Alta Tensión Universidad Distrital Francisco José de Caldas.
Ilustración 62 Montaje generador de impulsos tipo rayo.
Ilustración 63 Diodo rectificador, aislador, resitencia de frente y resistencia de cola.
71
Ilustración 64 Espinterómetro.
Ilustración 65 Montaje aislado con la jaula de Faraday.
72
Ilustración 66 Osciloscopio DPO 7054C
