ES2924426T3

ES2924426T3 - Puente eléctrico sensorizado

Info

Publication number: ES2924426T3
Application number: ES15795948T
Authority: ES
Inventors: Carl J Wentzel
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2035-05-18
Also published as: EP3146598A4; KR20170009904A; MX2016014758A; EP3146598B1; US20170184634A1; CN106463901A; AU2015264485A1; JP2017516276A; CA2949658A1; US10145864B2; EP3146598A1; CN106463901B; WO2015179285A1

Abstract

Un puente eléctrico con sensor comprende un conductor que tiene un primer extremo y un segundo extremo, el primer extremo incluye una primera interfaz de conexión y el segundo extremo incluye una segunda interfaz de conexión, una sección de sensor que incluye al menos un sensor dispuesto sobre el conductor entre el primero y segundos extremos, la sección del sensor detecta al menos uno de la corriente y el voltaje del conductor, y un conducto de salida del sensor que se extiende desde el sensor y está orientado sustancialmente perpendicular al eje del conductor para proteger al menos un cable de salida del sensor de corriente de fuga u otro potencial eléctrico daño. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

d es c r ip c ió n

Puente eléctrico sensorizado

Campo técnico

La invención se refiere a un puente eléctrico sensorizado para aplicaciones de media y alta tensión.

Antecedentes

A medida que la distribución de energía eléctrica se vuelve más compleja a través de la llegada de las energías renovables, la generación distribuida y la adopción de vehículos eléctricos, la distribución eléctrica inteligente y la detección eléctrica asociada se vuelven más útiles e incluso necesarias. La detección útil puede incluir, por ejemplo, tensión, corriente y la relación de tiempo entre la tensión y la corriente en diversas ubicaciones dentro de una red de distribución de energía.

El documento US-8.847.606 describe un conjunto de sensor, que incluye un conductor eléctrico, al menos uno de un sensor de tensión y un sensor de corriente dispuesto alrededor del conductor eléctrico, y un primer aislante moldeado alrededor del conductor eléctrico, en donde el primer aislante incluye una pluralidad de estructuras estructuradas para mantener la concentricidad entre el conductor eléctrico y el al menos uno del sensor de tensión y el sensor de corriente, y en donde un segundo aislante se moldea alrededor del primer aislante y el al menos uno del sensor de tensión y el sensor de corriente.

El documento WO 2013/113954 describe un conector equipado con sensores integrado que comprende un conductor, y sensores de tensión, corriente y temperatura, en donde todos los sensores están ubicados bajo el mismo recinto dieléctrico que tiene permitividad constante en el espacio, de manera que el medio material entre los sensores es continuo y homogéneo, en donde el sensor de temperatura genera una señal que mide la temperatura real del medio dieléctrico.

El documento US-2007/115008 describe un sensor que mide la corriente en pulsos de alta frecuencia (por ejemplo, pulsos que tienen tiempos de subida rápidos) que se transportan en líneas de transmisión coaxiales, en donde el sensor incluye un conductor coaxial de entrada y un conductor coaxial de salida que están interconectados por un conductor interior continuo, estando los conductores exteriores de los dos conductores coaxiales, interrumpidos e interconectados por una resistencia de detección con una resistencia sustancialmente constante; un conductor coaxial de sensor de salida que tiene un conductor interno conectado eléctricamente a un primer extremo de la resistencia de detección y que tiene un conductor externo conectado a un segundo extremo de la resistencia de detección, en donde unos núcleos de ferrita cónicos están colocados alrededor de los tres conductores coaxiales próximos a las conexiones a la resistencia de detección, en particular, siendo la resistencia de detección una resistencia tubular formada en un tubo cilíndrico dieléctrico; y en donde el sensor está encerrado dentro de una carcasa conductora continua

El documento US-4.074.193 describe un aparato combinado de medición de corriente y tensión, para medir la tensión y la corriente en un conductor primario en forma de varilla, para conducir la corriente a un potencial superior, que incluye un cuerpo de resina fundida en donde está incrustado el sensor de una unidad de medición de corriente, en donde el cuerpo de resina fundida está dispuesto en relación envolvente con el conductor primario y, además de llevar el sensor, también se utiliza como dieléctrico para el condensador de potencial superior de un divisor de tensión que alimenta el amplificador de una unidad de medición de tensión capacitiva, en donde incrustado en el cuerpo de resina fundida hay un electrodo cilíndrico que forma, con el conductor primario en forma de varilla que se extiende a través del electrodo, el condensador del lado de alta tensión del divisor de tensión capacitivo, y en donde el sensor de la unidad de medición de corriente contiene un bobinado sin un núcleo ferroso, que rodea el exterior del electrodo cilíndrico.

En la implementación de la automatización de red para la red eléctrica, las restricciones de espacio proporcionan un desafío para implementar dispositivos sensorizados para ubicaciones por debajo y por encima del grado.

Resumen

En general, esta descripción está dirigida a puentes eléctricos para cables de alimentación y a otras aplicaciones de media y alta tensión. En particular, los puentes eléctricos sensorizados descritos en la presente memoria se pueden usar en muchas aplicaciones de red eléctrica, incluyendo reemplazar los puentes existentes en aplicaciones subterráneas, interiores o exteriores, tales como en ubicaciones de conmutación, aplicaciones de bancos de condensadores, aplicaciones de armario de medición, motores, conmutadores, y aplicaciones de terminal superior/poste de elevadores, reemplazar una conexión terminal en una instalación de cable existente, así como conexiones terminales adecuadas para una instalación inicial, y para insertarse entre dos empalmes para bocas de acceso y aplicaciones de enterramiento directo

Se describe un puente eléctrico sensorizado de acuerdo con la reivindicación 1.

No se pretende que el anterior resumen de la presente invención describa cada realización mostrada o todas las implementaciones de la presente invención. Los detalles de uno o más ejemplos de la presente descripción se establecen en los dibujos adjuntos y en la siguiente descripción. Otras características, objetos y ventajas de las técnicas descritas, resultarán evidentes a partir de la descripción y los dibujos, y de las reivindicaciones.

Breve descripción de Ios dibujos

La Figura 1 es una vista isométrica de un puente eléctrico sensorizado de acuerdo con un aspecto de la presente invención.

La Figura 2 es una vista esquemática de un puente eléctrico sensorizado, que muestra una vista en sección parcial de la sección de sensor de acuerdo con otro aspecto de la invención.

La Figura 3 es una vista en sección parcial de otro puente eléctrico sensorizado, que muestra una vista en sección parcial de la sección de sensor de acuerdo con otro aspecto de la invención.

Las Figuras 4A-4D muestran implementaciones alternativas del puente eléctrico sensorizado de acuerdo con aspectos alternativos de la presente invención.

Descripción detallada

En la siguiente descripción detallada se hace referencia a los dibujos adjuntos, que forman una parte de la misma, y en los que se muestran a modo de ilustración realizaciones específicas en las que puede ponerse en práctica la invención. A este respecto, la terminología direccional, tal como “ superior” , “ inferior” , “ frontal” , “ posterior” , “delantero” , “ anterior” , “ trasero” , etc., se usa haciendo referencia a la orientación de la figura o figuras que se estén describiendo. Puesto que los componentes de las realizaciones de la presente invención se pueden colocar en una serie de orientaciones diferentes, la terminología direccional se utiliza a título ilustrativo y no es limitativa en modo alguno. Se entiende que se pueden utilizar otras realizaciones y que se pueden realizar cambios lógicos o estructurales sin apartarse del alcance de la presente invención. Por lo tanto, la siguiente descripción detallada no debe tomarse en un sentido limitativo, y el ámbito de la presente invención se define mediante las reivindicaciones adjuntas.

La presente descripción describe un puente eléctrico sensorizado, para usarse en aplicaciones de conexión de energía de media o alta tensión. El puente eléctrico sensorizado utiliza tecnología de sensor integrada. Las configuraciones de puente descritas en la presente memoria proporcionan un mecanismo compacto para proporcionar características de tensión y/o corriente, en tiempo real, de alta precisión, de un cable o ubicación de alimentación en una red eléctrica. El diseño compacto del dispositivo permite que encaje en espacios confinados y se adapte a los sistemas existentes. El puente eléctrico sensorizado está diseñado para ser utilizado en aplicaciones subterráneas, interiores o exteriores, tales como en aplicaciones de conmutación, aplicaciones de bancos de condensadores, aplicaciones de armario de medición, motores, conmutadores, y aplicaciones de terminal superior/polo elevador, donde se usan reconectadores, seccionadores, bancos de condensadores y medición primaria. El puente eléctrico sensorizado es particularmente útil en sistemas de generación de energía distribuida, en los que los dispositivos pueden estar separados geográficamente entre sí. Los puentes eléctricos sensorizados pueden proporcionar, por lo tanto, a una instalación, parque solar, parque eólico, barco, planta industrial o cualquier individuo o empresa que utilice equipos de media o alta tensión, la capacidad de crear un nodo inteligente en muchas ubicaciones de red diferentes.

En un primer aspecto de la invención, en la Figura 1 se muestra un puente eléctrico sensorizado 200. El puente eléctrico sensorizado 200 incluye un conductor (véase, por ejemplo, el cable 12 mostrado en la Figura 2 y el conductor 1 mostrado en la Figura 3) que tiene un primer extremo y un segundo extremo. En aspectos alternativos, el conductor puede construirse como una pieza sólida de metal o un cable coaxial, tal como un cable convencional de media o alta tensión. El primer extremo del conductor incluye una primera interfaz 210 de conexión y el segundo extremo del conductor incluye una segunda interfaz 220 de conexión. Cada interfaz de conexión puede configurarse como, por ejemplo, un conector de vástago (tal como se muestra en la Figura 1), un saliente (tal como se muestra en la Figura 2), un conector separable, un empalme, un empalme de ramificación, que incluye cualquier número de ramificaciones, y/o un conector modular. En un aspecto alternativo, un puente sensorizado puede incluir un primer extremo conductor que comprende un primer tipo de interfaz de conexión y un segundo extremo conductor que comprende un segundo tipo diferente de interfaz de conexión, dependiendo de la aplicación (por ejemplo, la interfaz 210 de conexión puede comprender un conector de vástago, y la interfaz 220 de conexión puede comprender un saliente). En otro aspecto de la invención, cada interfaz de conexión puede comprender uno o más conectores separables, o un conector modular con dos o más extremos.

Una sección 230 de sensor incluye un sensor dispuesto sobre el conductor entre el primer y segundo extremos. Como se muestra en los ejemplos de las Figuras 2 y 3, el sensor puede configurarse para detectar al menos una de corriente, temperatura y tensión. Diferentes construcciones de sensores se proporcionan con más detalle a continuación. Además, el puente eléctrico sensorizado 200 incluye, además, un conducto 240 de salida del sensor, que se extiende desde el sensor y está orientado sustancialmente perpendicular al eje del conductor, para proteger al menos un cable de salida del sensor, tal como el cable 242 de salida, de la corriente de fuga y otros daños eléctricos potenciales. Además, un cable 241 de conexión a tierra del puente, también puede enrutarse a través del conducto 240 de salida del sensor, para mantener el potencial de conexión a tierra. El cable 241 de conexión a tierra del puente transportará la corriente de fallo, en caso de que se produzca una descarga disruptiva o un fallo, de modo que el fusible o disyuntor que alimenta el puente sensorizado, se dispare y elimine el flujo de corriente. En algunos aspectos, el conducto 240 de salida del sensor puede comprender un conducto, conductor o no conductor, flexible.

Como también se muestra en la Figura 1, el puente eléctrico sensorizado 200 puede incluir características de control de tensión dieléctrica, para mitigar el potencial de corriente de fuga y fallo eléctrico. Por ejemplo, las características de control de tensión pueden implementarse como múltiples faldones 218 que sobresalen hacia fuera, lo que sirve para reducir las corrientes de fuga de los conectores 215a y 215b de vástago expuestos. Como se ha mencionado anteriormente, el puente eléctrico sensorizado se puede usar en aplicaciones subterráneas, interiores o exteriores, tales como en ubicaciones de conmutación, aplicaciones de bancos de condensadores, aplicaciones de armario de medición, y aplicaciones de terminal superior/polo elevador, donde se usan reconectadores, seccionadores, bancos de condensadores y medición primaria.

Las Figuras 2 y 3 proporcionan configuraciones alternativas para la construcción del sensor utilizada en el puente eléctrico sensorizado. Como resultará evidente para un experto en la técnica, dada la presente descripción, también pueden implementarse otras configuraciones de sensor.

La Figura 2 es una realización alternativa que muestra un puente eléctrico sensorizado 300. El puente eléctrico sensorizado 300 incluye un conductor que está configurado como un cable 12. El cable 12 incluye un conductor interno 14, una capa 16 de aislamiento que rodea el conductor interno 14, y una capa conductora o semiconductora (en lo sucesivo, denominada capa semiconductora) 18 que rodea la capa 16 de aislamiento. En otros aspectos, se pueden retirar capas adicionales del cable 12, tales como una pantalla de cable metálico que rodea la capa semiconductora 18, y una camisa de cable exterior que rodea la pantalla de cable metálico. Sin embargo, en algunas realizaciones, estas capas pueden permanecer sobre una porción del cable 12. El primer extremo del conductor interno 14 incluye una primera interfaz 310 de conexión, y el segundo extremo del conductor interno 14 incluye una segunda interfaz 320 de conexión. En este aspecto, cada interfaz de conexión puede configurarse como un saliente 34.

En esta realización, los sensores de tensión y corriente están integrados en la sección 330 de sensor. En la ilustración de la Figura 2, la capa 16 de aislamiento, la capa semiconductora 18 del cable 12, así como los sensores y algunos elementos relacionados, no se muestran en sección transversal. Además, como se muestra en la Figura 2, se muestra en sección transversal un tubo 36 de control de tensión, un manguito tubular 52 y una capa 107 de aislamiento. En este aspecto, el tubo 36 de control de tensión, que comprende una capa interior 38 de alta K y una capa 40 de aislamiento exterior, está montado en la porción de extremo del cable 12 adyacente al saliente 34 y se extiende a lo largo del puente eléctrico sensorizado 300, de manera que solapa al menos una porción de la capa semiconductora 18 del cable 12. El tubo 36 de control de tensión puede estar hecho de un material contraíble, tal como silicona o EPDM. Puede ser un material contraíble por calor o en frío. En la realización de la Figura 2, el puente eléctrico sensorizado 300 comprende, además, un manguito tubular 52 que se extiende sobre al menos una porción de los extremos conductores y la sección 330 de sensor. El manguito tubular 52 comprende una capa de aislamiento de un material contraíble, típicamente silicona o EPDM. Puede ser un material contraíble por calor o en frío. Alternativamente, el manguito 52 puede ser una capa sobremoldeada o de empuje. Opcionalmente, en la realización ilustrada, el manguito tubular 52 incluye faldones 56 cerca de las porciones de extremo del puente 300. Los faldones sirven para reducir la corriente de fuga, que es particularmente útil para aplicaciones exteriores.

Como se muestra en la Figura 2, unas tiras anulares de la capa semiconductora 18 se eliminan para formar secciones o huecos 100 axiales no conductores en la capa de semiconductores en las que se expone la capa 16 de aislamiento subyacente. Las porciones de capa semiconductora 18 separadas por huecos 100 están marcadas 18a, 18b y 18c, para mayor claridad. En una realización alternativa, la capa semiconductora 18 puede terminar con la porción 18a, y las piezas de un material conductor o semiconductor pueden colocarse en el cable 12, para servir las mismas funciones que las porciones 18b y 18c de la capa semiconductora 18. En otra realización alternativa, un material conductor o semiconductor unido a la parte posterior del sensor 102 de tensión, antes de su unión al cable 12 de interfaz, puede usarse en lugar de la porción 18b de la capa semiconductora 18. En otra realización más, el sensor 102 de tensión está unido directamente a la capa de aislamiento del cable 12.

Como se ilustra en la Figura 2, un sensor 102 de tensión está colocado en la porción 18b de capa semiconductora, que está eléctricamente aislada de las porciones 18a y 18c mediante huecos 100. Aunque la presente memoria descriptiva se refiere a unir un sensor al cable 12, en algunas realizaciones, el propio cable 12 funciona como parte del sensor. En tales casos, la referencia en la presente memoria al sensor 102 de tensión, se refiere a la porción del sensor, por ejemplo, una placa de circuito impreso (PCI, no mostrada), que está unida al cable 12. En al menos una realización de la presente invención, el sensor de tensión es un divisor capacitivo en el que un primer condensador incluye el conductor interno 14 del cable, la capa 16 de aislamiento del cable y la porción semiconductora 18b. El/los segundo/s condensador/es está/n colocado/s en una PCI, que está unida a la porción 18b de capa semiconductora. La resistencia eléctrica interna de la porción 18b de capa semiconductora no es significativa.

En algunos ejemplos, la PCI puede adaptarse para soportar una pluralidad de componentes electrónicos, que pueden servir para otros propósitos, por ejemplo, mecanismos de seguridad para en caso de fallo de conexión a tierra, y componentes que forman circuitos electrónicos para la compensación de temperatura o detección adicional, tal como temperatura, humedad, campo magnético, etc.

Las tiras de material aislante (no mostradas) cubren espacios 100 para separar la porción semiconductora 18b de cualquier otro material conductor o semiconductor, o elementos, excepto del sensor 102 de tensión, y para evitar la presencia de aire en los espacios 100, cuyo aire podría provocar una descarga eléctrica parcial y un fallo del sensor 102 de tensión. El material aislante puede ser cualquier material adecuado, tal como una combinación de masilla, que llenará más fácilmente los espacios 100, y cinta de PVC colocada sobre la masilla. La cinta de PVC también puede servir para fijar el sensor 102 de tensión al cable 12. El sensor 102 de tensión mide la tensión del conductor interno 14 del cable 12.

Una placa de conexión a tierra del sensor 102 de tensión está conectada eléctricamente (a través de, por ejemplo, un cable 341 de conexión a tierra que está conectado al elemento conductor 104a) a una o ambas porciones 18a y 18c de capa semiconductora, mediante un elemento conductor 104. Los elementos conductores 104, 104a pueden comprender una malla de alambre que puede envolverse alrededor de una o ambas porciones 18a y 18c de capa semiconductora. Los elementos conductores 104 se pueden soldar a un punto 106 de conexión en el sensor 102 de tensión. Si la porción del elemento conductor 104 que conecta las porciones de capa semiconductora 18a y 18c al sensor 102 de tensión no está aislada, las tiras de material aislante (no mostradas) sobre los espacios 100, evitarán que se haga contacto eléctrico con la porción semiconductora 18b subyacente.

La capa 107 de aislamiento cubre el sensor 102 de tensión y las porciones de espacios 100 adyacentes de la capa semiconductora. Se coloca una capa de material conductor o semiconductor (no mostrado) sobre la capa 107 de aislamiento. En al menos una realización, la capa de material conductor o semiconductor se combina con la capa 107 de aislamiento, de modo que la capa 107 de aislamiento tiene una capa de aislamiento orientada hacia el sensor y una capa de un tubo 36 conductor o semiconductor de control de tensión. La capa conductora o semiconductora protege el sensor de los campos eléctricos externos. El tubo 36 de control de tensión cubre la capa 107 de aislamiento y se extiende hasta los extremos del cable 12 a los que están unidos los salientes 34. También puede incluirse un sensor de corriente 108 y puede colocarse sobre la capa semiconductora 18 adyacente al sensor 102 de tensión. El cable 110 de señal está conectado al sensor 102 de tensión y el cable 112 de señal está conectado al sensor 108 de corriente, que puede ser una bobina de Rogowski. Ambos cables 110, 112 están aislados para no causar ningún cortocircuito. El cable 110 de señal de tensión y el cable de señal de corriente 112 salen de la sección 330 de sensor del puente eléctrico sensorizado 300, a través de un conducto 340 de salida del sensor (construido de una manera similar a la descrita anteriormente) que se extiende desde el sensor y está orientado sustancialmente perpendicular al eje del conductor (por ejemplo, el eje del conductor interno 14) para proteger el cable o los cables de salida del sensor, de la corriente de fuga y otros daños eléctricos potenciales. En este aspecto, el cable 341 de conexión a tierra puede salir por separado del conducto 340 de salida del sensor. Además, unos colectores 319 de corriente, tales como correas metálicas, pueden envolverse alrededor del manguito 52 y conectarse a tierra a través de un cable 341 de conexión a tierra, para recoger la corriente de fuga y proporcionar protección adicional contra la descarga.

Ambos cables 110, 112 de señal pasan al exterior del puente eléctrico sensorizado 300, donde pueden estar conectados a, por ejemplo, una unidad terminal remota que procesa los datos de corriente y de tensión, desde la sección de sensor, o un integrador, un dispositivo de medición, un dispositivo de control u otros tipos adecuados de dispositivos.

En al menos una realización, el sensor 102 de tensión comprende una placa de circuito impreso flexible de doble cara. En este aspecto, la parte superior o frontal de la PCI es la porción que está orientada hacia la capa 107 de aislamiento. La parte superior de la PCI incluye, de forma típica, características conductoras que están conectadas eléctricamente a dispositivos externos. La parte inferior o posterior de la PCI está orientada hacia el cable 12. Para establecer el contacto eléctrico adecuado entre el sensor 102 y la porción 18b de capa semiconductora, es deseable maximizar el área de contacto en la parte posterior del sensor 102. En aspectos alternativos, se puede utilizar una lámina de cobre o una lámina de cobre chapada en oro.

En otros aspectos, puede utilizarse una capa de cobre chapada en oro estampada. El patrón puede formarse de cualquier manera adecuada. Por ejemplo, se puede usar un proceso fotorresistente para crear el patrón, aplicando y desarrollando una capa fotorresistente en la capa de cobre inferior de la placa de circuito (y, opcionalmente, en porciones de la capa superior de cobre, fuera de la porción de circuito, para que el sensor funcione) en un patrón que expone áreas de la capa de cobre a eliminar, para crear el patrón de cobre deseado. Las porciones expuestas de la(s) capa(s) de cobre pueden estar expuestas a una solución de grabado de cobre, para eliminar las áreas expuestas de cobre. A continuación, se elimina la fotorresistencia estampada, dejando un patrón de cobre en el lado inferior de la placa de circuito. A continuación, se pone en placa una capa de níquel sobre el cobre y el oro, o una aleación de oro (a veces denominada, en lo sucesivo, como oro) en la capa de níquel. La capa de cobre recubierta con oro estampada de la PCI asegura una buena conexión eléctrica entre la porción 18b de capa semiconductora y los pasos conductores de la PCI que se conectan a los elementos de circuito eléctrico en la superficie superior de la PCI. En un aspecto, las señales de salida del sensor de tensión son baja tensión. Por ejemplo, las señales de salida desde el sensor de tensión pueden ser del orden de aproximadamente 1-10 voltios, con una corriente del orden de microamperios.

Al igual que una capa sólida, una capa de cobre recubierta con oro estampada de este aspecto de la presente invención, proporcionará una cantidad casi infinita de puntos de contacto. La distancia de un punto de contacto a otro, es insignificante, ya que es con una capa sólida. El patrón creado en la capa de cobre puede ser cualquier patrón adecuado, incluyendo, pero sin limitarse a, una rejilla con un patrón en forma de cuadrado o de diamante. Además, la PCI del sensor de tensión de este aspecto puede diferir de las PCI estándar, en que las PCI estándar tienen capas resistentes de soldadura que cubren las superficies frontal y posterior de la PCI, excepto en áreas conductoras en las que se hará contacto eléctrico (típicamente, por soldadura).

Además de lo anterior, la tensión mecánica aplicada a la PCI puede ser limitada. La PCI está sometida a tensión mecánica cuando se dobla y se coloca alrededor del cable 12. Aunque esta configuración doblada puede colocar alguna tensión en la PCI, una vez que se fija al cable 12, por ejemplo, con una cinta de PVC, y especialmente después del tubo 36 de control de tensión y el manguito tubular 52 se encojan alrededor del cable 12 de interfaz, aplicando así una fuerza radial a la PCI del sensor 102 de tensión, la PCI flexible permanece en un estado relativamente estático. Alternativamente, el tubo 36 de control de tensión/manguito 52 puede sobremoldearse o empujarse sobre el puente.

La Figura 3 es una vista esquemática parcial de corte parcial de una sección longitudinal de un puente eléctrico sensorizado 100, con las porciones de interfaz de conexión no mostradas, y la sección 130 de sensor mostrada en detalle. Las porciones de interfaz de conexión pueden ser las mismas que las descritas anteriormente. La sección 130 de sensor está dispuesta sobre un conductor 1, que puede ser un conductor de metal sólido, una barra colectora o un conductor de cable de alimentación convencional.

El sensor 30, en este aspecto, es un sensor combinado de tensión y corriente. De esta manera, se pueden lograr ahorros de espacio porque el sensor de corriente puede ser radialmente concéntrico con el sensor de tensión. Esta configuración conserva el espacio longitudinalmente, permitiendo que el puente 100 sea más corto en longitud, lo que puede ser ventajoso para algunas aplicaciones, tales como bancos de condensadores y armarios de medición. Además, en este aspecto de la invención, el sensor de tensión puede formarse usando un material estable a la temperatura.

La porción de sensor 29 de tensión tiene una forma tubular que rodea el conductor 1. Un dispositivo de detección de tensión con forma tubular puede tener una forma de cilindro hueco. Puede tener la forma de un anillo o un tubo corto. La porción de sensor 29 de tensión puede tener la forma de un tubo doblado o distorsionado. El dispositivo de detección de tensión puede tener la forma de un tubo rectangular, es decir, en una sección transversal, su perfil externo puede tener la forma de un rectángulo. El pasaje puede, por ejemplo, tener una sección transversal circular, una sección transversal elíptica o una sección transversal ovalada, o una sección transversal rectangular o triangular, o cualquier sección transversal irregular. En una realización específica, la forma exterior del dispositivo de detección de tensión tiene la forma de un cilindro, y el conducto tiene una sección transversal circular y se extiende a través del cilindro a lo largo del eje de simetría del cilindro. El sensor de tensión puede tener una construcción similar a la descrita en la solicitud EP 13198139.1, presentada el 18 de diciembre de 2013.

El sensor 29 de tensión incluye un electrodo interno o capa 2 de protección, en contacto con el conductor 1. El electrodo interno 2 está dispuesto sobre un elemento portador 3. El elemento portador 3 comprende una superficie radialmente interior (o interior) en la que está dispuesto el electrodo interno 2, y una superficie radialmente exterior (o exterior) en la que está dispuesta un electrodo externo o capa de protección exterior 4. En este aspecto, el elemento portador 3 es sólido, eléctricamente no conductor y comprende un material que tiene un coeficiente de expansión térmica de menos de 5 x 10-6 l/K a 20 °C. El elemento portador 3 puede comprender, por ejemplo, un material cerámico. Muchos materiales cerámicos tienen un coeficiente de expansión térmica de menos de 5 x 10-6 l/K a 20 °C. Un coeficiente bajo de expansión térmica puede proporcionar una distancia radial casi constante entre el electrodo interno y el electrodo externo, cuando varía la temperatura del elemento portador. Esto, a su vez, puede dar como resultado una variabilidad menor con la temperatura de la capacitancia del condensador de detección formado por el electrodo interno, el electrodo externo y la primera porción del elemento portador. De este modo, se mejora la precisión global del sensor de tensión, y/o se alivian o incluso se obvian los requisitos para compensar las variaciones de la salida del sensor con la temperatura. Generalmente, un material cerámico ofrece, además, ventajas en la estabilidad mecánica y las propiedades de aislamiento eléctrico.

En este aspecto, el material cerámico puede comprender nitruro de silicio (Si3N4). El coeficiente de expansión térmica de este material cerámico es de aproximadamente 2,5 x 10-6 l/K a una temperatura de 20 0C. Cuando el dispositivo 29 de detección de tensión y el elemento portador 3 se calientan, el elemento portador 3 se expande solo en una cantidad muy pequeña, lo que resulta en que los electrodos 2, 4 tengan casi la misma distancia radial, dentro de un amplio intervalo de temperatura.

Una pluralidad de láminas (no mostradas) proporciona un contacto eléctrico entre el conductor 1 y el electrodo interno 2. Una pluralidad de láminas o bordes puede proporcionar más puntos de contacto y, por lo tanto, una mejor conexión eléctrica. Además, una pluralidad de láminas proporciona un cierto grado de redundancia, de modo que el contacto entre el conductor 1 y el electrodo interno 2, todavía está presente, incluso si una lámina se rompe o falla.

El electrodo interno 2 puede comprender un metal eléctricamente conductor, tal como cobre, plata, oro, níquel, aluminio o una aleación que comprende cualquiera de estos materiales. El electrodo interno puede comprender un polímero eléctricamente conductor. Independientemente de otras características, el espesor radial del electrodo interno puede ser entre 1 micrómetro y 1 milímetro. El electrodo interno puede comprender un material no ferromagnético, tal como para transmitir un campo electromagnético generado por el conductor de transporte de electricidad 1. Puede, por ejemplo, comprender níquel-fósforo o una aleación que comprenda níquel-fósforo.

El electrodo externo 4 del sensor 29 de tensión puede comprender un chapado de níquel-fósforo, dispuesto sobre la superficie exterior del elemento portador 3. El níquel-fósforo proporciona una dureza suficiente y no se corroe rápidamente. También facilita la soldadura, de modo que se pueda conectar fácilmente un cable al electrodo externo 30. Se puede proporcionar una capa adicional de oro para una conductividad eléctrica aún mejor. Generalmente, el electrodo externo puede comprender cualquier material conductor adecuado, tal como cobre, plata u oro. En la dirección axial del conductor, el electrodo externo 4 se extiende hasta un borde del electrodo externo, de manera que la trayectoria entre el borde del electrodo interno y el borde del electrodo externo a lo largo de la superficie del elemento portador 3, tenga una longitud suficiente para reducir considerablemente el riesgo de avería superficial entre los electrodos 2, 4, cuando la diferencia de tensión entre los electrodos esté en el intervalo de media o alta tensión, es decir, entre 1 kilovoltios y 110 kilovoltios. En aspectos alternativos, el perfil del electrodo externo 4 puede ser una línea recta, es decir, todas las porciones del electrodo externo 4 están radialmente igualmente cerca del eje del conductor, o el electrodo externo 4 puede tener un perfil curvado con respecto al eje del conductor.

El electrodo interno 2 y el electrodo externo 4 pueden funcionar como dos electrodos de un condensador de detección. Una porción media del elemento portador 3 está dispuesta entre el electrodo interno 2 y el electrodo externo 4. Esta porción media puede funcionar como un dieléctrico de este condensador de detección. El condensador de detección puede estar conectado en serie con un condensador secundario (PCI 5), similar a la PCI descrita anteriormente con respecto a la Figura 2, de modo que el condensador de detección y el condensador secundario forman un divisor de tensión capacitivo. El divisor de tensión capacitivo puede, entonces, usarse para detectar la tensión del conductor interno 1.

Una placa 5 de circuito impreso (PCI) está dispuesta en el electrodo externo 4 del sensor 29 de tensión. La PCI 5 puede comprender una placa de circuito impreso flexible de doble cara. En este aspecto, la parte superior o frontal de la PCI 5 está orientada hacia una capa 6 de aislamiento, dispuesta radialmente sobre la PCI 5. La parte superior de la PCI incluye, de forma típica, características conductoras que están conectadas eléctricamente a dispositivos externos, a través del cable 41 de señal de salida. La parte inferior o posterior de la PCI 5 está dispuesta en el electrodo externo 4. Para establecer un contacto eléctrico adecuado, es deseable maximizar el área de contacto en la parte posterior de la PCI 5. En aspectos alternativos, se puede utilizar una lámina de cobre o una lámina de cobre chapada en oro. En otros aspectos, puede utilizarse una capa de cobre chapada en oro estampada.

La capa 6 de aislamiento puede comprender un material aislante convencional. El material aislante puede ser cualquier material adecuado, tal como una combinación de masilla, que llenará más fácilmente los huecos, y cinta de PVC colocada sobre la masilla. La cinta de PVC también puede servir para fijar la PCI 5 al elemento de electrodo/portador externo.

Opcionalmente, una capa 7 de protección adicional puede disponerse concéntricamente alrededor, y disponerse sobre la capa 6 de aislamiento. La capa 7 de protección puede comprender un material conductor o semiconductor convencional y puede usarse para proteger la capa 6 de aislamiento y el cuerpo del portador 3. Como se muestra en la Figura 3, la capa 7 de protección puede extenderse axialmente a lo largo del eje del conductor 1, para rodear una porción de la capa 11 de aislamiento, que rodea el conductor interno 1 fuera de la sección 30 del sensor.

Como se mencionó anteriormente, el sensor 30, en este aspecto, comprende un sensor combinado de tensión y corriente. Como se muestra en la Figura 3, un sensor 10 de corriente rodea el sensor 29 de tensión. Esta configuración conserva el espacio a lo largo del eje del conductor, permitiendo que el puente 100 sea más corto para algunas aplicaciones. El sensor 10 de corriente puede construirse de manera similar al sensor 108 descrito anteriormente.

En este aspecto, el sensor 10 de corriente puede construirse como una bobina de Rogowski. La bobina de Rogowski puede usarse para detectar una corriente a través del conductor 1. La bobina de Rogowski puede ser flexible y puede doblarse para conformarse circunferencialmente alrededor del sensor 29 de tensión. Las vueltas conductoras de la bobina real están acomodadas en una envolvente no conductora, que las aísla eléctricamente del sensor 29 de tensión del electrodo externo. La envolvente puede estar hecha preferiblemente de un material polimérico flexible. El elemento portador 3 puede incluir un rebaje que le permite acomodar un dispositivo 10 de detección de corriente, sin añadir mucho al diámetro externo del dispositivo 29 de detección de tensión. Esto permite que el dispositivo 29 de detección de tensión sea pequeño.

La bobina de Rogowski detecta el campo magnético generado por una corriente a través del conductor 1 en la sección del sensor 130. Ventajosamente, las capas de protección pueden comprender material eléctricamente conductor, no ferromagnético. Dicho material permite que los campos magnéticos se transmitan a través de la misma a la bobina de Rogowski. Por ejemplo, las capas de protección, incluyendo el electrodo externo, pueden comprender chapado de níquel-fósforo, que no es ferromagnético.

Las señales de salida del sensor de corriente pueden ser transportadas por el cable 42 de señal de salida de corriente.

Como se muestra en la Figura 3, el puente eléctrico sensorizado 100 puede incluir un conducto 340 de salida del sensor, que se extiende desde la sección del sensor a través de la capa 352 de aislamiento antiseguimiento y está orientada sustancialmente perpendicular al eje del conductor, para proteger los cables 41, 42 de salida del sensor de corrientes de fuga y daños eléctricos. El conducto de salida del sensor 340 puede construirse de una manera similar a la descrita anteriormente.

En este aspecto, un cable 45 de conexión a tierra del puente, sale de la sección del sensor 130 fuera del conducto de salida del sensor 340.

El puente eléctrico sensorizado 100 incluye, además, una capa 11 de aislamiento que rodea el conductor 1 fuera de la porción 130 del sensor. El puente eléctrico sensorizado 100 puede incluir, además, una capa 13 de control de tensión, formada por un material de alta K. En un aspecto, esta capa de control de tensión puede conformarse como un tubo que comprende en su estado montado una capa interior que es un elemento de control de tensión y una capa dieléctrica exterior 15 de, por ejemplo, silicona o caucho de monómero de etileno propileno dieno (EPDM). El elemento de control de tensión puede lograr un control de la tensión mediante el uso de materiales particulares, tales como materiales de alta K o mediante el uso de formas de control de la tensión geométrica. El tubo de control de tensión puede fabricarse mediante un proceso de moldeo o un proceso de extrusión.

El puente eléctrico sensorizado 100 incluye, además, un manguito tubular 352 que se extiende sobre al menos una porción de los extremos del conductor y la sección del sensor 130. El manguito tubular 352 comprende un material de aislamiento antiseguimiento que puede ser un material contraíble en frío o en caliente, un material sobremoldeado o un material de empuje. Opcionalmente, el manguito tubular 352 puede incluir, además, faldones cerca de las porciones de extremo del puente 100. Los faldones sirven para reducir la corriente de seguimiento, que es particularmente útil para aplicaciones exteriores.

Además, unos colectores 19 de corriente, tales como correas metálicas, pueden envolverse alrededor del manguito 16 y conectarse a tierra a través de un alambre 45 de tierra, para recoger la corriente de fuga y proporcionar protección adicional contra la descarga. Opcionalmente, para aplicaciones de alta tensión, también se pueden implementar unos deflectores 22, tales como conos de tensión geométrica formados en el manguito exterior 16.

Debido a que los puentes eléctricos sensorizados descritos en la presente memoria pueden incluir un sensor de corriente y un sensor de tensión capacitivo, estos dispositivos facilitan el cálculo del ángulo de fase (factor de potencia), Volt Amps (VA), Volt Amps reactivos (VAr) y vatios (W).

El puente eléctrico sensorizado puede ser de tamaño compacto. Por ejemplo, los puentes eléctricos sensorizados 100, 200, 300 pueden tener una longitud axial de 25 pulgadas o menos.

Los puentes eléctricos sensorizados descritos en la presente memoria se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, para aplicaciones subterráneas, tales como en bancos de condensadores o en armarios de medición primarios montados, que pueden incluir múltiples transformadores de corriente y potencial, se puede utilizar un número correspondiente de puentes eléctricos sensorizados, tal como se describe en la presente memoria, para permitir que los fabricantes de armarios disminuyan el tamaño del armario y establezcan nodos inteligentes para la automatización de la red. Para aplicaciones de sobrecoste, los puentes eléctricos sensorizados descritos en la presente memoria, pueden desplegarse con equipos en el aire, tales como conmutadores, en aplicaciones de terminal/polo elevador donde se conecten las terminaciones para conmutadores, o fusibles en las líneas aéreas. Además, los puentes eléctricos sensorizados se pueden utilizar en ubicaciones que tengan reconectadores, seccionadores, instalaciones de polo de toque en línea, ubicaciones de conmutación de transferencia automática y polos de doble extremo.

Las Figuras 4A-4D muestran implementaciones alternativas del puente eléctrico sensorizados descrito en la presente memoria. Por ejemplo, los puentes eléctricos sensorizados pueden incluir, como parte de un empalme, un empalme de ramificación, un empalme separable o un empalme ramificado separable. Por ejemplo, en la Figura 4A, se emplea un puente eléctrico sensorizado 460 (que puede configurarse como se ha descrito anteriormente con respecto a los puentes 100, 200, 300) como parte de un empalme sensorizado separable 480. En esta implementación, el puente eléctrico sensorizado 460 incluye una capa de cubierta exterior semiconductora o conductora. Además, el puente eléctrico sensorizado puede incluir una sección de sensor que comprenda dos o más extremos. Las Figuras 4B, 4C y 4D muestran aspectos alternativos adicionales del puente eléctrico sensorizado utilizado como parte de los empalmes de ramificación o empalmes de ramificación separables, que pueden emplearse en las bocas de acceso y las cámaras dentro de la red. Por ejemplo, la Figura 4B muestra cuatro puentes eléctricos sensorizados 461-461d implementados como parte de un empalme de ramificación sensorizado separable, lo que permite realizar mediciones de tensión y corriente en cuatro ubicaciones diferentes. En otra implementación alternativa de empalme de ramificación sensorizado, como se muestra en la Figura 4C, se proporcionan cuatro puentes eléctricos sensorizados 462-462d como un nodo sensorizado que tenga cuatro conexiones, con medición de tensión y/o corriente en cuatro ubicaciones. En un aspecto adicional, la Figura 4d muestra cinco puentes eléctricos sensorizados, donde los puentes sensorizados 463a-46d proporcionan datos de corriente en cuatro ubicaciones diferentes y el puente sensorizado 463e puede proporcionar datos de tensión para la rama.

Claims

r e iv in d ic a c io n e s

i. Un puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) que comprende:

un conductor (1, 12) que tiene un primer extremo y un segundo extremo, incluyendo el primer extremo una primera interfaz (210, 310) de conexión e incluyendo el segundo extremo una segunda interfaz (220, 320) de conexión,

una sección (130, 230, 330) de sensor que incluye al menos un sensor dispuesto sobre el conductor, entre el primer y segundo extremos, detectando el sensor al menos una de corriente y tensión del conductor, en donde el sensor incluye un sensor (29, 102) de tensión capacitivo que tiene una capa (2) de protección interna en contacto con el conductor (1), una capa (6, 16) de aislamiento dispuesta sobre la capa de protección interna, y una capa (107) de protección externa aislada eléctricamente dispuesta sobre la capa de aislamiento,

un tubo (36, 13) de control de tensión que tiene una capa (38) de alta K dispuesta sobre al menos una porción de la sección de sensor y

un conducto (240, 340) de salida del sensor, que se extiende desde el sensor y está orientado sustancialmente perpendicular al eje del conductor, para proteger al menos un cable (41, 42, 242) de salida, del sensor de corrientes de fuga u otros daños eléctricos potenciales.
2. El puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) de la reivindicación 1, en donde el conducto (240, 340) de salida del sensor comprende un conducto flexible conductor que tiene una capa de aislamiento externa.
3. El puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) de la reivindicación 2, en donde el conducto flexible conductor comprende un material metálico.
4. El puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) de la reivindicación 1, en donde la capa (107) de protección externa aislada eléctricamente comprende una sección eléctricamente aislada de material conductor o semiconductor.
5. El puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) de la reivindicación 4, en donde la sección eléctricamente aislada de material conductor o semiconductor, forma un electrodo de un sensor de tensión capacitivo
6. El puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) de la reivindicación 1, en donde cada interfaz (210, 310) de conexión comprende uno de un saliente, un conector de vástago, un conector separable, un empalme y un conector modular.
7. El puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) de la reivindicación 1, en donde la sección (130, 230, 330) del sensor comprende, además, un sensor (10, 108) de corriente.
8. El puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) de la reivindicación 7, en donde el sensor (10, 108) de corriente es, al menos parcialmente, concéntrico con el sensor (29, 102) de tensión capacitivo.
9. El puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) de la reivindicación 1, que incluye, además, un manguito exterior (52, 352) que comprende un cuerpo tubular formado a partir de un material de aislamiento antiseguimiento y una pluralidad de faldones (56, 218, 356).
10. El puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) de la reivindicación 1, en donde cada interfaz (220, 320) de conexión comprende uno o más conectores separables o un conector modular con dos o más extremos.
11. El puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) de la reivindicación 10, dispuesto en un empalme, empalme de ramificación, empalme separable, conector separable o empalme ramificado separable.
12. El puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) de la reivindicación 1, en donde la sección (130, 230, 330) del sensor comprende, además, un sensor de temperatura.
13. El puente eléctrico sensorizado (100, 200, 300, 460) de la reivindicación 1, en donde el conducto (240, 340) de salida del sensor comprende un conducto flexible no conductor, que tiene una capa de aislamiento externa.