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MX2014007628A - Cable de deteccion para red de distribucion de energia. - Google Patents

Cable de deteccion para red de distribucion de energia.

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Publication number
MX2014007628A
MX2014007628A MX2014007628A MX2014007628A MX2014007628A MX 2014007628 A MX2014007628 A MX 2014007628A MX 2014007628 A MX2014007628 A MX 2014007628A MX 2014007628 A MX2014007628 A MX 2014007628A MX 2014007628 A MX2014007628 A MX 2014007628A
Authority
MX
Mexico
Prior art keywords
conductive
cable
layer
semiconductive
semi
Prior art date
Application number
MX2014007628A
Other languages
English (en)
Inventor
Jens Weichold
Michael Stalder
Holger Kurzhals
Sebastian Eggert
Christian Weinmann
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

Un cable detectado o de detección (1) para la distribución de energía eléctrica en una red de distribución de energía, el cable de detección comprende un conductor interior y una capa de aislamiento (10) colocada, en posición concéntrica, alrededor de una sección axial del conductor interior. El cable de detección además comprende un sensor de tensión capacitiva (100) para la detección de la tensión del conductor interior, caracterizado porque el sensor incluye un elemento de tarjeta de circuito impreso (60), que es colocado sobre una pieza eléctricamente aislada (140) de material conductivo o semiconductivo, es colocado en la capa de aislamiento del cable. La pieza eléctricamente aislada (140) de material conductivo o semiconductivo puede ser operada para formar un electrodo de un capacitar de detección del sensor de tensión capacitiva. El cable podría comprender una capa (semi-) conductiva (20). La pieza eléctricamente aislada (40) de material conductivo o semiconductivo podría comprender una porción de la capa (semi-) conductiva.

Description

CABLE DE DETECCION PARA RED DE DISTRIBUCION DE ENERGIA Campo de la Invención La invención se refiere a un cable para la transmisión de energía eléctrica en las redes de distribución de energía, que es equipado con un sensor de tensión capacitiva que comprende un elemento de tarjeta de circuito impreso ( "Elemento PCB" ) colocados sobre una pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo, que es colocado sobre una capa de aislamiento del cable y que puede operarse para formar un electrodo de un capacitor de detección del sensor de tensión. La invención también se refiere al uso de un elemento de tarjeta de circuito impreso para el contacto de una capa conductiva o semiconductiva de un cable de red de distribución de energía.
Antecedentes de la Invención Los operadores de las redes de distribución de energía eléctrica monitorean el estado de sus redes utilizando sensores para la tensión y la corriente en sus instalaciones y en los cables individuales. Un ejemplo temprano de un sensor de tensión para los cables de energía de alta tensión y media tensión es descrito en la Patente Británica GB1058890, en la cual el conductor aislado del cable y un electrodo de sonda de detección de campo son rodeados por un electrodo de protección, y en el cual los REF . 249509 electrodos de protección y de sonda son conectados con las terminales de entrada de un amplificador de alta ganancia.
En la solicitud de Patente Alemana DE 3702735 Al, un dispositivo de medición de tensión para un cable comprende un divisor de tensión capacitiva. Uno de los capacitores, un capacitor de alta tensión, es formado por el aislamiento del conductor central del cable y la capa conductiva que lo envuelve. Un capacitor de medición es localizado entre la capa conductiva y la malla de blindaje del cable.
La solicitud Japonesa de Patente publicada JP 60256068 A2 está relacionada con la medición de la tensión cargada de un cable de energía eléctrica de alta tensión. Esta describe el desprendimiento de una parte de un electrodo de blindaje de un cable de energía eléctrica para exponer el aislador. Un miembro conductivo o semiconductivo es parcialmente enrollado alrededor de la superficie periférica exterior del aislador para formar un electrodo suspendido. Un alambre conductor es embebido y es conectado con el electrodo. (El documento D8 , es considerado la técnica anterior más cercana) Sumario de la Invención Un objetivo de la presente invención es mejorar el contacto eléctrico y mecánico entre un circuito de sensor de tensión y la capa conductiva o capa semiconductiva de un cable, en donde la capa conductiva o semiconductiva del cable es operada como un electrodo de un capacitor de detección de un sensor de tensión capacitiva.
La presente invención proporciona un cable detectado o de detección para la distribución de energía eléctrica en una red de distribución de energía, el cable de detección comprende un conductor interior y una capa de aislamiento colocada, en posición concéntrica, alrededor al menos de una sección axial del conductor interior, en donde el cable de detección además comprende un sensor de tensión capacitiva que detecta la tensión del conductor interior, caracterizado porque el sensor incluye un elemento de tarjeta de circuito impreso, el elemento de tarjeta de circuito impreso es colocado sobre una pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo, la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo es colocada en la capa de aislamiento del cable y puede operarse para formar un electrodo de un capacitor de detección del sensor de tensión capacitiva .
Una tarjeta de circuito impreso ("PCB", por sus siglas en inglés) puede establecer el contacto eléctrico con la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo en varias ubicaciones. Esto evita las desventajas de tener contacto eléctrico sólo en una ubicación en la pieza de material (semi-) conductivo, a saber, eviten primer lugar problemas que se originan de un deficiente contacto eléctrico en una ubicación, si ese contacto, por ejemplo, es incompleto, corroído o dañado. Por ejemplo, en el caso de corrosión o daño, ninguna tensión o una tensión más baja puede ser medida en la PBC, originando una lectura incorrecta de la tensión del sensor. En segundo lugar, también evita problemas que se generan a partir del hecho que los electrones que viajan de un aro de la pieza (semi-) conductiva a la ubicación del contacto experimentan una resistencia eléctrica de la pieza (semi-) conductiva a través de una trayectoria más larga. Esto a su vez podría conducir a una caída de tensión y eventualmente a una tensión más baja, es decir, a una tensión menos precisa que está siendo medida en la PBC.
En contraste, el cable detectado o de detección de acuerdo con la invención, que tiene una PBC, podría proporcionar un gran número de puntos de contacto en varias ubicaciones en la PBC, y con lo cual en varias ubicaciones en la pieza (semi-) conductiva. Esto crea una redundancia, de modo que un punto de contacto único corroído, incompleto o dañado no puede conducir a una medición errónea de la tensión. Asimismo, un gran número de puntos de contacto recortará la trayectoria que los electrones tienen que viajar de un aro de la pieza (semi-) conductiva a la siguiente ubicación más cercana de contacto en la PBC. Esto origina una caída de la tensión mucho más pequeña y una precisión más alta de la lectura de la tensión.
Un cable detectado o de detección de acuerdo con la invención, que tiene un sensor de tensión capacitiva que comprende una PBC, ofrece la ventaja adicional que la PBC podría ser adaptada para soportar una pluralidad de componentes electrónicos que podrían servir para otros propósitos, por ejemplo, componentes que forman circuitos electrónicos para la compensación de la temperatura.
Un cable detectado o de detección es un cable en combinación con un sensor o que comprende un sensor. Un cable de acuerdo con la invención comprende un conductor interior para la conducción de la energía eléctrica, y una capa de aislamiento, colocada, en posición concéntrica, alrededor al menos de una sección axial del conductor interior. La capa de aislamiento podría ser directamente colocada en el conductor interior .
El cable detectado o de detección de acuerdo con la invención comprende un sensor de tensión capacitiva que detecta la tensión del conductor interior. El sensor podría ser adecuado para la detección de la tensión del conductor interior con relación al potencial de conexión a tierra eléctrica o con relación a otro potencial eléctrico.
Un sensor de tensión capacitiva comprende un capacitor de detección. En el cable de detección de acuerdo con la invención, un electrodo del capacitor de detección podría ser el conductor interior o un elemento eléctricamente conductivo que es eléctricamente conectado con el conductor interior del cable. La capa de aislamiento del cable podría ser operada para formar un dieléctrico del capacitor de detección. De manera más amplia, un dieléctrico del capacitor de detección podría comprender una porción de la capa de aislamiento del cable.
El cable detectado o de detección de acuerdo con la invención es caracterizado porque el sensor incluye un elemento de tarjeta de circuito impreso ("Elemento PCB"). El elemento PCB es colocado sobre una pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo (en la presente también es referido como "material (semi-) conductivo"), que a su vez es colocado en la capa de aislamiento del cable. El elemento PCB podría ser colocado en la pieza eléctricamente aislada de material (semi-) conductivo. La pieza de material (semi-) conductivo puede ser operada para formar un electrodo del capacitor de detección. De esta manera, el elemento PCB se encuentra en contacto mecánico con la capa de aislamiento por medio de la pieza de material (semi-) conductivo. De esta manera, la pieza de material (semi-) conductivo podría ser colocada entre el elemento PCB y la capa de aislamiento. La pieza de material (semi-) conductivo podría ser, por ejemplo, una capa de material (semi-) conductivo, es decir, podría tener dos superficies mayores opuestas, por ejemplo, la primera y segunda superficies mayores. La primera superficie mayor podría estar en contacto mecánico con la capa de aislamiento. La segunda superficie mayor podría estar en contacto mecánico con el elemento PCB.
La pieza de material (semi-) conductivo podría comprender, por ejemplo, un metal eléctricamente conductivo o un polímero eléctricamente conductivo. En particular, esta podría comprender una capa de cobre. La pieza eléctricamente aislada de material (semi-) conductivo podría ser fijada en la capa de aislamiento del cable por medio de un adhesivo. El adhesivo podría ser, por ejemplo, un adhesivo sensible a la presión o un adhesivo de masa fundida.
El elemento PCB podría estar en contacto eléctrico con la pieza de material (semi-) conductivo. El elemento PCB podría comprender uno o más contactos para contactar eléctricamente la pieza de material (semi-) conductivo. El elemento PCB podría comprender contactos para el contacto, eléctrica y mecánicamente, de la pieza de material (semi-) conductivo. El elemento PCB podría comprender un capacitor. El capacitor podría ser eléctricamente conectado con la pieza de material (semi-) conductivo. El capacitor podría ser operado como un capacitor secundario en un divisor de tensión capacitiva. El divisor de tensión capacitiva podría comprender el capacitor de detección y el capacitor secundario. El capacitor y/o el divisor de tensión capacitiva podrían estar comprendidos en el sensor de tensión capacitiva para la detección de la tensión del conductor interior.
El elemento PCB podría ser colocado sobre o en la pieza de material (semi-) conductivo para establecer el contacto eléctrico entre el elemento PCB y la pieza de material (semi-) conductivo. El elemento PCB es colocado sobre la pieza de material (semi-) conductivo, es decir, es directamente colocado adyacente a la pieza de material (semi-) conductivo y hace contacto con la pieza de material (semi-) conductivo en forma mecánica. El elemento PCB podría tener dos lados mayores opuestos. Este elemento PCB podría ser colocado en o sobre la pieza de material (semi-) conductivo para establecer el contacto eléctrico entre el elemento PCB y la pieza de material (semi-) conductivo. El elemento PCB podría ser unido con la pieza de material (semi-) conductivo. En forma alterna, éste podría estar en un contacto de presión con la pieza de material (semi-) conductivo.
El elemento PCB podría comprender una PCB de doble lado, es decir, la PBC tiene el primer y segundo lados opuestos mayores. Este elemento PCB podría ser particularmente ventajoso porque ahorra espacio, de modo que ese elemento PCB puede ser integrado en el cable o puede ser mantenido en proximidad cercana al cable, por ejemplo, en un empalme. El elemento PCB que comprende una PCB de doble lado podría contactar eléctricamente la pieza de material (semi-) conductivo con el primer lado de la PBC. La PCB de doble lado podría comprender un contacto del primer lado mayor para contactar eléctricamente la pieza de material (semi-) conductivo. La PBC podría comprender un contacto en el primer lado mayor para contactar, eléctrica y mecánicamente, la pieza de material (semi-) conductivo. La PBC podría comprender un capacitor. El capacitor podría ser eléctricamente conectado con la pieza de material (semi-) conductivo. El capacitor podría ser operado como un capacitor secundario en un divisor de tensión capacitiva. El capacitor podría ser colocado en el segundo lado mayor de la PBC. Este capacitor, que es colocado en el segundo lado mayor podría ser eléctricamente conectado con un contacto para contactar eléctricamente la pieza de material (semi-) conductivo en el primer lado mayor, por ejemplo, a través de o de un agujero de paso eléctricamente conductivo en la PBC.
De manera general, el elemento PCB podría comprender una región conductiva expuesta que proporciona un área extendida de contacto superficial de dos dimensiones. La región conductiva expuesta podría estar en contacto mecánico y eléctrico con la pieza eléctricamente aislada de material (semi-) conductivo en dos dimensiones y sobre un área extendida. La región conductiva expuesta que proporciona un área extendida de contacto superficial de dos dimensiones es particularmente ventajosa para establecer contacto íntimo mecánico y eléctrico entre el elemento PCB y la pieza de material (semi-) conductivo, debido a que proporciona muchos puntos posibles de contacto y maximiza el área de contacto, lo cual origina un contacto más confiable, y menores pérdidas resistivas. En modalidades en las cuales la resistencia eléctrica interior de la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo no es imperceptible, ese arreglo podría proporcionar vías más cortas que los electrones necesitan para viajar a través de la pieza de material (semi-) conductivo antes de alcanzar un punto de contacto del elemento PCB. Esto podría reducir el efecto de la resistencia interior de la pieza de material (semi-) conductivo y podría proporcionar una precisión de medición más alta. En general, el hecho que el área de contacto del elemento PCB no sea un punto conductivo único, sino una región conductiva que proporciona un área extendida de contacto superficial de dos dimensiones, mejorar la precisión y conflabilidad del sensor de tensión. Un área extendida de contacto superficial de dos dimensiones podría ser más grande que el área de un contacto único. Esta área podría tener, por ejemplo, un área de 1 era2 o más. Debido a su extensión, esta área podría tocar la pieza de material (semi-) conductivo en un gran número de puntos de contacto. Estos puntos de contacto podrían ser distribuidos a través del área extendida de contacto superficial de dos dimensiones. La región conductiva expuesta del elemento PCB forma un contacto para el contacto eléctrico y mecánico de la pieza de material (semi-) conductivo.
La región conductiva expuesta del elemento PCB podría comprender una capa de metal conductivo, por ejemplo, oro, plata o cobre. En particular, esta podría comprender una capa de cobre. La capa de cobre podría ser revestida con oro para un contacto eléctrico mejorado y/o para la protección contra las influencias ambientales, por ejemplo, contra la corrosión.
La región conductiva expuesta del elemento PCB podría proporcionar un área de contacto superficial continua o un de patrón, es decir, un área de contacto superficial no continuó interrumpido. Todas las partes del área de contacto superficial de patrón podrían ser eléctricamente conectadas entre sí. Un área de contacto superficial de patrón podría requerir menos material conductivo para su manufactura, mientras que tiene sólo una influencia imperceptible en la conflabilidad del contacto eléctrico y las pérdidas resistivas. Un área de contacto superficial de patrón también podría mejorar la flexibilidad mecánica del elemento PCB, de esta manera, se reduce el riesgo de agrietamiento de la capa cuando la PBC es doblada, y de formación de escamas. En una modalidad específica, la región conductiva expuesta comprende una capa de patrón de cobre revestida con oro. El patrón del área de contacto superficial podría ser, por ejemplo, una rejilla con una forma cuadrada o un patrón de forma de diamante .
El elemento PCB podría comprender una porción flexible. Una región conductiva expuesta como es descrito con anterioridad podría ser colocada en la porción flexible. En particular, el elemento PCB podría comprender una PCB flexible. Una porción flexible del elemento PCB y en particular una PCB flexible podrían permitir que el elemento PCB se conforme mejor en la pieza eléctricamente aislada de material (semi-) conductivo. Esto a su vez, mejora el contacto eléctrico entre el elemento PCB y la pieza de material (semi-) conductivo y con lo cual, hace el contacto más confiable, también reduce las pérdidas resistivas, y favorece una precisión más alta del sensor de tensión. Una porción flexible del elemento PCB también podrxa permitir que el elemento PCB se conforme en cables de diferentes diámetros. En una modalidad específica, el elemento PCB comprende una PCB flexible de doble lado.
En una modalidad específica de la invención, el cable detectado o de detección comprende una capa conductiva o semiconductiva (es decir, una "capa (semi-) conductiva")/ colocada, en posición concéntrica, al menos en una porción de la capa de aislamiento. La pieza eléctricamente aislada de material (semi-) conductivo comprende una primera porción de la capa (semi-) conductiva del cable. De esta manera, ninguna pieza separadamente aplicada (semi-) conductiva es operada para formar el electrodo del capacitor de detección, sino una primera porción de la capa (semi-) conductiva del cable es operada para formar el electrodo. Esta es una solución de costo efectivo. Asimismo, la capa (semi-) conductiva es normalmente bien unida con la capa de aislamiento y no forma vacíos entre la capa de aislamiento y la capa (semi-) conductiva. Esto reduce el esfuerzo eléctrico y reduce el riesgo de descargas eléctricas, por ejemplo, entre la capa de aislamiento y la capa (semi-) conductiva, y el subsiguiente daño al cable. La primera porción podría extenderse a lo largo de toda la circunferencia al menos de una posición axial de la capa de aislamiento. La primera porción de la capa (semi-) conductiva podría formar un manguito cilindrico, colocado en una porción de la capa de aislamiento y coaxial con el conductor interior del cable.
El cable detectado o de detección de acuerdo con la invención además podría comprender el material adicional (semi-) conductivo. Este material adicional (semi-) conductivo podría ser colocado, en posición concéntrica, alrededor de una sección axial de la capa de aislamiento. Éste podría ser colocado en cualquier lado de la pieza eléctricamente aislada de material (semi-) conductivo. El material adicional (semi-) conductivo podría comprender dos secciones axiales conductivas o semiconductivas . Una o ambas de estas secciones podrían extenderse a lo largo de toda la circunferencia al menos de una posición axial de la capa de aislamiento. Alguna parte o todo el material adicional (semi-) conductivo podría fijarse en la capa de aislamiento del cable por medio de un adhesivo. Una o ambas de las dos secciones axiales podrían ser eléctricamente aisladas de la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo mediante secciones axiales no conductivas.
Para un cable, que comprende una capa (semi-) conductiva, colocada, en posición concéntrica, al menos en una porción de la capa de aislamiento, el material adicional semiconductivo podría comprender al menos las segundas porciones de la capa (semi-) conductiva. Esto es benéfico porque le permite la utilización de porciones de la capa (semi-) conductiva del cable como el material adicional (semi-) conductivo. De esta manera, no necesitan ser aplicados materiales adicionales en una etapa separada. Esto podría ahorrar costo y tiempo. Estas segundas porciones de la capa (semi-) conductiva del cable podrían extenderse a lo largo de toda la circunferencia al menos de las respectivas porciones axiales de la capa de aislamiento. Una o ambas de las segundas porciones podrían ser eléctricamente aisladas de la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo mediante secciones axiales no conductivas. El material adicional (semi-) conductivo podría ser fijado en la capa de aislamiento del cable por medio de un adhesivo. Estas segundas porciones de la capa (semi-) conductiva del cable podrían ser fijadas en la capa de aislamiento del cable por medio de un adhesivo, estas podrían ser revestidas o pintadas, en forma alterna, en la capa de aislamiento. Estas secciones también podrían ser extruidas en conjunto con la capa de aislamiento.
Para un cable, que comprende una capa (semi-) conductiva, colocada, en posición concéntrica, al menos en una porción de la capa de aislamiento, la pieza eléctricamente aislada de material (semi-) conductivo y el material adicional (semi-) conductivo podría ser formada de la capa (semi-) conductiva del cable. Esto podría ser conseguido, por ejemplo, removiendo el forro de cable, después, exponiendo la capa (semi-) conductiva, y finalmente, removiendo dos secciones anulares o porciones axiales de la capa (semi-) conductiva, de manera que la posición axial de la capa (semi-) conductiva entre las porciones axiales removidas forma la pieza eléctricamente aislada de material (semi-) conductivo, y de manera que las porciones axiales restantes de la capa (semi-) conductiva adyacente a las porciones axiales removidas forman el material adicional semiconductivo.
El material adicional (semi-) conductivo podría ser eléctricamente aislado de la pieza eléctricamente aislada de material (semi-) conductivo mediante secciones axiales no conductivas. Estas secciones axiales no conductivas podrían comprender un material no conductivo o un vacío.
En un aspecto adicional, la invención también proporciona el uso de un elemento de tarjeta de circuito impreso ("Elemento PCB" ) para contactar eléctricamente una capa conductiva o semiconductiva de una red de distribución de energía de cable de alta tensión o media tensión, en donde el elemento de tarjeta de circuito impreso comprende una región conductiva expuesta que proporciona un área extendida de contacto superficial de dos dimensiones, y en donde la región conductiva expuesta se encuentra en contacto mecánico y eléctrico con la capa conductiva o semiconductiva del cable en dos dimensiones y sobre un área extendida. El uso de un elemento PCB para este propósito es ventajoso debido a que las PCBs son adaptadas para soportar una variedad de componentes eléctricos o electrónicos. Esto podría permitir el procesamiento de señal en proximidad cercana al cable. El uso de un elemento PCB podría hacer el uso de otros elementos especializados que soporten componentes eléctricos o electrónicos obsoletos. Asimismo, las PCBs pueden ser manufacturadas a un costo relativamente bajo.
El elemento PCB podría ser flexible. El elemento flexible PBC puede ser fácilmente doblado para conformarse alrededor de una capa de un cable. El elemento PCB podría comprender una PCB flexible. Las PCBs pueden ser proporcionadas con facilidad con una región conductiva expuesta que proporciona un área extendida de contacto superficial de dos dimensiones, utilizando técnicas estándares.
La tensión de sensor, que es indicativa de la tensión del conductor interior del cable, podría ser generada en el elemento PCB. Un alambre de sensor podría ser unido con la PBC para la transmisión de la tensión de sensor del elemento PCB al conjunto de circuitos de medición eléctrica fuera del elemento PCB. Un alambre de conexión a tierra podría ser unido con una capa eléctricamente conectada a tierra del cable para la conexión de la tierra eléctrica con el conjunto de circuitos de medición eléctrica. El conjunto de circuitos de medición eléctrica podría ser operativo para determinar la tensión del conductor interior contra la conexión a tierra. En una modalidad, en la cual el cable comprende el material adicional (semi-) conductivo colocado, en posición concéntrica, alrededor de una sección axial de la capa de aislamiento en cualquier lado de la pieza eléctricamente aislada de material (semi-) conductivo, el alambre de conexión a tierra podría ser unido con el material adicional (semi-) conductivo. En una modalidad específica, en la cual el cable comprende una capa (semi-) conductiva, y en donde el material adicional (semi-) conductivo comprende una porción de la capa (semi-) conductiva, el alambre de conexión a tierra podría ser unido con la capa (semi-) conductiva.
Breve Descripción de las Figuras A continuación, la invención será descrita en mayor detalle con referencia a las siguientes figuras que ejemplifican las modalidades particulares de la invención: La Figura 1 es una vista ante perspectiva de un cable de detección de acuerdo con la invención, que muestra una pieza de material conductivo y una PBC que hace contacto con esta; La Figura 2 es una vista de corte transversal del cable de detección, la pieza de material conductivo y la PBC de la Figura 1; La Figura 3 es una vista en planta del lado inferior de la PCB flexible de la Figuras 1 y 2 ; La Figura 4 es una vista en planta del lado inferior de una PCB flexible alternativa ,- La Figura 5 es una vista de perspectiva de un cable de detección alternativo de acuerdo con la invención; and La Figura 6 es un diagrama de circuito eléctrico de un sensor de tensión de acuerdo con la invención.
Descripción Detallada de la Invención En la presente varias modalidades de la presente invención son descritas y mostradas en las figuras, en donde los mismos elementos son proporcionados con los mismos números de referencia.
En la vista de perspectiva de la Figura 1, un cable de red de distribución de energía de media o alta tensión 1 comprende una capa de aislamiento eléctrico 10, colocada alrededor de un conductor central interior (no es visible en esta figura) , una capa semiconductiva 20 y un forro de cable de aislamiento eléctrico 30. A lo largo que la longitud del cable, estas capas son colocadas, en posición concéntrica, alrededor del conductor interior. Sin embargo, en la ubicación del cable mostrado en la Figura 1, el forro de cable 30 y la capa semiconductiva 20 han sido removidos a lo largo de una sección axial del cable 1, de modo que es expuesta la capa de aislamiento 10. Una pieza de material conductivo es colocada en la capa expuesta de aislamiento 10 del cable 1, la pieza forma un parche conductivo 40. El parche 40 se conforma a la curvatura de la capa de aislamiento 10. En la dirección axial del cable 1, éste se extiende para dejar espacio entre el parche 40 y los respectivos bordes de la capa semiconductiva 20. En la dirección circunferencial, el cable se extiende para cubrir una fracción de la capa de aislamiento 10, alrededor del 25% de la circunferencia de la capa de aislamiento 10. El parche 40 de material conductivo comprende una capa de cobre, la cual forma un primer electrodo de un capacitor de detección de un sensor de tensión 100, que puede medir la tensión del conductor interior del cable 1, es decir, la tensión entre el conductor interior y la conexión a tierra. El segundo electrodo del capacitor de detección es el conductor interior del cable. La porción de la capa de aislamiento 10 localizada por debajo del parche 40 forma el dieléctrico del capacitor de detección. El parche 40 es fijado en la capa de aislamiento 10 a través de una capa delgada de adhesivo 50 en el lado inferior (es decir, en el lado radialmente interior) del parche 40 de material conductivo.
Una PCB flexible de doble lado 60 es colocada en el lado radialmente exterior del parche 40 y hace contacto, eléctrica y mecánicamente, con el lado exterior del parche 40. La PBC 60 se conforma en la curvatura del parche 40. La PBC 60 tiene en su lado inferior (es decir, su lado radialmente interior) una región conductiva expuesta (no es visible en la Figura 1) , a través de la cual hace contacto con el lado exterior del parche 40. Una pluralidad de las así llamadas vías 70 proporciona los parches conductivos de la región conductiva expuesta en el lado inferior a las trazas conductivas en el lado superior, es decir, el lado radialmente exterior de la PBC 60. El lado superior de la PBC 60 lleva las trazas conductivas y los componentes electrónicos, en particular, un capacitor secundario 66 el cual es conectado en serie con el parche conductivo 40. El capacitor secundario 66 forma, en combinación con el capacitor de detección descrito con anterioridad, un divisor de tensión capacitiva. La tensión de salida del divisor de tensión capacitiva sirve para medir la tensión del conductor interior del cable 1. Esta técnica de medición es en principio conocida. El conjunto de circuitos eléctricos será descrito en mayor detalle más adelante. Un alambre de sensor 80 transmite la tensión de salida del divisor de tensión capacitiva de la PBC 60 a un dispositivo de medición 90. Un alambre de conexión a tierra 82 proporciona una conexión eléctrica de la capa semiconductiva 20 por medio de la PBC 60 al dispositivo de medición 90. La capa semiconductiva 20 es normalmente conectada con la tierra eléctrica. Al determinar la tensión entre la salida del divisor de tensión capacitiva y la conexión a tierra, y tomando en cuenta los valores eléctricos del capacitor de detección y del capacitor secundario 66, el dispositivo de medición 90 puede determinar la tensión del conductor interior contra la conexión a tierra en modos conocidos. El conductor interior, la capa semiconductiva 20, el capacitor de detección, el capacitor secundario 66, y la PBC 60 forman un sensor de tensión capacitiva 100. El capacitor de detección es formado por el conductor interior y el parche conductivo aislado 40 como electrodos, con la capa de aislamiento 10 que es el dieléctrico del capacitor de detección. El capacitor secundario 66 es un elemento capacitor regular, conectado en serie con el capacitor de detección y colocado en la PBC 60.
La entrada del capacitor secundario 66 es eléctricamente conectada con el capacitor de detección y con el alambre de sensor 80. La salida del capacitor secundario es eléctricamente conectada con el alambre de conexión a tierra 82. El alambre de conexión a tierra 82 es eléctricamente conectado con la capa semiconductiva 20 del cable 1. La tensión medida entre el alambre de sensor 80 y el alambre de conexión a tierra 82 es indicativa de la tensión entre el conductor interior y la conexión a tierra.
La PBC 60 contacta, mecánica y eléctricamente, el parche conductivo eléctricamente aislado 40. Por siempre, es decir, el contacto eléctrico de pocos ohmios, es deseable que tenga un contacto de presión entre la región conductiva expuesta 62 (mostrada en la Figura 2) en el lado inferior de la PBC 60 y el parche 40. La presión de contacto tiene que ser alta. En la modalidad mostrada, un manguito de contracción (no se muestra) es aplicado sobre toda la sección del cable en la cual es removido el forro de cable 30. Antes que el manguito de contracción sea aplicado y retenga en el lugar la PBC 60, la PBC 60 puede ser temporalmente retenida en su posición en el parche conductivo 40 mediante una banda de caucho o elástica. Una vez que el manguito de contracción es activado, es decir, contraído, este presiona la PBC 60 sobre el parche 40. El manguito de contracción podría comprender una capa conductiva o semiconductiva en su interior, que hace contacto eléctricamente con las porciones expuestas de la capa semiconductiva 20 y las conecta en forma eléctrica. Esta capa del manguito de contracción proporcionaría entonces el control de esfuerzo eléctrico en el área del cable 1 en donde es removida la capa semiconductiva 20 del cable 1. Sin embargo, en este caso la PBC 60 tiene que ser eléctricamente aislada de la capa interior (semi-) conductiva del manguito de contracción, por ejemplo, mediante una capa de aislamiento en la parte superior, es decir, en el lado exterior, de la PBC 60. Esta capa de aislamiento podría ser, por ejemplo, una cinta adhesiva de aislamiento eléctrico, que es enrollada alrededor del cable para cubrir la PBC 60 y el parche conductivo 40. Para la fijación de la PBC 60 en un modo alternativo, la PBC 60 podría ser configurada, de manera que esta se extiende a lo largo de casi toda la circunferencia de la capa de aislamiento 10 más el parche 40. Esto permite fijar un extremo de la PBC 60 en el extremo opuesto de la PBC 60 con una pieza de la cinta adhesiva, de modo que la PBC 60 se encuentre en contacto de presión fuerte con el parche 40.
La Figura 2 es un corte transversal del cable de detección 1 de la Figura 1, tomada en el plano indicado por la letra "A" en la Figura 1. Por motivos de claridad, algunas dimensiones radiales han sido exageradas en gran medida. El conductor interior 5 del cable 1 es rodeado en forma concéntrica por la capa de aislamiento 10. El parche eléctricamente aislado 40 es cifrado en forma adhesiva, por la capa adhesiva 50, en la capa de aislamiento 10. La PCB flexible 60 comprende la región conductiva expuesta 62, en el lado inferior de la PBC 60, y el substrato PBC 64. Las dos vías 70 son visibles, las cuales proporcionan los parches conductivos de la región conductiva expuesta 62 a través del substrato 64 al lado superior radialmente exterior de la PBC 60, en donde las trazas conductivas, el capacitor secundario y otros componentes electrónicos son colocados.
La Figura 3 muestra en una vista en planta, el lado inferior de la PCB flexible de doble lado 60 de la Figuras 1 y 2. La región conductiva expuesta 62 es un área continua que comprende una capa de cobre revestida con oro y que cubre una parte mayor del lado inferior de la PBC 60. El revestimiento de oro de la región conductiva expuesta 62 es aplicado en una capa de cobre. Este sirve para proporcionar una alta conductividad eléctrica y protección contra la corrosión del cobre. El revestimiento de oro es colocado en la capa de cobre y se orienta fuera del substrato 64 de la PBC 60, mientras la capa de cobre es colocada entre el substrato 64 y el revestimiento de oro. En los márgenes de la PBC 60, el substrato no conductivo 64 de la PBC 60 es expuesto, es decir, éste no es cubierto por la región conductiva expuesta 62. Las vías 70 proporcionan la conexión eléctrica de la región conductiva expuesta 62 a través del substrato 64 al lado opuesto de la PBC 60. Debido a su extensión en dos dimensiones, la región conductiva expuesta 62 proporciona un área extendida de contacto superficial de dos dimensiones de la PBC 60. Debido a su extensión, la región conductiva expuesta 62 puede establecer un gran contacto superficial extendido con el parche 40. La gran superficie de contacto proporciona posiblemente un gran número de puntos, en donde la región conductiva expuesta 62 y el parche 40 están en contacto eléctrico. Esto hace el contacto eléctrico confiable y posiblemente acorta el modo en el cual los electrones tienen que viajar a través del parche 40 antes de alcanzar un punto de contacto y entrar en la región conductiva expuesta 62.
La región conductiva expuesta 62 en el lado inferior de la PBC 60 podría ser estructurada o del patrón, que es opuesto a la región continua conductiva expuesta 62 mostrada en la Figura 3. Un ejemplo de una región conductiva expuesta de patrón 62 es mostrado en una vista de planta en la Figura 4. En esta modalidad, la región conductiva expuesta de patrón 62 es formada por una pluralidad de trazas conductivas 110, colocadas en un patrón de forma cuadrada, es decir, un patrón de rayado transversal, las cuales son eléctricamente conectadas entre sí. De esta manera, las trazas 110 forman una mayor conductiva. Cada traza conductiva 110 comprende una capa de cobre revestida con oro, de manera que el revestimiento de oro es expuesto y se orienta fuera del substrato 64 de la PBC 60. El revestimiento de oro es colocado en una capa de cobre, la cual a su vez es colocada en el substrato 64 de la PBC 60, de modo que la capa de cobre es colocada entre el substrato 64 y el revestimiento de oro. Las trazas conductivas 110 están separadas entre sí aproximadamente 1 mm. Esto garantiza que la región conductiva expuesta 62 proporcione un área extendida de contacto superficial de dos dimensiones de la PBC 60. Debido a su extensión, la región conductiva expuesta 62 puede establecer un gran contacto superficial extendido con el parche 40. La gran superficie de contacto, no obstante ser de patrón, proporciona posiblemente un gran número de puntos, en donde la región conductiva expuesta 62 y el parche 40 están en contacto eléctrico. Esto hace el contacto eléctrico confiable y posiblemente recorta el modo en el que los electrones tienen que viajar a través del parche 40 antes de alcanzar un punto de contacto y entrar en la región conductiva expuesta 62.
El espacio entre las trazas conductivas 110 es dejado libre, de modo que en esta Figura, el substrato 64 de la PBC 60 es visible entre las trazas 110. Las vías 70 proporcionan la conexión eléctrica de la región conductiva expuesta 62 a través del substrato 64 al lado opuesto de la PBC 60. Las vías 70 son localizados, de manera que cada una de ellas se encuentra en contacto eléctrico al menos con una traza 110 de la región conductiva expuesta 62.
Se cree que una región conductiva expuesta de patrón 62 es más flexible que la región continua conductiva expuesta 62. De esta manera, el plegado o doblado de la PBC 60 podría ser más fácil, y de esta manera, la PBC 60 podría conformarse mejor en el parche 40 en la capa de aislamiento 10 del cable 1. Asimismo, la región conductiva expuesta de patrón 62 mostrada en la Figura 4 podría ser doblada alrededor de los parches doblados de radio más pequeño 40 sin provocar el agrietamiento o formación de escamas de la PBC 60 o de una de las capas que forman la región conductiva expuesta 62.
La PBC 60 difiere de muchas PCBs comunes en que estas PCBs tienen capaz de resistencia de soldadura que cubren las superficies frontal y trasera de la PBC, excepto para las áreas conductivas en las cuales pueden hacerse los contactos eléctricos (típicamente mediante soldadura) . En la PBC 60 de la modalidad mostrada en la Figura 4, no existe resistencia de soldadura en el lado inferior de la PBC 60. Una capa de resistencia de soldadura en el lado inferior de la PBC 60, que típicamente impide la formación de escamas del revestimiento de oro plano mostrado en la Figura 3, no es necesaria debido a que la capa de cobre de la región conductiva expuesta 62 es de patrón antes del revestimiento de oro. Se cree que la capa de cobre de patrón disipa de manera más fácil el esfuerzo mecánico que como lo hace una hoja delgada sólida de cobre.
La Figura 5 es una vista de perspectiva de una modalidad alternativa de un cable de detección 1 de acuerdo con la invención. Esta es idéntica a la modalidad mostrada en la Figuras 1 y 2, excepto por la pieza eléctricamente aislada de material conductivo y la presencia del material adicional semiconductivo. Mientras en la Figura 1 la pieza eléctricamente aislada de material conductivo forma un parche 40, la pieza eléctricamente aislada de material conductivo en la Figura 5 comprende una porción de la capa semiconductiva 20 del cable 1. Esta porción de la capa semiconductiva 20 se extiende a lo largo de toda la circunferencia de una posición axial de la capa de aislamiento 10. En la modalidad mostrada en la Figura 5, la porción de la capa semiconductiva 20 forma un manguito cilindrico 140, colocado en la capa de aislamiento 10 y coaxial con el conductor interior 5 del cable 1. En una dirección axial, el manguito cilindrico 140 es separado de otras porciones de la capa semiconductiva 20 por medio de las separaciones 150 en cualquier lado del manguito 140. Las separaciones 150 son secciones axiales no conductivas. De esta manera, el manguito 140 es eléctricamente aislado de las otras porciones de la capa semiconductiva 20 por medio de las separaciones 150. Ese arreglo hace operable el manguito 140 para formar un electrodo de un capacitor de detección de un sensor de tensión 100, el cual puede medir la tensión del conductor interior 5 del cable 1. El segundo electrodo del capacitor de detección es el conductor interior 5 del cable. La porción de la capa de aislamiento 10 localizada por debajo del parche 40 forma el dieléctrico del capacitor de detección. El manguito 140 es fijado en la capa de aislamiento 10 en el mismo modo que las otras porciones de la capa semiconductiva 20 son fijadas en la capa de aislamiento 10. Esto podría ser, por ejemplo, la extrusión en conjunto, el revestimiento o por medio de un adhesivo. El manguito 140 tiene la misma composición que la capa semiconductiva 20. Eso es debido a que el manguito 140 es formado de la capa semiconductiva originalmente continua 20 del cable 1 mediante la remoción de dos secciones axiales, es decir, las separaciones 150, de esta capa semiconductiva 20.
En la modalidad mostrada, las separaciones 150 en la capa semiconductiva 20 son formadas removiendo las secciones axiales de la capa semiconductiva 20 originalmente continua e ininterrumpida del cable. Con lo cual, las separaciones 150 proporcionan el aislamiento eléctrico del manguito 140 de las otras porciones de la capa semiconductiva 20. En este aislamiento eléctrico también podría ser conseguido llenando una o ambas de las separaciones 150 con un material no conductivo. Los anchos de las separaciones 150, es decir, su longitud axial, podrían ser elegidos según sea adecuado. Normalmente, es benéfico tener pequeñas separaciones 150. Eso es debido a que la capa semiconductiva 20 es una capa de control de esfuerzo. En el área de las separaciones 150, existe un control de esfuerzo reducido o ninguno por medio de la capa semiconductiva 20. Esto incrementa el riesgo de una intensidad de campo eléctrico excesivamente alta en forma local que podría originar descargas eléctricas y daño al cable 1. Este riesgo es más pequeño y las separaciones 150 son más pequeñas .
Las otras porciones de la capa semiconductiva 20, en cualquier lado del manguito 140, forman el material adicional semiconductivo, colocada, en posición concéntrica, alrededor de la capa de aislamiento 10 en cualquier lado del manguito 140. Las separaciones 150 separan este material adicional semiconductivo del manguito 140. De esta manera, el material adicional semiconductivo comprende dos porciones de la capa semiconductiva 20 del cable 1.
La PBC 60 es colocada en la superficie exterior del manguito 140. La PBC 60, su fijación en el manguito 140, el alambre de sensor 80, el alambre de conexión a tierra 82 y el dispositivo de medición 90 son idénticos a los correspondientes elementos y métodos, como es descrito en el contexto de la Figura 1.
La Figura 6 es un diagrama de circuito eléctrico, que muestra la funcionalidad eléctrica de los distintos elementos del sensor de tensión capacitiva 100, de acuerdo con la presente invención. El capacitor de detección 200 tiene un primer electrodo 201 y un segundo electrodo 202. El primer electrodo 201 corresponde con el conductor interior 5 del cable 1, el segundo electrodo 202 corresponde con la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo, por ejemplo, el parche 40 en la Figura 1 o el manguito 140 en la Figura 5. El capacitor de detección 200 es eléctricamente conectado en serie con el capacitor secundario 66, el cual es colocado en el elemento de tarjeta de circuito impreso 60. El contacto eléctrico entre el elemento de tarjeta de circuito impreso 60 y la pieza eléctricamente aislada de material (semi-) conductivo es realizado por medio de la región conductiva expuesta 62 del elemento de tarjeta de circuito impreso 60. El capacitor secundario 66 es eléctricamente conectado en un lado con el capacitor de detección 200 y en el otro lado con una conexión a tierra. La tensión del primer electrodo 201 del capacitor de detección 200 contra la conexión a tierra es medida midiendo la tensión a través del capacitor secundario 66. Por lo tanto, el capacitor secundario 66 es eléctricamente conectado con el dispositivo de medición 90 por medio de alambre de sensor 80 y el alambre de conexión a tierra 82. El dispositivo de medición 90 es eléctricamente conectado en paralelo con el capacitor secundario 66 por medio de alambre de sensor 80 y el alambre de conexión a tierra 82. El dispositivo de medición 90 mide la tensión entre el alambre de sensor 80 y el alambre de conexión a tierra 82. El alambre de conexión a tierra 82 es eléctricamente conectado con una conexión a tierra por medio de un elemento conductivo o semiconductivo 220, que corresponde con el material adicional semiconductivo, por ejemplo, una porción de la capa semiconductiva 20 del cable 1. El elemento 220 es eléctricamente conectada con una conexión a tierra.
Se hace constar que con relación a esta fecha un mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (14)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :
1. Un cable de detección para la distribución de energía eléctrica en una red de distribución de energía, el cable de detección comprende un conductor interior y una capa de aislamiento colocada, en posición concéntrica, al menos alrededor de una sección axial del conductor interior, en donde el cable de detección además comprende un sensor de tensión capacitiva que detecta la tensión del conductor interior, caracterizado porque el sensor incluye un elemento de tarjeta de circuito impreso, el elemento de tarjeta de circuito impreso que es colocado sobre una pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo, la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo es colocada en la capa de aislamiento del cable y puede operarse para formar un electrodo de un capacitor de detección del sensor de tensión capacitiva .
2. El cable de detección, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de tarjeta de circuito impreso se encuentra en contacto eléctrico con la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo .
3. El cable de detección, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de tarjeta de circuito impreso comprende una tarjeta de circuito impreso de doble lado .
4. El cable de detección, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de tarjeta de circuito impreso comprende una región conductiva expuesta que proporciona un área extendida de contacto superficial de dos dimensiones, en donde la región conductiva expuesta se encuentra en contacto mecánico y eléctrico con la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo en dos dimensiones y sobre un área extendida.
5. El cable de detección, de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la región conductiva expuesta comprende una capa de cobre revestida con oro.
6. El cable de detección, de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la región conductiva expuesta proporciona un área de contacto superficial continua o un área de contacto superficial de patrón.
7. El cable de detección, de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el elemento de tarjeta de circuito impreso comprende una porción flexible, y en donde la región conductiva expuesta es colocada sobre la porción flexible.
8. El cable de detección, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una capa conductiva o semiconductiva colocada, en posición concéntrica, al menos en una porción de la capa de aislamiento, y en donde la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo comprende una primera porción de la capa conductiva o semiconductiva.
9. El cable de detección, de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la primera porción de la capa semiconductiva se extiende a lo largo de toda la circunferencia al menos de una posición axial de la capa de aislamiento.
10. El cable de detección, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende un material adicional conductivo o semiconductivo colocado, en posición concéntrica, alrededor al menos de una sección axial de la capa de aislamiento en cualquier lado de la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo, el material adicional conductivo o semiconductivo comprende dos secciones axiales conductivas o semiconductivas, las dos secciones axiales son eléctricamente aisladas de la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo mediante secciones axiales no conductivas.
11. El cable de detección, de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el cable comprende una capa conductiva o semiconductiva colocada, en posición concéntrica, al menos en una porción de la capa de aislamiento, y en donde el material adicional semiconductivo comprende al menos las segundas porciones de la capa conductiva o semiconductiva .
12. El cable de detección, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque algunos o todos de la pieza eléctricamente aislada de material conductivo o semiconductivo o del material adicional semiconductivo son fijados a la capa de aislamiento mediante un adhesivo.
13. El uso de un elemento de tarjeta de circuito impreso para contactar eléctricamente una capa conductiva o semiconductiva de un cable de red de distribución de energía de alta tensión o media tensión, en donde el elemento de tarjeta de circuito impreso comprende una región conductiva expuesta que proporciona un área extendida de contacto superficial de dos dimensiones, en donde la región conductiva expuesta se encuentra en contacto mecánico y eléctrico con la capa conductiva o semiconductiva en dos dimensiones y sobre un área extendida.
14. El uso de un elemento de tarjeta de circuito impreso para contactar eléctricamente una capa conductiva o semiconductiva de un cable de red de distribución de energía de alta tensión o media tensión de acuerdo con la reivindicación 13, en donde el elemento de tarjeta de circuito impreso comprende una porción flexible.
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