BRPI1101618A2

BRPI1101618A2 - Dispositivo de medição com divisor de voltagem elétrica

Info

Publication number: BRPI1101618A2
Application number: BRPI1101618-3A2A
Authority: BR
Inventors: Gerard Adam
Original assignee: Schneider Electric Ind Sas
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2014-05-27
Also published as: EP2378294B1; RU2011114302A; FR2958755A1; CN102243264B; EP2378294A1; US9063175B2; RU2557355C2; FR2958755B1; CN102243264A; BRPI1101618B1; US20110248730A1

Abstract

DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO COM DIVISOR DE VOLTAGEM ELÉTRICA A presente invenção refere-se ao dispositivo de medição com divisor de voltagem elétrica que compreende um primeiro resistor de medição (1) conectado entre uma entrada de medição de voltagem (2) e um ponto comum (5), e um segundo resistor de medição (3) conectado entre o referido ponto comum (5) e uma superfície elétrica de referência (4). Uma saída de medição (6) está conectada ao ponto comum (5). Um envoltório de proteção externo (7) circunda o primeiro e o segundo resistor de medição e está conectado à superfície elétrica de referência (4). Um eletrodo capacitivo interno (9), que circunda o referido primeiro e segundo resistor de medição e está disposto dentro do referido envoltório de proteção externo (7). Para aperfeiçoar a diferença de fase e banda de passagem, o dispositivo compreende um circuito de compensação (10), conectado entre o referido eletrodo capacitivo interno (9) e o referido ponto comum (5).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO COM DIVISOR DE VOLTAGEM ELÉTRICA".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um dispositivo de medição com um divisor de voltagem elétrica, que compreende:

- um primeiro resistor de medição conectado entre uma entrada de medição de voltagem e um ponto comum,

- um segundo resistor de medição conectado entre o referido ponto comum e uma superfície elétrica de referência,

- uma saída de medição conectada ao referido ponto comum,

- um envoltório de proteção externo, que circunda o referido pri- meiro e segundo resistor de medição, conectados à referida superfície elétri- ca de referência, e

- um eletrodo capacitivo interno, que circunda o referido primeiro e segundo resistor de medição e está disposto dentro do referido envoltório

de proteção externo.

ESTADO DATÉCNICA

Os dispositivos de medição elétrica de voltagem média ou de voltagem alta, representados na figura 1, compreendem um primeiro resistor 1 de alto valor, conectado a uma medição de alta voltagem 2 e um segundo resistor de base 3 de baixo valor, conectado a uma superfície elétrica 4. Os dois resistores estão conectados a um ponto comum 5 para formar uma pon- te resistiva. O ponto comum 5 está conectado a uma saída de medição 6 da ponte resistiva. De modo conhecido, divisores resistivos de alta voltagem estão dispostos em um envoltório de proteção externo 7, que circunda os resistores de medição 1 e 3. Nessa disposição, capacitâncias parasitas 8 aparecem entre o resistor 1 e o envoltório externo ligado à terra. Essas ca- pacitâncias estão distribuídas sobre a extensão do resistor 1 e do envoltório externo 7. O resistor de medição 1 e as capacitâncias 8 formam, desse mo- do, um filtro de passagem baixa distribuído. Esse filtro gera uma diferença de fase do sinal de saída com relação ao sinal de voltagem de entrada e a- tenua as frequências altas do sinal, particularmente, dos componentes har- mônicos.

Outros dispositivos representados na figura 2 compreendem um eletrodo capacitivo interno 9, que circunda as resistências de medição 1 e 3. Esse eletrodo, disposto, em geral, dentro do envoltório de proteção externo 7, está conectado à saída de medição 6. Esse dispositivo está descrito no Pedido de Patente DE 19841164.

Dispositivos que compreendem um eletrodo capacitivo interno têm uma diferença de fase aperfeiçoada. Mas, a diferença de fase ainda é alta demais para usar esses dispositivos em sistemas de medição de ener- 10 gia elétrica. Além disso, com esses dispositivos, a medição de sinais que contêm componentes harmônicos de nível alto não é suficientemente preci- sa.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O objeto da invenção é prover um dispositivo um dispositivo de medição com um divisor de voltagem com uma diferença de fase reduzida, que possibilita que sinais harmônicos de nível alto sejam medidos e com um desvio de diferença de fase baixo com temperatura.

O dispositivo de medição com divisor de voltagem elétrica de acordo com a invenção compreende:

- um primeiro resistor de medição conectado entre o referido

ponto comum e uma superfície elétrica de referência,

- uma saída de medição conectada ao referido ponto comum,

- um envoltório de proteção externo, que circunda o referido pri- meiro e segundo resistor de medição, conectado à referida superfície elétrica

de referência, e

- um eletrodo capacitivo interno, que circunda o referido primeiro e segundo resistor de medição e está disposto dentro do referido envoltório de proteção externo,

compreende um circuito de compensação de diferença de fase conectado entre o referido eletrodo capacitivo interno e o referido ponto co- mum.

Em uma modalidade preferida, o circuito de compensação é um circuito de dois terminais, com duas entradas-saídas. O circuito de compen- sação é, de preferência, um circuito condutor de fase. O circuito de compen- sação compreende, de preferência, pelo menos um resistor e um capacitor. O circuito de compensação compreende, de preferência, pelo menos um 5 componente eletrônico com uma quantidade elétrica que é variável com temperatura.

De acordo com uma primeira modalidade alternativa, o circuito de compensação está disposto dentro do referido eletrodo capacitivo interno.

De acordo com uma segunda modalidade alternativa, o referido

eletrodo capacitivo interno está conectado a uma saída de compensação e o circuito de compensação está conectado entre a referida saída de compen- sação e a referida saída de medição.

O primeiro resistor de medição tem, de preferência, um valor de resistência de mais de 50 megohms.

Em uma modalidade específica, o dispositivo compreende:

- uma primeira camada de isolamento entre o referido envoltório de proteção externo e o referido eletrodo capacitivo, e

- uma segunda camada de isolamento entre o referido eletrodo capacitivo interno e o referido primeiro resistor de medição,

sendo que a primeira e a segunda camada de isolamento têm,

substancialmente, variações idênticas das características dielétricas com temperatura.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Outras vantagens e característica ficam mais claramente apa-

rentes da descrição abaixo de modalidades específicas da invenção, dadas apenas para fins de exemplos não restritivos e representadas nos desenhos anexos, nos quais:

- as figuras 1 e 2 representam dispositivos de medição de ponte resistivos do estado da técnica;

- a figura 3 representa um dispositivo de medição de acordo com

uma primeira modalidade da invenção;

- a figura 4 representa um primeiro diagrama de modelação de um dispositivo de acordo com uma modalidade da invenção;

- a figura 5 representa um dispositivo de medição de acordo com uma segunda modalidade da invenção;

- a figura 6 representa um segundo diagrama de modelação de 5 um dispositivo de acordo com uma modalidade da invenção;

- figuras 7 a 9 representam diagramas de circuitos de compen- sação usados em dispositivos de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS

A figura 3 representa um dispositivo de medição com divisor de 10 voltagem elétrica, que compreende um primeiro resistor 1, conectado entre uma entrada de medição de voltagem 2, e um ponto comum 5, um segundo resistor de medição 3, conectado entre o referido ponto comum 5 e uma su- perfície elétrica de referência 4, e uma saída de medição 6, conectada ao referido ponto comum. O dispositivo também compreende um envoltório de 15 proteção externo 7, que circunda o primeiro e o segundo resistor de medição

1 e 3 e está conectado à referida superfície elétrica de referência 4. O envol- tório 7 protege os resistores contra distúrbios eletromagnéticos e eletrostáti- cos externos ao dispositivo. Um eletrodo de compensação capacitivo 9, que circunda os referidos primeiro e segundo resistores de medição 1 e 3, está 20 disposto dentro do referido envoltório de proteção externo. Isso possibilita que os sinais coletados pela conexão capacitiva com os resistores sejam transportados ao sinal de saída.

De acordo com a invenção, o dispositivo compreende um circuito de compensação de diferença de fase 10 conectado entre o referido eletrodo 25 de compensação capacitivo interno 9 e o referido ponto comum 5. O circuito de compensação 9 compreende componentes eletrônicos, que realizam uma compensação precisa da diferença de fase entre o sinal de saída na saída 6 e o sinal de entrada de alta voltagem na entrada 2. O circuito de compensa- ção também possibilita que seja garantida, através de um banda de passa- 30 gem, uma atenuação quase constante do sinal a ser medido, de modo a medir componentes harmônicos de nível alto. O sinal de banda de passa- gem a ser medido deve estar, por exemplo, de preferência, entre a frequên- cia fundamental e o treze harmônico (nível 13).

Na modalidade da figura 3, o circuito de compensação 10 está disposto dentro do eletrodo capacitivo interno 9. O circuito 10 está na forma de um circuito impresso, que compreende os componentes eletrônicos.

Afigura 4 representa um primeiro diagrama de modelação de um

dispositivo de acordo com uma modalidade da invenção. Os resistores 1 e 3 formam uma ponte divisora resistiva, os capacitores 8 distribuídos entre o resistor 1 e o eletrodo capacitivo interno 9, por um lado, e os capacitores 11 distribuídos entre o eletrodo capacitivo interno 9e o envoltório externo 7 for- 10 mam um divisor capacitivo. O circuito de compensação 10 está conectado entre o divisor capacitivo e o divisor resistivo, de modo a otimizar ou reduzir a diferença de fase, conjuntamente com o aumento da banda de passagem do dispositivo.

A figura 6 representa um segundo diagrama de modelação de um dispositivo de acordo com uma modalidade da invenção. Nesse diagra- ma o resistor 1 distribuído e os capacitores 8 distribuídos estão representa- dos por uma sucessão de filtros de resistência-capacitores (RC).

O circuito de compensação é, de preferência, um circuito de dois terminais, com duas entradas-saídas 13 e 14, tal como representado nas 20 figuras 7, 8 e 9. O circuito de compensação, na maioria dos casos, é um cir- cuito condutor de fase. Mas, essa diferença de fase pode ser ajustada de acordo com a diferença de fase de outros circuitos de medição. Por exem- plo, a mesma é ajustada de acordo com a diferença de fase à qual foi sub- metido um circuito de medição de corrente associado no âmbito de medição 25 de energia ativa ou reativa de um fator de energia de uma instalação.

Em versões simplificadas, o circuito de compensação compre- ende um resistor 15 ligado em série com um capacitor 1, tal como na figura 7, ou um capacitor 17 e um resistor 18, ligados em paralelo, tal como na figu- ra 8.

As camadas de materiais dielétricos dispostas entre o resistor 1

e o eletrodo capacitivo interno 9 e entre o referido eletrodo capacitivo interno e o envoltório externo 7 podem ter características que variam de acordo com a temperatura. Portanto, os valores dos capacitores 8 e 11 também variam de acordo com a temperatura. Essas variações têm efeitos sobre a diferença de fase e sobre a banda de passagem. Para limitar esses efeitos, o disposi- tivo de acordo com uma modalidade da invenção compreende uma primeira 5 camada de isolamento 30 entre o referido envoltório de proteção externo e o referido eletrodo capacitivo interno e uma segunda camada de isolamento 31 entre o referido eletrodo capacitivo interno e o referido primeiro resistor de medição, feito com materiais com variações substancialmente idênticas das características de acordo com a temperatura. O material é vantajosamente 10 idêntico para as duas camadas.

Para aperfeiçoar a compensação de acordo com a temperatura, o circuito de compensação 10 compreende pelo menos um componente ele- trônico com uma quantidade elétrica, que é variável com temperatura. Na figura 9, o circuito de compensação é complexo. Ele compreende um primei- 15 ro capacitor 19 ligado em série com um resistor 20 e, em série, com uma célula de RC paralela, sendo que compreende um capacitor 21 e um resistor 22, com um valor variável de acordo com a temperatura. O coeficiente de temperatura do resistor 22 pode ser positivo (PTC) ou negativo (NTC).

O circuito de compensação descrito acima possibilita que seja 20 obtido um dispositivo de medição de voltagem com resistores 1 de valor mui- to alto. O resistor de medição 1 tem, vantajosamente, um valor de mais de 50 megohms (ΜΩ). Os altos valores de resistência possibilitam que a ener- gia elétrica dissipada nos dispositivos de medição seja limitada, desse modo possibilitando que o volume de dispositivos seja reduzido.

Os dispositivos descritos acima são particularmente apropriados

para medição de voltagem média, voltagem alta ou voltagem extra-alta, por exemplo, de 1.000 volts a 100.000 volts.

Claims

1. Dispositivo de medição com divisor de voltagem elétrica, que compreende: - um primeiro resistor de medição (1) conectado entre uma en- trada de medição de voltagem (2) e um ponto comum (5), - um segundo resistor de medição (3) conectado entre o referido ponto comum (5) e uma superfície elétrica de referência (4), - uma saída de medição (6) conectada ao referido ponto comum (5), - um envoltório de proteção externo (7), que circunda o referido primeiro e segundo resistor de medição, conectado à referida superfície elé- trica de referência (4) e - um eletrodo capacitivo interno (9), que circunda o referido pri- meiro e segundo resistor de medição e está disposto dentro do referido en- voltório de proteção externo (7).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de compensação (10) é um circuito de dois termi- nais, com duas entradas-saídas (13, 14).

3. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, ca- racterizado pelo fato de que o circuito de compensação (10) é um circuito condutor de fase.

4. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, ca- racterizado pelo fato de que o circuito de compensação (10) compreende pelo menos um resistor (15, 18, 20, 22) e um capacitor (16, 17, 19, 21).

5. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, ca- racterizado pelo fato de que o circuito de compensação (10) compreende pelo menos um componente eletrônico (22) com uma quantidade elétrica que é variável de acordo com a temperatura.

6. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, ca- racterizado pelo fato de que o circuito de compensação (10) está disposto dentro do referido eletrodo capacitivo interno (9).

7. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, ca- racterizado pelo fato de que o referido eletrodo capacitivo interno (9) está conectado a uma saída de compensação (12) e o circuito de compensação (10) está conectado entre a referida saída de compensação (12) e a referida saída de medição (6).

8. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, ca- racterizado pelo fato de que o primeiro resistor de medição (1) tem um valor de mais de 50 megohms.

9. Dispositivo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, ca- racterizado pelo fato de que ele compreende: - uma primeira camada de isolamento (30) entre o referido envol- tório de proteção externo (7) e o referido eletrodo capacitivo interno (9), e - uma segunda camada de isolamento (31) entre o referido ele- trodo capacitivo interno (9) e o referido resistor de medição (1), sendo que a primeira e a segunda camada de isolamento têm, substancialmente, variações idênticas das características dielétricas de a- cordo com a temperatura.