ES1079211U - Dispositivo filtro de comunicación por línea de potencia - Google Patents
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Abstract
1. Un dispositivo filtro para filtrar señales de c1. Un dispositivo filtro para filtrar señales de comunicación transmitidas por una sección de una líomunicación transmitidas por una sección de una línea de potencia de voltaje alto o medio (10), inclnea de potencia de voltaje alto o medio (10), incluyendo un cuerpo magnético (20) adaptado para rodeuyendo un cuerpo magnético (20) adaptado para rodear la línea de potencia de tal manera que exhiba uar la línea de potencia de tal manera que exhiba una inductancia en serie equivalente a la línea de na inductancia en serie equivalente a la línea de potencia, caracterizado porque el cuerpo magnéticopotencia, caracterizado porque el cuerpo magnético se hace parcialmente de un material magnéticament se hace parcialmente de un material magnéticamente activo e incluye un volumen de material no magnée activo e incluye un volumen de material no magnético que evita que una corriente nominal a través tico que evita que una corriente nominal a través de la línea de potencia sature el material magnétide la línea de potencia sature el material magnéticamente activo del cuerpo magnético. 2. El disposicamente activo del cuerpo magnético. 2. El dispositivo filtro según la reivindicación 1, caracterizativo filtro según la reivindicación 1, caracterizado porque el volumen de material no magnético incldo porque el volumen de material no magnético incluye material mecánicamente duro tal como granito. uye material mecánicamente duro tal como granito. 3. El dispositivo filtro según la reivindicación 13. El dispositivo filtro según la reivindicación 1, caracterizado porque el material magnéticamente , caracterizado porque el material magnéticamente activo incluye dos segmentos distintos separados pactivo incluye dos segmentos distintos separados por material no magnético. 4. El dispositivo filtroor material no magnético. 4. El dispositivo filtro según la reivindicación 1, caracterizado porque i según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye además una unidad de sintonización (31, 32)ncluye además una unidad de sintonización (31, 32) equivalente a un circuito RC conectado eléctricam equivalente a un circuito RC conectado eléctricamente en paralelo a la inductancia en serie equivalente en paralelo a la inductancia en serie equivalente. 5. El dispositivo filtro según la reivindicaente. 5. El dispositivo filtro según la reivindicación 4, caracterizado porque el material magnéticación 4, caracterizado porque el material magnéticamente activo del cuerpo magnético incluye acero. 6mente activo del cuerpo magnético incluye acero. 6. El dispositivo filtro según la reivindicación 4,. El dispositivo filtro según la reivindicación 4, caracterizado porque la unidad de sintonización e caracterizado porque la unidad de sintonización está adaptada para conectarse directamente a la línstá adaptada para conectarse directamente a la línea de potencia. 7. El dispositivo filtro según unaea de potencia. 7. El dispositivo filtro según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porq de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el cuerpo magnético está adaptado para rodear due el cuerpo magnético está adaptado para rodear dos o más conductores de fase de una configuración os o más conductores de fase de una configuración de modo común (MC) de transmisión CA. 8. Dispositide modo común (MC) de transmisión CA. 8. Dispositivo filtro según una de las reivindicaciones 1 a 6,vo filtro según una de las reivindicaciones 1 a 6, donde la sección de una línea de potencia de volt donde la sección de una línea de potencia de voltaje alto o medio (10) forma uno o más bucles de maaje alto o medio (10) forma uno o más bucles de manera que multiplique el campo magnético en una posnera que multiplique el campo magnético en una posición del cuerpo magnético (20) del dispositivo fiición del cuerpo magnético (20) del dispositivo filtro. ltro.
Description
Dispositivo filtro de comunicación por línea de potencia.
Campo de la invención
La invención se refiere al campo de la Comunicación por Línea de Potencia por líneas de distribución o transmisión de potencia eléctrica de voltaje alto o medio, y en particular a un dispositivo filtro para filtrar señales de comunicación transmitidas por una sección de una línea de potencia.
Antecedentes de la invención
Además de su función principal de transmitir energía eléctrica, las líneas de potencia de voltaje alto o medio también se usan para transmitir señales de protección y comunicación de baja potencia y alta frecuencia (HF) (40 kHz-500 kHz) entre subestaciones de la red de potencia. Para aislar electromagnéticamente las secciones con la señal HF de la parte restante del sistema, es decir, para evitar la propagación de la señal de comunicación a las subestaciones conectadas, se usan las denominadas trampas de línea. Estas trampas de línea están conectadas en serie con el circuito principal y constan de una bobina principal (inductor sin núcleo magnético) que añade una inductancia baja (0,2 mH-2 mH) al circuito principal más la denominada unidad de sintonización (circuito RLC pasivo conectado en paralelo a la bobina principal). La bobina principal y la unidad de sintonización constituyen conjuntamente un circuito sintonizado que presenta alta impedancia HF (>600 Ω para, por ejemplo, L=1 mH a 100 kHz) y muy baja impedancia de 50 Hz.
Sin embargo, tales trampas de línea tienen varios inconvenientes importantes. A) El conductor de la bobina principal debe ser muy masivo (gran sección transversal) puesto que tiene que conducir la corriente nominal. B) El diseño de la bobina principal debe ser mecánicamente muy estable, porque tiene que resistir fuerzas dinámicas generadas por la corriente de corto circuito (con un componente CC significativo). C) Debido a (a) y (b), los diseños de trampa de línea existentes son relativamente grandes. Se usa un cierto número de vueltas de un conductor de aluminio para asegurar el nivel de inductancia requerido. Se necesita un refuerzo mecánico de la bobina principal (espaciadores de aislamiento, resina epoxi y bastidor metálico) para resistir las fuerzas mecánicas generadas por la corriente de cortocircuito.
La patente US 6642806 propone sustituir los filtros LC convencionales por supresión de frecuencia HF en sistemas de potencia porque la instalación de estos filtros requiere que el conductor de potencia esté empalmado y que partes del sistema de potencia estén apagadas. En cambio, se propone una instalación y un uso “no intrusivos” de un toroide que tiene un material magnético con una permeabilidad y conductividad dadas y que rodea un conductor de voltaje medio o alto. El material magnético filtra armónicos de frecuencia muy alta (VHF) y de alta frecuencia (HF), y transitorios de alta frecuencia, permitiendo señales de potencia que tienen un rango de frecuencia entre 50-60 Hz e impidiendo señales que tienen un rango de frecuencia de 1 kHz a 1 MHz.
Con el fin de evitar la saturación magnética del cuerpo de ferrita por la corriente nominal de 50-60 Hz y la reducción correspondiente de la permeabilidad magnética y la impedancia a altas frecuencias, el filtro toroide rodea los conductores de tres fases de un sistema de potencia eléctrica trifásica. En esta configuración, los grandes intersticios dieléctricos entre las tres fases requerirán un toroide enormemente grande. Alternativamente, cada conductor de fase puede estar rodeado por su propio toroide.
La patente US 7005943 reivindica un filtro compuesto con dos circuitos resonantes de bobina-condensador distintos para bloquear dos bandas de frecuencia del rango de 20 MHz en una señal de comunicación por línea de potencia. Núcleos magnéticos de alta frecuencia con recubrimiento semiconductor y compuestos de mitades de núcleo actúan como acopladores inductivos para acoplar la línea de potencia a devanados secundarios que, a su vez, están conectados a condensadores. Opcionalmente, las mitades de núcleo están separadas por entrehierros.
Descripción de la invención
Por lo tanto, un objetivo de la invención es proporcionar más flexibilidad en el diseño de un dispositivo filtro para filtrar señales de comunicación de línea de potencia. Este objetivo se logra con un dispositivo filtro y su uso según las reivindicaciones independientes. Realizaciones preferidas son evidentes por las reivindicaciones dependientes, donde la dependencia de las reivindicaciones no se deberá interpretar como exclusión de combinaciones de reivindicaciones significativas.
Según la invención, se obtiene un aumento local en una inductancia en serie equivalente mediante una mejora de campo magnético alrededor de un conductor de línea de potencia rodeando éste último con un cuerpo magnético o núcleo anular que tiene pronunciadas propiedades magnéticas a la frecuencia de línea así como a altas frecuencias. El cuerpo magnético se hace predominantemente de un material magnéticamente activo e incluye un volumen hecho de material sólido magnéticamente inactivo para evitar que una corriente nominal a través de la línea de potencia sature el material magnéticamente activo. Tal volumen se extiende por una sección transversal completa del cuerpo paralelo al conductor rodeado y así forma un intervalo en el material magnéticamente activo. Consiguientemente, la compensación mutua de corrientes nominales como en sistemas CA multifase no es un requisito para evitar la saturación, y la elección del material sólido magnéticamente no activo permite una mayor flexibilidad en el diseño de las propiedades mecánicas y la estructura de soporte del cuerpo.
En una variante preferida, el material sólido magnéticamente inactivo es un material mecánicamente duro tal como granito o cualquier otro mineral resistente a la presión, que incremente la resistencia del cuerpo magnético contra las fuerzas generadas por corrientes de cortocircuito muy altas en la línea de potencia.
En otra variante preferida, el cuerpo magnético incluye dos o más segmentos de material magnéticamente activo que están separados por volúmenes o intervalos de material magnéticamente inactivo. La distribución adecuada de estos intervalos a lo largo de una circunferencia del cuerpo beneficia la instalación o el montaje del dispositivo filtro.
En realizaciones ventajosas se facilita una unidad de sintonización en paralelo a la inductancia en serie equivalente con el fin de sintonizar, o regular, las propiedades del dispositivo filtro y, en particular, de compensar cualesquiera propiedades magnéticas sub-óptimas. Como consecuencia, en lugar de ferrita, se puede usar acero en forma de acero de transformador laminado convencional para el cuerpo magnético. En este contexto, la conexión directa o galvánica de la unidad de sintonización a la línea de potencia suministra las señales de línea de potencia a la unidad de sintonización en forma no filtrada.
Más específicamente, un dispositivo filtro para filtrar o bloquear señales de comunicación con una frecuencia superior a la frecuencia de la red/línea y transmitidas por una sección de una línea de potencia de voltaje alto CA o CC incluye tanto un cuerpo magnético como una unidad de sintonización. El cuerpo magnético tiene la forma de un toroide o aro, o la forma de un cilindro hueco, y se hace al menos parcialmente de un material magnéticamente activo y rodeando el conductor de línea de potencia de tal manera que exhiba o produzca una inductancia en serie equivalente a la línea de potencia. La unidad de sintonización es al menos equivalente a un circuito RC pasivo conectado eléctricamente en paralelo a la inductancia en serie equivalente proporcionada por el cuerpo magnético. El dispositivo filtro acopla inductivamente con los conductores multifase o de fase única rodeados y proporciona alta impedancia a cualquier señal de comunicación no compensada o no blindada allí transmitida.
Breve descripción de los dibujos
La materia de la invención se explicará con más detalle en el texto siguiente con referencia a realizaciones ejemplares preferidas ilustradas en los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 representa un primer dispositivo filtro según la invención.
La figura 2 representa un dispositivo filtro con un cilindro circular hueco que tiene un intervalo.
Y la figura 3 ilustra una sección transversal de un cilindro circular hueco dividido en tres segmentos.
Los símbolos de referencia usados en los dibujos, y sus significados, se enumeran en forma de resumen en la lista de referencias. En principio, las partes idénticas llevan los mismos símbolos de referencia en las figuras.
Descripción detallada de realizaciones preferidas
La figura 1 representa un dispositivo filtro según la invención, incluyendo una trampa de línea basada en una inductancia localmente incrementada en serie con una línea de potencia o conductor de barra colectora 10, y producida por un cuerpo magnético en forma de un toroide o núcleo anular magnético grande 20 dispuesto alrededor de la línea, así como una unidad de sintonización. La unidad de sintonización incluye una resistencia 31 y una capacitancia 32 conectadas eléctricamente en paralelo a la inductancia en serie de línea del toroide. El toroide incluye un núcleo hecho de un material magnético adecuado; su sección transversal puede ser de cualquier forma, en particular circular o rectangular. En la configuración ilustrada, la unidad de sintonización está conectada directamente a la línea de potencia, donde dicha conexión puramente galvánica entre la línea de potencia y la unidad de sintonización no filtra o distorsiona ninguna señal de línea de potencia o respuesta a ella por la unidad de sintonización.
Por otra parte, la unidad de sintonización también puede estar acoplada inductivamente a la línea de potencia por medio de una bobina secundaria alrededor del toroide, que se espera que funcione bien al menos para las frecuencias más altas de la señal de línea de potencia. En este caso, la unidad de sintonización está separada galvánicamente de la línea de potencia mediante el cuerpo magnético que opera como un núcleo de transformador y la bobina secundaria, donde la corriente de línea nominal induce un voltaje que, a su vez, mueve una corriente a través de los elementos de la unidad de sintonización.
La figura 2 representa un dispositivo filtro con un cuerpo magnético en forma de un cilindro circular hueco 20 que tiene un intervalo 21 de anchura δ. Se indican igualmente los radios interior y exterior R1 y R2 del cilindro circular hueco, y su longitud o altura L. El cilindro rodea esencialmente un conductor 10 que lleva una corriente I. El intervalo 21 define un volumen del cuerpo magnético que está ocupado por material sólido magnéticamente inactivo. No obstante, en la figura 2 y a los efectos de la estimación numérica siguiente, el intervalo 21 se representa como un entrehierro.
Para material de ferrita comercialmente disponible, la saturación magnética empieza a densidades de inducción magnética o flujo de aproximadamente 0,4 Tesla a temperatura ambiente. Por lo tanto, con el fin de evitar la saturación magnética, el cilindro de ferrita de la figura 2 ha sido interrumpido o dividido introduciendo el entrehierro. Para cuantificar el efecto del entrehierro en el nivel de saturación del cilindro de ferrita se aplica la ley de Ampere en un contorno circular dentro del cilindro y cruzando el entrehierro. Suponiendo que la relación μferrita/μ0 sea muy grande, por ejemplo superior a un valor de 4000, da lugar a una expresión simplificada para el campo magnético en el entrehierro de
Haire ≈ I/δ
Además, se supone que (a) el entrehierro es mucho menor que la circunferencia del cilindro de ferrita (en este caso el campo en el intervalo es homogéneo), (b) la ferrita no está saturada (<0,4T), y (c) si la ferrita no está demasiado caliente (<100°C). El campo magnético y la energía magnética están confinados entonces al entrehierro, y la inductancia del cilindro es
Μ0L(R2-R1)/δ
Mientras que el campo magnético es
Bferrita ≈ μ0I/δ.
Un ejemplo numérico con I=400 A, R1=0,1 m, R2=0,5 m, Bferrita=0,4 T, L=0,5 m produce una solución coherente con un entrehierro δ de 1,26 mm y una inductancia de 0,2 mH.
La figura 3 ilustra una sección transversal de un cilindro de ferrita dividido en tres segmentos 20a, 20b, 20c o piezas por medio de tres entrehierros longitudinales 21a, 21b, 21c. Dado que la estructura debe resistir mecánicamente corrientes de cortocircuito y fuerzas muy altas, tiene que ser mecánicamente estable. Para esta finalidad así como para mantener una anchura de entrehierro constante, se colocan o se introducen insertos hechos de granito o algún otro material barato y mecánicamente duro en los diferentes volúmenes definidos por los entrehierros entre los segmentos de ferrita. Un cilindro de ferrita con dos o más segmentos tiene ventajas en vista de la fabricación, el transporte y el manejo, y es especialmente adecuado para aplicaciones de reconversión en torno a conductores existentes.
Si es necesario (entornos químicamente agresivos), la estructura completa puede estar encapsulada con resina epoxi reforzada con fibra de vidrio. Si el valor de inductancia obtenido no es suficientemente alto o si el tamaño de la estructura debe ser reducido, el conductor de transporte de corriente puede formar un devanado con unas pocas vueltas y así atravesar el cilindro de ferrita varias veces. También se obtienen valores de inductancia más altos conectando dispositivos similares en serie.
Lista de referencias
10: línea de potencia
20: cuerpo magnético
21: intervalo
31: resistencia
32: capacitancia
Claims (8)
- REIVINDICACIONES
- 1.
- Un dispositivo filtro para filtrar señales de comunicación transmitidas por una sección de una línea de potencia de voltaje alto o medio (10), incluyendo un cuerpo magnético (20) adaptado para rodear la línea de potencia de tal manera que exhiba una inductancia en serie equivalente a la línea de potencia, caracterizado porque el cuerpo magnético se hace parcialmente de un material magnéticamente activo e incluye un volumen de material no magnético que evita que una corriente nominal a través de la línea de potencia sature el material magnéticamente activo del cuerpo magnético.
-
- 2.
- El dispositivo filtro según la reivindicación 1, caracterizado porque el volumen de material no magnético incluye material mecánicamente duro tal como granito.
-
- 3.
- El dispositivo filtro según la reivindicación 1, caracterizado porque el material magnéticamente activo incluye dos segmentos distintos separados por material no magnético.
-
- 4.
- El dispositivo filtro según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye además una unidad de sintonización (31, 32) equivalente a un circuito RC conectado eléctricamente en paralelo a la inductancia en serie equivalente.
-
- 5.
- El dispositivo filtro según la reivindicación 4, caracterizado porque el material magnéticamente activo del cuerpo magnético incluye acero.
-
- 6.
- El dispositivo filtro según la reivindicación 4, caracterizado porque la unidad de sintonización está adaptada para conectarse directamente a la línea de potencia.
-
- 7.
- El dispositivo filtro según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el cuerpo magnético está adaptado para rodear dos o más conductores de fase de una configuración de modo común (MC) de transmisión CA.
-
- 8.
- Dispositivo filtro según una de las reivindicaciones 1 a 6, donde la sección de una línea de potencia de voltaje alto
o medio (10) forma uno o más bucles de manera que multiplique el campo magnético en una posición del cuerpo magnético (20) del dispositivo filtro.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model granted |
Effective date: 20130730 |
|
| FD1K | Utility model lapsed |
Effective date: 20180621 |