ES2302225T3 - Disposicion para la alimentacion electrica de un dispositivo de medicion. - Google Patents

Abstract

Disposición de medición con un dispositivo de medición (1) dispuesto a un potencial de alta tensión y una disposición de alimentación para el dispositivo de medición cuya disposición de alimentación comprende los siguientes elementos, a saber, al menos: - un primer transformador (T1) del lado del potencial de tierra, que presenta - un primario al cual está conectado un generador (3) para generar una señal de alimentación (Us) que provee energía, y - un secundario subdividido simétricamente, - un segundo transformador (T2) del lado del potencial de alta tensión, que presenta - un primario subdividido simétricamente, cuyo punto de división (K4) está dispuesto al potencial de alta tensión, y - un secundario al cual se debe conectar el dispositivo de medición (1) para la provisión de energía, y - un elemento de transmisión (90) reductor del potencial construido simétricamente, que presenta - dos ramas parciales paralelas (Z1, Z2), que discurren entre el secundario del primer transformador (T1) y el primario del segundo transformador (T2), y - para cada división de tensión, al menos dos divisores de tensión (C1, C2, C3, C4, R1; R2, R3, R4) con un punto nodal (K1, K2) entre ellos, caracterizada porque - partiendo de ambos puntos nodales (K1, K2) del elemento de transmisión (90), se unen eléctricamente dos conductos (E1, E2) para la medición de tensión al dispositivo de medición (1), entre el potencial de alta tensión y los puntos nodales (K1, K2) y porque - el punto de división del secundario del primer transformador del lado del potencial de tierra está a potencial de tierra.

Description

Disposición para la alimentación eléctrica de un dispositivo de medición.

La presente invención comprende una disposición para la alimentación con energía eléctrica de un dispositivo de medición eléctrico dispuesto a potencial de alta tensión.

En instalaciones de alta tensión es necesario medir la corriente en el conductor que se encuentra a potencial de alta tensión, a los fines de protección y medición. Por motivos de costos y para una transmisión de datos libre de fallas, ha demostrado ser ventajoso digitalizar la señal de un transformador de corriente, ya a potencial de alta tensión, y transmitir la señal de medición con guíaondas de luz para el posterior procesado a potencial de tierra. Sin embargo, para ello se debe proveer de energía auxiliar a la electrónica a potencial de alta tensión. Asimismo, a fines de protección y medición, es necesario medir la tensión eléctrica del conductor. Para ello en la actualidad se instalan transformadores de corriente y de tensión separados, por lo cual se deben afrontar costos y esfuerzos de instalación para dos dispositivos.

En "Sensors and Actuators A" (sensores y accionadores A), tomos 25 a 27 (1991), páginas 475 a 480, está descrita una disposición en la cual se transmite luz de una fuente de luz, en este caso, de un diodo láser, a un transformador fotoeléctrico y allí es transformada en energía. Esta energía sirve para la alimentación de un sensor. Los datos de medición del sensor también son transmitidos ópticamente a través de un guíaondas de luz. Sin embargo, a causa de los componentes especiales utilizados, especialmente el láser de alta potencia, el transformador fotoeléctrico y también las uniones ópticas encastrables, este sistema de alimentación implica un esfuerzo y un costo considerables.

En el caso de la disposición indicada en la memoria DE 910 925 para la regulación del mando de distancias de descarga de gas o vapor, se transmite una señal de alta frecuencia mediante componentes capacitivos. Están previstas una primera rama parcial para el sentido de conducción, y una segunda rama parcial para el sentido inverso. Pero la señal de alta frecuencia no sirve para la alimentación de energía, sino más bien para el mando de un interruptor de encendido a potencial de alta tensión.

En la memoria DE 29 11 476 A1 se presenta una disposición que utiliza dos fases del condensador para transmitir energía auxiliar a un potencial de alta tensión de modo capacitivo. Al mismo tiempo, se coloca un divisor capacitivo al pie del condensador, para la medición de la tensión. La función del choque transversal es aliviar al generador de alta frecuencia de la disposición de potencia reactiva y compensar las diferencias de aislamiento que se presentan entre condensadores adyacentes. Sin embargo, a causa de los múltiples componentes individuales necesarios la disposición es compleja en su realización. Si, por otro lado, se desea recoger corriente y tensión, se deben prever dos grupos constructivos de electrónica de medición separados.

La presente invención tiene como objetivo presentar una disposición para la alimentación con energía eléctrica de un dispositivo de medición eléctrico dispuesto a potencial de alta tensión, garantizando una suministro de energía lo más simple posible y, al mismo tiempo, posibilitando un ahorro de espacio y de material.

Para lograr este objetivo se presenta una disposición para la alimentación con energía eléctrica de un dispositivo de medición eléctrico dispuesto a potencial de alta tensión, acorde a las características de la reivindicación independiente 1.

La disposición acorde a la invención para la alimentación con energía eléctrica de un dispositivo de medición eléctrico dispuesto a potencial de alta tensión comprende al menos a los siguientes componentes:

-

un primer transformador del lado del potencial de tierra,

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un primario al cual está conectado un generador para generar una señal de alimentación que provee energía, y

-

un secundario subdividido simétricamente, cuyo punto de división está colocado al potencial de tierra,

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un segundo transformador del lado del potencial de alta tensión, que presenta

-

un primario subdividido simétricamente, cuyo punto de división está dispuesto al potencial de alta tensión, y

-

un secundario al cual se debe conectar el dispositivo de medición para la provisión de energía,

-

un elemento de transmisión reductor del potencial construido simétricamente, que presenta

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dos ramas parciales paralelas, que discurren entre el secundario del primer transformador y el primario del segundo transformador, y

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para cada división de tensión, al menos dos divisores de tensión con un punto nodal entre ellos, y

-

que, para la medición de la tensión, deben ser unidos al dispositivo de medición, a través de ambos puntos nodales, mediante un conducto respectivo.

La presente invención se basa en el conocimiento de que al unir dos líneas que conducen ambas una señal equilibrada, las señales equilibradas se compensan a causa de su posición de fase de fases opuestas. Con la distancia de transmisión dividida en dos, configurada por ambas ramas parciales, es posible, entonces, accionar un dispositivo de medición dispuesto a potencial de alta tensión mediante una señal de alimentación generada por un generador dispuesto a potencial de tierra y, al mismo tiempo, llevar a cabo una medición de la tensión en la cual se toma la tensión de ambas ramas parciales, sin que ésta sea perturbada por la señal de alimentación.

Los acondicionamientos ventajosos de la rueda del sensor acordes a la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1.

Es especialmente ventajoso que el dispositivo de medición esté configurado para determinar una corriente eléctrica y una tensión eléctrica. Con ello, todas las partes del divisor de tensión se encuentran en una carcasa y se fabrican de la misma manera. De ese modo se suprime idealmente un posible paso de temperatura presente en los componentes. Además, se requiere sólo una electrónica de registro de mediciones.

Además es ventajoso que el generador esté configurado con una potencia tan baja que, mediante una señal de alimentación, al dispositivo de medición se le pueda suministrar una potencia eléctrica de a lo sumo 100 mW. La disposición acorde a la invención no requiere, entonces, choques transversales. A través de un consumo de energía bajo por parte de la electrónica de medición, puede mantenerse baja la amplitud y frecuencia de la tensión de alimentación. De ese modo, la fuente de tensión de alimentación puede proveer la potencia reactiva para los condensadores con un esfuerzo técnico bajo. Dado que la colocación y la puesta en contacto de los choques transversales en un condensador de alta tensión son procedimientos costosos e impiden una mayor simplificación en la fabricación de los condensadores. Por otro lado, para las aplicaciones para tensión alterna no se precisa, además de los condensadores, de otros elementos constructivos adicionales en la rama del potencial de alta tensión. El condensador se puede elaborar como un condensador de mando convencional, que se puede fabricar en gran escala.

Preferentemente ambas ramas parciales están dispuestas muy cercanas entre sí. De este modo, se reduce el requerimiento de espacio de la disposición. Además, la cercanía espacial estrecha de ambas ramas parciales impide que se genere una radiación indeseada de energía de alimentación. Ambas ramas parciales determinadas respectivamente para el sentido de conducción o el sentido inverso, actúan de modo semejante a una disposición de línea bifilar, en la que se regula una compensación de mutua del comportamiento de radiación.

Es ventajoso que ambas ramas parciales estén dispuestas juntas en un aislador. De ese modo, se reducen los costos para el aislamiento de tensión de ambas ramas parciales, pues se puede utilizar al menos una carcasa de aislamiento común.

La señal de alimentación presenta especialmente una frecuencia de alimentación de entre 1 kHz y 1 MHz. En esta área de frecuencia se puede impedir adecuadamente una radiación de energía de alimentación. Además, el límite inferior mencionado se encuentra lo suficientemente alejado de una frecuencia de red (DC o 50 Hz o 60 Hz) implementada en instalaciones de alimentación públicas y de las ondas armónicas eventualmente relevantes a los fines de medición y evaluación, de modo que se puede excluir una influencia.

Es especialmente ventajoso que esté previsto un tramo de transmisión adicional, especialmente óptico, para la transmisión de una señal de medición generada por el dispositivo de medición. De ese modo, se alcanza una separación especialmente buena entre la señal de alimentación y la señal de medición.

Además es ventajoso que los, al menos dos, divisores de tensión de cada rama parcial sean al menos dos capacitores. De este modo se pueden construir un divisor de tensión de modo especialmente simple y económico.

Es ventajoso que los al menos dos divisores de tensión de cada rama parcial sean al menos dos conexiones en paralelo de al menos un capacitor y al menos una resistencia. De este modo, se puede implementar la disposición acorde a la invención tanto en instalaciones de corriente continua como de corriente alterna.

Los ejemplos de ejecución preferidos, pero de ninguna manera excluyentes, de la invención se explican en mayor detalle a partir de los dibujos. Para una mayor claridad, el dibujo no está realizado a escala, y ciertas características sólo están representadas de modo esquemático. Individualmente se muestra: en la figura 1 una disposición para la alimentación con energía eléctrica de un dispositivo de medición de corriente y de tensión dispuesto a potencial de alta tensión, para la aplicación en instalaciones de corriente alterna, y la figura 2 una disposición para la alimentación con energía eléctrica de un dispositivo de medición de corriente y de tensión dispuesto a potencial de alta tensión, para la aplicación en instalaciones de corriente continua y en instalaciones de corriente alterna.

Las piezas correspondientes están identificadas con las mismas referencias en las figuras 1 y 2.

En la figura 1 está representado un ejemplo de ejecución de una disposición para la alimentación con energía eléctrica de un dispositivo de medición 1 de corriente y de tensión dispuesto a potencial de alta tensión. El elemento de transmisión reductor del potencial construido simétricamente 90 de la disposición presenta, a su vez, cuatro capacitores C1 a C4, previstos como divisores de tensión. Asimismo, para el dimensionado valen los capacitores C1 a C4:
C1 = C2 y C3 = C4, asimismo, los capacitores C3 y C4 deben ascender a cien veces hasta diez mil veces el valor de los capacitores C1 y C2. Por ejemplo, para los capacitores C1 y C2 se puede pensar en valores de 0,1 nF a 10 nF. Acorde a ello, los capacitores C3 y C4 deben adoptar un valor de 10 nF a 100 PF. La toma de tensión para la medición de tensión se lleva a cabo a potencial de alta tensión en los puntos nodales K1 y K2. La electrónica de medición del dispositivo de medición 1 también se encuentra a potencial de alta tensión y detecta al mismo tiempo los valores de corriente y de tensión, los digitaliza y los transmite a través de, al menos, un guíaondas de luz 2 a potencial de tierra 20. Esta electrónica de medición del dispositivo de medición 1 está constituida de un modo económico en lo que respecta al consumo de energía auxiliar, de modo que, sobre todo, no se superen los 100 mW. La provisión de energía auxiliar se lleva a cabo a través de dos transformadores T1 y T2. Los transformadores T1 y T2 están unidos correspondientemente entre sí a través de sus conexiones 15, 16 y 17, 18 mediante dos ramas parciales Z1 y Z2. El transformador T1 comprende las inductividades L1, L2 y L3, el transformador T2 las inductividades L4, L5 y L6. Las correspondientes inductividades L1, L2, L3 o L4, L5, L6 de cada transformador T1 o T2 están dispuestas preferentemente sobre un núcleo común, y acopladas magnéticamente de modo estrecho entre sí.

Una señal de alimentación Us generada por el generador 3, que se puede hallar, por ejemplo, en un área de frecuencia de 1 kHz a 1 MHz y, por ejemplo, puede presentar un valor de tensión de 10 V a 1 kV, es suministrado al transformador T1, a través del primario del transformador T1, con la inductividad L3. En el secundario del transformador T1, que presenta ambas inductividades L1 y L2, la señal de alimentación Us es transformada en una señal de alimentación equilibrada Us+ y Us-. Para ello se dispone un punto de división K3 puesto a tierra entre ambas inductividades L1 y L2. El segundo transformador T2 tiene un punto de división del lado del primario, dispuesto entre las inductividades L4 y L5, que está unido a un conductor de alta tensión 7. La señal de alimentación equilibrada Us+ y Us suministrada al primario del transformador T2 conduce, en el secundario en el transformador T2, a una señal de alimentación Uss. La señal de alimentación se suministra a través de dos conductos de alimentación S1 y S2 unidos con el secundario del transformador T2 a la unidad de alimentación 14 del dispositivo de medición 1. El secundario del transformador T2 presenta, en este caso, la inductividad L6.

Para la señal de alimentación equilibrada Us+ y Us- las inductividades L1 y L2 o L4 y L5 están conectadas en serie y por ello tienen una elevada inductividad de, por ejemplo, más de 1mH. La impedancia se halla, con ello, en el área de, por ejemplo, 100 \Omega a 10 k\Omega. Para la alta tensión por medir que usualmente se puede hallar en el área de frecuencia de 0 Hz (corriente continua) a 500 Hz, las inductividades L1 y L2 o L4 y L5 están conectadas en antiparalelo en su núcleo respectivo y por ello poseen una inductividad 10 a 1000 veces menor, que, en este ejemplo puede ascender a entre 1 PH y 100 PH. Esto tiene como consecuencia que, en el área de la frecuencia de la alta tensión por medir, esté presente una pequeña impedancia de, por ejemplo, menos de 1\Omega. Esta impedancia es muy reducida en relación con la impedancia de los capacitores C1 y C2, de modo que la caída de tensión en las inductividades L4 y L5 puede ser dejada de lado en la medición de la tensión.

La detección del valor de la corriente de la línea de alta tensión 7 puede, por ejemplo, llevarse a cabo con un transformador de corriente inductivo 6, como se indica en la figura 1. También se puede pensar en otros métodos de medición de corriente, como, por ejemplo, la medición de corriente mediante un shunt. Las señales de medición generadas por el transformador de corriente 6 se transmiten a través de dos conductos E3 y E4 a un amplificadoroperacional 8 conectado como amplificador diferencial, asimismo, el conducto E3 está unido a una entrada no inversora del amplificadoroperacional 8, y el conducto E4, a la entrada inversora del con el amplificadoroperacional 8. Una resistencia R8, a través de la cual están unidos entre sí ambos conductos E3 y E4, está conectada adicionalmente en paralelo a ambas entradas del amplificador operacional 8. La resistencia R8 posee, para ello, especialmente un valor de resistencia en el área de los 10 m\Omega a 100 \Omega. La salida del amplificador está unida al transformador digital análogo 9, que digitaliza las señales analógicas provistas por el amplificador operacional 8 y las conduce a una unidad de transmisión 10.

Para la medición de tensión al dispositivo de medición 1 se le suministran las tensiones que caen y se toman a través de ambos puntos nodales K1 y K2, esto se realiza a través de dos conductos E1 y E2, a través del capacitor C3 y la inductividad L4 o el capacitor C4 y la inductividad L5, y en el dispositivo de medición 1 se adicionan mediante otro amplificador operacional 4 conectado como adicionador. A su vez, por un lado la entrada no inversora del amplificador operacional 4 está conectada al potencial de alta tensión 7, y por el otro, la entrada inversora del amplificador operacional 4 a través de la resistencia R6 al nudo K1 y a través de la resistencia R5, al nudo K2. Por otro lado, la resistencia R7 une la entrada inversora a la salida del amplificador operacional 4. El valor de la resistencia para las resistencias R5 y R6 yace especialmente en el área de 100 \Omega a 1 M\Omega. Para la resistencia R7 también es adecuado el valor de resistencia en el área de 100 \Omega a 1 M\Omega. Dado que la señal de alimentación equilibrada Us+ y la señal de alimentación equilibrada Us- son conducidas como dos señales de fases opuestas en ambas ramas parciales Z1 y Z2, mientras que las tensiones que deben conducirse nuevamente a la alta tensión adyacente en ambas ramas parciales Z1 y Z2 son de la misma fase, en una construcción simétrica ideal, en al salida del adicionador las señales de alimentación de fases opuestas se compensan, mientras que se duplican las caídas de tensión de medición. Los restos de tensión de alimentación que permanecen por asimetrías en la construcción pueden ser eliminadas de modo simple con un filtro pasabajos 5, dado que las frecuencias de la alta tensión y de la señal de alimentación se diferencian en aproximadamente un orden de magnitud. La salida del filtro pasabajos 5 está unida al transformador digital análogo 11, que digitaliza las señales analógicas provistas por el filtro pasabajos 5 y también las conduce a una unidad de transmisión 10.

La unidad de transmisión 10 comprende una fuente de luz 13, especialmente un diodo luminoso, con el cual se pueden emitir a una unidad de evaluación 12 dispuesta preferentemente al potencial de tierra 20, los valores de medición de corriente y de tensión por transmisión de luz, a través de un guíaondas de luz 2.

El ejemplo de ejecución representado en la figura 2 corresponde esencialmente al ejemplo de ejecución mostrado en la figura 1. Pero está previsto, además, para la aplicación en instalaciones de corriente continua. A su vez, en el elemento de transmisión 90 reductor del potencial construido simétricamente, los capacitores C1, C2, C3 y C4 están ampliados en resistencias correspondientes conectadas en paralelo R1, R2, R3 y R4, por lo que se obtiene un divisor de tensión compensado. Las resistencias R1 y R2 presentan cada una un valor 1000 veces más elevado que ambas resistencias correspondientes R4 y R5 de cada rama parcial Z1 y Z2. Si las resistencias de R4 y R3 están dimensionadas especialmente en el área de k\Omega, entonces las resistencias R1 y R2 presentan consecuentemente valores de resistencia en el área M\Omega. R1 y R2 están constituidas, además, especialmente para un rendimiento de al menos 10 W.

En la figura 1 y en la figura 2 se puede ver, además, que para el aislamiento de alta tensión, el elemento de transmisión 90 está alojado en junto con ambas ramas parciales Z1 y Z2 en un aislador 80 que comprende a ambas ramas parciales Z1, Z2.

Claims (9)

1. Disposición de medición con un dispositivo de medición (1) dispuesto a un potencial de alta tensión y una disposición de alimentación para el dispositivo de medición cuya disposición de alimentación comprende los siguientes elementos, a saber, al menos: - un primer transformador (T1) del lado del potencial de tierra, que presenta

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un primario al cual está conectado un generador (3) para generar una señal de alimentación (Us) que provee energía, y

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un secundario subdividido simétricamente,

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un segundo transformador (T2) del lado del potencial de alta tensión, que presenta

-

un primario subdividido simétricamente, cuyo punto de división (K4) está dispuesto al potencial de alta tensión, y

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un secundario al cual se debe conectar el dispositivo de medición (1) para la provisión de energía, y

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un elemento de transmisión (90) reductor del potencial construido simétricamente, que presenta

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dos ramas parciales paralelas (Z1, Z2), que discurren entre el secundario del primer transformador (T1) y el primario del segundo transformador (T2), y

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para cada división de tensión, al menos dos divisores de tensión (C1, C2, C3, C4, R1; R2, R3, R4) con un punto nodal (K1, K2) entre ellos, caracterizada porque

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partiendo de ambos puntos nodales (K1, K2) del elemento de transmisión (90), se unen eléctricamente dos conductos (E1, E2) para la medición de tensión al dispositivo de medición (1), entre el potencial de alta tensión y los puntos nodales (K1, K2) y porque

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el punto de división del secundario del primer transformador del lado del potencial de tierra está a potencial de tierra.

2. Disposición de medición acorde a la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo de medición (1) está configurado para la determinación de tensión eléctrica y corriente eléctrica.

3. Disposición de medición acorde a la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el generador (3) está configurado con una potencia tan baja que al dispositivo de medición (1) se le puede suministrar una potencia eléctrica de a lo sumo 100 mW mediante una señal de alimentación (Uss).

4. Disposición de medición acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque ambas ramas parciales (Z1, Z2) están dispuestas muy cercanas entre sí.

5. Disposición de medición acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque ambas ramas parciales (Z1, Z2) en el elemento de transmisión (90) están dispuestas juntas en un aislador (80).

6. Disposición de medición acorde a una de las reivindicaciones anteriores, en la cual la señal de alimentación (Us, Us+, Us-, Uss) presenta una frecuencia de alimentación entre 1 kHz y 1 MHz.

7. Disposición de medición acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque está previsto un tramo de transmisión (2) adicional, especialmente óptico, para la transmisión de una señal de medición generada por el dispositivo de medición (1).

8. Disposición de medición acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los, al menos dos, divisores de tensión de cada rama parcial (Z1, Z2) son al menos dos capacitores (C1, C2, C3, C4).

9. Disposición de medición acorde a una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque los, al menos dos, divisores de tensión de cada rama parcial (Z1, Z2) son al menos dos conexiones en paralelo de al menos un capacitor (C1, C2, C3, C4) y al menos una resistencia (R1, R2, R3, R4).