ES2708837T3

ES2708837T3 - Monitor de potencia no intrusivo

Info

Publication number: ES2708837T3
Application number: ES05759537T
Authority: ES
Inventors: Simon H Lightbody; Michael E Teachman; Colin N Gunn; Benedikt T Huber
Original assignee: Power Measurement Ltd
Current assignee: Power Measurement Ltd
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2025-06-15
Also published as: EP1766424B1; EP1766424A4; US20050275397A1; US7265533B2; EP1766424A1; DK1766424T3; WO2005124374A1

Abstract

Un sistema de monitorización de potencia para monitorizar características eléctricas de un conductor (102) a través del cual se suministra potencia eléctrica a una carga, comprendiendo el sistema: un circuito flexible (104) que tiene una pluralidad de capas, en el cual el circuito flexible es operativo para ser acoplado con un conductor de tal manera que una pluralidad de trazas en el circuito flexible forman una estructura de bobina alrededor del conductor; y un módulo (100) que recibe señales producidas por el circuito flexible, en el cual el módulo procesa las señales para determinar al menos una de una tensión, una corriente, y una cantidad de energía proporcionada a una carga a través del conductor.

Description

DESCRIPCION

Monitor de potencia no intrusivo

Antecedentes de la invencion

El campo de la Invencion

La presente invencion esta relacionada con el campo de la medicion de potencia. Mas en concreto, la presente invencion esta relacionada con sistemas y metodos para monitorizar potencia electrica.

Tecnologia relacionada

La electricidad se ha convertido en una parte indispensable de las vidas de la gente y la electricidad se utiliza en muchos aspectos de la vida. Hogares, negocios, fabricas, y comunidades utilizan todos ellos cantidades variables de electricidad. En terminos practicos, todos los dispositivos, maquinas, motores, equipos de acondicionamiento de aire, ventiladores, equipos de fabricacion, otros equipos industriales alimentados electricamente, etc., que necesitan electricidad para operar se pueden ver como algun tipo de carga.

Aunque la electricidad proporcionada a una entidad concreta suele ser medida por la compafna electrica con diferentes fines incluidos fines de facturacion, la monitorizacion del consumo de potencia electrica de una carga individual no suele ser realizada por la comparM a electrica. De hecho, la monitorizacion del consumo de potencia de una carga individual a menudo no es rentable para el propietario de la carga. Esto se puede deber al hecho de que el coste de capital y el coste de instalacion de un dispositivo de monitorizacion tal como un medidor de potencia es demasiado grande con relacion a la cantidad de potencia que es consumida por la carga.

Aunque el coste de la potencia que es consumida por la carga puede no justificar la instalacion de un medidor de potencia, los costes asociados con el fallo de la carga pueden ser muchas veces mayores. Esto significa que despues de sufrir un fallo, muchos clientes industriales “desean” que ellos hubieran tenido equipo de monitorizacion instalado aunque los costes no fueran justificables inicialmente. Posibles fallos electricos incluyen aquellos debidos a cafda de tension, perforacion de aislamiento de motores, etc. Muchos fallos inminentes se pueden detectar si esta presente equipo de monitorizacion apropiado. Si se esta monitorizando la potencia, entonces se pueden emprender acciones apropiadas cuando se producen ciertas situaciones. Esto puede impedir el fallo de una carga o puede reducir el tiempo de inactividad de la carga. Como se ha indicado anteriormente, a menudo no se instala equipo de monitorizacion de potencia debido al coste asociado. Gran parte del coste de instalar un dispositivo de monitorizacion tal como un medidor de potencia puede ser debido a los costes de cablear conexiones de tension, de corriente y de comunicaciones.

Ademas de los costes asociados con un medidor de potencia, los medidores de potencia no se utilizan porque tambien son diffciles de instalar y de utilizar. Por ejemplo, a menudo los conductores se deben desconectar temporalmente de la carga y/o desenergizar en el proceso de instalar el dispositivo de monitorizacion. Dicho de otra manera, la instalacion del dispositivo de monitorizacion produce como resultado tiempo de inactividad para la carga. El desmontaje del dispositivo de monitorizacion tambien puede requerir que los conductores se desconecten temporalmente de la carga y/o se desenergizen. Ademas, el tiempo necesario tanto para instalar como para desmontar el medidor de potencia de una carga concreta hace que este sea diffcil de utilizar para diferentes cargas. Dicho de otra manera, cada carga experimenta tiempo de inactividad cuando este tipo de medidor de potencia esta siendo Un sensor de corriente de la tecnica anterior se conoce a partir del documento WO00/72027.

Breve resumen de la invencion

Estas y otras limitaciones son superadas por realizaciones de la presente invencion, las cuales estan relacionadas con la monitorizacion de potencia electrica, incluidas tension y/o corriente.

De acuerdo con la invencion, un sistema de monitorizacion de potencia monitoriza caractensticas electricas de un conductor a traves del cual se suministra potencia electrica a una carga. El sistema incluye un circuito flexible que tiene una pluralidad de capas y un modulo que recibe senales producidas por el circuito flexible. El circuito flexible es operativo para ser acoplado con un conductor de tal manera que las trazas forman una estructura de bobina alrededor del conductor. Las senales producidas por el circuito flexible son procesadas por el modulo para determinar al menos una de una tension, una corriente, y una cantidad de energfa proporcionada a una carga a traves del conductor.

En otra realizacion, un sistema de monitorizacion de potencia incluye un modulo y un circuito flexible acoplado al modulo. El circuito flexible tiene una capa de deteccion de tension y una capa de bobina y esta configurado para enrollarse alrededor de un conductor. Una primera entrada en el modulo recibe una senal de tension procedente de la capa de deteccion de tension y determina una tension del conductor a partir de la senal de tension. Una segunda entrada en el modulo recibe otra senal de tension procedente de la capa de bobina y esta senal de tension se integra para determinar una corriente del conductor.

En otra realizacion de la invencion, un circuito flexible que se puede enrollar de forma desmontable alrededor de un conductor para monitorizar al menos una de una tension y una corriente del conductor incluye una capa de deteccion de tension, una capa de tierra, y una pluralidad de trazas. La capa de deteccion de tension es adyacente a un aislamiento del conductor cuando el circuito flexible esta enrollado alrededor del conductor. La capa de tierra esta situada por encima de la capa de deteccion de tension. La pluralidad de trazas estan situadas en una o mas capas entre la capa de deteccion de tension y la capa de tierra. Las trazas forman ademas un unico camino conductor de la electricidad que forma una estructura de bobina cuando el circuito flexible esta enrollado alrededor del conductor. En una realizacion, un sistema de monitorizacion de potencia que monitoriza al menos un parametro de potencia en un conductor que proporciona potencia electrica a una carga incluye una capa metalica, una batena de condensadores, y un procesador. La capa metalica es operativa para ser enrollada alrededor de un conductor al mismo tiempo que sigue estando electricamente aislada del conductor. La batena de condensadores esta acoplada entre la capa metalica y un punto de tierra. La batena de condensadores es operativa para aplicar diferentes capacitancias entre la capa metalica y el punto de tierra. El procesador puede ajustar la capacitancia de la batena de condensadores. El procesador mide tensiones a traves de la batena de condensadores para al menos dos capacitancias diferentes y calcula la tension en el conductor a partir de ellas.

Rasgos y ventajas adicionales de la invencion se describiran en la descripcion que sigue, y en parte seran obvios a partir de la descripcion, o se pueden aprender mediante la puesta en practica de la invencion. Los rasgos y ventajas de la invencion se pueden realizar y obtener por medio de los instrumentos y combinaciones mostrados particularmente en las reivindicaciones adjuntas. Estos y otros rasgos de la presente invencion resultaran mas completamente evidentes a partir de la siguiente descripcion y reivindicaciones adjuntas, o se pueden aprender mediante la puesta en practica de la invencion como se describe posteriormente en esta memoria.

Breve descripcion de los dibujos

Para aclarar aun mas las ventajas y rasgos anteriores y otros de la presente invencion, se proporcionara una descripcion mas particular de la invencion por referencia a realizaciones espedficas de la misma que se ilustran en los dibujos adjuntos. Se aprecia que estos dibujos representan solo realizaciones tfpicas de la invencion y por lo tanto no se deben considerar limitativos de su alcance. La invencion se describira y se explicara con especificidad y detalles adicionales por medio del uso de los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1A ilustra un ejemplo de un circuito flexible en una posicion abierta antes de ser enrollado alrededor de un conductor;

La Figura 1B ilustra un ejemplo de un circuito flexible en una posicion cerrada y enrollado alrededor de un conductor;

La Figura 2A ilustra otra realizacion de un circuito flexible en una posicion abierta y acoplado a un modulo que interpreta senales procedentes del circuito flexible;

La Figura 2B ilustra el circuito flexible de la Figura 2A en una posicion cerrada;

La Figura 3A ilustra una vista en perspectiva expandida de una realizacion de las capas en un circuito flexible e ilustra las trazas conductoras de la electricidad que forman o aproximan la estructura de una bobina cuando el circuito flexible esta enrollado alrededor de un conductor;

La Figura 3B ilustra una vista en perspectiva de una realizacion de un circuito flexible que esta enrollado operativamente alrededor de un conductor e ilustra un ejemplo de una bobina o una estructura similar a una bobina formada por trazas en el circuito flexible;

La Figura 4 ilustra una realizacion de circuitos utilizados para procesar las senales recibidas procedentes del circuito flexible ilustrado en las Figuras 3A y 3B;

La Figura 5 ilustraba circuitos adicionales que pueden estar incluidos en un modulo utilizado para procesar senales procedentes de un circuito flexible; y

La Figura 6 ilustra un circuito de conmutacion que permite que el modulo pueda admitir un amplio rango de tensiones y corrientes permitiendo que se puedan incluir diferentes capacitancias en el divisor de tension capacitivo.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas

Para aclarar el uso en las reivindicaciones pendientes y para proporcionar de este modo aviso al publico, las frases “al menos uno de <A>, <B>, ... y <N>” o “al menos uno de <A>, <B>, ... <N>, o combinaciones de los mismos” son definidas por el Demandante en el sentido mas amplio, sustituyendo a cualquier otra definicion implfcita anterior o posterior a menos que el Demandante afirme expresamente lo contrario, para hacer referencia a uno o mas elementos seleccionados del grupo que comprende A, B, ... y N, es decir, cualquier combinacion de uno o mas de los elementos A, B, ... o N que incluya cualquier elemento solo o en combinacion con uno o mas de los otros elementos que tambien pueden incluir, en combinacion, elementos adicionales no enumerados.

En los sistemas electricos, tipicamente se proporciona potencia electrica a una carga a traves de un conductor. A menudo las prestaciones de la carga se ven afectadas por las caractensticas (tension, corriente, ene^a, por ejemplo) de la potencia electrica o de la fuente de potencia. Por lo tanto, es util monitorizar estas caractensticas para maximizar las prestaciones de la carga. Desgraciadamente, los inconvenientes de los medidores de potencia convencionales a menudo pesan mas que las ventajas de los medidores de potencia aunque monitorizando el suministro de potencia, los fallos de potencia se pueden predecir o incluso evitar.

Las realizaciones de la presente invencion pueden medir caractensticas electricas de la potencia electrica que es suministrada a una carga midiendo la tension y/o la corriente en un conductor que esta acoplado a una carga. Ventajosamente, las caractensticas electricas se pueden medir sin tener que desconectar el conductor o desenergizar la carga. Las realizaciones de la invencion son portatiles y se pueden utilizar para monitorizar la potencia electrica que esta siendo proporcionada a multiples cargas. Esto se consigue en un ejemplo con un circuito flexible que esta adaptado para enrollarse de forma desmontable alrededor de un conductor. De forma alternativa, el circuito flexible puede tener la capacidad de poderse montar de forma permanente en un conductor utilizando adhesivo apropiado, sistemas de montaje, y similares.

El circuito flexible tiene multiples capas que proporcionan senales a un modulo de potencia que procesa e interpreta las senales procedentes del circuito flexible para determinar caractensticas electricas tales como tension, corriente, y energfa. Al menos una de las capas del circuito flexible genera una senal que se utiliza para determinar la tension de un conductor mientras al menos otra capa se utiliza para generar una senal utilizada para determinar la corriente en el conductor. De forma alternativa, el circuito flexible puede estar provisto de capas para determinar solo tension o solo corriente. En una realizacion, cuando el circuito flexible esta montado o acoplado de forma permanente al conductor, el circuito flexible puede incluir un conector que permite que el modulo de potencia se pueda conectar/desconectar del circuito flexible.

Las Figuras 1A y 1B ilustran realizaciones ejemplares de la invencion e ilustran ademas la facilidad con la cual un circuito flexible se puede acoplar a un conductor para monitorizar las caractensticas o parametros electricos del conductor incluidas la tension y/o la corriente. La Figura 1A ilustra un conductor 102 que conecta una fuente de potencia a una carga. El conductor 102 es la conexion electrica a traves de la cual se suministra potencia electrica a una carga. Las realizaciones de la invencion monitorizan la potencia electrica o, mas espedficamente, monitorizan la tension y/o la corriente que se proporciona a una carga a traves del conductor 102.

El monitor de potencia incluye un circuito flexible 104 que esta acoplado a un modulo 100 a traves de un cable 108. El modulo 100 incluye componentes y circuitos que interaccionan con el circuito flexible y que realizan calculos sobre las senales recibidas procedentes del circuito flexible para determinar diferentes caractensticas electricas incluidas, por ejemplo, corriente, tension, energfa y/o potencia.

En la Figura 1A, el circuito flexible 104 se muestra en una posicion abierta. La Figura 1B ilustra el circuito flexible 104 en una posicion cerrada alrededor del conductor 102. En una posicion cerrada, el circuito flexible esta enrollado alrededor del conductor 102. El circuito flexible 104 incluye conectores 106 que permiten que el circuito flexible se pueda fijar de forma segura y desmontable alrededor del conductor 102. De forma alternativa, el circuito flexible 104 se puede acoplar al conductor 102 utilizando cualquier otro medio de fijacion apropiado tal como un adhesivo, cinta, etc. Preferiblemente, el circuito flexible 104 se fija al conductor 102 de tal manera que el circuito flexible 102 es adyacente al aislamiento del conductor 102 o lo toca. De forma alternativa, si el conductor 102 no tiene aislamiento, se puede proporcionar una capa aislante apropiada entre el circuito flexible 104 y el conductor 102. Un experto en la tecnica puede apreciar que el circuito flexible 104 tambien se puede colocar con holgura alrededor del conductor 102.

El cable 108 conecta el circuito flexible 104 con el modulo 100 tanto electricamente como mecanicamente. Las Figuras 2A y 2B ilustran una realizacion en la que el cable que conecta el circuito flexible 104 con el modulo 100 no esta presente o es mas corto. De forma alternativa, los circuitos del modulo 100 pueden estar montados sobre una extension del circuito flexible 104. En este ejemplo, el circuito flexible 104 interacciona directamente con el modulo 100. De hecho, el modulo 100 puede estar configurado para desconectarse del circuito flexible 104. Esto permite que el circuito flexible 104 se pueda dejar unido al conductor 102. Como se ha indicado anteriormente, el circuito flexible 104 puede estar acoplado de forma permanente al conductor 102 en algunas realizaciones.

La Figura 3A ilustra una vista en perspectiva expandida de un circuito flexible 104. Este ejemplo de un circuito flexible 104 incluye cuatro capas que tfpicamente estan aisladas unas de otras. La capa 150 y la capa 152 son planos conductores y corresponden, dependiendo de la orientacion del circuito flexible 104, a la capa de deteccion de tension y la capa de tierra. La capa 150 y la capa 152 pueden ser capas metalicas o conductoras.

La capa de bobina, la cual incluye la capa 194 y la capa 196 en este ejemplo, incluye multiples trazas que estan configuradas para conformar un unico camino conductor. Cuando el circuito flexible 104 esta enrollado alrededor de un conductor, las trazas de las capas 194 y 196 forman una estructura que se aproxima a una bobina. En una realizacion, las trazas de las capas 194 y 196 se aproximan a la estructura de una bobina de Rogowski. Por facilidad de ilustracion, en la Figura 3 se han mostrado un numero limitado de trazas de bobina. Un ejemplo mas tipico puede incluir aproximadamente 50 o mas trazas y vfas. Las dimensiones tipicas son variables, pero un ejemplo puede incluir una longitud 105 de 60 mm, una anchura 107 de 35 mm y una altura 109 de 0,25 mm.

En esta realizacion, el circuito flexible 104 tiene vfas 174, 176, 178 y 180 situadas en un primer extremo del circuito flexible 104. Vfas 182, 184, 186, y 188 estan situadas en un extremo del circuito flexible 104 opuesto al primer extremo. Las vfas se conectan utilizando trazas conductoras situadas dentro del circuito flexible en dos capas diferentes. Como se ha indicado previamente, las trazas conductoras estan situadas de tal manera que una bobina o una estructura que aproxima una bobina esta formada por las trazas conductoras en las capas 194 y 196 cuando el circuito flexible 104 esta enrollado alrededor de un conductor.

En este ejemplo, las vfas 190, 192 estan acopladas a o estan configuradas para interaccionar con el modulo 100 ya sea directamente o a traves de un conector apropiado. Las capas 150 y 152 tambien pueden interaccionar con el modulo 100. Las vfas 190 y 192 corresponden a los extremos de la bobina o estructura similar a una bobina que esta formada por las trazas en el circuito flexible 104. En la Figura 3A, una traza conductora 154 procedente de la via 190 conduce hasta la via 174 de la capa 196. La via 174 conecta de forma conductora la traza 154 con la traza 158 de la capa 194. La traza 158 conduce hasta la via 188 en el otro extremo del circuito flexible 104 y la via 188 conecta de forma conductora la traza 158 con la traza conductora 160. La traza conductora 160 conduce hasta la via 176, la cual conecta de forma conductora la traza 160 con la traza conductora 162. La Figura 3A ilustra que este patron continua hasta que la traza conductora 172 conduce de vuelta a la via 192, completando de ese modo un unico camino conductor a traves de las capas 194, 196 que empezo en la via 190.

De forma mas general, las trazas conductoras en el circuito flexible 104 estan conformadas en dos capas 194, 196 que estan situadas entre las capas 150, 152. Un experto en la tecnica puede apreciar que las trazas conductoras pueden estar conformadas en una unica capa. Un experto en la tecnica tambien puede apreciar que las trazas conductoras pueden estar conformadas en mas de dos capas y en posiciones relativas diferentes a las capas 150, 152. Si las trazas conductoras se siguen en un camino que va desde la via 190 hasta la via 192, entonces las trazas conductoras que van desde las vfas 174, 176, 178, y 180 hasta las vfas 182, 184, 186, y 188 estan en la capa 194. Las trazas conductoras que van desde las vfas 182, 184, 186, y 188 hasta las vfas 174, 176, 178, y 180 estan en la capa 196. Como se ha indicado previamente, las trazas en las capas 194, 196 estan aisladas para conformar la bobina o la estructura aproximada de bobina cuando el circuito flexible esta enrollado alrededor de un conductor. La anchura 107 del circuito flexible 104 se selecciona tfpicamente de tal manera que la bobina conformada por las trazas no se solapa consigo misma. Dicho de otra manera, los extremos 171, 173 del circuito flexible 104 debenan ser adyacentes cuando el circuito flexible 104 se enrolla alrededor de un conductor. De esta manera, la circunferencia del conductor se puede utilizar para seleccionar un circuito flexible de una anchura 107 apropiada. Sin embargo, las caractensticas electricas del conductor todavfa se pueden medir incluso si la anchura 107 del circuito flexible es demasiado corta o demasiado larga.

El ejemplo del circuito flexible 104 ilustrado en la Figura 3A se puede utilizar para detectar la tension de un conductor y/o la corriente en el conductor. Cuando se utiliza como un sensor de tension, una de las capas de plano se utiliza como una capa de deteccion de tension y la otra capa de plano es una capa de tierra. Cuando el circuito flexible 104 esta unido a un conductor, la capa de deteccion de tension se suele colocar lo mas cerca del conductor. Dicho de otra manera, la capa de plano interior es el plano de deteccion de tension.

La Figura 3B ilustra ademas una vista en perspectiva de una realizacion de un circuito flexible que esta operativamente acoplado a un conductor. El circuito flexible 303 es similar al circuito flexible 104. Como se muestra en la Figura 3B, el circuito flexible 303 esta enrollado alrededor del conductor 102. Una capa 302 de deteccion de tension del circuito flexible 303 es la mas cercana al conductor 102. Un plano de tierra o capa de tierra 304 esta situada por encima de la capa 302 de deteccion de tension. Las vfas 308 conformadas en el circuito flexible 303 estan en un primer extremo y las vfas 306 estan en un extremo opuesto del circuito flexible 303 a las vfas 308. Las trazas 310 estan conectadas a las vfas 306, 308 como se ha descrito previamente. Las trazas 310 forman una bobina o una estructura similar a una bobina cuando el circuito flexible esta enrollado alrededor del conductor 102. Las trazas 310 son substancialmente paralelas al conductor 102. En este ejemplo, el extremo 312 es adyacente al extremo 314 cuando el circuito flexible 303 esta acoplado al conductor 102.

En una realizacion, el circuito flexible 104 utiliza un divisor de tension capacitivo para detectar la tension asociada con el conductor 102. Cuando el circuito flexible 104 esta enrollado alrededor de un conductor (La Figura 3B ilustra una realizacion de un circuito flexible enrollado alrededor de un conductor), el conductor 102 forma la primera placa de un primer condensador. La capa 152 de deteccion de tension o la capa interior del circuito flexible 104 es la segunda placa del primer condensador.

Un segundo condensador 411 (mostrado en la Figura 4) es un condensador ffsico situado en el modulo 100 y tiene una capacitancia que tfpicamente es conocida. Un tercer condensador puede estar formado por el plano de tierra 152 del circuito flexible 104 y del modulo a una tierra (tal como equipo de conmutacion u otro chasis de puesta a tierra). De forma alternativa, el plano de tierra 152 puede estar puesto a tierra a la tierra del sistema y por lo tanto el tercer condensador no esta presente. La tension a traves del segundo condensador es proporcional a y esta en fase con la tension entre el conductor que esta siendo monitorizado y tierra. Esta senal de tension procedente de la capa de deteccion de tension se puede amplificar en el modulo 100 y se puede analizar para identificar la tension del conductor.

El circuito flexible de las Figuras 1A - 3B tambien se puede utilizar para detectar corriente en un conductor. Con referencia a la Figura 3A, la capa de bobina del circuito flexible 102, la cual incluye las capas interiores 194, 196, como se ha explicado anteriormente, forman una bobina, arrollamientos de bobina o una estructura similar a una bobina cuando el circuito flexible esta enrollado alrededor de un conductor. Las trazas en el circuito flexible, dicho de otra manera, forman un nucleo devanado con un area de ventana delgada pero larga. La longitud de la bobina puede depender de las dimensiones del circuito flexible y el numero de vueltas tambien puede depender de las dimensiones del circuito flexible. La tension a traves de la bobina tambien puede ser amplificada y analizada por el modulo como se describe mas adelante.

La Figura 4 ilustra una realizacion de los circuitos que pueden estar incluidos en un modulo tal como el modulo 100 mostrado en las Figuras 1A y 1B. Circuitos adicionales necesarios para la operacion de un circuito de monitorizacion de potencia conocido en la tecnica se han omitido por claridad. La capa 150 se acopla a la entrada 402 y la capa 152 se acopla a la entrada 404. De forma alternativa, la capa 152 no esta presente y la entrada 404 se acopla a la tierra del sistema. La tension procedente de la capa 150 de deteccion de tension es amplificada en este ejemplo por un amplificador operacional 410 y la tension amplificada 420 se proporciona como entrada a un circuito 422 integrado medidor de potencia. El circuito 422 integrado medidor de potencia puede muestrear la senal de tension y convertir el valor analogico en un valor digital que puede ser proporcionado como salida en serie por el circuito 422 integrado medidor de potencia.

Los extremos de la bobina formados por las trazas en el circuito flexible estan acoplados con las entradas 406 y 408. Por ejemplo, la via 190 se acopla a la entrada 406 y la via 192 se acopla a la entrada 408. La bobina formada por las trazas experimenta una densidad de flujo de un campo magnetico que es inducido por la corriente en el conductor. Cambios en la densidad de flujo generan una senal de tension entre las entradas 406 y 408 que es proporcional a la di/dt de la corriente. La senal de tension es amplificada por el amplificador operacional 414 y proporcionada como entrada al circuito 422 integrado medidor de potencia. El circuito 422 integrado medidor de potencia incluye un integrador que es capaz de recuperar la corriente a partir de la senal de tension que es proporcional a la di/dt de la corriente.

El circuito 422 integrado medidor de potencia puede calcular energfa activa, energfa reactiva, Vrms, e Irms u otros parametros electricos o de potencia. La salida del circuito 422 integrado medidor de potencia esta conectada tipicamente a un procesador 500 mostrado en la Figura 5. De forma alternativa, el procesador 500 puede implementar la funcionalidad del circuito 422 integrado medidor de potencia o calcular parametros de potencia adicionales basados en la salida del circuito 422 integrado medidor de potencia (tales como kW, kVAR, kVA, armonicos, frecuencia, etc.) El procesador 500 esta acoplado al circuito 422 integrado medidor de potencia en este ejemplo y proporciona senales de control al circuito 422 integrado medidor de potencia y recibe la salida procedente del circuito 422 integrado medidor de potencia para procesamiento adicional. Al menos las senales 424, las cuales incluyen entrada de datos y salida de datos, estan acopladas al procesador 500. Un ejemplo del circuito 422 integrado medidor de potencia es un convertidor de datos de Analog Devices Inc. situada en Cambridge, Massachusetts e identificado por el numero de chip ADE7753. Un ejemplo del procesador 500 es el modelo PIC18F1320 de Microchip Technology Inc. situada en Chandler, Arizona.

El modulo 426 es un circuito integrado de comunicaciones y se puede utilizar como un puerto para enviar datos desde el procesador 500 a un dispositivo de visualizacion en el modulo 100. De forma alternativa, el modulo 426 puede enviar y recibir datos de monitorizacion de potencia a traves de enlaces de comunicaciones por cable o inalambricas a un ordenador remoto. El dispositivo de visualizacion, por ejemplo, puede visualizar la corriente, la tension, y o la energfa determinada por el modulo 100 a partir de las senales recibidas desde el circuito flexible 104. El modulo puede hacer grabaciones de parametros de potencia en una memoria. Dichas grabaciones pueden incluir secuencia de eventos, forma de onda y/o grabaciones de eventos. El modulo 426 puede interaccionar con una red apropiada para comunicaciones con software de gestion de potencia remoto.

La Figura 6 representa una batena 601 de condensadores conmutados que es una realizacion del condensador 411 mostrada en la Figura 4. Se proporcionan varios conmutadores 600 analogicos que son controlados por el procesador 500 a traves de las lmeas de control 602. Cada conmutador 600 analogico esta acoplado a al menos uno de los condensadores 604. Los conmutadores 600 analogicos permiten que se pueda determinar la capacitancia asociada con el circuito flexible y con el conductor. Mas espedficamente, la batena 601 de condensadores conmutados se puede configurar a una primera capacitancia conocida y entonces se mide la Vrms a traves de la batena 601 de condensadores conmutados. A continuacion, la batena 601 de condensadores conmutados se configura a una segunda capacitancia y se mide la Vrms. Los conmutadores analogicos 600 pueden ser por ejemplo transistores MOSFET espalda con espalda tales como los proporcionados por el modelo SN74HC4066D fabricado por Texas Instruments Inc. situada en Dallas, Texas.

Debido al hecho de que la capacitancia formada entre la capa 150 y el conductor 102 depende de la instalacion (es dedr, el espesor y material del aislante que cubre el conductor 102, la estanqueidad de conexion, el hueco de aire, la orientacion, etc. de instalacion pueden afectar a la capacitancia) es deseable “eliminar por calibracion” estos efectos. Una vez que el circuito flexible esta instalado o acoplado al conductor, la capacitancia debena permanecer relativamente estable (al menos durante un cierto periodo de tiempo). Por lo tanto, la capacitancia se puede determinar utilizando el siguiente procedimiento y este valor de capacitancia se puede utilizar en calculos posteriores de la tension en el conductor 102.

La Vrms se puede medir utilizando la senal de tension procedente de la capa de deteccion de tension cuando solo se conoce la capacitancia del condensador 411 (o de la batena 601 de condensadores). Con la informacion proporcionada utilizando diferentes capacidades en la batena 601 de condensadores, se puede derivar la capacitancia asociada con las capas de plano del circuito flexible. Esto permite que se pueda medir la tension del conductor a medida que esta cambia. La batena 601 de condensadores conmutados tambien permite que el modulo realice calibracion automatica y autodeteccion de la tension en el conductor. La capacitancia de placa o capa 150 a conductor 102 mas la capacitancia de placa o capa 152 a tierra (si esta presente) se puede calcular a partir de la siguiente formula cuando la tension en el conductor 102 es aproximadamente constante.

C V i s ^C1-V2*C2

^{V 2} - V i ^donde:

V1 es la tension medida a traves de la batena 601 de condensadores cuando la batena 601 de condensadores tiene un valor de C1 y

V2 es la tension medida a traves de la batena 601 de condensadores cuando la batena 601 de condensadores tiene un valor de C2.

Despues de esto, la tension en el conductor 102 se puede medir utilizando la siguiente formula:

donde:

V es la tension en el conductor 102,

Vcb es la tension medida a traves de la batena 601 de condensadores y

Ccb es la capacitancia de la batena 601 de condensadores.

Para que la senal a traves de la batena 601 de condensadores no supere el rango de entrada del convertidor A/D dentro del procesador 500 o del circuito integrado medidor de potencia, la capacitancia de la batena 601 de condensadores se configura primero a un valor grande. Esto garantiza una cafda de tension minima a traves de la batena 601 de condensadores. A continuacion, el valor de la batena de condensadores se puede incrementar hasta un valor optimo para medida de tension en una instalacion concreta. De esta manera, el circuito es de calibracion automatica. Los condensadores individuales dentro de la batena 601 de condensadores pueden estar ponderados en binario de tal manera que el primer condensador tiene un valor de 1000 pF, el segundo 2000 pF, etc., para eficiencia, rango amplio y facilidad en la seleccion de un valor de capacitancia para la batena 601 de condensadores.

Un sistema de monitorizacion trifasico se puede implementar utilizando tres conjuntos de circuitos flexibles 104 como el descrito anteriormente. Estos circuitos flexibles 104 pueden estar acoplados a un modulo 100 comun o a modulos 100 individuales para cada circuito flexible 104. En esta configuracion, el circuito 422 medidor de potencia y/o el procesador 500 pueden calcular parametros de monitorizacion de potencia trifasica tales como voltios lmea a imea, kW totales, etc. En una realizacion en la que cada circuito flexible 104 esta acoplado al mismo modulo 100, el modulo 100 puede proporcionar entradas independientes para cada circuito flexible.

La presente invencion se puede implementar en otras formas espedficas sin alejarse de sus caractensticas esenciales. Las realizaciones descritas se deben considerar en todos los sentidos solo como ilustrativas y no restrictivas. El alcance de la invencion es, por lo tanto, indicado por las reivindicaciones adjuntas en lugar de por la descripcion anterior. Todos los cambios que entran dentro del significado y rango de equivalencia de las reivindicaciones deben ser abarcados dentro de su alcance.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de monitorizacion de potencia para monitorizar caractensticas electricas de un conductor (102) a traves del cual se suministra potencia electrica a una carga, comprendiendo el sistema:

un circuito flexible (104) que tiene una pluralidad de capas, en el cual el circuito flexible es operativo para ser acoplado con un conductor de tal manera que una pluralidad de trazas en el circuito flexible forman una estructura de bobina alrededor del conductor; y un modulo (100) que recibe senales producidas por el circuito flexible, en el cual el modulo procesa las senales para determinar al menos una de una tension, una corriente, y una cantidad de energfa proporcionada a una carga a traves del conductor.

2. Un sistema de monitorizacion de potencia como se define en la reivindicacion 1, en el cual la pluralidad de capas en el circuito flexible comprenden ademas:

una capa de deteccion de tension que incluye un plano de conduccion que es la mas cercana al conductor cuando el circuito flexible esta acoplado con el conductor, en el cual la capa de deteccion de tension forma una primera capacitancia con el conductor;

una capa de deteccion de corriente que incluye una capa de bobina adyacente a la capa de deteccion de tension, en donde la capa de bobina incluye una o mas capas de trazas conductoras; y

una capa de tierra adyacente a la capa de bobina.

3. Un sistema de monitorizacion de potencia como se define en la reivindicacion 2, en el cual la capa de bobina proporciona una senal de tension al modulo, integrando el modulo la entrada de tension para determinar una corriente del conductor.

4. Un sistema de monitorizacion de potencia como se define en la reivindicacion 2, en el cual la capa de deteccion de tension proporciona una senal de tension que es utilizada por el modulo para determinar una tension del conductor.

5. Un sistema de monitorizacion de potencia como se define en la reivindicacion 2, en el cual la capa de bobina comprende ademas una pluralidad de trazas en una o mas capas.

6. Un sistema de monitorizacion de potencia como se define en la reivindicacion 2, en el cual el circuito flexible comprende ademas primeras vfas en un extremo del circuito flexible y segundas vfas en un segundo extremo del circuito flexible opuesto al primer extremo, en donde las primeras vfas y las segundas vfas conectan electricamente trazas en una primera capa de la capa de bobina con trazas en una segunda capa de la capa de bobina.

7. Un sistema de monitorizacion de potencia como se define en la reivindicacion 6, en el cual la pluralidad de trazas incluye las trazas en la primera capa y las trazas en la segunda capa de tal manera que la pluralidad de trazas forma un unico camino conductor de la electricidad en la capa de bobina.

8. Un sistema de monitorizacion de potencia como se define en la reivindicacion 2, en el cual el modulo comprende ademas una batena de condensadores conmutados acoplada a una primera capacitancia entre la capa de deteccion de tension y el conductor.

9. Un sistema de monitorizacion de potencia como se define en la reivindicacion 1, en el cual la batena de condensadores conmutados comprende ademas una pluralidad de conmutadores controlados por un procesador de tal manera que una capacitancia de la batena de condensadores conmutados se puede ajustar, permitiendo de este modo que el modulo pueda realizar calibracion automatica y autodeteccion de la tension del conductor.

10. Un sistema de monitorizacion de potencia como se define en la reivindicacion 1, en el cual el modulo utiliza la batena de condensadores conmutados para determinar un valor de la primera capacitancia.

11. El sistema de monitorizacion de potencia como se define en la reivindicacion 1, en el cual el modulo utiliza la batena de condensadores conmutados para determinar un valor de la primera capacitancia en combinacion con una capacitancia entre la capa de tierra del circuito flexible y una tierra de la carga.

12. El sistema de monitorizacion de potencia como se define en la reivindicacion 11, en el cual el valor y la capacitancia de la batena de condensadores conmutados para determinar la tension en el conductor.