WO2006087403A2 - Dispositivo de acoplamiento inductivo de un equipo de transmisión de datos a una fase de una línea eléctrica de potencia, y procedimiento de fabricación correspondiente - Google Patents

Dispositivo de acoplamiento inductivo de un equipo de transmisión de datos a una fase de una línea eléctrica de potencia, y procedimiento de fabricación correspondiente Download PDF

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WO2006087403A2
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Salvador Pons Moreno
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Distribuidora Industrial De Automatismos Y Teletransmisión Sa (Dimat S.A.)
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Definitions

  • the invention relates to an inductive coupling device of a data transmission equipment at a phase of a power power line for carrying out, through said power power line, a transmission of an electric data signal of frequency greater than 3 kHz, said device comprising a ring-shaped ferromagnetic core defining a central eye and at least one conductive loop that passes through said central eye forming a loop, so that in the position of use of said device a conductor cable of an electric line of power passes through said ferromagnetic core through its central eye, establishing an inductive coupling between said conductive loop and said conductive cable through said ferromagnetic core, said ferromagnetic core being formed by at least two core parts suitable to separate from each other thus allowing Ia introduction of said conductive cable in said central eye.
  • inductive coupling of such a device is analogous to that of a transformer: the conductive loop is assimilable to the primary, while the electric line itself is assimilable to the secondary.
  • the inductive coupling device referred to in the invention is of special application in the technology of data transmission through power lines, known by the acronym PLC for "powerline communication".
  • PLC powerline communication
  • This technology allows a high-speed data transmission network to be established using existing and low-power electrical networks as transmission lines. medium voltage, so that the need to install a specific wiring, such as a fiber optic cable, is eliminated.
  • an existing power line for example a 24 kV medium voltage line between phases, can simultaneously transmit electrical energy, by means of a signal at the usual frequency of 50 Hz (or 60 Hz), and a data flow at a higher frequency, greater than 3 kHz.
  • connection nodes For the transmission of data between two determined points of a power power line, certain connection nodes must be established at these points between a phase of said line and a local data transmission network or an end user.
  • a data transmission device in charge of managing the data flows to be transmitted, is connected to said phase through a coupling device whose main function is to adapt the impedances between the power line and The data transmission equipment, while also conditioning the bandwidth of the data signal and constitutes the necessary electrical protection against the line voltage.
  • the present invention relates to one of these coupling devices, and in particular to one of the inductive type, that is to say in which the adaptation of the impedances is carried out by means of an inductive coupling through a ferromagnetic core, without electrical contact Direct with the power line.
  • an inductive type coupling through a Ferromagnetic core has the advantage that it does not require a connection with direct electrical contact between the device and the power line, but it is enough to place the device properly so that an inductive coupling is established through the ferromagnetic core disposed in the device itself.
  • Amperers are known for power lines based on an inductive coupling.
  • This type of ammeter described for example in US patent US4839600, comprises two C-shaped ferromagnetic semi-cores that are mutually coupled forming a core, so that the electric line is arranged through the core eye. Thanks to this arrangement in two semi-cores that can be connected to each other, the placement of the ammeter is easily performed, without the need to manipulate the power line and without direct electrical contact.
  • European patent application EP1406369A2 describes an inductive coupling device for PLC ("powerline communication") signals which, like the ammeter described by document US4839600 cited above, presents a configuration in two semi-cores that can be coupled together, thus allowing easy installation in the power line.
  • the device described in the aforementioned document EP1406369A2 has the particularity that the semi-cores are made of a nanocrystalline or amorphous ferromagnetic material that is particularly suitable for inductive couplings with high intensity alternating currents, such as power lines.
  • this type of ferromagnetic core for this purpose was already known previously, as can be seen, for example, in PCT patent application WO0246777A2.
  • EP1406369A2 also describes a method of manufacturing a coupling device that basically consists of forming an annular ferromagnetic core by placing in a mold a coil of tape of nanocrystalline or amorphous ferromagnetic material, impregnating the core with a meltable insulating mass, removing the mold core and finally section the core into two parts.
  • the device obtained by this procedure has The drawback of it is not very robust.
  • the embodiments described in EP1406369A2 are schematic and do not describe a coupling device duly completed and of practical use.
  • an inductive coupling device of the type indicated at the beginning, characterized in that it comprises two complementary semiannular half-shells made of an electrical insulating material and provided with means of mutual assembly, each of said half-shells being provided with a conduit in which said core parts are housed and encapsulated in a solidified resin compound, said conductive loop being also housed in one of said ducts, said half shells being able to adopt an assembled position forming a closed clamp centered on said central eye and an open position in which at least one opening is defined, and because said device has integrated, in one of said half-shells, an external connector for electrical data signal and an emitter-receiver device arranged as an interface between said external connector and said at least one turn conduc Jewish.
  • the semi-annular shape of the half-shells is a shape that corresponds to a section of annular shape, but not necessarily circular.
  • it can be a C or U shape that has straight sections.
  • the semiannular shape of the half shells refers to the fact that the assembly of the two assembled half shells has an annular shape, but not necessarily circular.
  • it obligatory for the two half-shells to be symmetrical.
  • the half-shells and the resin compound are two distinct elements.
  • the core parts are encapsulated in the resin compound and housed in the conduits of the half-shells, so that the resin compound is at least partially surrounded by a half-shell of electrical insulating material.
  • the transmitter-receiver device it is a circuit that ensures the tuning between the high frequency data signal transmitted by the power power line and the signal received or sent through the external connector, and which can include other functionalities such as for example the surge protection of the network. It is not considered necessary to describe in detail this transmitter-receiver device, since it is a predictable element by an expert in the field.
  • the configuration with two half-shells of electrical insulating material gives the device according to the invention a remarkable mechanical robustness and level of electrical protection, while facilitating its manufacture, as will be seen later.
  • the installation of this device is very simple: it is enough to mutually assemble the two half-shells so that they form a clamp around the power line.
  • the device thus installed can be connected directly to a data transmission device by simply connecting a signal cable to the external connector of the device, which is for example a BNC type connector.
  • said means for assembling the half-shells comprise a rotary joint that links said half-shells by one of its ends, said positions being assembled and opened by the relative rotation of a half-shell with respect to the other around said rotary joint.
  • said assembly means comprise anchoring means between the ends of the half-shells opposite to said rotary joint.
  • a device is thus provided in a single piece, preventing the installer from having to handle several pieces as would be the case in case of having two independent half-shells and also independent coupling means.
  • an external grounding socket connected to said anchoring means is arranged in one of said half-shells. The grounding of said anchoring means, which can be metallic, is thus easier and safer.
  • each of said half-casing ducts has its two open ends, so that at each of said ends a face of said core parts is exposed, and preferably, in the assembled position of the half-shells each side of part of core exposed at one end of the duct of a half-shell is in contact with the face of a corresponding core part of the other half-shell. That is to say that once the half-shells are assembled, the core parts of the two half-shells touch together forming a closed core. The contact between the core parts of the two half-shells is ensured by the action of the assembly means, which press the half-shells against each other.
  • This preferred configuration avoids having to provide for an air gap and provides a sufficiently efficient ferromagnetic core.
  • an adhesive glass tape arranged as a gap between said core parts can be provided.
  • each of said semicircular ducts there is a single core part, said core part constituting a semi-circular semi-core.
  • the two semi-cores can be symmetrical.
  • a positioning element is disposed that pushes the core part towards
  • said positioning element is a leaf-shaped spring arranged next to the wall of said conduit furthest from said central eye.
  • said half-shells have one of their main faces flat and open on said duct, said open face being covered by said filling of a resin compound.
  • This configuration is particularly advantageous, since it allows that during the manufacture of the device, which will be described later, the different components can be easily placed in the half-shells through this open face.
  • said emitter-receiver device is made in a printed circuit that is housed within one of said half-shells.
  • said printed circuit is disposed in the conduit of one of said half shells and is in direct contact with said resin compound.
  • This configuration allows the resin compound to also encapsulate the emitter-receiver, so that the latter is fixed and protected by the resin compound itself.
  • said outer connector is provided with pins that cross the outer wall of the half-shell and are inserted in corresponding holes of said printed circuit.
  • the external connector and the printed circuit thus support each other, thus facilitating the correct placement of the elements before encapsulation with a resin compound.
  • each conduit is extended at one of its ends by a section which, in the assembled position of said half-shells, is threaded at the corresponding end of the other conduit, thus obtaining a greater robustness of the assembly.
  • This arrangement also provides better insulation, since there is a gap between the two half-assembled assemblies where there is a groove where an electric arc could jump.
  • the invention also relates to a method of manufacturing an inductive coupling device of the type described at the beginning, characterized in that, starting from two semiannular complementary half-shells made of electrical insulating material, each one of said half-shells is provided with an open-ended duct and presenting a flat open face on said duct, the following steps are performed:
  • a first assembly stage comprising, being indifferent the order of execution, the actions of placing in each of said ducts a positioning element, placing at least one conductive loop forming a loop in the conduit of one of the half-shells, placing in said half-shell an external connector for electrical data signal, also to place in the conduit of said half-shell a printed circuit comprising a transmitter-receiver device, connecting said printed circuit to said connector and said conductive loop, and insert into each of said Semi-casing ducts a semi-annular ferromagnetic semi-core, overcoming the resistance of said post-donor elements and passing one of said semi-cores inside the loop formed by said conductive loop; - a second filling stage in which said ducts are filled with a resin compound; Y
  • said resin compound is a cold curable mixture containing an epoxy resin and a hardening agent, said resin compound being applied in direct contact with said printed circuit.
  • a sealing element which can be for example a putty or a plasteline, said sealing element being removed at the end of said third stage.
  • said second filling stage is carried out until said open flat face of each half-shell is covered by said resin compound.
  • Fig. 1 a perspective view of the coupling device according to the invention, in an open position
  • Fig. 2 a view analogous to Fig. 1, with the device in closed or assembled position;
  • Fig. 3 a top perspective view showing the exploded view of the device
  • Fig. 4 a view analogous to Fig. 3 showing the assembled device, before applying the resin compound;
  • Fig. 5 a sectional view according to the V-V plane of Fig. 4.
  • the embodiment represented in Figs. 1 to 5 corresponds to an inductive coupling device intended to couple a data transmission device to one of the phases of a power line.
  • the device of this exemplary embodiment is suitable for coupling to an alternating current line of up to 300 A at 50 Hz and is capable of transmitting through said line a data transmission signal with a frequency range (bandwidth) between 1 MHz and 40 MHz.
  • the device is formed by two half-shells 6, 7 which are single pieces manufactured by injection of plastic material.
  • each half-house 6, 7 is arranged a conduit 8, 9 in which a core part 4, 5 which constitutes a ferromagnetic half core is housed.
  • These ferromagnetic semi-cores 4, 5 are symmetrical and have a semicircular shape, so that when assembled mutually they form a toroidal magnetic core 1.
  • they are toroidal semi-cores from the catalog of the German company VACUUMSCHMELZE GmbH, specifically those of reference T60162-L2108-W made in "Vitroperm", a nano-crystalline ferromagnetic material specially indicated for coupling to high intensity currents in a wide frequency range.
  • this choice of ferromagnetic material should not be construed as limiting. Indeed, the applicant has successfully tested other materials, such as for example nickel and iron nuclei of crystalline structure.
  • conduit 8 of one of the half shells 6 there is also a copper conductive loop 3 that forms a loop around the semi-core 4.
  • a single loop 3 is arranged, in the sense that it forms a single loop around the semi-core 4.
  • more turns could be arranged; for example, for a narrowband PLC signal transmission application, twenty turns could be arranged.
  • the ducts 8, 9 occupy the interior space of the half shells 6, 7, where ribs 25 delimit guides for the semi-cores 4, 5 and leaf-shaped springs 16, 17 act as positioning elements of said semi-cores 4, 5 during The assembly operation, pushing them towards the wall of the duct 8, 9 closest to the central eye 2.
  • the ends of the ducts 8, 9 are opened by windows of the half-shells 6, 7, so that at each of said ends a face of the semi-cores 4, 5 is exposed. These faces of the semi-cores 4, 5 are in contact and under pressure against each other when the half-shells 6, 7 are in the assembled position (Fig. 2), so that the two Semi-nuclei form a closed nucleus without air gap.
  • Each conduit 8, 9 has at one of its ends an extension section 22, 23 which is enmeshed at the corresponding end of the other conduit in said assembled position of the half-shells 6, 7.
  • a printed circuit 24 is provided comprising a transmitter-receiver device 12 connected to the conductive loop 3 and to an external connection 11 of the BNC type for electrical data signal.
  • the emitter-receiver device 12 has holes in which pins 21 of the external connector 11 are inserted through corresponding holes in the outer wall of the half-shell.
  • the half shells 6, 7 have a flat and open main faces 19, 20 on the ducts 8, 9.
  • the space of the ducts 8, 9 not occupied by the semi-cores 4, 5 is filled with a solidified resin compound 18, so that said semi-cores 4, 5 are encapsulated in the resin compound 18, which covers the open faces 19, 20 of the half shells 6, 7.
  • the printed circuit 24 and the loop 3 are also encapsulated in direct contact with the resin compound 18
  • the printed circuit 24 is not damaged during the filling operation due to the fact that the resin compound 18 is of the cold hardenable type, constituted by an epoxy resin and a hardening agent.
  • the half-shells 6, 7 are mutually assembled at one of their ends by means of a hinge-type rotary joint 13, so that they can adopt an assembled position (Fig. 2) in which they embrace an electrical line (not shown) that passes through the central eye 2 and an open position (Fig. 1) in which an opening 10 is defined for the passage of said electric line.
  • the half-shells 6, 7 have anchoring means 14 that hold the half-shells 6, 7 against each other in their assembled position, so that they also keep the semi-cores 4, 5 against each other.
  • the anchoring means 14 are constituted by an easy-to-use "lock lock" swivel.
  • This closure which is metallic, is connected to an external earth connection socket 15 arranged in the half-housing 6.
  • the manufacturing of the inductive coupling device described in the preceding is started by assembling the two half shells 6, 7 by means of the hinge 13. Next, the following steps are carried out:
  • a first assembly stage that consists in placing the positioning elements 16, 17 in the conduits 8, 9 and in the conduit 8 the conductive loop 3 forming a loop; in this conduit 8 the printed circuit 24 is also placed, which is fixed to the external connector 11 by means of the pins 21; the printed circuit 24 is connected to the external connector 11 and to the conductive loop 3 and the semi-cores 4, 5 are introduced through the open ends of the conduits 8, 9, overcoming the resistance of the positioning elements 16, 17 and passing the semi-core 4 through within the conductive loop 3; the "link look" closure 14 is placed and connected to the external earth connection socket 15;
  • a second filling stage in which the ducts 8, 9 are filled with a cold hardenable resin compound 18 containing an epoxy resin and a hardening agent; prior to said second filling stage, the ends of the ducts 8, 9 are covered with a sealing element, which in this case is a plasteline;
  • the filling operation is carried out by placing the half shells 6, 7 so that their open flat faces 19, 20 are arranged horizontally in the upper position and the resin compound 18 is poured in a fluid, cold state, through said faces 19, 20 until cover them flush;
  • the manufacturing of the coupling device can include a final stage of finishing in which a polishing of the outer surface of the resin compound 18 is performed at the level of the open faces 19, 20.

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Abstract

Dispositivo de acoplamiento inductivo de un equipo de transmisión de datos a una fase de una línea eléctrica de potencia, y procedimiento de fabricación correspondiente. El dispositivo comprende dos semicarcasas (6, 7) complementarias de forma semianular de material aislante -eléctrico provistas de unos medios de ensamblado mutuo (13, 14). La semicarcasas (6, 7) presentan unos conductos (8, 9) que alojan unas partes de núcleo (4, 5) encapsuladas en un compuesto de resina. Una espira conductora, alojada en dicho conducto (8), forma un bucle alrededor de Ia parte de núcleo (4). Las semicarcasas (6, 7) pueden adoptar una posición ensamblada, formando una abrazadera cerrada, y una posición abierta. El dispositivo según Ia invención lleva integrados, en una de las semicarcasas (6, 7), un conector exterior (11 ) para señal eléctrica de datos y un dispositivo emisor-receptor (12).

Description

DISPOSITIVO DE ACOPLAMIENTO INDUCTIVO DE UN EQUIPO DE
TRANSMISIÓN DE DATOS A UNA FASE DE UNA LÍNEA ELÉCTRICA DE
POTENCIA, Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN CORRESPONDIENTE
DESCRIPCIÓN
Campo de Ia invención
La invención se refiere a un dispositivo de acoplamiento inductivo de un equipo de transmisión de datos a uña fase de una línea eléctrica de potencia para realizar, a través de dicha línea eléctrica de potencia, una transmisión de una señal eléctrica de datos de frecuencia superior a 3 kHz, comprendiendo dicho dispositivo un núcleo ferromagnético de forma anular definiendo un ojo central y por Io menos una espira conductora que atraviesa dicho ojo central formando un bucle, de manera que en Ia posición de uso de dicho dispositivo un cable conductor de una línea eléctrica de potencia atraviesa dicho núcleo ferromagnético por su ojo central estableciéndose un acoplamiento inductivo entre dicha espira conductora y dicho cable conductor a través de dicho núcleo ferromagnético, estando formado dicho núcleo ferromagnético por al menos dos partes de núcleo aptas para separarse una de otra permitiendo así Ia introducción de dicho cable conductor en dicho ojo central.
El principio de acoplamiento inductivo de un dispositivo de este tipo es análogo al de un transformador: Ia espira conductora es asimilable al primario, mientras que Ia propia línea eléctrica es asimilable al secundario.
El dispositivo de acoplamiento inductivo al que se refiere Ia invención es de especial aplicación en Ia tecnología de transmisión de datos a través de líneas eléctricas, conocida por las siglas PLC por "powerline communication". Esta tecnología permite establecer una red de transmisión de datos a alta velocidad utilizando como líneas de transmisión las redes eléctricas existentes de baja y media tensión, de manera que se suprime Ia necesidad de instalar un cableado específico, como por ejemplo un tendido de fibra óptica. Según este principio, una línea eléctrica existente, por ejemplo una línea de media tensión de 24 kV entre fases, puede transmitir simultáneamente energía eléctrica, mediante una señal a Ia frecuencia habitual de 50 Hz (o de 60 Hz), y un flujo de datos a una frecuencia más elevada, superior a 3 kHz.
Para Ia transmisión de datos entre dos puntos determinados de una línea eléctrica de potencia, deben establecerse en estos puntos determinados unos nodos de conexión entre una fase de dicha línea y una red local de transmisión de datos o un usuario final. En cada uno de estos nodos de conexión, un equipo de transmisión de datos, encargado de gestionar los flujos de datos a transmitir, está conectado a dicha fase a través de un dispositivo de acoplamiento cuya función principal es adaptar las impedancias entre Ia línea eléctrica y el equipo de transmisión de datos, al tiempo que también acondiciona el ancho de banda de Ia señal de datos y constituye Ia necesaria protección eléctrica frente a Ia tensión de Ia línea. La presente invención se refiere a uno de estos dispositivos de acoplamiento, y en particular a uno de tipo inductivo, es decir en el cual Ia adaptación de las impedancias se realiza por medio de un acoplamiento inductivo a través de un núcleo ferromagnético, sin contacto eléctrico directo con Ia línea eléctrica.
Estado de Ia técnica
En Ia solicitud de patente española ES200401794 a nombre del solicitante se describe un dispositivo de acoplamiento de tipo capacitivo, es decir en el cual Ia adaptación de las impedancias entre Ia línea eléctrica y el equipo de transmisión de datos se realiza por medio de un acoplo capacitivo. Este tipo de dispositivo presenta el inconveniente de que requiere una conexión con contacto eléctrico directo con Ia línea eléctrica y por tanto su instalación es delicada y debe ser realizada por un operario especialmente capacitado.
En comparación con un acoplamiento de tipo capacitivo como el descrito en Ia mencionada solicitud de patente, un acoplamiento de tipo inductivo a través de un núcleo ferromagnético presenta Ia ventaja de que no requiere una conexión con contacto eléctrico directo entre el dispositivo y Ia línea eléctrica, si no que basta con colocar el dispositivo adecuadamente para que se establezca un acoplamiento inductivo a través del núcleo ferromagnético dispuesto en el propio dispositivo.
Se conocen unos amperímetros para líneas eléctricas de potencia basados en un acoplamiento inductivo. Este tipo de amperímetro, descrito por ejemplo en Ia patente norteamericana US4839600, comprende dos seminúcleos ferromagnéticos en forma de C que se acoplan mutuamente formando un núcleo, de manera que Ia línea eléctrica queda dispuesta atravesando el ojo del núcleo. Gracias a esta disposición en dos seminúcleos acoplables entre sí, Ia colocación del amperímetro se realiza fácilmente, sin necesidad de manipular Ia línea eléctrica y sin contacto eléctrico directo.
La solicitud de patente europea EP1406369A2 describe un dispositivo de acoplamiento inductivo de señales PLC ("powerline communication") que, al igual que el amperímetro descrito por el documento US4839600 citado anteriormente, presenta una configuración en dos seminúcleos acoplables entre sí, permitiendo así una fácil instalación en Ia línea eléctrica. El dispositivo descrito en el citado documento EP1406369A2 presenta Ia particularidad de que los seminúcleos están realizados en un material ferromagnético nanocristalino o amorfo que es particularmente apto para acoplamientos inductivos con corrientes alternas de elevada intensidad, como es el caso de las líneas eléctricas de potencia. Ahora bien, debe decirse que Ia utilización de este tipo de núcleo ferromagnético con este fin ya era conocida anteriormente, como puede verse por ejemplo en Ia solicitud de patente PCT WO0246777A2.
El citado documento EP1406369A2 describe asimismo un procedimiento de fabricación de un dispositivo de acoplamiento que consiste básicamente en formar un núcleo ferromagnético anular colocando en un molde una bobina de cinta de material ferromagnético nanocristalino o amorfo, impregnar el núcleo con una masa aislante fundible, retirar el núcleo del molde y finalmente seccionar el núcleo en dos partes. Sin embargo, el dispositivo obtenido mediante este procedimiento presenta el inconveniente de que es poco robusto. Por otra parte, las formas de realización descritas en el documento EP1406369A2 son esquemáticas y no describen un dispositivo de acoplamiento debidamente finalizado y de uso práctico.
Sumario de Ia invención
La presente invención tiene como finalidad remediar los inconvenientes citados. Esta finalidad se consigue mediante un dispositivo de acoplamiento inductivo del tipo indicado al principio, caracterizado porque comprende dos semicarcasas complementarias de forma semianular realizadas en un material aislante eléctrico y provistas de unos medios de ensamblado mutuo, estando provista cada una de dichas semicarcasas de- un conducto en el que dichas partes de núcleo están alojadas y encapsuladas en un compuesto de resina solidificado, estando alojada asimismo en uno de dichos conductos dicha espira conductora, siendo dichas semicarcasas aptas para adoptar una posición ensamblada formando una abrazadera cerrada centrada en dicho ojo central y una posición abierta en Ia qué queda definida al menos una abertura, y porque dicho dispositivo lleva integrados, en una de dichas semicarcasas, un conector exterior para señal eléctrica de datos y un dispositivo emisor-receptor dispuesto a modo de interfaz entre dicho conector exterior y dicha por Io menos una espira conductora.
En Ia presente descripción, así como en las reivindicaciones, debe entenderse que Ia forma semianular de las semicarcasas es una forma que corresponde a un tramo de forma anular, pero no forzosamente circular. Por ejemplo, puede ser una forma en C o en U que presente unos tramos rectos. Dicho de otro modo, Ia forma semianular de las semicarcasas se refiere a que el conjunto de las dos semicarcasas ensambladas presenta una forma anular, pero no forzosamente circular. Tampoco es forzoso que las dos semicarcasas sean simétricas. Por otra parte, debe entenderse que las semicarcasas y el compuesto de resina son dos elementos distintos. Las partes de núcleo están encapsuladas en el compuesto de resina y alojadas en los conductos de las semicarcasas, de manera que el compuesto de resina está rodeado al menos parcialmente por una semicarcasa de material aislante eléctrico. En Io que se refiere al dispositivo emisor-receptor, se trata de un circuito que asegura Ia sintonización entre Ia señal de datos de elevada frecuencia transmitida por Ia línea eléctrica de potencia y Ia señal recibida o enviada a través del conector exterior, y que puede incluir otras funcionalidades como por ejemplo Ia protección contra sobretensiones de Ia red. No se considera necesario describir con detalle este dispositivo emisor-receptor, ya que es un elemento previsible por un experto en Ia materia.
La configuración con dos semicarcasas de material aislante eléctrico confiere al dispositivo según Ia invención una robustez mecánica y un nivel de protección eléctrica notables, al tiempo que facilita su fabricación, como se verá más adelante. Por otra parte, Ia instalación de este dispositivo es muy sencilla: basta ensamblar mutuamente las dos semicarcasas de manera que formen una abrazadera alrededor de Ia línea eléctrica. El dispositivo así instalado puede conectarse directamente a un equipo de transmisión de datos conectando simplemente un cable de señal al conector exterior del dispositivo, que es por ejemplo un conector de tipo BNC.
Preferentemente, dichos medios de ensamblado de las semicarcasas comprenden una unión rotativa que enlaza dichas semicarcasas por uno de sus extremos, obteniéndose dichas posiciones ensamblada y abierta mediante el giro relativo de una semicarcasa con respecto a Ia otra alrededor de dicha unión rotativa. Esta configuración facilita enormemente Ia operación de ensamblado de las semicarcasas alrededor de Ia línea eléctrica, ya que permite realizar dicha operación con una sola mano. Además, preferentemente, dichos medios de ensamblado comprenden unos medios de anclaje entre los extremos de las semicarcasas opuestos a dicha unión rotativa. Se proporciona así un dispositivo en una sola pieza, evitando que el instalador tenga que manejar varias piezas como ocurriría en caso de tener dos semicarcasas independientes y unos medios de acoplamiento también independientes. Preferentemente, en una de dichas semicarcasas está dispuesta una toma exterior de conexión a tierra conectada a dichos medios de anclaje. La conexión a tierra de dichos medios de anclaje, que pueden ser metálicos, resulta así más fácil y segura.
Preferentemente, cada uno de dichos conductos de las semicarcasas presenta sus dos extremos abiertos, de manera que en cada uno de dichos extremos queda expuesta una cara de dichas partes de núcleo, y preferentemente, en Ia posición ensamblada de las semicarcasas cada cara de parte de núcleo expuesta en un extremo del conducto de una semicarcasa se encuentra en contacto con Ia cara de una parte de núcleo correspondiente de Ia otra semicarcasa. Es decir que una vez ensambladas las semicarcasas, las partes de núcleo de las dos semlcarcasas se tocan formando así un núcleo cerrado. El contacto entre las partes de núcleo de las dos semicarcasas está asegurado por Ia acción de los medios de ensamblado, que presionan las semicarcasas una contra otra. Esta configuración preferente evita tener que prever un entrehierro y proporciona un núcleo ferromagnético suficientemente eficiente. Alternativamente, en caso necesario, puede preverse una cinta de vidrio adhesiva dispuesta a modo de entrehierro entre dichas partes de núcleo.
Preferentemente, en cada uno de dichos conductos de las semicarcasas hay una única parte de núcleo, constituyendo dicha parte de núcleo un seminúcleo de forma semicircular. Ventajosamente, los dos seminúcleos pueden ser simétricos.
Preferentemente, en cada uno de dichos conductos de las semicarcasas se encuentra dispuesto un elemento posicionador que empuja Ia parte de núcleo hacia
Ia pared más cercana a dicho ojo central. Ventajosamente, dicho elemento posicionador es un muelle en forma de lámina dispuesto junto a Ia pared de dicho conducto más alejada de dicho ojo central. Estos posicionadores aseguran que, durante Ia fabricación del dispositivo, Ia posición de las partes de núcleo sea Ia adecuada para que formen un núcleo ferromagnético cerrado cuando las semicarcasas se encuentren en su posición ensamblada. Preferentemente, el espacio de dichos conductos de las semicarcasas no ocupado por dichas partes de núcleo está relleno de un compuesto de resina solidificado, de manera que estos conductos, además de facilitar Ia colocación de las partes de núcleo durante Ia fabricación del dispositivo, constituyen un molde para el compuesto de resina que encapsula dichas partes de núcleo.
Preferentemente, dichas semicarcasas presentan una de sus caras principales plana y abierta sobre dicho conducto, quedando dicha cara abierta tapada por dicho relleno de un compuesto de resina. Esta configuración es particularmente ventajosa, ya que permite que durante Ia fabricación del dispositivo, que se describirá más adelante, puedan colocarse fácilmente los diferentes componentes en las semicarcasas a través de esta cara abierta.
Preferentemente, dicho dispositivo emisor-receptor está realizado en un circuito impreso que se encuentra alojado en el seno de una de dichas semicarcasas.
Ventajosamente, dicho circuito impreso está dispuesto en el conducto de una de dichas semicarcasas y está en contacto directo con dicho compuesto de resina.
Esta configuración permite que el compuesto de resina encapsule también el emisor-receptor, de manera que este último queda fijado y protegido por el propio compuesto de resina.
Preferentemente, dicho conector exterior está provisto de unas patillas que atraviesan Ia pared exterior de Ia semicarcasa y se insertan en unos orificios correspondientes de dicho circuito impreso. El conector exterior y el circuito impreso se sostienen así mutuamente, facilitándose así Ia colocación correcta de los elementos antes de realizar el encapsulamiento con un compuesto de resina.
Preferentemente, cada conducto se prolonga en uno de sus extremos por un tramo que, en Ia posición ensamblada de dichas semicarcasas, se enmanga en el extremo correspondiente del otro conducto, obteniéndose así una mayor robustez del ensamblaje. Esta disposición también proporciona un mejor aislamiento, ya que se evita que entre las dos semicarcasas ensambladas exista una ranura por donde podría saltar un arco eléctrico. La invención también se refiere a un procedimiento de fabricación de un dispositivo de acoplamiento inductivo del tipo descrito al principio, caracterizado porque partiendo de dos semicarcasas complementarias de forma semianular realizadas en material aislante eléctrico, provistas cada una de dichas semicarcasas de un conducto de extremos abiertos y presentando una cara plana abierta sobre dicho conducto, se realizan las etapas siguientes:
- una primera etapa de ensamblaje que comprende, siendo indiferente el orden de ejecución, las acciones de colocar en cada uno de dichos conductos un elemento posicionador, colocar por Io menos una espira conductora formando un bucle en el conducto de una de las semicarcasas, colocar en dicha semicarcasa un conector exterior para señal eléctrica de datos, colocar asimismo en el conducto de dicha semicarcasa un circuito impreso que comprende un dispositivo emisor-receptor, conectando dicho circuito impreso a dicho conector y a dicha espira conductora, e introducir en cada uno de dichos conductos de las semicarcasas un seminúcleo ferromagnético de forma semianular, venciendo Ia resistencia de dichos elementos pos ¡donadores y haciendo pasar uno de dichos seminúcleos por dentro del bucle formado por dicha espira conductora; - una segunda etapa de relleno en Ia cual se rellenan dichos conductos con un compuesto de resina; y
- una tercera etapa de secado en Ia que se realiza un proceso de secado hasta Ia solidificación completa de dicho compuesto de resina.
Preferentemente, dicho compuesto de resina es una mezcla endurecible en frío que contiene una resina epóxica y un agente endurecedor, aplicándose dicho compuesto de resina en contacto directo con dicho circuito impreso.
Ventajosamente, previamente a dicha segunda etapa de relleno se tapan los extremos de dichos conductos internos con un elemento obturador, que puede ser por ejemplo una masilla o una plastelina, retirándose dicho elemento obturador al finalizar dicha tercera etapa. Preferentemente, dicha segunda etapa de relleno se realiza hasta que dicha cara plana abierta de cada semicarcasa quede tapada por dicho compuesto de resina.
Breve descripción de los dibujos
Otras ventajas y características de Ia invención se aprecian a partir de Ia siguiente descripción, en Ia que, sin ningún carácter limitativo, se relata una forma preferente de realización de Ia invención, haciendo mención de ios dibujos que se acompañan.
Las figuras muestran:
Fig. 1 , una vista en perspectiva del dispositivo de acoplamiento según Ia invención, en posición abierta;
Fig. 2, una vista análoga a Ia Fig. 1 , con el dispositivo en posición cerrada o ensamblada;
Fig. 3, una vista en perspectiva superior que muestra el despiece del dispositivo de
Ia Fig. 1 ;
Fig. 4, una vista análoga a Ia Fig. 3 que muestra el dispositivo montado, antes de aplicar el compuesto de resina; Fig. 5, una vista en sección según el plano V-V de Ia Fig. 4.
Descripción detallada de una forma de realización de Ia invención
La forma de realización representada en las Figs. 1 a 5 corresponde a un dispositivo de acoplamiento inductivo destinado a acoplar un equipo de transmisión de datos a una de las fases de una línea eléctrica de potencia. El dispositivo de este ejemplo de realización es apto para acoplarse a una línea de corriente alterna de hasta 300 A a 50 Hz y es capaz de transmitir a través de dicha línea una señal de transmisión de datos con un rango de frecuencias (ancho de banda) comprendido entre 1 MHz y 40 MHz.
El dispositivo está formado por dos semicarcasas 6, 7 que son unas monopiezas fabricadas por inyección de material plástico . En cada semicarcasa 6, 7 está dispuesto un conducto 8, 9 en el que está alojada una parte de núcleo 4, 5 que constituye un semlnúcleo ferromagnético. Estos seminúcleos ferromagnéticos 4, 5 son simétricos y presentan una forma semicircular, de manera que al ensamblarse mutuamente forman un núcleo magnético toroidal 1. En este ejemplo, se trata de unos seminúcleos toroidales del catálogo de Ia empresa alemana VACUUMSCHMELZE GmbH, en concreto los de referencia T60162-L2108-W realizados en "Vitroperm", un material ferromagnético de estructura nanocristalina especialmente indicado para realizar acoplamientos a corrientes de elevada intensidad en un amplio rango de frecuencias. Sin embargo, esta elección del material ferromagnético no debe entenderse de forma limitativa. En efecto, el solicitante ha ensayado con éxito otros materiales, como por ejemplo núcleos de níquel y hierro de estructura cristalina.
En el conducto 8 de una de las semicarcasas 6 está alojada asimismo una espira conductora 3 de cobre que forma un bucle alrededor del seminúcleo 4. En este ejemplo, se dispone una sola espira 3, en el sentido de que forma un solo bucle alrededor del seminúcleo 4. Sin embargo, podrían disponerse más espiras; por ejemplo, para una aplicación de transmisión de señales PLC de banda estrecha, podrían disponerse veinte espiras.
Los conductos 8, 9 ocupan el espacio interior de las semicarcasas 6, 7, donde unas nervaduras 25 delimitan unas guías para los seminúcleos 4, 5 y unos muelles en forma de lámina 16, 17 actúan como elementos posicionadores de dichos seminúcleos 4, 5 durante Ia operación de montaje, empujándolos hacia Ia pared del conducto 8, 9 más cercana al ojo central 2. Los extremos de los conductos 8, 9 están abiertos por unas ventanas de las semicarcasas 6, 7, de manera que en cada uno de dichos extremos queda expuesta una cara de los seminúcleos 4, 5. Estas caras de los seminúcleos 4, 5 están en contacto y a presión una contra otra cuando las semicarcasas 6, 7 se encuentran en Ia posición ensamblada (Fig. 2), de manera que los dos seminúcleos forman un núcleo cerrado sin entrehierro. Cada conducto 8, 9 presenta en uno de sus extremos un tramo de prolongación 22, 23 que se enmanga en el extremo correspondiente del otro conducto en dicha posición ensamblada de las semicarcasas 6, 7. En el conducto 8 de Ia semicarcasa 6 está dispuesto un circuito impreso 24 que comprende un dispositivo emisor-receptor 12 conectado a Ia espira conductora 3 y a un conectar exterior 11 de tipo BNC para señal eléctrica de datos. El dispositivo emisor-receptor 12 lleva unos orificios en los que se insertan unas patillas 21 del conectar exterior 11 que atraviesan unos orificios correspondientes de Ia pared exterior de Ia semicarcasa .
Las semicarcasas 6, 7 presentan una caras principales 19, 20 planas y abiertas sobre los conductos 8, 9. El espacio de los conductos 8, 9 no ocupado por los seminúcleos 4, 5 está relleno de un compuesto de resina solidificado 18, de manera que dichos seminúcleos 4, 5 quedan encapsulados en el compuesto de resina 18, que tapa las caras abiertas 19, 20 de las semicarcasas 6, 7. El circuito impreso 24 y Ia espira 3 quedan asimismo encapsulados en contacto directo con el compuesto de resina 18. El circuito impreso 24 no se daña durante Ia operación de relleno gracias a que el compuesto de resina 18 es de tipo endurecible en frío, constituido por una resina epóxica y un agente endurecedor.
Las semicarcasas 6, 7 están ensambladas mutuamente por uno de sus extremos por medio de una unión rotativa 13 de tipo bisagra, de manera que pueden adoptar una posición ensamblada (Fig. 2) en Ia cual abrazan una línea eléctrica (no representada) que pasa por el ojo central 2 y una posición abierta (Fig. 1 ) en Ia que queda definida una abertura 10 para el paso de dicha línea eléctrica. En los extremos opuestos a Ia unión rotativa 13, las semicarcasas 6, 7 presentan unos medios de anclaje 14 que mantienen las semicarcasas 6, 7 una contra otra en su posición ensamblada, de manera que mantienen asimismo los seminúcleos 4, 5 uno contra otro. En este ejemplo, los medios de anclaje 14 están constituidos por un cierre giratorio de tipo "link lock", de fácil manejo. Este cierre, que es metálico, está conectado a una toma exterior 15 de conexión a tierra dispuesta en Ia semicarcasa 6. La fabricación del dispositivo de acoplamiento inductivo descrito en Io que precede se inicia ensamblando las dos semicarcasas 6, 7 por medio de Ia bisagra 13. A continuación, se realizan las etapas siguientes:
- una primera etapa de ensamblaje que consiste en colocar en los conductos 8, 9 los elementos posicionadores 16, 17 y en el conducto 8 Ia espira conductora 3 formando un bucle; en este conducto 8 también se coloca el circuito impreso 24, que se fija al conector exterior 11 por medio de las patillas 21 ; se conecta el circuito impreso 24 al conector exterior 11 y a Ia espira conductora 3 y se introducen por los extremos abiertos de los conductos 8, 9 los seminúcleos 4, 5 venciendo Ia resistencia de los elementos posicionadores 16, 17 y haciendo pasar el seminúcleo 4 por dentro de Ia espira conductora 3; se coloca el cierre "link look" 14 y se conecta a Ia toma exterior 15 de conexión a tierra;
- una segunda etapa de relleno en Ia cual se rellenan los conductos 8, 9 con un compuesto de resina 18 endurecible en frío que contiene una resina epóxica y un agente endurecedor; previamente a dicha segunda etapa de relleno, se tapan los extremos de los conductos 8, 9 con un elemento obturador, que en este caso es una plastelina; Ia operación de relleno se realiza colocando las semicarcasas 6, 7 de manera que sus caras planas abiertas 19, 20 queden dispuestas horizontalmente en posición superior y se vierte el compuesto de resina 18 en estado fluido, en frío, por dichas caras 19, 20 hasta cubrirlas a ras;
- una tercera etapa de secado en Ia que se realiza un proceso de secado de aproximadamente 24 horas, hasta Ia solidificación completa del compuesto de resina 18; finalmente, se retiran los elementos obturadores de los conductos 8, 9.
Si es necesario, Ia fabricación del dispositivo de acoplamiento puede incluir una última etapa de acabado en Ia cual se realiza un pulido de Ia superficie exterior del compuesto de resina 18 a nivel de las caras abiertas 19, 20.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Dispositivo de acoplamiento inductivo de un equipo de transmisión de datos a una fase de una línea eléctrica de potencia para realizar, a través de dicha línea eléctrica de potencia, una transmisión de una señal eléctrica de datos de frecuencia superior a 3 kHz, comprendiendo dicho dispositivo un núcleo ferromagnético (1) de forma anular definiendo un ojo central (2) y por Io menos una espira conductora (3) que atraviesa dicho ojo~ central (2) formando un bucle, de manera que en Ia posición de uso de dicho dispositivo un cable conductor de una línea eléctrica de potencia atraviesa dicho núcleo ferromagnético (1) por su ojo central (2) estableciéndose un acoplamiento inductivo entre dicha espira conductora (3) y dicho cable conductor a través de dicho núcleo ferromagnético (1), estando formado dicho núcleo ferromagnético (1) por al menos dos partes de núcleo (4, 5) aptas para separarse una de otra permitiendo así Ia introducción de dicho cable conductor en dicho ojo central (2), caracterizado porque comprende dos semicarcasas (6, 7) complementarias de forma semianular realizadas en un material aislante eléctrico y provistas de unos medios de ensamblado mutuo (13, 14), estando provista cada una de dichas semicarcasas (6, 7) de un conducto (8, 9) en el que dichas partes de núcleo (4, 5) están alojadas y encapsuladas en un compuesto de resina solidificado (18), estando alojada asimismo en uno de dichos conductos (8, 9) dicha espira conductora (3), siendo dichas semicarcasas (6, 7) aptas para adoptar una posición ensamblada formando una abrazadera cerrada centrada en dicho ojo central (2) y una posición abierta en Ia que queda definida al menos una abertura (10), y porque dicho dispositivo lleva integrados, en una de dichas semicarcasas (6, 7), un conectar exterior (11) para señal eléctrica de datos y un dispositivo emisor-receptor (12) dispuesto a modo de interfaz entre dicho conectar exterior (11 ) y dicha por Io menos una espira conductora (3).
2.- Dispositivo según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque dichos medios de ensamblado de las semicarcasas comprenden una unión rotativa (13) que enlaza dichas semicarcasas (6, 7) por uno de sus extremos, obteniéndose dichas posiciones ensamblada y abierta mediante el giro relativo de una semicarcasa con respecto a Ia otra alrededor de dicha unión rotativa (13).
3.- Dispositivo según Ia reivindicación 2, caracterizado porque dichos medios de ensamblado comprenden además unos medios de anclaje (14) entre los extremos de las semicarcasas (6, 7) opuestos a dicha unión rotativa (13).
4.- Dispositivo según las reivindicación 3, caracterizado porque en una de dichas semicarcasas (6, 7) está dispuesta una toma exterior de conexión a tierra (15) conectada a dichos medios de anclaje (14).
5.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque cada uno de dichos conductos (8, 9) de las semicarcasas presenta sus dos extremos abiertos, de manera que en cada uno de dichos extremos queda expuesta una cara de dichas partes de núcleo (4, 5).
6.- Dispositivo según Ia reivindicación 5, caracterizado porque en dicha posición ensamblada de las semicarcasas cada cara de parte de núcleo (4, 5) expuesta en un extremo del conducto (8, 9) de una semicarcasa se encuentra en contacto con Ia cara de una parte de núcleo (4, 5) correspondiente de Ia otra semicarcasa.
7.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en cada uno de dichos conductos (8, 9) de las semicarcasas hay una única parte de núcleo (4, 5), constituyendo dicha parte de núcleo un seminúcleo de forma semicircular.
8.- Dispositivo según Ia reivindicación 7, caracterizado porque en cada uno de dichos conductos (8, 9) de las semicarcasas se encuentra dispuesto un elemento posicionador (16, 17) que empuja Ia parte de núcleo hacia Ia pared más cercana a dicho ojo central (2). 9.- Dispositivo según Ia reivindicación 8, caracterizado porque dicho elemento posicionador (16, 17) es un muelle en forma de lámina dispuesto junto a Ia pared de dicho conducto (8,
9) más alejada de dicho ojo central (2).
10.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el espacio de dichos conductos (8, 9) de las semicarcasas no ocupado por dichas partes de núcleo (4, 5) está relleno de un compuesto de resina solidificado (18).
11.- Dispositivo según Ia reivindicación 10, caracterizado porque dichas semicarcasas (6, 7) presentan una de sus caras principales (19, 20) plana y abierta sobre dicho conducto (8, 9), quedando dicha cara abierta (19, 20) tapada por dicho relleno de un compuesto de resina (18).
12.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , caracterizado porque dicho dispositivo emisor-receptor (12) está realizado en un circuito impreso (24) que se encuentra alojado en el seno de una de dichas semicarcasas (6, 7).
13.- Dispositivo según las reivindicaciones 10 y 12, caracterizado porque dicho circuito impreso (24) está dispuesto en el conducto (8, 9) de una de dichas semicarcasas y está en contacto directo con dicho compuesto de resina (18).
14.- Dispositivo según Ia reivindicación 13, caracterizado porque dicho conector exterior (11) está provisto de unas patillas (21) que atraviesan Ia pared exterior de Ia semicarcasa y se insertan en unos orificios correspondientes de dicho circuito impreso (24).
15.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 14, caracterizado porque cada conducto (8, 9) se prolonga en uno de sus extremos por un tramo (22, 23) que, en Ia posición ensamblada de dichas semicarcasas, se enmanga en el extremo correspondiente del otro conducto.
16.- Procedimiento de fabricación de un dispositivo de acoplamiento inductivo según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque partiendo de dos semicarcasas (6, 7) complementarias de forma semianular realizadas en material aislante eléctrico, provistas cada una de dichas semicarcasas (6, 7) de un conducto (8, 9) de extremos abiertos y presentando una cara (19, 20) plana abierta sobre dicho conducto (8, 9), se realizan las etapas siguientes:
- una primera etapa de ensamblaje que comprende, siendo indiferente el orden de ejecución, las acciones de colocar en cada uno de dichos conductos (8, 9) un elemento posicionador (16, 17), colocar por Io menos una espira conductora (3) formando un bucle en el conducto (8, 9) de una de las semicarcasas, colocar en dicha semicarcasa un conector exterior (11 ) para señal eléctrica de datos, colocar asimismo en el conducto de dicha semicarcasa un circuito impreso (24) que comprende un dispositivo emisor-receptor (12), conectando dicho circuito impreso (24) a dicho conector exterior (11) y a dicha espira conductora (3), e introducir en cada uno de dichos conductos de las semicarcasas un seminúcleo ferromagnético (4, 5) de forma semianular, venciendo Ia resistencia de dichos elementos posicionadores (16, 17) y haciendo pasar uno de dichos seminúcleos (4, 5) por dentro del bucle formado por dicha espira conductora (3); - una segunda etapa de relleno en Ia cual se rellenan dichos conductos (8, 9) con un compuesto de resina (18); y
- una tercera etapa de secado en Ia que se realiza un proceso de secado hasta Ia solidificación completa de dicho compuesto de resina (18).
17.- Procedimiento según Ia reivindicación 16, caracterizado porque dicho compuesto de resina (18) es una mezcla endurecible en frío que contiene una resina epóxica y un agente endurecedor, aplicándose dicho compuesto de resina (18) en contacto directo con dicho circuito impreso (24).
18.- Procedimiento según las reivindicaciones 16 ó 17, caracterizado porque previamente a dicha segunda etapa de relleno se tapan los extremos de dichos conductos (8, 9) con un elemento obturador, retirándose dicho elemento obturador al finalizar dicha tercera etapa de secado.
19.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque dicha segunda etapa de relleno se realiza hasta que dicha cara (19, 20) plana abierta de cada semicarcasa (6, 7) quede tapada por dicho compuesto de resina (18).
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