WO2014026300A1 - Sistema de extracción de energía para iluminar cables entre otros usos, que comprende un cable de poder y un dispositivo de extracción de energía; método de fabricación reparación del mismo - Google Patents

Sistema de extracción de energía para iluminar cables entre otros usos, que comprende un cable de poder y un dispositivo de extracción de energía; método de fabricación reparación del mismo Download PDF

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Definitions

  • Mine Operations This is a reality in all machinery intensive industry and in the case of Mining, an important part of the operational efficiency can be achieved in the first part of the process, called “Mine Operations”.
  • This set of operations includes, among other steps: (i) “drilling”, in which certain specialized machines drill the rock; (ii) “burning” (or explosion), in which each of the perforations is loaded with explosives. Once these explosives are detonated, the rock is reduced to suitable sizes to be processed in later stages; (iii) and finally the “cargo”, in which the rock is mounted on large trucks thanks to the operation of the loading shovel.
  • the failure of one of these loading shovels can easily become a bottleneck for the total mining operation.
  • one of the critical equipment in the operation of a mining company is the loading shovel.
  • other critical equipment such as drills or drills.
  • This type of equipment such as the shovel and some drills, are powered by three-phase medium voltage power (8kV). Therefore, the supply of energy that allows the correct operation of these equipment is also critical.
  • the power supply is provided through three-phase insulated, flexible, medium voltage cables that are located in the same area where large equipment (drills, shovels and trucks) circulate freely and constantly.
  • the present invention is not restricted only to mining or to a particular mineral, nor to any of its forms of exploitation: open pit and / or underground, or size: Large Mining, Medium Mining and / or Small Mining. Neither to a particular equipment, except those that are fed with electrical energy of low, medium and / or high voltage. State of prior art.
  • the first solution consists of a cable whose outer cover contains a fluorescent pigment.
  • said jacket has a low durability of the pigment given the direct exposure to the abrasive ground, air, water and ultra violet radiation.
  • being fluorescent only works for short periods of time in the dark. This is because this type of pigments emit luminescence by decay of electrons previously excited by sunlight (generally pigments with resonant chemical structures) and this type of electrochemical processes are short-lived.
  • the second solution is the use of reflective tapes wound helically on the outer cover of the cable. This technology can be found in cables from the AmerCable brand, in its "cables with reflective Tiger Stripes" product. However, since the cable is dragged, this tape is very exposed to the abrasion of the ground and is easily destroyed. The ribbons work through the phenomena of refraction and reflection of the external light incident on the cable. This phenomenon is based on the rapid over-excitation and uncoupling of electrons in resonant chemical structures, which means that the tape shines in response to the illumination and then stops shining if it is not maintained.
  • the third solution is a mixture of the two solutions previously exposed.
  • This solution has a greater resistance to abrasion, however: (i) the reflective layer only highlights the cable as long as there is a light beam that incurs at a certain angle in the cable. If the angle of incidence is outside that range, the cable does not reflect the light, being in the same way as the environment surrounding it; and (ii) the luminance effect of the photo-luminescent layer has a low intensity and short duration, of scarcely one hour, despite having been exposed for hours in daylight.
  • That the signal issued by the system has the least amount of limitations regarding the reception of the signal. In case of being a light signal, this limitation refers to the angle of vision by the observer. (viii) That does not require a source of additional energy to that which is already present in the cable.
  • a solution for such a specific problem of the industry requires a reliable source of energy, which is achieved by extracting said energy indirectly (without making electrical contact) of the same cable that you want to highlight to be able to detect.
  • the cable itself becomes a reliable and self-sufficient source, at least, in terms of current transport.
  • the internal and external energy sources present in a cable are:
  • Electromagnetic field present by the circulation of currents in its interior This is undoubtedly a source of energy present in a monopolar cable (single conductor).
  • POWER LINE ENERGY HARVESTING POWER SUPPLY US 2010/0084920 Al, dated April 2010.
  • the cables that are required to illuminate and / or highlight are preferably cables with more than one conductor, without discarding the monopolar, in which the currents inside are out of phase (polyphase cables).
  • the energy sources mentioned (electric power in both voltage and current, solar and light energy, heat energy and electromagnetic energy) are presented in ways that are not the most appropriate to effectively extract energy from the cable. In this way, they have certain drawbacks to be considered viable sources for the purpose to be achieved.
  • the present invention allows electric power to be extracted from the three-phase cable itself, without intervening the conductors themselves, thus allowing certain devices that account for the presence of the cable in the ground to be fed.
  • the devices can be diverse, such as light emitters, any sonic and / or telecommunications signal (radio frequency GPS, etc.) and power certain remote mechanical devices, without restricting the extraction and application of energy to these applications.
  • the present invention solves the problems of the prior art, and constitutes a real solution for the industry that satisfies each of the requirements to detect the presence of cables that supply critical equipment. Fields of application of the present invention
  • Underground tunnels the power cable power extraction system allows a load to be electrically powered, which in turn allows cables to be identified in underground tunnels by means of light of different colors and in addition to illuminate the tunnel in question. Additionally, mark the emergency exit route in a tunnel network.
  • Urban and rural lighting the power cable power extraction system allows a load to be electrically powered, which in turn illuminates areas close to the distribution networks.
  • c. Identification of cables the energy extraction system of power cables allows a load to be electrically fed, which in turn allows to differentiate phases from each other, circuits of each other and even cables from each other, which are lying in trays or ducts together to many similar cables. Likewise, the system allows a load to be powered electrically, which in turn allows coding by different colored lights and / or telecommunication signals, different voltages, wire gauges, origins or cable destinations, etc.
  • the energy extraction system of power cables allows to electrically feed a load that in turn allows to identify the presence of current, emitting a signal.
  • the energy extraction system of power cables allows to electrically feed a load (or sensor) which in turn allows: (i) monitoring operation variables, (ii) eventually storing them and (iii) eventually transmit them as information.
  • a load or sensor
  • An example of an application field is the monitoring of variables and / or parameters in electric transmission and / or distribution networks.
  • One solution for the monitoring of these parameters is a network of small sensors that transmit the information captured to a monitoring center by wireless telecommunication.
  • Those that are outside an electrical substation voltage and current of certain critical points; the arrow that has the catenary of an aerial cable (minimum distance of the cable with respect to the earth); temperature of the cables that affects their length and conductivity; power; transients and harmonics; phase shifts between current and voltage (power factor), distortions in the quality of supply, etc.
  • Those that are inside an electrical substation temperature of the windings of the transformers; dielectric quality and quantity (level) of transformer oil; Operating temperature of switches and other equipment, just to name a few.
  • meteorological and environmental parameters such as pressure, temperature, wind speed, pollution, amount of particulate matter, solar radiation, light levels, etc. can be monitored.
  • Alarm signals may also be of interest to prevent or capture theft of cables.
  • the power cable power extraction system allows a load to be powered electrically, which in turn generates audible, subsonic and / or ultrasonic sounds to scare away animals such as birds, rodents, insects.
  • the energy extraction system of power cables allows to accumulate electrical energy in devices such as batteries, capacitors, super capacitors, etc.
  • the stored energy is used to maintain the power supply of the loads mentioned in the previous paragraphs, even when no current flows through the main conductor.
  • the duration of the supply from the accumulators to each one of the loads will depend on the consumption of the loads, the capacity of the accumulators and the relation of the loading and unloading times of each of them. Electromagnetic field capture
  • the energy extraction system of power cables allows concentrating the magnetic field in the ferrous core, using this field to electrically feed a load that in turn generates energy.
  • the fact of concentrating the magnetic field inside the ferrous core allows to guide the field lines, avoiding their dispersion and consequent "contamination" towards the environment far from the power cable, using this radiation to achieve a useful effect.
  • a conductor (101) can be seen, by whose cross section (102), a current 103 flows. This generates a magnetic field (104) throughout its perimeter and whose magnitude decreases linearly as move away from the center of the driver.
  • the magnetic field is concentrated by the ring or toroid (201), this being a core of ferrous material.
  • the ring is surrounded by several turns of an electrical conductor wire, usually copper. This winding forms the coil (202), to which a certain load (203) is connected.
  • the simplest multipolar cable that can exist can be seen in figure 4/18: two conductors inside the same cable. Particularly, currents of the same magnitude circulate through this multipolar cable, but in opposite directions, such that the phasor sum of the currents that circulate inside the cable is zero. This condition (zero phasor sum) converts the multipolar cable into a polyphase cable. This particular case is seen in more detail in Figure 5/18.
  • the currents circulate in opposite directions (103A and 103B), and the magnetic fields generated by each of the currents (104A and 104B), also oppose, canceling out.
  • multipolar cables are polyphasic (more than one phase) and they are characterized because the phasor sum of the currents that carry their conductors is equal to zero. That is to say, the phasor sum of the currents that the cable carries is null.
  • This type of polyphase cables is the one used in the Great Mining, to power, electrically, different types of equipment and specifically the blades that load the large trucks.
  • the cable used is shown in detail in Figure 6/18. It is a medium voltage cable, three phases (601A, 601B and 601C).
  • each of the phases consists of a power electrical conductor, (602), a first internal semiconductor layer (603), its electrical isolation (604), an external semiconductor layer (605) and an electrostatic screen (606) .
  • the cable consists of a pilot cable (607) and two ground cables (608) and all covered by an outer jacket (609).
  • Three-Phase Generator (701) connected in Delta (703) or Star (704), with a Three-Phase Load (702) Balanced or Unbalanced, connected in Delta (703) or in Star (704) ), the phasor sum of the currents in the conductors aA, bB, cC, n, is zero, whereby, if these conductors belong to the same cable, the current technique for extracting energy from monopolar cables (patent "POWER LINE ENERGY”) HARVESTING POWER SUPPLY, US 2010/0084920 Al, dated April 2010), does not work.
  • POWER LINE ENERGY HARVESTING POWER SUPPLY
  • the present invention allows electric power to be extracted from the three-phase cable itself, without intervening the conductors themselves, thus allowing certain devices that account for the presence of the cable in the ground to be fed.
  • the devices can be diverse, such as light emitters, sound emitters and / or any telecommunications signal (radio frequency GPS, etc.) and to power certain remote mechanical devices, without restricting the extraction and application of energy to these applications.
  • the present invention solves the technical problems discussed above, and constitutes a real solution for the industry that meets each of the requirements to detect the presence of cables that supply critical equipment. Description of the invention itself.
  • power cable as a conductor (usually copper) or a set of conductors covered with an insulating or protective material.
  • three-phase power cable as three power cables that represent each phase, covered with layers and insulating or protective materials.
  • the field of the present invention is an energy extraction system comprising naked power cables, or with their protection and / or isolated of one or more phases; low, medium or high voltage; and an energy extraction device, with its different uses.
  • the field of the present invention is a power cable of one or more phases that has an energy extraction device as mentioned above and its different uses.
  • the field of the present invention is a cable energy extraction system that also allows the accumulation of energy extracted by means of batteries, capacitors, super capacitors, etc. and their different uses.
  • the field of the present invention is an energy extraction device as mentioned above.
  • the field of the present invention is the manufacturing process of the energy extraction system in one or more phases that incorporates in the power cable the energy extraction device and / or the aforementioned accumulation device and its different uses.
  • Field of the present invention is the Repair Kit of the energy extraction system comprising the energy extraction system, specially sized to carry out the repair, preferably one meter and special tapes to seal the energy extraction system that was previously ready to replace the damaged piece of cable.
  • the field of the present invention is the repair of the energy extraction system in cables that have the energy extraction device incorporated in the factory to the power cable, therefore allowing repair the energy extraction system and / or the aforementioned accumulation system and its different uses.
  • the field of the present invention is the repair of power cables that do not have the energy extraction device incorporated from the origin, therefore allowing the incorporation of the energy extraction system and / or the aforementioned accumulation system and its different uses. Description of the energy extraction system.
  • the energy extraction system is: (i) a system that harvests electrical energy from an energy source (the same power cable) for any of the functionalities that are intended to give the power cable. (ii) a system that maintains the size of the power cable (final diameter) within acceptable ranges. For the particular case of the power cable used to power the loading shovel, which complies with the ICEA standard (Insulated Cable Engineers Association) S-75-381-2008, part 3.22, which limits the outer diameter of medium voltage power cables , miners, flexible; (iii) a system that minimally modifies the current manufacturing process of polyphase cables; and (iv) a system that uses the same machinery already installed in the power cable plants.
  • ICEA standard Insulated Cable Engineers Association
  • the energy extraction system comprises 2 components.
  • the two components are one or more phases of an electrical power cable to extract energy from the same power cable and an energy extraction device.
  • the energy extraction device contemplates the use of three basic components (1, 2, 3) and one optional component (4): 1) A continuous helical ferrous core.
  • the energy extraction device contemplates the use of three basic components:
  • Nucleus of certain ferrous material that fulfills the function of concentrating in all its volume, the perimeter magnetic field present in any conductor through which a current flows.
  • This magnetic field concentrator material can be varied: solid body, set of sheets, wires, or several wires of smaller diameter.
  • this can be any ferromagnetic material in the understanding that it is a good magnetic field conductor. It can be any conductive material of a magnetic field, such as, galvanized iron, cast iron, black wire, steel, some types of stainless steel, siliceous iron or related material, preferably sweet iron.
  • this nucleus is very relevant, since the magnetic field created with the sole presence of electrical current, prefers to travel distances within a ferrous medium rather than within a medium such as air, therefore the concentration of the field and the consequent decrease of all the dimensions of the system is achieved.
  • the type of core that the device has is preferably an open, continuous, helical core. It is called an open core because it has ends and these are separated, unlike a typical closed core used in transformers. It is called continuous to be a single element (iron wire) arranged along the entire electrical cable. Finally, it is described as helical because it is wrapped around the cable, around it and at the same time moving along it.
  • the coils are constructed by giving a certain number of turns around the core or they are prefabricated on a reel, hollow element (tube), not electrically conductive, around which the annealed and enameled copper wire is rolled.
  • the ferrous core described in the previous section passes through the center of the reel.
  • the coils are incorporated every certain distance into the core. Between the terminals of these coils a voltage is induced, product of the change in the magnetic field concentrated by the nucleus.
  • the extracted energy allows to electrically feed one or more loads that define the use or application of the system and its different uses. 3)
  • the loads that are connected to the coils will depend on the application that is to be put into operation. Some examples, without restricting these, the diversity of loads that can be connected to the coils, are: LEDs to generate a light signal, sound emitters, telecommunications transmitters, etc.
  • the charges can be connected directly to the coils if a constant operation of low consumption is required or, through some device of accumulation of energy, such as a capacitor or a battery, if a higher consumption system is required and / or of prolonged use, even when there is or is no current in the driver.
  • the process consists of feeding each one of the elements that make up the new element, and as the elements are joined together, both (or more) elements are twisted, twisting them on the longitudinal axis of the whole, leaving all the elements wound on the longitudinal axis.
  • the process of twisting and rolling can be done from two or more elements, which can then become elements of a new process of twisting and rolling, and so on until you have the desired final product, consisting of as many elements as required.
  • This process is the basis for the manufacture of cables and the incorporation of the proposed system to extract energy from a polyphase cable, it fits perfectly with the current technology for the formation of cables, wires and ropes.
  • the first step in the manufacture of the energy extraction system is to give the caliber (diameter) to each of the drivers that make up The power cable, according to your specification. From wire rods (in the case of rigid cable) or wires of smaller diameter (in the case of flexible cable), each one of them originally in a reel, they are grouped in a single conductor, composed of wires that have been grouped and twisted helically, giving the driver the appropriate caliber, according to the specification of the power cable.
  • Figure 10/18 shows a phase of a medium voltage three-phase power cable.
  • the conductor (602) is composed of 7 wire rods.
  • Each one of the drivers who at this stage of the process, is only the naked driver, is left wrapped in a new reel, larger than any of the previous ones, in which each of the wires or constituent rods were. 2.
  • the necessary insulation is added by extrusion to zero the electric field that generates the voltage of the cable, according to its specification.
  • Each one of the already isolated conductors remains in a new reel.
  • the energy extraction device is physically incorporated ( Figure 11/18, numbers (802, 803 and 804), in which the load number (804) ), particularly in this scheme it is a led).
  • the device with its open and continuous core already has incorporated each of the coils, loads and optionally, accumulators of electric charge, all this determined by the cable specification.
  • This specification determines the type of coils (gauge of the enameled wire, inductance and resistance), the distance between coils, the type of load that each of the coils carries and the type of accumulators considered.
  • the energy extraction device is on a reel, waiting to be incorporated into each of the phases indicated by the cable specification.
  • the energy extraction device can be coated, by extrusion, with a layer of filler and protection that makes the energy extraction device an element with a single diameter over its entire length. In the case that the charges of the coils are elements that emit light, this filling must be translucent or transparent. Once the filling is incorporated, the device is wound up in a new reel.
  • the energy extraction device is incorporated into at least one of the already completed phases (figure 12/18, number (601)), in such a way that the path on the power cable of the phase is helical (figure 12 / 18, number (802)), taking care that the step (number of turns given by the energy extraction device around the phase in one meter of the phase) is such as to allow the optimal operation of the energy extraction system .
  • This step is also determined by the cable specification.
  • Each of the power cables of the phases with the energy extraction device, incorporated, is rolled into a new spool independent by phases.
  • All phases are combined with the energy extraction device previously included (figure 6/18, numbers (601A, 601B and 601C)), ground cables (figure 6/17, number (608)) and pilots (figure 6 / 18, number (607)) that will make up the energy extraction system, each of them having been on its own reel (figure 13/18, numbers (601A, 601B and 601C)). All phases are twisted helically, forming a single set and wound up on a new reel.
  • the jacket is added to the cable (figure 6/17, number (609), figure 14/18, number (609)), taking care that if the loads of the Coils of the energy extraction system are elements that emit light, the jacket must be translucent and transparent.
  • the energy extraction system is already finished and rolled up in its final reel.
  • the power extraction system can be cut of any length, provided that said length is greater than that between the coils installed in the "complete cable” and that said cut does not destroy the coils or their loads.
  • the manufacturing process of the device comprises the following stages: a. -
  • the ferrous core is available, which can be as long as it is desired to extract energy from the device.
  • b.- are introduced by wrapping, each certain sections of the core, the coils. Its amount will depend on the amount of energy that is required to extract with the device.
  • the coils can be wound around the core or they already come previously armed as small springs and are introduced around the core.
  • c- the charges that will consume the energy extracted by the device are connected in parallel to the coils. (Also here the charges can be accumulators).
  • this device already assembled can be in turn coated with polymeric material.
  • the power cable Within the repair of the energy extraction system, its two components have to be considered: the power cable and the energy extraction device.
  • the power cable For the repair of a power cable, consider two fundamental principles: (i) the cable, after being repaired, must have the same electrical and mechanical characteristics at the factory and (ii) the cable must be reconstituted layer by layer in order to have the same electrical and mechanical characteristics of the factory.
  • the energy extraction device that is the subject of this invention has a very particular characteristic. It is modular, that is to say: along the power cable, the set of devices that extract energy (iron wire section, coil and load), works in such a way that an array (device) acts independently of the rest of The arrangements. All the arrangements can belong to the same unit (to the same iron wire or ferromagnetic core), which facilitates their incorporation into the cable, but they work independently of each other. This is especially important in the event of damage to a certain section of the assembly. If the assembly is damaged in any section of the power cable, the rest of the arrangements can continue to operate without problems.
  • This modular concept facilitates the repair of the cable, since to repair the energy extraction system, simply add a section of energy extraction device, consisting of the ferromagnetic core (iron wire) and the corresponding coil, charges and accumulators .
  • This section can be incorporated into the commercial cable repair kits, making it very easy to have the necessary elements to carry out the repair of the energy extraction system.
  • each of the layers of the energy extraction system must be removed, according to the instructions of the cable repair kit that is being used.
  • the instructions are such that the layers are removed from each end of the energy extraction system, so that the outermost layers must be removed in a longer length, as can be seen in Figure 15 / 18
  • the layers must be removed and subsequently reconstituted layer by layer with special materials and ribbons.
  • the energy extraction system to be repaired can be considered as divided into three zones: two zones that correspond to the remaining sections of the energy extraction system that is They are in good condition and an area that is repair. For the first two zones, the energy extraction devices will also be in good condition and will work in each of the sections independently, just by recirculating a current through the phase in which it is implemented. the energy extraction device.
  • the incorporation of the energy extraction device in the repair zone is completely optional and the fact of not including it will not affect the operation of the energy extraction system in the rest of the cable.
  • the energy extraction device installed in the factory When working inside the energy extraction system, when removing layer by layer, the energy extraction device installed in the factory will appear. It is convenient to remove it and decide if you want to incorporate a new energy extraction device that will work independently of those already present in the other sections of the cable.
  • Each of the layers of the energy extraction system ( Figure 10/18) must be reconstituted layer by layer with special materials and tapes as shown in Figure 16/18, in which the first semiconductor layer of the cable is reconstituted ( number (603)), the primary insulation (number (604)), the external semiconductor (number (605)).
  • the energy extraction device must be incorporated.
  • the device already brings all its built-in elements: iron wire that functions as a ferromagnetic core (figure 17/18 number (802)), copper coils (figure 17/18 number (803)) and loads (figure 17/18 number (804)).
  • the way to incorporate the energy extraction device is manually, helically winding the iron wire around each of the phases in which you want to incorporate the device.
  • the helical open core may or may not make electrical contact with the conductors on which it is wound and its operation is the same in one situation as in the other, not requiring any additional insulation.
  • the device is modular. That is to say: the set of devices that extract energy (iron wire section, coil and load), are mounted along the power cable, and operate in such a way that a device acts independently of the rest of the devices. All the devices can belong to the same unit (to the same iron wire), which facilitates their incorporation into the power cable, but they work independently from each other. This is especially important in the event of damage to a certain section of the energy extraction system. If the energy extraction system is damaged in any section of the power cable, the rest of the devices can continue to operate without problems.
  • each of these figures the manufacturing process of the energy extraction system is appreciated and how the incorporation of the device takes place in a specific stage of the process.
  • Figure 10/18 shows a phase of a medium voltage three-phase power cable.
  • the conductor (602) is composed of 7 wire rods.
  • This phase already incorporates the layers corresponding to a power cable that operates with medium voltage voltage (medium voltage understood as the range between 2kV and 69kV). All these layers fulfill the function of controlling the electric field generated by the potential difference between the number conductor (602) and the electrostatic grounding screen, number (606).
  • the number conductor (602) already has the caliber (diameter) according to its specification and with its internal semiconductor layer (figure 10/18, number (603)), primary electrical insulation (figure 10/18, number ( 604)), external semiconductor layer (Fig. 10/18, number (605)), electrostatic grounding screen (Fig. 10/18, number (606)).
  • Each of the three phases of power cables (numbers (601A), (601B) and (601C)) with all their layers already incorporated, is each in a new reel, waiting to be braided together with the other two phases, the pilot cable (number (607)) and the ground wires (number (608)).
  • the cable energy extraction device is physically incorporated into the phases independently.
  • the device is an iron wire (ferromagnetic core) very malleable, long and continuous (figure 11/18, number (802), which has copper coils incorporated (figure 11/18, number (804)) and the charges (figure 11/18, number (804)). Particularly in this scheme it is a light emitting LED.
  • the device with its open and continuous ferromagnetic core already has incorporated each of the coils, loads and optionally, electric charge accumulators, all this determined by the cable specification.
  • This specification determines the type of coils (gauge of the enameled wire, inductance and resistance), the distance between coils, the type of load that each of the coils carries and the type of accumulators considered.
  • the energy extractor device (both the iron wire (ferromagnetic core), with each and every one of the multiple coils and charges and eventually accumulators, arranged along the entire ferromagnetic core) are on a reel, waiting to be incorporated to each of the phases indicated by the cable specification.
  • the energy extraction device can be coated, by extrusion, with a layer of filler and protection that makes it an element with a single diameter over its entire length. In the case that the charges of the coils are elements that emit light, this filling must be translucent or transparent. Once the filling is incorporated, the core is wound up in a new reel.
  • the energy extraction device is incorporated into at least one of the already completed phases (figure 12/18, number (601)), in such a way that the path over the phase is helical (figure 12/18, number (802) )), taking care that the step (number of turns given by the energy extraction device, around the phase in one meter of the phase) is such as to allow the optimal operation of the energy extraction system. This step is also determined by the cable specification.
  • Each of the phases with the built-in energy extraction device is wound up on a new reel. All phases are combined (with one or all phases with the integrated energy extraction device) ( Figure 13/18, numbers (601A, 601B and 601C)), and twisted helically, forming a single assembly and wound on a new reel
  • the jacket is added to the cable (figure 14/18, number (609)), taking care that if the charges of the coils of the energy extraction system are elements that emit light, the jacket must be translucent and / or transparent.
  • the finished energy extraction system is wound up in its final reel.
  • This figure 1/18 shows a conductor (101) through which a current flows
  • the number 101 represents the electrical conductor.
  • the number 102 represents the cross section of the electrical conductor.
  • the number 103 represents the current flowing through the cross section of the electrical conductor and its direction.
  • the number 104 represents the perimeter magnetic field product of the current flowing through the cross section of the electric conductor, following the convention of the right hand.
  • Figure 2/18 shows the configuration normally used to extract energy from a conductor.
  • the number 201 is a ring or toroid of ferrous material.
  • the number 202 the coil. An isolated wire winding.
  • Figure 3/18 shows the cross section of two power cables with two and three conductors.
  • the number 301 is a power cable with two conductors.
  • the number 302 is a power cable with three conductors.
  • the number 303 is the outer jacket of each of the cables.
  • the number 102 represents the cross section of the electrical conductor.
  • Figure 4/18 is the simplest multipolar power cable that can exist: two conductors inside the same cable.
  • the number 101A and the number 101B represent the electrical conductors of the cable.
  • the number 102 represents the cross section of the electrical conductor.
  • the number 103A and the number 103B represent the current flowing through the cross section of the electrical conductor and its direction.
  • the number 301 is a power cable with two conductors.
  • Figure 5/18 shows the same two conductors of Figure 4/18 (belonging to the same cable), but with the currents circulating in opposite directions.
  • the magnetic fields (104A and 104B) can also be seen in opposite directions.
  • the number 101A and the number 101B represent the electrical conductors of the cable.
  • the number 102A and the number 102B represent the cross section of the electrical conductor.
  • the number 103A and the number 103B represent the current flowing through the cross section of the electrical conductor and its direction.
  • the number 104A and the number 104B represent the perimeter magnetic field product of the current flowing through the cross section of the electric conductor, following the convention of the right hand.
  • Figure 6/18 is a medium voltage cable, with three phases of power cables.
  • the number 601 A is the complete phase A of the power cable.
  • the number 60 IB is the complete phase B of the power cable.
  • the number 601C is the complete phase C of the power cable.
  • the number 602 is the electrical power conductor of each phase of the power cables.
  • the number 603 is a first internal semiconductor layer of each of the phases of the power cables.
  • the number 604 is the electrical insulation of each phase of the power cables.
  • the number 605 is the outer semiconductor layer of each of the phases of the power cables.
  • the number 606 is the electrostatic screen of each phase of the power cables.
  • the number 607 is the pilot cable of the medium voltage cable
  • the number 608 is the two ground cables of the medium voltage cable
  • the number 609 is the outer jacket that covers all the previous elements of the medium voltage cable.
  • Figure 7/18 is a generic representation of a three-phase system (the most common of polyphase systems).
  • the number 601 A is the complete phase A of the power cable.
  • the number 601B is the complete phase B of the power cable.
  • the number 601C is the complete phase C of the power cable.
  • the number 701 is a three-phase generator.
  • the number 702 is a three-phase load (for example the equipment that is powered by the cable).
  • the number 703 is a representation of one of the possible connections in Delta.
  • the number 704 is a representation of one of the possible connections in Estrella.
  • Figure 8/18 shows a phase of the power cable with the energy extraction device implemented.
  • the number 601 is the phase of the power cable.
  • the number 802 is the core of ferromagnetic material.
  • the number 803 is the coil.
  • the number 804 is the load. In this specific drawing, an LED is shown, but it can be any load using the energy extracted from the cable, through the core and the coil.
  • Figure 9/18 is a diagram of the different cable manufacturing processes. In all of them it is possible to implement the system of extraction of electrical energy, at the time of manufacture. The numbering of the figure corresponds to:
  • the number 1 is the Copper Wire Rod
  • the number 2 is Elaboration and Annealing
  • the number 3 is the PVC insulation process
  • the number 4a is Simple Cable Product
  • the number 4b is Multiple Cable Product
  • the number 4c is Flexible Cable Product
  • the number 4d is Flat Cable Product with two Wires
  • the number 4e is Product Power Cable
  • the number 4f is Cable Armored
  • the number 5 is PVC
  • the number 6 is the Twisted and Twisted process
  • the number 7 is the process of the outer coating layer
  • the number 8 is 7 to 61 twisted cables
  • the number 9 is Braided and configured
  • the number 10 is Core Design
  • the number l i is Steel Cable
  • the number 12 is Armored Steel Cable
  • the number 13 is XLPE (Reticulated Polyethylene)
  • Figure 10/18 is one of the phases of a medium voltage tripolar power cable, with all its layers represented schematically. This figure corresponds to a particular case that can be applied in conjunction with the energy extraction device.
  • FIG. 11/18 is a block diagram of the energy extraction device (numbers (802), (803) and (804)).
  • the load shown by connecting to the coils is a particular load of the LED type as a light emitter.
  • the new elements in this representation are:
  • the number 1101 A is one of the two terminals of the coil.
  • the number 1101B is the other of the two terminals of the coil.
  • the number 1102A is one of the two terminals of the load (led).
  • the number 1102B is the other of the two terminals of the load (led).
  • This figure corresponds to the application example and is a particular case of the application of the energy extraction device.
  • Figure 12/18 is a diagram of the energy extraction device (numbers (802), (803) and (804)), already installed in one of the phases of a three-phase power cable.
  • the load that is shown connected to the coil is a particular load: led light emitter. This figure corresponds to the application example and is a particular case of application of the energy extraction device.
  • Figure 13/18 is a diagram of the energy extraction device (numbers (802), (803) and (804)), already installed in one of the phases (number (601A) of a three-phase power cable, which in turn, it is already accompanied by the other two phases (numbers (601B) and (601C)) of the three-phase power cable without the power extraction device
  • the load (number (804)) shown connected to the coil (number (803)) is a particular load: LED light emitter This figure corresponds to the application example and is a particular case of application of the energy extraction device.
  • Figure 14/18 is a schematic of a three-phase power cable with all its components (including the outer jacket of the energy extraction system inside the cable (number (609))) and with the energy extraction device (numbers ( 802), (803) and (804)), already installed in one of the phases (number (601)) of a three-phase power cable.
  • the load that is shown connected to the coil is a particular load: led light emitter.
  • This figure corresponds to the application example and is a particular case of application of the energy extraction device.
  • the new element in this representation is:
  • the number 609 is the outer jacket of the energy extraction system inside the cable.
  • the load (number (804)) connected to the coil (number (803)) is a light-emitting LED
  • the jacket is made of translucent material, so that the light emitted from inside the cable can be seen from the outside of it.
  • Figure 15/18 is a diagram of a three-phase medium voltage cable under repair. In the figure you can see each of the layers that constitute the cable and that have to be reconstituted to carry out the repair.
  • Figure 16/18 is a diagram of a three-phase medium voltage cable under repair. In the figure you can see each of the layers that constitute the cable and that have to be reconstituted to carry out the repair.
  • Figure 16/18 is a diagram of a three-phase medium voltage cable under repair. In the figure you can see each of the layers that constitute the cable and that have to be reconstituted to carry out the repair.
  • Figure 16/18 is a diagram of a three-phase medium voltage cable under repair. In the figure you can see each of the layers that constitute the cable and that have to be reconstituted to carry out the repair.
  • Figure 16/18 is a diagram of a three-phase medium voltage cable under repair. In the figure you can see each of the layers that constitute the cable and that have to be reconstituted to carry out the repair.
  • Figure 16/18 is a diagram of
  • Figure 16/18 is a diagram of a three-phase medium voltage cable under repair. In the figure you can see each of the layers that constitute the cable and that have to be reconstituted to carry out the repair. Particularly, the reconstitution of the inner semiconductor layer (number (604)) of the cable using semiconductor tape is seen.
  • Figure 14/18 is a diagram of a three-phase medium voltage cable under repair. In the figure you can see each of the layers that constitute the cable and that have to be reconstituted to carry out the repair. Particularly, we can see the stage in which the incorporation of the energy extraction device is carried out, with all its components (iron wire number (802), copper coils number (803) and loads number (804)).
  • Figure 18/18 is a diagram of a three-phase medium voltage cable under repair. In the figure you can see each of the layers that constitute the cable and that have to be reconstituted to carry out the repair. Particularly, we can see the stage in which the incorporation of the energy extraction device is carried out, with all its components (iron wire number (802), copper coils number (803) and loads number (804)).
  • Figure 18/18 is a diagram of a three-phase medium voltage cable under repair. In the figure you can see each of the layers that constitute the cable and that have to be reconstituted to carry out the repair. Particularly, we can see the stage in which the incorporation of the
  • Figure 18/18 is a diagram of the energy extraction device (numbers (802), (803) and (804)), already installed in two of the phases of a three-phase power cable.
  • the load that is shown connected to the coil is a particular load: led light emitter.

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Abstract

Sistema de extracción de energía para iluminar cables que comprende uno o varios cables de potencia, que puede ser trifásico o monofásico y un dispositivo de extracción de energía, basado en la disposición del dispositivo de extracción de energía sobre al menos uno de los cables de potencia que comprende el cable. El dispositivo comprende: un núcleo que cumple la función de concentrar en todo su volumen, el campo magnético perimetral, es un núcleo abierto, continuo y dispuesto helicoidalmente sobre el cable de potencia. Una serie de bobinas incorporadas sobre el núcleo cada cierta distancia. En los terminales de estas bobinas se induce un voltaje. Unas cargas, asociadas y conectadas con cada bobina, siendo preferentemente unos LEDs Unos acumuladores, de acumulación de energía. También es objeto de la invención el método de fabricación del sistema, el procedimiento de reparación del sistema y el método de fabricación del dispositivo de extracción de energía.

Description

SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE ENERGÍA PARA ILUMINAR CABLES ENTRE OTROS USOS, QUE COMPRENDE UN CABLE DE PODER Y UN DISPOSITIVO DE EXTRACCIÓN DE ENERGÍA; MÉTODO DE FABRICACIÓN Y REPARACIÓN DEL MISMO.
Descripción de lo conocido en la materia.
Introducción al campo de aplicación del invento En la actualidad, ciertas industrias se han beneficiado de un alza fuerte y sostenida del precio de los productos que comercializan como resultado de su actividad. Un ejemplo de lo anterior es el caso de la explotación Minera, que desde hace un tiempo ha experimentado un incremento del precio de los minerales que se extrae como resultado de la explotación. Como consecuencia de este fenómeno, el foco de la operación ha estado últimamente en aumentar la producción para aprovechar el buen precio de estos productos. Tal es el caso de la explotación de varios minerales como el hierro, el cobre, el aluminio, la plata, el oro, etc. Para aumentar la producción y aprovechar los altos precios de los minerales es de vital importancia el buen manejo de ciertos equipos críticos. Esto es una realidad en toda industria intensiva en maquinaria y en el caso de la Minería, parte importante de la eficiencia operacionaí puede lograrse en la primera parte del proceso, llamado "Operaciones Mina". Este conjunto de operaciones contempla, entre otras etapas: (i) "perforación", en que ciertas máquinas especializadas perforan la roca; (ii) "quema" (o explosión), en que cada una de las perforaciones es cargada con explosivos. Una vez detonados estos explosivos, la roca se reduce a tamaños adecuados para ser procesados en etapas posteriores; (iii) y por último el "carguío", en que la roca es montada sobre camiones de gran tamaño gracias a la operación de la pala de carguío. En una faena minera normalmente existe aproximadamente una pala de carguío por cada 5 a 10 camiones de gran tamaño, por lo tanto, la falla de una de estas palas de carguío puede transformarse fácilmente en un cuello de botella para el total de la operación minera.
Por lo tanto, uno de los equipos críticos en la operación de una minera es la pala de carguío. Además, existen otros equipos críticos como las perforadoras o taladradoras.
En la minería subterránea las operaciones son las mismas aunque los modelos de los equipos son distintos, fundamentalmente por su altura y la estrechez de espacio disponible.
De esta forma, cualquier mejora que permita hacer más eficiente la operación de este tipo de equipos, puede traducirse en eficiencias operacionales de la faena minera vista como un todo.
Este tipo de equipos tales como la pala y algunas perforadoras, son alimentados con energía eléctrica trifásica de media tensión (8kV). Por lo tanto, también es crítico el suministro de energía que permite el correcto funcionamiento de estos equipos. La alimentación se proporciona a través de cables trifásicos aislados, flexibles, de media tensión que se encuentran dispuestos en el mismo terreno donde los equipos de gran tamaño (perforadoras, palas y camiones) circulan libre y constantemente.
El tráfico de estos equipos de gran tamaño en el mismo terreno donde están dispuestos los cables de media tensión, representa un riesgo para el suministro de energía y para la seguridad de los operadores de los equipos, ante la eventualidad de que al circular sobre los cables, causen un daño en el cable por destrucción o abrasión severa. Por otro lado, la operación minera normalmente se realiza las 24 horas del día, con lo cual hay períodos de oscuridad total. En esta condición aumentan las probabilidades de daño en el cable, ya que se dificulta su localización. Esto produce como consecuencia, la disminución de la disponibilidad del equipo, lo cual puede mermar, eventualmente, la productividad total de la operación.
Dadas estas condiciones, la factibilidad de contar con cables de alimentación eléctrica, que permitan ser localizados emitiendo luz o cualquier otra señal, pudiendo así ser localizados en la lejanía y especialmente en oscuridad, es un real aporte para lograr mayor productividad y seguridad para esta actividad industrial.
En lo sucesivo, se usará tan solo a modo de ejemplo la Minería como una industria en particular, sin que ello signifique que las aplicaciones de la presente invención estén restringidas a esta actividad.
La presente invención no se restringe solamente a la minería ni a un mineral en particular, así como tampoco a ninguna de sus formas de explotación: a rajo abierto y/o subterránea, ni tamaño: Gran Minería, Mediana Minería y/o Pequeña Minería. Tampoco a un equipo en particular, salvo a aquellos que son alimentados con energía eléctrica de baja, media y/o alta tensión. Estado del arte previo.
En la actualidad existen soluciones técnicas para ayudar a visualizar los cables con el objetivo de disminuir el daño de los mismos a raíz de los problemas generados por el tráfico de equipos de gran tamaño. De hecho, las tres soluciones conocidas hasta ahora son: a) La primera solución consiste en un cable cuya cubierta exterior contiene un pigmento fluorescente. Sin embargo, dado que el cable es de arrastre, dicha chaqueta presenta una baja durabilidad del pigmento dada la exposición directa al terreno abrasivo, al aire, al agua y a la radiación ultra violeta. Además, al ser fluorescente sólo funciona por cortos periodos de tiempo en la oscuridad. Esto se debe a que este tipo de pigmentos emiten luminiscencia por decaimiento de los electrones previamente excitados por la luz solar (generalmente pigmentos con estructuras químicas resonantes) y este tipo de procesos electroquímicos son de corta duración. b) La segunda solución es el uso de cintas reflectivas enrolladas helicoidalmente sobre la cubierta exterior del cable. Esta tecnología se puede encontrar en cables de la marca AmerCable, en su producto "cables with reflective Tiger Stripes". Sin embargo, dado que el cable es de arrastre, esta cinta queda muy expuesta a la abrasión del terreno y se destruye fácilmente. Las cintas funcionan a través de los fenómenos de refracción y reflexión de la luz externa incidente en el cable. Este fenómeno se basa en la sobrexcitación y desacoplamiento rápido de electrones en estructuras químicas resonantes, lo cual genera que la cinta brille en respuesta a la iluminación y luego deje de brillar si no se mantiene la misma. c) La tercera solución, es una mezcla de las dos soluciones expuestas previamente. Esto quiere decir que es un cable que comprende una capa fluorescente o foto luminiscente, más una capa reflectiva, ambas protegidas bajo una chaqueta de material termoplástico transparente. Esta solución presenta una mayor resistencia a la abrasión, sin embargo: (i) la capa reflectiva sólo destaca el cable en la medida que exista un rayo lumínico que incida en cierto ángulo en el cable. Si el ángulo de incidencia está fuera de ese rango, el cable no refleja la luz, quedando a oscuras de igual forma que el ambiente que lo rodea; y (ii) el efecto lumínico de la capa foto luminiscente tiene una baja intensidad y corta duración, de escasamente una hora, a pesar de haber estado expuesta durante horas a la luz del día. Estas tecnologías corresponden a las patentes N°: CL 1705-2009, PCT/IB2009/ 056024 y US 2010/0282491 Al. Entonces, es claro que la industria requiere de una solución para detectar la presencia de los cables que alimentan equipos críticos, problemática que no ha sido resuelta por las soluciones disponibles en la actualidad.
Requisitos de la solución.
Los requisitos que debe cumplir la solución, para ser un real aporte a la industria son:
(i) Que haga visible y/o detectable un cable de potencia, ya sea durante el día o en la oscuridad; a través de señales luminosas, sónicas y/o de telecomunicaciones.
(ii) Que la señal luminosa, sónica y/o de telecomunicaciones esté disponible al menos en tanto esté operando el equipo cuyo cable de alimentación se pretende destacar para su protección.
(iii) Que el sistema sea confiable al punto de que la falla de uno de sus componentes (por un corte del cable o por alguna falla interna de una parte de los componentes) no implique la falla del sistema completo.
(iv) Que resista la abrasión, así como la exposición al aire, al agua y a la radiación ultra violeta, propias del ambiente en que se usa el cable.
(v) Que no requiera ser externamente iluminado para ser visible (reflectivo).
(vi) Que la señal emitida tenga una intensidad suficiente para ser detectada, dadas las dimensiones del campo y de la maquinaria.
(vii) Que la señal emitida por el sistema tenga la menor cantidad de limitaciones en cuanto a la recepción de la señal. En caso de ser una señal luminosa, esta limitación se refiere al ángulo de visión por parte del observador. (viii) Que no requiera una fuente de energía adicional a la que ya se encuentra presente en el cable.
(ix) Que no esté conectado eléctricamente con los conductores de las fases pues, dado el alto voltaje que manejan, los aislamientos o transformadores requeridos para evitar un arco voltaico son de dimensiones inadmisibles para la operación.
(x) Que su implementación en el cable no implique un aumento considerable en sus dimensiones.
(xi) Que se restrinja a las dimensiones del cable (que esté dentro de la misma estructura). Para el caso particular del cable usado para alimentar la pala de carguío, éste debe cumplir la norma ICEA (Insula ted Cable Engineers Asociation) S-75-381-2008, parte 3.22, que limita el diámetro exterior de cables de potencia.
(xii) Que se pueda implementar en el cable de potencia, usando las técnicas de fabricación actuales y la misma maquinaria disponible en las fábricas de cables.
Una solución para tal problemática específica de la industria, requiere de una fuente confiable de energía, lo cual se logra al extraer dicha energía indirectamente (sin hacer contacto eléctrico) del mismo cable que se quiere destacar para poder detectar. De esta forma, el cable mismo se transforma en una fuente confiable y autosuficiente al menos, en tanto transporte corriente. Las fuentes de energía internas y externas presentes en un cable son:
(i) La energía eléctrica (en tanto voltaje y corriente) que transporta el cable. Para la extracción directa de energía del cable, es requisito la conexión eléctrica a al menos una de las fases del cable, pero esto tiene una serie de dificultades técnicas dado el alto voltaje (8kV): la necesidad de aislación eléctrica en la conexión y/o el uso de transformadores, hacen impracticable esta posibilidad debido a las dimensiones que se requerirían y a la falta de seguridad en la instalación.
(ii) Energía solar y lumínica que inciden a lo largo de su superficie. La energía lumínica externa, en combinación con los materiales existentes en la actualidad (uso de materiales foto luminiscentes y reflectivos por si solos o en conjunto), no entrega una solución eficaz a la problemática.
Esto es debido a que los materiales foto luminiscentes no son capaces de entregar la energía suficiente en cuanto a potencia y duración. Por otro lado, los materiales reflectivos, sólo reflejan la luz incidente, que se ve mermada por el ángulo de incidencia. Por último, ambos materiales bajan su eficacia por la opacidad producida por la abrasión en la chaqueta externa. (iii) Calor que se genera por la circulación de corriente en su interior. La corriente que circula por los cables, sólo genera una cantidad apreciable de calor cuando la densidad de corriente (A/mm2) es suficientemente alta, dadas las condiciones de ventilación del conductor en cuestión. Los cables están diseñados de manera tal que las pérdidas por calor sean despreciables, por lo cual esta fuente de energía no está realmente disponible ni es deseable.
(iv) Campo electromagnético presente por la circulación de corrientes en su interior. Esta es sin duda una fuente de energía presente en un cable monopolar (de un solo conductor). De hecho, existe documentación al respecto: "POWER LINE ENERGY HARVESTING POWER SUPPLY, US 2010/0084920 Al, con fecha Abril de 2010.
Sin embargo, los cables que se requieren iluminar y/o destacar son preferiblemente cables con más de un conductor, sin descartar los monopolares, en que las corrientes en su interior van desfasadas (cables polifásicos).
Para este tipo de cables, la situación es más compleja, por dos razones:
En primer lugar, para extraer energía de un cable con más de un conductor en su interior, debe usarse una configuración que mantenga el tamaño del cable (diámetro exterior final) dentro de un rango aceptable para la operación. La solución propuesta por la patente "POWER LINE ENERGY HARVESTING POWER SUPPLY, US 2010/0084920 Al, con fecha Abril de 2010, es impracticable dentro de un cable de más de un conductor o con un solo conductor dentro del cable, si se pretende mantener el diámetro final del cable dentro de los rangos que acepta la norma ICEA (Insulated Cable Engineers Asociation) S-75-381-2008, parte 3.22, que limita el diámetro exterior de cables de poder.
En la figura 6/18 se puede apreciar el tradicional cable de poder trifásico como el cable que alimenta una pala de carguío para la Gran Minería. Se puede ver la complejidad del cable, con varios elementos y varias capas por elemento.
En segundo lugar, para extraer energía de un cable con más de un conductor en su interior, debe considerarse la circulación de corrientes en su interior, los desfases entre las mismas y la consecuente geometría de los campos electromagnéticos generados por cada una de esas corrientes.
La circulación de corrientes en cada una de las fases del cable trifásico (desfase de 120° entre fases), genera un campo electromagnético en el perímetro exterior de este tipo de cables. Sin embargo la suma fasorial de las corrientes al interior del mismo, es nula, con lo cual el campo electromagnético generado por las tres fases en conjunto también es nulo. Por lo tanto, a primera vista, tampoco parece ser una fuente de energía viable, dado que si se incluye un núcleo con forma de toroide dispuesto perimetralmente en el exterior del cable, tendría un flujo magnético nulo en todo su volumen. En estas condiciones, no es posible extraer energía del cable a partir de una configuración como la mencionada anteriormente.
Las fuentes de energía mencionadas (energía eléctrica en tanto voltaje y corriente, energía solar y lumínica, energía calórica y energía electromagnética) se presentan de maneras que no son las más adecuadas para extraer efectivamente energía del cable. De esta forma, presentan ciertos inconvenientes para ser consideradas fuentes viables para el propósito que se quiere lograr.
La presente invención permite extraer energía eléctrica del propio cable trifásico, sin intervenir los conductores mismos, permitiendo alimentar así ciertos dispositivos que den cuenta de la presencia del cable en el terreno. Los dispositivos pueden ser diversos, tales como emisores de luz, cualquier señal sónica y/o de telecomunicaciones (radiofrecuencia GPS, etc) y alimentar ciertos dispositivos mecánicos remotos, sin restringir la extracción y aplicación de energía a estas aplicaciones.
La presente invención resuelve los problemas del arte previo, y constituye una solución real para la industria que satisface cada uno de los requisitos para detectar la presencia de cables que alimentan equipos críticos. Campos de aplicación del presente invento
Además de los campos descritos anteriormente (minería), la presente invención soluciona problemáticas en diversos otros campos. En lo sucesivo se nombrarán ciertos campos de aplicación, sin que ello signifique que éstos restrinjan las aplicaciones de la presente invención. Podemos clasificar los campos de aplicación en al menos tres categorías:
I. Localización: a. Localización de cables submarinos: el sistema de extracción de energía de cables de potencia permite alimentar eléctricamente una carga que a su vez permite localizar cables submarinos ya sea con señales luminosas, sónicas, y/o de telecomunicaciones. b. Localización de tendidos de alta tensión: el sistema de extracción de energía de cables de potencia permite alimentar eléctricamente una carga que a su vez permite, a través de señales luminosas, sónicas, y/o de telecomunicaciones, advertir a la distancia la presencia de tendidos de alta tensión. c. Localización de cables aéreos en zonas cercanas a tráfico aéreo: el sistema de extracción de energía de cables de potencia permite alimentar eléctricamente una carga que a su vez permite, a través de señales luminosas, sónicas, y/o de telecomunicaciones, advertir a la distancia la presencia de tendidos de alta tensión. I. Iluminación e Identificación mediante iluminación. a. Túneles subterráneos: el sistema de extracción de energía de cables de potencia permite alimentar eléctricamente una carga que a su vez permite identificar cables en túneles subterráneos mediante luz de diferentes colores y adicionalmente iluminar el túnel en cuestión. Adicionalmente, marcar la ruta de salida de emergencia en una red de túneles. b. Iluminación urbana y rural: el sistema de extracción de energía de cables de potencia permite alimentar eléctricamente una carga que a su vez permite iluminar zonas cercanas a las redes de distribución. c. Identificación de cables: el sistema de extracción de energía de cables de potencia permite alimentar eléctricamente una carga que a su vez permite diferenciar fases unas de otras, circuitos unos de otros e incluso cables unos de otros, que se encuentran tendidos en bandejas o ductos junto a muchos cables similares. Asimismo, el sistema permite alimentar eléctricamente una carga que a su vez permite codificar por distintas luces de colores y/o señales de telecomunicaciones, distintas tensiones, calibres de cables, orígenes o destinos de cables, etc.
d. Identificación de presencia de corriente: el sistema de extracción de energía de cables de potencia permite alimentar eléctricamente una carga que a su vez permite identificar presencia de corriente, emitiendo una señal.
III. Monitoreo de variables y/o parámetros: El sistema de extracción de energía de cables de potencia permite alimentar eléctricamente una carga (o sensor) que a su vez permita: (i) monitorear variables de operación, (ii) eventualmente almacenarlas y (iii) eventualmente transmitirlas como información. Un ejemplo de campo de aplicación es el monitoreo de variables y/o parámetros en redes de transmisión y/o distribución eléctricas.
El monitoreo de los elementos físicos y de las líneas de poder de estas redes, sobretodo fuera de una subestación eléctrica, representa un desafío considerable debido a las grandes distancias que deben ser recorridas, amén dé condiciones climáticas y ambientales adversas. Una solución para el monitoreo de estos parámetros es una red de pequeños sensores que transmitan por telecomunicación inalámbrica la información captada a una central de monitoreo.
Como ejemplo de los parámetros que son de interés monitorear en sistemas eléctricos de distribución de energía, pueden mencionarse: a. Aquellos que se encuentran fuera de una subestación eléctrica: voltaje y corriente de ciertos puntos críticos; la flecha que tiene la catenaria de un cable aéreo (distancia mínima del cable respecto de la tierra); temperatura de los cables que afecta su longitud y su conductividad; potencia; transientes y harmónicos; desfases entre corriente y voltaje (factor de potencia), distorsiones de la calidad del suministro, etc. b. Aquellos que se encuentran dentro de una subestación eléctrica: temperatura de los arrollados de los transformadores; calidad dieléctrica y cantidad (nivel) del aceite de los transformadores; temperatura de operación de los interruptores y de otros equipos, sólo por nombrar algunos.
Adicionalmente, se pueden monitorear parámetros meteorológicos y ambientales tales como presión, temperatura, velocidad de los vientos, polución, cantidad de material particulado, radiación solar, niveles de luminosidad, etc. También puede ser de interés señales de alarma para prevenir o capturar el robo de cables.
IV. Emisión de sonidos para ahuyentar animales en cables: El sistema de extracción de energía de cables de potencia permite alimentar eléctricamente una carga que a su vez permite generar sonidos audibles, subsónicos y/o ultrasónicos para ahuyentar animales tales como pájaros, roedores, insectos. Uso de acumuladores de carga:
El sistema de extracción de energía de cables de potencia permite acumular energía eléctrica en dispositivos tales como baterías, condensadores, súper condensadores, etc.
La energía almacenada es utilizada para mantener la alimentación de las cargas mencionadas en los párrafos anteriores, aun cuando no circule corriente por el conductor principal.
La duración de la alimentación desde los acumuladores a cada una de las cargas, dependerá del consumo de las cargas, de la capacidad de los acumuladores y de la relación de los tiempos de carga y descarga de cada uno de ellos. Captura de campo electromagnético
El sistema de extracción de energía de cables de potencia permite concentrar el campo magnético en el núcleo ferroso, utilizando ese campo para alimentar eléctricamente una carga que a su vez permite generar energía. El hecho de concentrar el campo magnético al interior del núcleo ferroso, permite guiar las líneas de campo, evitando su dispersión y consecuente "contaminación" hacia el ambiente lejano al cable de potencia, utilizando esa radiación para lograr un efecto útil.
Los problemas técnicos que resuelve el invento. Es parte de la técnica ya conocida las configuraciones para extraer energía eléctrica de cables monopolares o unipolares (de un solo conductor), que transportan corriente alterna, a partir de: (i) un núcleo de material ferroso, dispuesto alrededor del cable, externamente, en forma perimetral, que concentra el campo magnético y crea un circuito cerrado de flujo magnético alternante; (ii) una bobina, enrollada alrededor del núcleo ferroso, a la cual le es inducido un voltaje entre sus terminales; y (iii) una carga conectada a los terminales de cada bobina, que cierra el circuito eléctrico que extrae finalmente energía eléctrica del cable de potencia en cuestión.
Esta configuración es usada para extraer energía de cables monopolares, tal como se puede apreciar en la patente "POWER LINE ENERGY HARVESTING POWER SUPPLY, US 2010/0084920 Al, con fecha Abril de 2010.
En la figura 1/18, se puede apreciar un conductor (101), por cuya sección transversal (102), circula una corriente 103. Ésta genera un campo magnético (104) en todo su perímetro y cuya magnitud decrece linealmente a medida que se aleja del centro del conductor.
En la figura 2/18, el campo magnético es concentrado por el anillo o toroide (201), siendo éste un núcleo de material ferroso. El anillo es rodeado por varias vueltas de un alambre conductor eléctrico, normalmente de cobre. Este enrollamiento conforma la bobina (202), a la cual se le conecta una determinada carga (203).
Sin embargo, no todos los cables de alimentación de energía eléctrica, tanto para aplicaciones residenciales como industriales, son monopolares. En efecto, la gran mayoría de ellos son cables multipolares: la misma chaqueta exterior alberga más de un conductor que transporta energía eléctrica en Baja, Media o Alta Tensión. Estos cables multipolares se pueden apreciar en la figura 3/18, en corte transversal. Cable multipolar con dos conductores (301) y con tres conductores (302), en que la línea punteada externa, corresponde a la cubierta exterior, o chaqueta del cable (303). Para extraer energía de un cable con más de un conductor en su interior, debe usarse una configuración que mantenga el tamaño del cable (diámetro exterior final) dentro de un rango aceptable para la operación. La solución propuesta por la patente "POWER LINE ENERGY HARVESTING POWER SUPPLY, US 2010/0084920 Al, con fecha Abril de 2010, es impracticable dentro de un cable de más de un conductor, si se pretende mantener el diámetro final del cable dentro de ciertos rangos aceptables para la industria. Particularmente, para los cables mineros flexibles de media tensión que alimentan la pala de carguío en la gran minería, la norma que limita el diámetro exterior de esos cables es la norma ICEA (Insulated Cable Engineers Asociation) S-75-381-2008, parte 3.22.
Por otro lado, para extraer energía de un cable con más de un conductor en su interior, debe considerarse la circulación de corrientes en su interior, los desfases entre las mismas y la consecuente geometría de los campos electromagnéticos generados por cada una de esas corrientes.
El cable multipolar más simple que puede existir se puede apreciar figura 4/18: dos conductores dentro de un mismo cable. Particularmente, por este cable multipolar circulan corrientes de igual magnitud, pero en sentidos opuestos, de tal manera que la suma fasorial de las corrientes que circulan por el interior del cable es cero. Esta condición (suma fasorial nula) convierte al cable multipolar en un cable polifásico. Este caso particular se aprecia con más detalle en la figura 5/18. Las corrientes circulan en sentidos opuestos (103A y 103B), y los campos magnéticos generados por cada una de las corrientes (104A y 104B), también se oponen, anulándose.
Parte importante de los cables multipolares son polifásicos (más de una fase) y se caracterizan porque la suma fasorial de las corrientes que transportan sus conductores es igual a cero. Es decir, la suma fasorial de las corrientes que transporta el cable es nula.
Este tipo de cables polifásicos es el que se usa en la Gran Minería, para alimentar, eléctricamente, diferentes tipos de equipos y en específico las palas que cargan los camiones de gran tamaño. En particular, el cable usado se aprecia en detalle en la figura 6/18. Es un cable de media tensión, de tres fases (601A, 601B y 601C). En detalle, cada una de las fases consta de un conductor eléctrico de potencia, (602), una primera capa semiconductora interna (603), su aislación eléctrica (604), una capa semiconductora externa (605) y una pantalla electrostática (606). Adicionalmente el cable consta de un cable piloto (607) y dos cables de tierra (608) y todo recubierto por una chaqueta exterior (609).
Ahora bien, para extraer energía de este cable polifásico, el sistema expuesto en la figura 2/18 (toroide que rodea el cable, tal como el propuesto en la patente "POWER LINE ENERGY HARVESTING POWER SUPPLY, US 2010/0084920 Al, con fecha Abril de 2010), no produce ningún efecto, debido a que la suma fasorial de las corrientes circulando por los tres conductores es cero y por ello, el campo magnético en todo el volumen del toroide es nulo. Entonces no se induce ningún voltaje en la bobina y no puede extraerse energía eléctrica del cable. La figura 7/18 es una representación genérica de un sistema trifásico (el más común de los sistemas polifásicos). Para cualquiera de las posibilidades que da esta representación: Generador Trifásico (701) conectado en Delta (703) o en Estrella (704), con una Carga Trifásica (702) Balanceada o Desbalanceada, conectada en Delta (703) o en Estrella (704), la suma fasorial de las corrientes en los conductores a-A, b-B, c-C, n, es cero, con lo cual, si esos conductores pertenecen a un mismo cable, la actual técnica para extraer energía de cables monopolares (patente "POWER LINE ENERGY HARVESTING POWER SUPPLY, US 2010/0084920 Al, con fecha Abril de 2010), no funciona.
Basado en esta técnica, correspondería abrazar el cable trifásico con el núcleo por todo su perímetro exterior, con la idea de concentrar en el interior del núcleo, el campo magnético presente en el exterior del cable. Como se mencionó anteriormente, la suma fasorial de las corrientes es cero, con lo cual el campo magnético al interior del núcleo, en todo su volumen, es nulo. La presente invención permite extraer energía eléctrica del propio cable trifásico, sin intervenir los conductores mismos, permitiendo alimentar así ciertos dispositivos que den cuenta de la presencia del cable en el terreno. Los dispositivos pueden ser diversos, tales como emisores de luz, emisores de sonido y/o cualquier señal de telecomunicaciones (radiofrecuencia GPS, etc) y para alimentar ciertos dispositivos mecánicos remotos, sin restringir la extracción y aplicación de energía a estas aplicaciones.
La presente invención resuelve los problemas técnicos anteriormente expuestos, y constituye una solución real para la industria que satisface cada uno de los requisitos para detectar la presencia de cables que alimentan equipos críticos. Descripción de la invención propiamente tal.
Debe entenderse que la presente invención no está limitada a la metodología particular, compuestos, materiales, técnicas de manufactura, usos y aplicaciones aquí descritas, pues éstas pueden variar. También debe entenderse que la terminología empleada aquí es usada con el solo propósito de describir una representación particular, y no intenta limitar la perspectiva y el potencial del presente invento.
Definiremos cable de poder como a un conductor (generalmente cobre) o conjunto de conductores recubierto de un material aislante o protector.
Definiremos cable de poder trifásico como a tres cables de poder que representan a cada fase, recubiertos de capas y materiales aislantes o protectores.
Debe notarse que el uso, aquí, en el pliego de reivindicaciones y en todo el texto que el singular no excluye el plural, salvo que en el contexto claramente lo implique. Entonces, por ejemplo, la referencia a un "elemento", es una referencia a uno o más elementos e incluye formas equivalentes conocidas por quienes conocen de la materia (el arte). Similarmente, como otro ejemplo, la referencia a "un paso", "una etapa" o a "un modo", es una referencia a uno o más pasos, etapas o modos y que puede incluir sub pasos, etapas o modos, implícitos y/o sobrevinientes.
Todas las conjunciones usadas han de entenderse en su sentido menos restrictivo -más inclusivo- posible. Así, por ejemplo, la conjunción "o" debe entenderse en su sentido lógico ortodoxo, y no como un "o excluyente", salvo que el contexto o el texto expresamente lo necesite o indique. Las estructuras, materiales y/o elementos descritos han de entenderse que también se refieren a aquellos equivalentes funcionalmente y así evitar enumeraciones taxativas interminables.
Las expresiones usadas para indicar aproximaciones o conceptualizaciones deben entenderse así, salvo que el contexto mande una interpretación distinta.
Todos los nombres y términos técnicos y/o científicos aquí empleados tienen el significado común que le otorga una persona común, calificada en estas materias, salvo indicación expresa, distinta.
Los métodos, técnicas, elementos, equipos y materiales son descritos aunque métodos, técnicas, elementos, equipos y materiales similares y/o equivalentes a los descritos pueden ser usados o preferidos en la práctica y/o pruebas de la presente invención.
Las estructuras aquí descritas deben, también, entenderse que se refieren a cualquier estructura similar o funcionalmente equivalente.
Se incorporan todas las patentes y otras publicaciones como referencias, con el propósito de describir y/o informar, por ejemplo, las metodologías descritas en dichas publicaciones, que puedan resultar útiles en relación con el presente invento. Se incluyen estas publicaciones sólo por su información previa a la fecha de registro de la presente solicitud de patente. A este respecto nada debe considerarse como una admisión o aceptación, rechazo o exclusión, de que los autores y/o inventores no estén legitimados de serlo, o de estar antefechadas dichas publicaciones en virtud de otras anteriores, o por cualquier otra razón. Es campo de la presente invención es un sistema de extracción de energía que comprende cables de poder desnudos, o con su protección y/o aislados; de una o más fases; de bajo, medio o alto voltaje; y un dispositivo de extracción de energía, con sus diferentes usos.
Es campo de la presente invención un cable de poder de una o más fases que tenga incorporado un dispositivo de extracción de energía como el mencionado anteriormente y sus diferentes usos.
Es campo de la presente invención un sistema de extracción de energía de cables que también permite la acumulación de la energía extraída por medio de baterías, condensadores, súper condensadores, etc y sus diferentes usos.
Es campo de la presente invención un dispositivo de extracción de energía como el mencionado anteriormente.
Es campo de la presente invención el proceso de fabricación del sistema de extracción de energía en una o más fases que incorpora en el cable de poder el dispositivo de extracción de energía y/o el dispositivo de acumulación anteriormente mencionado y sus diferentes usos.
Es campo de la presente invención el Kit de Reparación del sistema de extracción de energía que comprende el sistema de extracción de energía, dimensionado especialmente para efectuar la reparación, de preferencia un metro y cintas especiales para sellar el sistema de extracción de energía que fue previamente preparado para reemplazar el trozo dañado de cable.
Es campo de la presente invención la reparación del sistema de extracción de energía en cables que tienen el dispositivo de extracción de energía incorporado de fábrica al cable de poder, por lo tanto que permite reparar el sistema de extracción de energía y/o el sistema de acumulación anteriormente mencionado y sus diferentes usos.
Es campo de la presente invención la reparación de cables de poder que no tienen el dispositivo de extracción de energía incorporado desde el origen, por lo tanto que permita la incorporación del sistema de extracción de energía y/o el sistema de acumulación anteriormente mencionado y sus diferentes usos. Descripción del sistema de extracción de energía.
El sistema de extracción de energía es: (i) un sistema que cosecha energía eléctrica desde una fuente de energía (el mismo cable de poder) para cualquiera de las funcionalidades que se le pretenda dar al cable de poder. (ii) un sistema que mantiene el tamaño del cable de poder (diámetro final) dentro de rangos aceptables. Para el caso particular del cable de poder usado para alimentar la pala de carguío, que cumple la norma ICEA (Insulated Cable Engineers Asociation) S-75-381-2008, parte 3.22, que limita el diámetro exterior de cables de poder de media tensión, mineros, flexibles.; (iii) un sistema que modifica mínimamente el proceso de fabricación actual de los cables polifásicos; y (iv) un sistema que usa la misma maquinaria ya instalada en las fábricas de cables de poder.
El sistema de extracción de energía comprende 2 componentes. Los dos componentes son una o más fases de un cable de poder eléctrico para extraer energía del mismo cable de poder y un dispositivo de extracción de energía.
El dispositivo de extracción de energía contempla la utilización de tres componentes básicos (1, 2, 3) y uno opcional (4): 1) Un núcleo ferroso helicoidal continuo.
2) Bobinas de cobre.
3) Cargas que son determinadas por el uso que se le quiere dar a la energía extraída por el sistema (por ejemplo, iluminación del cable, emisión de señales de telecomunicaciones, señales sonoras, etc.)
4) Acumuladores. La energía extraída del cable puede ser previamente acumulada por baterías, condensadores y/o súper condensadores antes de ser consumida por las cargas respectivas y sus diferentes usos. La figura 8/18 muestra el sistema de extracción de energía implementado en una de las fases de un cable y a modo de ejemplo se muestra con leds de iluminación como cargas en las bobinas.
Como se mencionaba anteriormente, el dispositivo de extracción de energía contempla la utilización de tres componentes básicos:
1) Núcleo: de cierto material ferroso que cumple la función de concentrar en todo su volumen, el campo magnético perimetral presente en cualquier conductor por el que circula una corriente.
La geometría de este material concentrador de campo magnético puede ser variada: cuerpo sólido, conjunto de láminas, alambres, o varios alambres de diámetro inferior.
En cuanto al material, este puede ser cualquier material ferromagnético en el entendido de que se trata de un buen conductor de campo magnético. Puede ser cualquier material conductor de un campo magnético, tales como, fierro galvanizado, fierro fundido, alambre negro, acero, algunos tipos de acero inoxidable, fierro silicoso o material afín, de preferencia fierro dulce.
El material de este núcleo es muy relevante, ya que el campo magnético creado con la sola presencia de corriente eléctrica, prefiere recorrer distancias dentro de un medio ferroso antes que dentro de un medio como el aire, por lo tanto se logra la concentración del campo y la consiguiente disminución de todas las dimensiones del sistema.
El tipo de núcleo con que cuenta el dispositivo es preferentemente un núcleo abierto, continuo, helicoidal. Se llama núcleo abierto porque tiene extremos y éstos se encuentran separados, a diferencia de un típico núcleo cerrado usado en transformadores. Se llama continuo al ser un solo elemento (alambre de hierro) dispuesto a lo largo de todo el cable eléctrico. Por último, se describe como helicoidal porque se encuentra enrollado en torno al cable, alrededor del mismo y al mismo tiempo avanzando a lo largo del mismo.
Lo anterior permite que todo el sistema (núcleo, bobinas y cargas) se comporte como un solo elemento, el dispositivo de extracción de energía. Esto posibilita su incorporación al cable al momento de su fabricación, utilizando la misma maquinaria de la que hoy disponen los fabricantes de cables, simplemente, agregando una etapa más al proceso de fabricación del cable. 2) Bobinas construidas a partir de alambre de cualquier material conductor eléctrico tal como aluminio, plata, oro, etc., que sea maleable, aislado eléctricamente, de preferencia, cobre recocido esmaltado.
Las bobinas se construyen dando cierto número de vueltas alrededor del núcleo o son prefabricadas sobre un carrete, elemento hueco (tubo), no conductor eléctrico, alrededor del cual se enrolla el alambre de cobre recocido y esmaltado. Por el centro del carrete pasa el núcleo ferroso descrito en el acápite anterior.
Las bobinas se incorporan cada cierta distancia en el núcleo. Entre los terminales de estas bobinas se induce un voltaje, producto del cambio en el campo magnético concentrado por el núcleo. La energía extraída permite alimentar eléctricamente una o más cargas que definen el uso o aplicación del sistema y sus diferentes usos. 3) Las cargas que se conectan a las bobinas, dependerán de la aplicación que se pretenda poner en funcionamiento. Algunos ejemplos, sin restringir éstos, la diversidad de cargas que se puedan conectar a las bobinas, son: leds para generar una señal lumínica, emisores de sonido, emisores de telecomunicaciones, etc.
4) Acumuladores. Las cargas pueden ser conectadas directamente a las bobinas si se requiere un funcionamiento constante de bajo consumo o bien, a través de algún dispositivo de acumulación de energía, como puede ser un condensador o una batería, si se requiere un sistema de mayor consumo y/o de uso prolongado, aun cuando haya o no haya corriente en el conductor.
Descripción del proceso de fabricación del sistema de extracción de energía de una o más fases.
Para incorporar el sistema extracción de energía a un cable de potencia polifásico se usa básicamente la misma maquinaria y procedimiento vigente en cualquier fábrica de cables eléctricos. Esta tecnología es la misma que se usa para la formación de cables, hilos y sogas y está disponible desde hace más de 50 años. En la figura 9/18 se puede apreciar el procedimiento genérico para la fabricación de distintos tipos de cables. La fuente en parte de este procedimiento esta descrito en la página de internet:
http://turnkey.taiwantrade.com.tw/en/Content.aspx?ID:=65. aunque este procedimiento no está restringido únicamente a esta fuente, ya que está ampliamente difundido por internet. Independiente del tipo de material, ya sea hilos de seda, filamentos de polyester, alambres de hierro, alambres de cobre, hilo de coser, etc., es conocida la tecnología usada para mantener juntos varios elementos delgados (respecto del diámetro final que se obtendrá) que se pretende que formen un solo nuevo elemento, formado por varios de diámetro o sección menor.
El proceso consiste en alimentar cada uno de los elementos que conforman el nuevo elemento, y a medida que se van juntando los elementos se va dando vueltas ambos (o más) elementos, torciéndolos sobre el propio eje longitudinal del conjunto, quedando todos los elementos enrollados sobre el eje longitudinal.
Después de juntarlos y torcerlos helicoidalmente, alrededor del eje longitudinal del conjunto de elementos, son enrollados en carretes u ovillos.
El proceso de torcer y enrollar puede hacerse a partir de dos o más elementos, que luego pueden pasar a ser elementos de un nuevo proceso de torcido y enrollado, y así sucesivamente hasta tener el producto final deseada, formado por tantos elementos como se requiera.
Este proceso es la base para la fabricación de cables y la incorporación del sistema propuesto para extraer energía de un cable polifásico, se ajusta perfectamente con la tecnología actual para formación de cables, hilos y sogas.
De esta manera, se detalla a continuación, y como parte de esta invención el proceso de fabricación del sistema de extracción de energía del mismo cable: 1. El primer paso en la fabricación del sistema de extracción de energía es darle el calibre (diámetro) a cada uno de los conductores que conforman el cable de poder, según su especificación. A partir de alambrones (en el caso de cable rígido) o alambres de menor diámetro (en el caso de cable flexible), cada uno de ellos originalmente en un carrete, se los agrupa en un solo conductor, compuesto por alambres que han sido agrupados y torcidos helicoidalmente, dándole al conductor, el calibre que corresponda, según la especificación del cable de poder. En la figura 10/18 se puede apreciar una fase de un cable de poder trifásico de media tensión. El conductor (602) está compuesto por 7 alambrones. Cada uno de los conductores, que en esta etapa del proceso, es sólo el conductor desnudo, se lo deja enrollado en un nuevo carrete, más grande que cualquiera de los anteriores, en que estaban cada uno de los alambres o alambrones constitutivos. 2. Para cables de poder de Baja Tensión (o bajo voltaje), a continuación, a cada uno de los conductores del cable se le agrega por extrusión la aislación necesaria para llevar a cero el campo eléctrico que genera el voltaje del cable, según su especificación. Cada uno de los conductores ya aislados quedan en un nuevo carrete.
3. Para cables de poder de Media y Alta Tensión (o voltaje), a cada una de las fases del cable de poder (figura 6/18, números (601A, 60 IB y 601C), figura 10/18, número (601)) se le agrega por extrusión cada una de las capas que controlan el campo eléctrico: capa semiconductora interna (figura 6/18, número (603) , figura 10/18, número (603)), aislación eléctrica (figura 6/18, número (604) , figura 10/18, número (604)), capa semiconductora externa (figura 6/18, número (605) , figura 10/18, número (605)), pantalla electrostática de toma a tierra (figura 6/18, número (606) , figura 10/18, número (606)). Cada uña de las fases con todas sus capas, queda en un nuevo carrete. 4. Una vez terminada la construcción de cada una de las fases del cable de poder, se incorpora físicamente el dispositivo de extracción de energía, (figura 11/18, números (802, 803 y 804), en que la carga número (804), particularmente en este esquema se trata de un led). El dispositivo con su núcleo abierto y continuo, ya tiene incorporadas cada una de las bobinas, cargas y opcionalmente, acumuladores de carga eléctrica, todo esto determinado por la especificación del cable. Esta especificación determina el tipo de bobinas (calibre del alambre esmaltado, inductancia y resistencia), la distancia entre bobinas, el tipo de carga que lleva cada una de las bobinas y el tipo de acumuladores considerados.
El dispositivo de extracción de energía se encuentra en un carrete, esperando para ser incorporados a cada una de las fases que indique la especificación del cable. Se puede recubrir el dispositivo de extracción de energía, por extrusión, de una capa de relleno y protección que haga del dispositivo de extracción de energía, un elemento de un solo diámetro en todo su largo. En caso de que las cargas de las bobinas sean elementos que emitan luz, este relleno debe ser traslúcido o transparente. Una vez incorporado el relleno, el dispositivo se enrolla en un nuevo carrete.
El dispositivo de extracción de energía, se incorpora al menos a una de las fases ya terminadas (figura 12/18, número (601)), de tal manera que el recorrido sobre el cable de poder de la fase sea helicoidal (figura 12/18, número (802)), cuidando que el paso (número de vueltas que da el dispositivo de extracción de energía alrededor de la fase en un metro de largo de la fase) sea tal que permita el funcionamiento óptimo del sistema de extracción de energía. Este paso también está determinado por la especificación del cable. Cada uno de los cables de poder de las fases con el dispositivo de extracción de energía, incorporado, se enrolla en un nuevo carrete independiente por fases. Se reúnen todas las fases con el dispositivo de extracción de energía previamente incluido (figura 6/18, números (601A, 601B y 601C)), cables de tierra (figura 6/17, número (608)) y pilotos (figura 6/18, número (607)) que conformarán el sistema de extracción de energía, habiendo estado cada uno de ellos en su propio carrete (figura 13/18, números (601A, 601B y 601C)). Todas las fases se tuercen helicoidalmente, formando un solo conjunto y se enrollan en un nuevo carrete.
A partir de todos las fases que conforman el cable, por extrusión, se le agrega la chaqueta al cable (figura 6/17, número (609), figura 14/18, número (609)), cuidando que si las cargas de las bobinas del sistema de extracción de energía son elementos que emiten luz, la chaqueta debe ser traslúcida y transparente. El sistema de extracción de energía está ya terminado y se enrolla en su carrete definitivo.
El sistema de extracción de energía puede ser cortado de cualquier longitud, con tal de que dicha* longitud sea mayor a la existente entre las bobinas instaladas en el "cable completo" y que dicho corte no destruya las bobinas o sus cargas.
Descripción del proceso de fabricación del dispositivo de extracción de energía.
El proceso de fabricación del dispositivo comprende las siguientes etapas: a.- se dispone del núcleo ferroso, el cual puede ser tan largo como se desee extraer energía del dispositivo.
b.- se introducen envolviendo, cada ciertos tramos del núcleo, las bobinas. Su cantidad dependerá de la cantidad de energía que se requiera extraer con el dispositivo. Las bobinas pueden ser enrolladas alrededor del núcleo o que ya vengan previamente armadas como pequeños resortes y sean introducidas alrededor del núcleo. c- se conectan en paralelo a las bobinas las cargas que consumirán la energía extraída por el dispositivo. (También acá las cargas pueden ser acumuladores).
d.- este dispositivo ya armado puede ser a su vez recubierto con material polimérico.
Descripción de la reparación de un sistema de extracción de . energía que posee el dispositivo de extracción de energía incorporado desde el origen.
Dentro de la reparación del sistema de extracción de energía se tienen que considerar sus dos componentes: el cable de poder y el dispositivo de extracción de energía. Para la reparación de un cable de poder considera dos principios fundamentales: (i) el cable, luego de ser reparado debe contar con las mismas características eléctricas y mecánicas de fábrica y (ii) el cable debe ser reconstituido capa por capa para contar con las mismas características eléctricas y mecánicas de fábrica.
Por otro lado, el dispositivo de extracción de energía que es materia de esta invención, cuenta con una característica muy particular. Es modular, es decir: a lo largo del cable de potencia, el conjunto de dispositivos que extraen energía (tramo de alambre de fierro, bobina y carga), funciona de tal manera que un arreglo (dispositivo) actúa en forma independiente del resto de los arreglos. Todos los arreglos pueden pertenecer a una misma unidad (al mismo alambre de fierro o núcleo ferromagnético), lo cual facilita su incorporación en el cable, pero funcionan de manera independiente unos de otros. Esto es especialmente importante frente a eventuales daños en una determinada sección del conjunto. Si el conjunto se daña en alguna sección del cable de potencia, el resto de los arreglos pueden seguir operando sin problemas. Este concepto modular facilita la reparación del cable, ya que para reparar el sistema de extracción de energía, simplemente debe agregarse un tramo de dispositivo de extracción de energía, consistente en el núcleo ferromagnético (alambre de fierro) y la correspondiente bobina, cargas y acumuladores. Este tramo puede ser incorporado en los kits comerciales de reparación de cables, haciendo muy fácil la disponibilidad de los elementos necesarios para llevar a cabo la reparación del sistema de extracción de energía.
De esta forma, el proceso de reparación de un sistema de extracción de energía que ya tiene el dispositivo de extracción de energía incorporado desde el origen es el siguiente:
1) El sistema de extracción de energía dañado debe retirarse de la operación y eventualmente cambiarse por otro que se encuentre en estado de funcionamiento óptimo.
2) Debe identificarse la zona dañada del sistema de extracción de energía que fue retirado de la operación y que pretende ser reparado.
3) Luego debe cortarse el sistema de extracción de energía, eliminando la zona dañada.
4) Luego deben retirarse cada una de las capas del sistema de extracción de energía, según las instrucciones del kit de reparación de cables que se esté usando. En términos generales, las instrucciones son tales que se retiran las capas de cada uno de los extremos del sistema de extracción de energía, de tal manera que las capas más externas deben retirarse en un largo mayor, tal como puede apreciarse en la figura 15/18. Las capas deben retirarse para posteriormente reconstituirse capa por capa con materiales y cintas especiales.
5) El sistema de extracción de energía a reparar puede considerarse como dividido en tres zonas: dos zonas que corresponden a las secciones remanentes del sistema de extracción de energía que se encuentran en buenas condiciones y una zona que es la reparación. Para las dos primeras zonas, los dispositivos de extracción de energía también se encontrarán en buenas condiciones y funcionarán en cada una de las secciones en forma independiente, por el solo hecho de volver a circular una corriente a través de la fase en que se encuentra implementado el dispositivo de extracción de energía.
) De esta forma, la incorporación del dispositivo de extracción de energía en la zona de reparación es totalmente optativo y el hecho de no incluirlo, no afectará el funcionamiento del sistema de extracción de energía en el resto del cable.
) Al trabajar dentro del sistema de extracción de energía, al retirar capa por capa, aparecerá el dispositivo de extracción de energía instalado en fábrica. Conviene retirarlo y decidir si se quiere incorpora un nuevo dispositivo de extracción de energía que funcionará independiente de los que ya están presentes en las otras secciones del cable.
) Si se decide incorporar el dispositivo de extracción de energía, en los siguientes pasos se detalla el procedimiento a seguir.
) Cada una de las capas del sistema de extracción de energía (figura 10/18) debe reconstituirse capa por capa con materiales y cintas especiales tal como se aprecia en la figura 16/18, en que se reconstituye la primera capa semiconductora del cable (número (603)), la aislación primaria (número (604)), la semiconductora externa (número (605)).
0) Una vez reconstituidas cada una de las capas más internas, se debe incorporar el dispositivo de extracción de energía. El dispositivo ya trae todos sus elementos incorporados: alambre de fierro que funciona como núcleo ferromagnético (figura 17/18 número (802)), las bobinas de cobre (figura 17/18 número (803)) y las cargas (figura 17/18 número (804)). 11) La manera de incorporar el dispositivo de extracción de energía es manualmente, enrollando helicoidalmente el alambre de fierro alrededor de cada una de las fases en que se quiera incorporar el dispositivo.
12) No es necesario hacer ningún tipo de conexión ni soldadura entre el dispositivo de extracción de energía incorporado de fábrica y el nuevo dispositivo de extracción de energía.
13) Los siguientes pasos de la reparación son idénticos a una reparación normal de un cable, que cualquier persona calificada en estas artes es capaz de realizar, en que lo restante es la incorporación de la chaqueta externa. Como las cargas del dispositivo de extracción de energía son leds emisores de luz, la chaqueta debe ser traslúcida o transparente para que la luz emitida en el interior del cable, se aprecie desde el exterior.
Descripción de la reparación de un cable de poder que no tiene el dispositivo de extracción de energía incorporado desde el origen, para incorporarlo al cable y formar así, el sistema de extracción de energía.
Los pasos a seguir para una reparación de un cable que no tiene el dispositivo de extracción de energía incorporado de fábrica son los mismos puntos del procedimiento descrito más arriba para realizar la reparación de un cable que ya tiene el dispositivo de extracción de energía incorporado desde el origen.
Características del sistema de extracción de energía propuesto.
Según las descripciones, tanto del sistema de extracción de energía en una configuración de cable polifásico, como del dispositivo de extracción de energía del cable en sí mismo, como su proceso de fabricación, su reparación e incorporación en un cable, se concluye que las características de esta invención se resumen en los siguientes puntos:
1) Es afín con los métodos actuales de fabricación de cables de potencia. Es decir, la incorporación de la tecnología en el proceso de fabricación de cualquier cable, considera el mismo equipamiento instalado actualmente en las fábricas de cables y las mismas técnicas actuales de fabricación
2) Permite mantener el tamaño del cable (diámetro exterior final) dentro de rangos aceptables para su uso.
3) Es en sí misma una fuente de energía, que requiere sólo de la misma corriente de alimentación de la maquinaria para su correcto funcionamiento.
4) El núcleo abierto helicoidal puede hacer o no hacer contacto eléctrico con los conductores sobre los cuales está enrollado y su funcionamiento es igual en una situación como en la otra, no requiriendo ninguna aislación adicional.
5) Se alimenta sólo de la energía magnética disponible en el exterior de cada una de las fases del cable de potencia, pudiendo implementarse en una o más fases.
6) Sólo requiere que por la fase implementada esté circulando una determinada cantidad de corriente. Como los cables alimentan equipos que operan prácticamente las 24 horas, a través de los cables circula corriente permanentemente, entregándole al sistema de extracción de energía, una condición de fuente permanente de energía.
7) El dispositivo es modular. Es decir: el conjunto de dispositivos que extraen energía (tramo de alambre de fierro, bobina y carga), van montados a lo largo del cable de potencia, y funcionan de tal manera que un dispositivo actúa en forma independiente del resto de los dispositivos. Todos los dispositivos pueden pertenecer a una misma unidad (al mismo alambre de fierro), lo cual facilita su incorporación al cable de poder, pero funcionan de manera independiente unos de otros. Esto es especialmente importante frente a eventuales daños en una determinada sección del sistema de extracción de energía. Si el sistema de extracción de energía se daña en alguna sección del cable de potencia, el resto de los dispositivos pueden seguir operando sin problemas.
8) Puede usarse en cables diseñados para operar en ambientes de gran solicitación mecánica. La tecnología puede incorporarse a un cable de potencia dentro de la chaqueta que lo protege, con lo cual puede usarse en ambientes "Heavy Duty" (grandes solicitaciones mecánicas de tracción, abrasión, torsión, rasgadura, bajo el agua, etc.)
Dadas estas condiciones, el sistema propuesto e implementado en un cable de poder, es un aporte importante a la industria.
Ejemplo de aplicación del sistema de extracción de energía
El ejemplo práctico de aplicación del sistema de extracción de energía es en un cable de poder tripolar minero flexible de media tensión, con el dispositivo de extracción de energía incorporado. Esto se puede ver en las figuras 10/18, 11/18, 12/18, 13/18 y 14/18. Sin embargo esto es sólo un ejemplo que no limita el uso del dispositivo de extracción de energía en otro tipo de cables de poder.
Ejemplo de aplicación del método de fabricación del sistema de extracción de energía
En cada una de estas figuras se aprecia el proceso de fabricación del sistema de extracción de energía y cómo la incorporación del dispositivo tiene lugar en una etapa específica del proceso. En lo sucesivo se describirá en detalle cada una de las figuras que representan las etapas que conforman el proceso de incorporación del dispositivo dentro del proceso de fabricación de un sistema de extracción de energía en un cable tripolar, minero, flexible, de media tensión, sin que esta aplicación particular limite el uso del dispositivo de extracción de energía en otro tipo de cables de poder
En la figura 10/18 se puede apreciar una fase de un cable de poder trifásico de media tensión. El conductor (602) está compuesto por 7 alambrones. Esta fase ya tiene incorporadas las capas correspondientes a un cable de poder que opera con voltaje de media tensión (media tensión entendida como el rango entre 2kV y 69kV). Todas estas capas cumplen con la función de controlar el campo eléctrico generado por la diferencia de potencial entre el conductor número (602) y la pantalla electrostática de toma a tierra, número (606). De esta forma, el conductor número (602) ya cuenta con el calibre (diámetro) según su especificación y con su capa semiconductora interna (figura 10/18, número (603)), aislación eléctrica primaria (figura 10/18, número (604)), capa semiconductora externa (figura 10/18, número (605)), pantalla electrostática de toma a tierra (figura 10/18, número (606)).
Cada una de las tres fases de cables de poder (números (601A), (601B) y (601C)) con todas sus capas ya incorporadas, queda cada una en un nuevo carrete, a la espera de ser trenzadas junto con las otras dos fases, el cable piloto (número (607)) y los cables de tierra (número (608)).
Una vez terminada la construcción de cada uno de los cables de poder de las fases, se incorpora físicamente el dispositivo de extracción de energía del cable a las fases independientemente. El dispositivo es un alambre de fierro (núcleo ferromagnético) muy maleable, largo y continuo (figura 11/18, número (802), que tiene incorporadas las bobinas de cobre (figura 11/18, número (804)) y las cargas (figura 11/18, número (804)). Particularmente en este esquema se trata de un led emisor de luz.
El dispositivo con su núcleo ferromagnético abierto y continuo, ya tiene incorporadas cada una de las bobinas, cargas y opcionalmente, acumuladores de carga eléctrica, todo esto determinado por la especificación del cable. Esta especificación determina el tipo de bobinas (calibre del alambre esmaltado, inductancia y resistencia), la distancia entre bobinas, el tipo de carga que lleva cada una de las bobinas y el tipo de acumuladores considerados.
El dispositivo extractor de energía (tanto el alambre de fierro (núcleo ferromagnético), con todas y cada una de las múltiples bobinas y cargas y eventualmente acumuladores, dispuestos a lo largo de todo el núcleo ferromagnético) se encuentran en un carrete, esperando para ser incorporados a cada una de las fases que indique la especificación del cable. Se puede recubrir al dispositivo de extracción de energía, por extrusión, de una capa de relleno y protección que haga del mismo un elemento de un solo diámetro en todo su largo. En caso de que las cargas de las bobinas sean elementos que emitan luz, este relleno debe ser traslúcido o transparente. Una vez incorporado el relleno, el núcleo se enrolla en un nuevo carrete.
El dispositivo de extracción de energía, se incorpora al menos a una de las fases ya terminadas (figura 12/18, número (601)), de tal manera que el recorrido sobre la fase sea helicoidal (figura 12/18, número (802)), cuidando que el paso (número de vueltas que da el dispositivo de extracción de energía, alrededor de la fase en un metro de largo de la fase) sea tal que permita el funcionamiento óptimo del sistema de extracción de energía. Este paso también está determinado por la especificación del cable. Cada una de las fases con el dispositivo de extracción de energía, incorporado, se enrolla en un nuevo carrete. Se reúnen todas las fases (con una o todas las fases con el dispositivo de extracción de energía integrado) (figura 13/18, números (601A, 601B y 601C)), y se tuercen helicoidalmente, formando un solo conjunto y se enrollan en un nuevo carrete.
A partir de todas las fases que conforman el conjunto, por extrusión, se le agrega la chaqueta al cable (figura 14/18, número (609)), cuidando que si las cargas de las bobinas del sistema de extracción de energía son elementos que emiten luz, la chaqueta debe ser traslúcida y/o transparente. El sistema de extracción de energía final ya terminado, se enrolla en su carrete definitivo.
Descripción de Figuras
Figura 1/18.
Esta figura 1/18 muestra un conductor (101) por el que circula una corriente
(103) generando un campo magnético (104).
El número 101 representa el conductor eléctrico.
El número 102 representa la sección transversal del conductor eléctrico. El número 103 representa la corriente que circula por la sección transversal del conductor eléctrico y su dirección.
El número 104 representa el campo magnético perimetral producto de la corriente que circula por la sección transversal del conductor eléctrico, siguiendo la convención de la mano derecha.
Figura 2/18
En la figura 2/18 se muestra la configuración normalmente usada para extraer energía de un conductor.
El número 201 es un anillo o toroide de material ferroso.
El número 202 la bobina. Un enrollamiento de alambre aislado.
El número 203 es una determinada carga. Figura 3/18
En la figura 3/18 se muestra la sección transversal de dos cables de poder con dos y tres conductores.
El número 301 es un cable de poder con dos conductores.
El número 302 es un cable de poder con tres conductores.
El número 303 es la chaqueta exterior de cada uno de los cables.El número 102 representa la sección transversal del conductor eléctrico. Figura 4/18
La figura 4/18 es el cable de poder multipolar más simple que puede existir: dos conductores dentro de un mismo cable.
El número 101A y el número 101B representan los conductores eléctricos del cable.
El número 102 representa la sección transversal del conductor eléctrico.
El número 103A y el número 103B representan la corriente que circula por la sección transversal del conductor eléctrico y su dirección.
El número 301 es un cable de poder con dos conductores. Figura 5/17
La figura 5/18 muestra los mismos dos conductores de la figura 4/18 (que pertenecen a un mismo cable), pero con las corrientes circulando en sentidos opuestos. Se puede apreciar también los campos magnéticos (104A y 104B) en sentidos opuestos.
El número 101A y el número 101B representan los conductores eléctricos del cable.
El número 102A y el número 102B representan la sección transversal del conductor eléctrico.
El número 103A y el número 103B representan la corriente que circula por la sección transversal del conductor eléctrico y su dirección. El número 104A y el número 104B representan el campo magnético perimetral producto de la corriente que circula por la sección transversal del conductor eléctrico, siguiendo la convención de la mano derecha. Figura 6/18
La figura 6/18 es un cable de media tensión, con tres fases de cables de poder.
El número 601 A es la fase A completa del cable de poder.
El número 60 IB es la fase B completa del cable de poder.
El número 601C es la fase C completa del cable de poder.
El número 602 es el conductor eléctrico de potencia de cada una de las fases de los cables de poder.
El número 603 es una primera capa semiconductora interna de cada una de las fases de los cables de poder.
El número 604 es la aislación eléctrica de cada una de las fases de los cables de poder.
El número 605 es la capa semiconductora externa de cada una de las fases de los cables de poder.
El número 606 es la pantalla electrostática de cada una de las fases de los cables de poder.
El número 607 es el cable piloto del cable de media tensión
El número 608 son los dos cables de tierra del cable de media tensión
El numero 609 es la chaqueta exterior que recubre todos los elementos anteriores del cable de media tensión.
Figura 7/18
La figura 7/18 es una representación genérica de un sistema trifásico (el más común de los sistemas polifásicos).
El número 601 A es la fase A completa del cable de poder.
El número 601B es la fase B completa del cable de poder.
El número 601C es la fase C completa del cable de poder. El número 701 es un generador trifásico.
El número 702 es una carga trifásica (por ejemplo el equipo que es alimentado por el cable).
El número 703 es una representación de una de las posibles conexiones en Delta.
El número 704 es una representación de una de las posibles conexiones en Estrella.
Figura 8/18
La figura 8/18 muestra una fase del cable de poder con el dispositivo de extracción de energía implementado.
El número 601 es la fase del cable de poder.
El número 802 es el núcleo de material ferromagnético.
El número 803 es la bobina.
El número 804 es la carga. En este dibujo específico, se muestra un led, pero puede ser cualquier carga de use la energía extraída del cable, a través del núcleo y la bobina.
Figura 9/18
La figura 9/18 es un diagrama de los distintos procesos de fabricación de cables. En todos ellos es posible implementar el sistema de extracción de energía eléctrica, al momento de la fabricación. La numeración de la figura corresponde a:
El número 1 es el Alambrón de Cobre
El número 2 es Elaboración y Recocido
El número 3 es el proceso de aislación con PVC
El número 4a es Producto Cable Simple
El número 4b es Producto Cable Múltiple
El número 4c es Producto Cable Flexible
El número 4d es Producto Cable Plano con dos Alambres
El número 4e es Producto Cable de poder El número 4f es Cable Blindado
El número 5 es PVC
El número 6 es el proceso de Trenzado y Torsión
El número 7 es el proceso de la capa externa de revestimiento
El número 8 es 7 a 61 cables trenzados
El número 9 es Trenzado y configurado
El número 10 es Diseño de núcleos
El número l i es Cable de Acero
El número 12 es Cable de Acero blindado
El número 13 es XLPE (Polietileno Reticulado)
El número 14 es Línea CCV
Figura 10/18
La figura 10/18 es una de las fases de un cable de poder tripolar de media tensión, con todas sus capas representadas esquemáticamente. Esta figura corresponde a un caso particular que puede ser aplicado en conjunto con el dispositivo de extracción de energía.
Figura 11/18
La figura 11/18 es un esquema conjunto del dispositivo de extracción de energía (números (802), (803) y (804)). La carga que se muestra por conectarse a las bobinas, es una carga en particular del tipo led como emisor de luz. Los elementos nuevos en esta representación son:
El número 1101 A es uno de los dos terminales de la bobina.
El número 1101B es el otro de los dos terminales de la bobina.
El número 1102A es uno de los dos terminales de la carga (led).
El número 1102B es el otro de los dos terminales de la carga (led).
Esta figura corresponde al ejemplo de aplicación y es un caso particular de la aplicación del dispositivo de extracción de energía.
Figura 12/18 La figura 12/18 es un esquema del dispositivo de extracción de energía (números (802), (803) y (804)), ya instalado en una de las fases de un cable de poder trifásico. La carga que se muestra conectada a la bobina es una carga en particular: led emisor de luz. Esta figura corresponde al ejemplo de aplicación y es un caso particular de aplicación del dispositivo de extracción de energía.
Figura 13/18
La figura 13/18 es un esquema del dispositivo de extracción de energía (números (802), (803) y (804)), ya instalado en una de las fases (número (601A) de un cable de poder trifásico, que a su vez, ya se encuentra acompañada por las otras dos fases (números (601B) y (601C)) del cable de poder trifásico sin el dispositivo de extracción de energía. La carga (número (804)) que se muestra conectada a la bobina (número (803)) es una carga en particular: led emisor de luz. Esta figura corresponde al ejemplo de aplicación y es un caso particular de aplicación del dispositivo de extracción de energía.
Figura 14/18
La figura 14/18 es un esquema de un cable trifásico de poder con todas sus componentes (incluida la chaqueta externa del sistema de extracción de energía dentro del cable(número (609))) y con el dispositivo de extracción de energía (números (802), (803) y (804)), ya instalado en una de las fases (número (601)) de un cable trifásico de poder. La carga que se muestra conectada a la bobina es una carga en particular: led emisor de luz. Esta figura corresponde al ejemplo de aplicación y es un caso particular de aplicación del dispositivo de extracción de energía. El elemento nuevo en esta representación es:
El número 609 es la chaqueta externa del sistema de extracción de energía dentro del cable. Para esta aplicación particular, en que la carga (número (804)) conectada a la bobina (número (803)) es un led emisor de luz, la chaqueta es de material traslúcido, de manera tal que la luz emitida desde el interior del cable, pueda ser vista desde el exterior del mismo. Figura 15/18
La figura 15/18 es un esquema de un cable trifásico de media tensión en reparación. En la figura se ve cada una de las capas que constituyen el cable y que tienen que ser reconstituidas para llevar a cabo la reparación. Figura 16/18
La figura 16/18 es un esquema de un cable trifásico de media tensión en reparación. En la figura se ve cada una de las capas que constituyen el cable y que tienen que ser reconstituidas para llevar a cabo la reparación. Particularmente, se ve la reconstitución de la capa semiconductora interna (número (604)) del cable usando cinta semiconductora.
Figura 17/18
La figura 14/18 es un esquema de un cable trifásico de media tensión en reparación. En la figura se ve cada una de las capas que constituyen el cable y que tienen que ser reconstituidas para llevar a cabo la reparación. Particularmente, se ve la etapa en que se lleva a cabo la incorporación del dispositivo de extracción de energía, con todas sus componentes (alambre de fierro número (802), bobinas de cobre número (803) y cargas número (804)). Figura 18/18
La figura 18/18 es un esquema del dispositivo de extracción de energía (números (802), (803) y (804)), ya instalado en dos de las fases de un cable de poder trifásico. La carga que se muestra conectada a la bobina es una carga en particular: led emisor de luz. Pruebas o demostraciones experimentales: ver Tabla 1.
Tabla 1
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Claims

REIVINDICACIONES
1. - Sistema de extracción de energía dentro del cable CARACTERIZADO porque comprende uno o varios cables de poder y un dispositivo de extracción de energía que se enrosca sobre el cable de poder individualmente.
2. - Sistema de extracción de energía dentro del cable según la reivindicación I, CARACTERIZADO porque el sistema está circunscrito al diámetro del cable.
3. - Sistema de extracción de energía dentro del cable según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el cable opcionalmente tiene o no tiene una cubierta polimérica transparente, dependiendo de su aplicación.
4. - Sistema de extracción de energía dentro del cable según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el cable de preferencia utilizado es trifásico.
5. - Sistema de extracción de energía dentro del cable según la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque el cable opcionalmente tiene o no tiene tener una cubierta polimérica transparente, dependiendo de su aplicación.
6. - Sistema de extracción de energía dentro del cable según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el cable de preferencia utilizado es monofásico.
7.- Sistema de extracción de energía dentro del cable según la reivindicación 6, CARACTERIZADO porque el cable opcionalmente tiene o no tiene que tener una cubierta polimérica transparente, dependiendo de su aplicación.
8. - Sistema de extracción de energía dentro del cable según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque comprende un cable que puede estar desnudos, protegidos y/o aislados.
9. - Sistema de extracción de energía dentro del cable según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque comprende un cable de bajo, medio o alto voltaje de preferencia de mediano voltaje.
10. - Dispositivo de extracción de energía según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque comprende un núcleo ferroso helicoidal continuo, envuelto por bobinas, a las cuales se le conectan cargas que consumen la energía extraída por el sistema y opcionalmente se pueden conectan acumuladores, o ambos.
11. - Dispositivo de extracción de energía según la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque el núcleo ferroso helicoidal continuo está fabricado en un material ferromagnético, de preferencia fierro dulce.
12. - Dispositivo de extracción de energía según la reivindicación 11, CARACTERIZADO porque el núcleo ferroso es helicoidal es preferentemente un núcleo abierto, porque tiene extremos y éstos se encuentran separados entre sí.
13. - Dispositivo de extracción de energía según la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque la bobina está fabricada en un material conductor eléctrico, aislado eléctricamente, de preferencia, cobre recocido esmaltado.
14.- Dispositivo de extracción de energía según la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque las cargas consumen la energía entregada por la bobina.
15.- Dispositivo de extracción de energía según la reivindicación 14, CARACTERIZADO porque las cargas que consumen la energía entregada por la bobina comprenden diferentes dispositivos, de preferencia luces LED.
16. - Dispositivo de extracción de energía según la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque los acumuladores retienen la energía entregada por la bobina y son capaces de liberarla aún cuando exista o no corriente en el conductor.
17. - Dispositivo de extracción de energía según la reivindicación 16, CARACTERIZADO porque los acumuladores que retienen la energía entregada por la bobina comprenden condensadores, supercondensadores y/o baterías.
18. - Dispositivo de extracción de energía según la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque se dispone en forma modular, con un número de módulos determinados por la extensión del sistema de extracción de energía a colocar.
19. - Método de fabricación del sistema de extracción de energía según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque comprende las etapas de: a) para la preparación del cable de poder se comienza dándole el calibre (diámetro) a cada uno de los conductores que conformarán el sistema, según la especificación requerida por el cliente,
b) a partir de alambrones (en el caso de cable rígido) o alambres de menor diámetro (en el caso de cable flexible), cada uno de ellos originalmente en un carrete independiente, se los agrupa en un solo conductor (602), compuesto por alambres que han sido agrupados y torcidos helicoidalmente, produciendo un conductor desnudo con un calibre específico que es enrollado en un carrete independiente.
c.l) para preparar cables de Baja Tensión (o bajo voltaje), a los conductores desnudos de calibre específico, se le agrega por extrusión la aislación para llevar a cero el campo eléctrico que genera el voltaje del cable, según su especificación y luego cada uno de los conductores con aislación son enrollados en un nuevo carrete,
c.2) para preparar cables de Media y Alta Tensión (o voltaje), que están compuestos por varias fases (601, 601A, 601B y 601C), se comienza con un conductor desnudo de calibre específico por cada fase, a cada uno de los conductores desnudos de calibre específico se le agregan por extrusión, una capa que controla el campo eléctrico; esta capa, independiente para cada conductor desnudo específico, comprende a su vez: una capa semiconductora interna (603) , una capa aislación eléctrica (604), una capa semiconductora externa (605), y una pantalla electrostática de toma a tierra (606), todo el conglomerado de capas de control del campo eléctrico y conductores desnudos forman las fases, y estas a su vez se enrollan en carretes independientes,
d) se incorpora el dispositivo de extracción de energía, al conductor con aislación o la fase según corresponda, que vienen en un carrete independiente, se enrollan de forma helicoidal envolviendo al cable, cuidando del número de vueltas que da el dispositivo de extracción de energía alrededor de la fase o conductor con aislación.
e) el dispositivo de extracción de energía en conjunto con el conductor con aislación o en su defecto una fase, pueden ser o no ser recubiertos por extrusión, con una capa de relleno y protección que produzca un elemento de un solo diámetro en todo su largo, el cual se enrolla en un nuevo carrete. f) si el cable de poder del sistema de extracción de energía comprende varias fases, se reúnen todas las fases (con una o todas las fases con el dispositivo de extracción de energía integrado), cables de tierra (608) y pilotos (607), se tuercen helicoidalmente formando un solo conjunto que es enrollado en un nuevo carrete, el cual posteriormente es recubierto por una chaqueta (609) para entregar el Sistema de extracción de energía final en un carrete aparte.
20. - Método de fabricación del sistema de extracción de energía según la reivindicación 19, CARACTERIZADO porque en las etapas e) y f) en el caso que las cargas del dispositivo de extracción de energía sean elementos que emitan luz, el relleno y la chaqueta que se incorporan al sistema, deben ser traslúcidos y/o transparentes.
21. - Método de fabricación del sistema de extracción de energía según la reivindicación 19, CARACTERIZADO porque la incorporación del dispositivo de extracción de energía en la etapa d) se realiza de forma helicoidal sobre al menos una de las fases si corresponde.
22. - Método de fabricación del sistema de extracción de energía según la reivindicación 21, CARACTERIZADO porque la incorporación del dispositivo de extracción de energía en forma helicoidal sobre al menos una de las fases, tiene que cuidar el número de vueltas que da el dispositivo de extracción de energía alrededor de la fase, determinado por la especificación del cable, aunque de preferencia en un metro a lo largo de la fase.
23.- Método de fabricación del sistema de extracción de energía según la reivindicación 20, CARACTERIZADO porque puede ser implementado en los mismos procesos que actualmente se utilizan en las fábricas de cables.
24.- Método de reparación del sistema de extracción de energía según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque para un sistema de extracción de energía que ya tiene el dispositivo de extracción de energía incorporado desde el origen y para un cable de poder que no tiene integrado el dispositivo de extracción de energía desde el origen comprende las siguientes etapas:
a. - El sistema de extracción de energía dañado debe retirarse de la operación y eventualmente cambiarse por otro que se encuentre en estado de funcionamiento óptimo;
b. - Debe identificarse la zona dañada del sistema de extracción de energía que fue retirado de la operación y que pretende ser reparado;
c- Luego debe cortarse el sistema de extracción de energía, eliminando la zona dañada;
d. - Luego deben retirarse cada una de las capas del sistema de extracción de energía, comenzando por las capas de cada uno de los extremos del sistema de extracción de energía, de tal manera que las capas más externas deben retirarse en un largo mayor, para posteriormente reconstituirse capa por capa con materiales y cintas de aislación para este propósito;
e. - El sistema de extracción de energía a reparar puede considerarse como dividido en tres zonas: dos zonas que corresponden a las secciones remanentes del sistema de extracción de energía que se encuentran en buenas condiciones y una zona de reparación; para las dos primeras zonas, los dispositivos de extracción de energía también se encuentran en buenas condiciones y funcionarán en cada una de las secciones en forma independiente, por el solo hecho de volver a circular una corriente a través de la fase en que se encuentra implementado el dispositivo de extracción de energía;
f.- De esta forma, la incorporación del dispositivo de extracción de energía en la zona de reparación es optativo y el hecho de no incluirlo, no afectará el funcionamiento del sistema de extracción de energía porque funciona modularmente;
g.- Por otro lado, si se quiere corregir la zona de reparación, al trabajar dentro del sistema de extracción de energía, se retirarán capa por capa hasta que aparezca el dispositivo de extracción de energía instalado en fábrica, luego se retira y se decide si se quiere incorpora o no un nuevo dispositivo de extracción de energía que funcionará independiente de los que ya están presentes en las otras secciones del sistema;
h. - Si se decide incorporar el dispositivo de extracción de energía se tiene que reconstituir capa por capa con materiales y cintas especiales, en que se reconstituye las capas más cercanas al conductor compuestas por una primera capa semiconductora del cable (603), la aislación primaria (604) y la semiconductora externa (605);
i. - Una vez reconstituidas cada una de las capas más internas, se debe incorporar el dispositivo de extracción de energía, enrollando helicoidalmente el alambre de fierro alrededor de cada una de las fases en que se quiera incorporar el dispositivo;
j.- los siguientes pasos es la incorporación de la chaqueta externa al sistema de extracción de energía dentro del cable.
25.- Método de fabricación del dispositivo de extracción de energía según la reivindicación 11, CARACTERIZADO porque comprende las etapas de: a. - se dispone del núcleo ferroso, el cual puede ser tan largo como se desee extraer energía del dispositivo.
b. - se introducen envolviendo, cada ciertos tramos del núcleo, las bobinas. Su cantidad dependerá de la cantidad de energía que se requiera extraer con el dispositivo. Las bobinas pueden ser enrolladas alrededor del núcleo o que ya vengan previamente armadas como pequeños resortes y sean introducidas alrededor del núcleo.
c- se conectan en paralelo a las bobinas las cargas que consumirán la energía extraída por el dispositivo. (También acá las cargas pueden ser acumuladores).
d.- este dispositivo ya armado puede ser a su vez recubierto con material polimérico.
26. - Kit de reparación del sistema de extracción de energía según la reivindicación 24 CARACTERIZADO porque comprende un trozo del sistema de extracción de energía, de preferencia un metro y cintas especiales para sellar el sistema de extracción de energía que fue previamente preparado para reemplazar el trozo dañado.
27. - Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque puede ser utilizado bajo condiciones climáticas adversas porque al estar comprendido dentro del diámetro del cable, entrega una menor área superficial para ser afectado por las condiciones ambientales.
28. - Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque puede ser utilizado en la localización de la posición del sistema.
29. - Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 28 CARACTERIZADO porque puede ser utilizado en la localización de cables submarinos, tendidos de alta tensión, cables aéreos, entre otros.
30. - Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque puede ser utilizado en la iluminación e identificación del sistema.
31.- Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 30 CARACTERIZADO porque puede ser utilizado en la iluminación e identificación de túneles subterráneos, iluminación urbana y rural, identificación de cables o fases específicas, identificación de la presencia de corriente, entre otros.
32.- Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque puede ser utilizado en la monitorización de variables del sistema.
33.- Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 32 CARACTERIZADO porque puede ser utilizado en el monitoreo de variables de operación, variables de parámetros eléctricos, variables físicas en las redes de transmisión y subestaciones, variables del ambiente, entre otros.
34.- Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque puede ser utilizado en la emisión de sonidos por parte del sistema.
35. - Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 34 CARACTERIZADO porque puede ser utilizado en la emisión de sonidos para ahuyentar pájaros, roedores o insectos, entre otros.
36. - Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque puede ser utilizado como un acumulador de carga.
37. - Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque puede ser utilizado como un capturador de campo electromagnético.
38. - Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 34 CARACTERIZADO porque puede ser utilizado como un capturador de campo electromagnético producido en los cables de poder, porque a través de las cargas se consume todo el campo magnético generado.
39.- Uso del sistema de extracción de energía según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque extrae la energía eléctrica del cable de poder, usando la energía electromagnética generada por la circulación de corriente dentro del cable de poder.
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