BRPI0609940A2

BRPI0609940A2 - acoplador indutivo para comunicações de linha de energia, tendo um elemento que provê um percurso pretendido para uma centelha para descarga para terra

Info

Publication number: BRPI0609940A2
Application number: BRPI0609940-8A
Authority: BR
Inventors: Erik S Merck
Original assignee: Ambient Corp
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2010-05-11
Also published as: MX2007014305A; CN101449345A; CA2607429A1; WO2006127460A3; WO2006127460A2; KR20080015799A; AU2006251724A1; EP1889266A2; US20100039738A1

Abstract

ACOPLADOR INDUTIVO PARA COMUNICAçõES DE LINHA DE ENERGIA, TENDO UM ELEMENTO QUE PROVE UM PERCURSO PRETENDIDO PARA UMA CENTELHA PARA DESCARGA PARA TERRA. é fornecido um acoplador indutivo para acoplar um sinal a uma linha de energia. O acoplador indutivo inclui (a) um núcleo magnético tendo uma abertura através da qual a linha de energia é roteada, (b) um enrolamento enrolado em torno de uma porção do núcleo magnético, onde o sinal é acoplado entre o enrolamento e a linha de energia através do núcleo magnético, e (c) um elemento eletricamente condutivo no exterior do acoplador indutivo que provê um percurso de ligação à terra elétrica para uma corrente de centelha.

Description

ACOPLADOR INDUTIVO PARA COMUNICAÇÕES DE LINHA DE ENERGIA,TENDO UM ELEMENTO QUE PROVE UM PERCURSO PRETENDIDO PARA UMACENTELHA PARA DESCARGA PARA TERRA

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a comunicações delinha de energia, e mais particularmente, a umaconfiguração de um acoplador de dados para comunicações delinha de energia.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

Comunicações de linha de energia (PLC) , tambémconhecidas como banda larga sobre linha de energia (BPL), éuma tecnologia e abrange transmissão de dados em altasfreqüências através de linhas de energia elétricaexistentes, isto é, condutores utilizados para transportaruma corrente de energia. Um acoplador de dados paracomunicações de linha de energia acopla um sinal de dadosentre uma linha de energia e um dispositivo de comunicaçãocomo um modem.

Um exemplo de um tal acoplador de dados é umacoplador indutivo que inclui um conjunto de núcleos, e umenrolamento enrolado em torno de uma porção dos núcleos. 0acoplador indutivo opera como um transformador, onde osnúcleos são situados em uma linha de energia de tal modoque a linha de energia sirva como um enrolamento primáriodo transformador, e o enrolamento do acoplador indutivoseja um enrolamento secundário do transformador.

Os núcleos são construídos tipicamente commateriais magnéticos, como ferritas, metal em pó, oumaterial nanocristalino. Os núcleos são eletrificados porcontato com a linha de energia e exigem isolamento a partirdo enrolamento secundário. Tipicamente, isolamento éfornecido entre os núcleos e enrolamento secundário porincorporação dos núcleos e do enrolamento secundário emmaterial eletricamente isolante, como epóxi.

Um acoplador indutivo é necessário para atenderas exigências de segurança a fim de evitar ferimento aopessoal que executa a instalação, manutenção e remoção deequipamento de comunicações. Às vezes um fenômeno podeocorrer onde a voltagem excede a capacidade de classe devoltagem de linha de utilidade. Nessa voltagem elevada, ar,água ou qualquer outra partícula sólida, liquida ou gásestranho encontrado em um ambiente externo pode atuar comopercurso condutivo permitindo uma descarga disruptiva sobrea superfície de um isolamento sólido. A indústria denominaessa ocorrência de centelha (referência: IEEE 4-1995Standard, Techniques for High Voltage Testing). Umacentelha para um condutor isolado de um acoplador indutivopode perfurar o isolamento do condutor, e/ou danificar opróprio condutor. A perfuração ou dano é considerado umafalha do acoplador indutivo, e deve ser evitado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

É fornecido um acoplador indutivo para acoplar umsinal a uma linha de energia. 0 acoplador indutivo inclui(a) um núcleo magnético tendo uma abertura através da quala linha de energia é roteada, (b) um enrolamento enroladoem torno de uma porção do núcleo magnético, onde o sinal éacoplado entre o enrolamento e a linha de energia atravésdo núcleo magnético, e (c) um elemento eletricamentecondutivo no exterior do acoplador indutivo que fornece umpercurso para terra elétrico para uma corrente de centelha.BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista tridimensional de umacoplador indutivo instalado em uma linha de energiamostrando um local pretendido para centelha para descargapara terra elétrico.

A figura 2 é uma vista em seção do acopladorindutivo da figura 1.

A figura 2A é um diagrama esquemático de umaporção do acoplador indutivo da figura 1.

A figura 3 é uma vista tridimensional de umacoplador indutivo instalado em uma linha de energia tendoum percurso pretendido para centelha para o enrolamentosecundário ligado à terra do acoplador.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Em um sistema PLC, a corrente de energia étipicamente transmitida através de uma linha de energia emuma freqüência na faixa de 50-60 hertz (Hz) . Em uma linhade baixa voltagem, a corrente de energia é transmitida comuma voltagem entre aproximadamente 90 a 600 volts, e em umalinha de voltagem média, corrente de energia é transmitidacom uma voltagem entre aproximadamente 2.400 volts e 35.000volts. A freqüência dos sinais de dados é maior ou igual aaproximadamente 1 megahertz (MHz), e a voltagem do sinalde dados varia de uma fração de um volt para algumasdezenas de volts.

A figura 1 é uma vista tridimensional de umacoplador indutivo 100 em um condutor, isto é, uma linha deenergia 120• O acoplador indutivo 100 inclui um núcleomagnético (não mostrado), e um enrolamento (vide a figura2, referência 205), enrolado em torno de uma porção donúcleo magnético. O núcleo magnético é genericamente deformato cilíndrico, tendo uma abertura do comprimento docilindro, e a linha de energia 12 0 é roteada através daabertura. O acoplador indutivo 100 opera como umtransformador, onde a linha de energia 120 serve comoenrolamento primário do transformador, e o enrolamento 205é um enrolamento secundário do transformador.

À medida que uma voltagem na linha de energia 120aumenta em magnitude com relação à ligação terra elétrica,a voltagem pode atingir uma magnitude na qual uma centelhaocorrerá entre a linha de energia 120 e uma superfície queestá em potencial terra. Se uma pluralidade de superfíciesexistir em distâncias similares a partir da linha deenergia 120, e se algumas dessas superfícies foremcondutivas e outras dessas superfícies forem não

condutivas, a centelha mais provavelmente ocorre entre alinha de energia 120 e uma das superfícies condutivas.

Um cabo ligado à terra 110 e um cabo coaxial 115se projetam para fora de um lado do acoplador indutivo 100.

Uma extremidade exposta do cabo terra 110 é fixada em umaplaca de terra (não mostrada) . O cabo coaxial 115 é paraconexão a um modem ou outro equipamento de comunicação (nãomostrado).

Uma conexão de alojamento de cabo 105A aloja caboterra 110 à medida que sai do acoplador indutivo 100. Umaconexão de alojamento de cabo 105B aloja o cabo coaxial 115à media que sai do acoplador indutivo 100. As conexões dealojamento de cabo 105A e 105B fornecem individualmente umaliberação de tensão de cabo hermético a liquido através doalojamento do acoplador indutivo 100, para o cabo ligado àterra 110 e cabo coaxial 115, respectivamente. As duasconexões de alojamento de cabo 105A e 105B são feitas de ummaterial condutivo. Como explicado abaixo, as conexões dealojamento de cabo 105A e 105B estão também em um percursopreferencial para terra elétrico para corrente de centelha.

A figura 2 é outra ilustração do acopladorindutivo 100, e mostra uma configuração de várioscomponentes internos. O acoplador indutivo 100 inclui umenrolamento 205, como mencionado acima. O enrolamento 205 éuma extensão de material condutivo, por exemplo, um fio,tendo duas extremidades, isto é, um lado de enrolamento205A e um lado de enrolamento 205B.

A figura 2A é um diagrama esquemático mostrandoconexões elétricas entre vários dos componentes do condutorindutivo 100.

O cabo coaxial 115 tem um condutor central 225,um revestimento externo condutivo, isto é, revestimento220, e uma camisa de cabo coaxial 240. A camisa de cabocoaxial 240 prove isolamento entre a conexão de alojamentode cabo 105B e revestimento 220. Uma conexão elétrica 230conecta o lado de enrolamento 205B ao condutor central 225,e uma conexão elétrica 235 conecta o lado de enrolamento205A ao revestimento 220. Desse modo, um sinal de dadospode ser acoplado entre os lados de enrolamento 205A e 205Be um dispositivo de comunicação (não mostrado) através docabo coaxial 115.

Uma camisa de cabo terra 245 prove isolamentoentre o condutor 250 e a conexão de alojamento de cabo105A, e como mencionado acima, a camisa de cabo coaxial 240prove isolamento entre a conexão de alojamento de cabo 105Be o revestimento 220. Entretanto, uma conexão elétrica 200conecta as conexões de alojamento de cabo 105A e 105B com olado do enrolamento 205A, e uma conexão elétrica 210conecta o lado de enrolamento 205A a um condutor exposto,isto é, um condutor 205, do cabo terra 110. Desse modo, asconexões de alojamento de cabo 105A e 105B sãoeletricamente ligados à terra. Se uma centelha fossedescarregar através da camisa de cabo terra 245 ou camisade cabo coaxial 240, o isolamento poderia ser danificadopela corrente de centelha. Entretanto, uma vez que asconexões de alojamento de cabo 105A e 105B são condutivas eeletricamente ligadas à terra, as conexões de alojamento decabo 105A e 105B atrairiam a corrente de centelha, eforneceriam um percurso para terra através da conexãoelétrica 200, lado de enrolamento 205A, conexão elétrica210 e cabo terra 110.

Como mencionado acima, a figura 2A é um diagramaesquemático. Como tal, a figura 2A pretende representarconexões elétricas, e não necessariamente uma modalidadefisica das conexões. Por exemplo, a conexão elétrica 200poderia estar em uma forma de uma placa metálica, e estardiretamente conectada ao cabo terra 110 em vez de ao ladode enrolamento 205A. Em qualquer caso, cada uma dasconexões de alojamento de cabo 105A e 105B, conexãoelétrica 200, lado de enrolamento 205A, conexão elétrica210 e cabo terra 100 estão em potencial terra elétrica, esão de um tamanho adequado para acomodar qualquer correnteque se espera que manipulem.

A figura 3 mostra um acoplador indutivo 300 ondeo enrolamento 205 é conectado a cabos 310 de tal modo quehá superfícies expostas 305 em um condutor conectadas aoacoplado indutivo 300. As superfícies 305, como mostrado nafigura 3, são superfícies de conectores eletricamentecondutivos situados em pontos onde o enrolamento 205 éconectado a cabos 310. Desde que os cabos 310 levem aequipamento elétrico (não mostrado) que conecta enrolamento205 à ligação à terra elétrica, superfícies eletricamentecondutivas do cabo 310, e/ou superfície exposta 305, bemcomo exposição do enrolamento 205 abaixo do isolamento deacoplador 315, podem funcionar individual ou coletivamentecomo um percurso potencial para terra elétrico paracorrente de centelha.

As técnicas descritas aqui são exemplares, e nãodevem ser interpretadas como indicando qualquer limitaçãoespecífica na presente invenção. Deve ser entendido quevárias alternativas, combinações e modificações poderiamser elaboradas por aqueles versados na técnica. A presenteinvenção pretende abranger todas essas alternativas,modificações e variâncias que estejam compreendidas noescopo das reivindicações apensas.

Claims

1. Acoplador indutivo para acoplar um sinal a umcondutor, compreendendoum núcleo magnético tendo uma abertura através daqual o condutor é roteado quando o acoplador indutivo éinstalado no condutor;um enrolamento enrolado em torno de uma porção donúcleo magnético, em que o sinal é acoplado entre oenrolamento e o condutor através do núcleo magnético; eum elemento eletricamente condutivo no exteriordo acoplador indutivo que prove um percurso à terraelétrico para uma corrente de centelha.

2. Acoplador indutivo, de acordo com areivindicação 1, compreendendo ainda uma conexão queconecta o elemento à terra elétrico.

3. Acoplador indutivo, de acordo com areivindicação 1, em que o elemento está em potencial terraelétrico.

4. Acoplador indutivo, de acordo com areivindicação 1, em que o elemento é uma conexão em umasuperfície do acoplador indutivo.

5. Acoplador indutivo, de acordo com areivindicação 1, em que o elemento é uma superfície expostaem um condutor conectado ao acoplador indutivo.

6. Acoplador indutivo para acoplar um sinal a umcondutor, compreendendoum núcleo magnético tendo uma abertura através daqual o condutor é roteado quando o acoplador indutivo éinstalado no condutor;um enrolamento enrolado em torno de uma porção donúcleo magnético, em que o sinal é acoplado entre oenrolamento e o condutor através do núcleo magnético; eum elemento em uma superfície do acopladorindutivo, em que o elemento é eletricamente condutivo, empotencial de ligação à terra elétrica, e prove um percursoà terra elétrico para uma corrente de centelha.

7. Acoplador indutivo para acoplar um sinal a umalinha de energia, compreendendoum núcleo magnético tendo uma abertura através daqual a linha de energia é roteada quando o acopladorindutivo é instalado na linha de energia;um enrolamento enrolado em torno de uma porção donúcleo magnético, em que o sinal é acoplado entre oenrolamento e a linha de energia através do núcleomagnético; eum condutor no exterior do acoplador indutivo, emque o condutor tem uma superfície exposta, está empotencial de ligação à terra elétrica, e prove um percursoà terra elétrico para uma corrente de centelha.