ES2260847T3 - Detector de corriente autoalimentado. - Google Patents
Detector de corriente autoalimentado.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UN SENSOR AUTONOMO DE CORRIENTE DE BARRAS EN PARALELO PARA GENERAR UNA SEÑAL QUE REPRESENTA CON EXACTITUD LA CORRIENTE DE UNA LINEA DE ALIMENTACION, E INCLUYE UN NUCLEO DE BOBINA DE ALIMENTACION CON UNA ABERTURA QUE SE EXTIENDE A TRAVES DEL MISMO Y UN ELEMENTO DE DETECCION DE CORRIENTE QUE INCLUYE DOS BARRAS PARALELAS DE DETECCION Y UNA BOBINA DETECTORA. LA BOBINA DETECTORA SE SITUA ENTRE LAS BARRAS DE DETECCION, Y LAS BARRAS DE DETECCION Y LA BOBINA DETECTORA SE EXTIENDEN A TRAVES DE LA ABERTURA DEL NUCLEO DE LA BOBINA DE ALIMENTACION. ENTRE LAS BARRAS DE DETECCION PUEDE TAMBIEN SITUARSE UNA BOBINA DE REFERENCIA. EL SENSOR DE CORRIENTE SE CONECTA EN SERIE EN LA LINEA DE ALIMENTACION ELECTRICA.
Description
Detector de corriente autoalimentado.
La presente invención se refiere, en general, a
la detección de corriente de líneas de alta tensión y, en
particular, a detectores de corriente autoalimentados para usarlos
en disyuntores.
Muchos sistemas y dispositivos eléctricos y
electrónicos incluyen detectores para detectar corriente en un
conductor. Por ejemplo, los sistemas de distribución de potencia
incluyen componentes como disyuntores, transformadores y líneas de
alta tensión. Un disyuntor típico incluye detectores de corriente
para identificar los transientes de la corriente de la línea de
alta tensión y controles para determinar cuándo accionar, es decir,
abrir, una derivación determinada del sistema. De forma más
específica, la línea de alta tensión transporta una corriente de
entrada de l_{entrada}. Un detector de corriente o comparador
percibe la corriente de entrada y proporciona una corriente de
salida escalonada l_{salida} que tiene una magnitud proporcional a
la corriente de entrada, aunque muchas magnitudes inferiores a
ella. La corriente de salida escalonada l_{salida} se utiliza para
identificar transientes y para determinar cuándo accionar el
sistema.
Un detector de corriente conocido, también
denominado en lo sucesivo comparador en este documento, incluye un
transformador de corriente que tiene un núcleo de un material
magnético y devanados secundarios. Cada devanado contiene un gran
número de vueltas de cable de galga fina distribuido uniformemente
alrededor del núcleo. El núcleo rodea la línea de alta tensión que
transporta la corriente de entrada l_{entrada}.
Durante el funcionamiento, un flujo magnético
alterno proveniente de la línea de alta tensión que transporta la
corriente l_{salida} es inducido en el núcleo del comparador de
corriente. Por lo tanto, en los devanados secundarios del
comparador se induce una tensión y se proporciona, por ejemplo, a un
amplificador de alta ganancia. La señal de salida del amplificador
se distribuye a un devanado de realimentación para obtener un
estado de flujo cero en el núcleo. La corriente en el devanado de
realimentación es entonces la corriente de salida escalonada
l_{salida}.
A menudo, se requiere una detección de corriente
precisa en, por ejemplo, aplicaciones de disyuntores en los que se
emplea una pantalla y una medición digital. La detección imprecisa
de corriente podría derivar, por ejemplo, en cortes de corriente
innecesarios por discrepancias de medición de carga y de potencia,
que no se desean. Aunque el detector conocido anterior proporciona
unos resultados aceptables, se desearía mejorar la precisión de
detección del detector y reducir, a su vez, su coste.
Además de una alta precisión y un bajo coste, el
tamaño físico de los detectores actuales es, a menudo, importante.
Por ejemplo, si hay que rediseñar los productos para incorporar un
nuevo detector de corriente, el coste de añadir un nuevo detector
de corriente al producto puede resultar muy caro. Preferentemente,
cualquier detector de corriente nuevo se redimensiona para que
pueda instalarse fácilmente en las unidades existentes, como los
disyuntores.
Además, puesto que muchos componentes de la red
de energía eléctrica preferentemente no se alimentan por batería,
el detector de corriente está preferentemente autoalimentado. Por lo
general, esto significa que cualquier potencia que necesite el
circuito de detección de corriente u otros componentes electrónicos
del disyuntor deberá proporcionarla la línea de alta tensión que se
esté controlando. El uso de una batería no sólo aumentaría el coste
del detector, sino que además los componentes de la red de energía
eléctrica estarían limitados a confiar en la potencia de una
batería para proporcionar respaldo en el caso de un estado de
sobrecarga de corriente que requiriera la activación del disyuntor.
Al proporcionar un detector de corriente autoalimentado, esas
desventajas añadidas podrían evitarse y lograrse una alta
fiabilidad.
La patente de EE.UU. 5.587.652 describe un
detector de corriente alterna formado por placas conductoras
situadas una frente a la otra que tienen una placa derivada y una
bobina detectora para detectar cambios del flujo magnético en los
campos magnéticos alrededor de las placas conductoras.
Sería deseable proporcionar un detector de
corriente redimensionado para que se pueda utilizar en unidades
existentes, como disyuntores. Dicho detector de corriente deberá
proporcionar también una alta precisión, para detectar la corriente
de una línea de alta tensión y estar preferentemente
autoalimentado.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona un detector de corriente de barras
paralelas autoalimentado para detectar corriente de un generador de
corriente de línea, comprendiendo dicho detector de corriente por
barras:
un núcleo de bobina de potencia que tiene una
abertura del núcleo de bobina de potencia que se extiende a través
de ella y se caracteriza por:
un elemento detector de corriente que comprende
dos barras detectoras sustancialmente paralelas y una bobina
detectora, cada una de dichas barras detectoras con un primer
extremo conectado eléctricamente el uno con el otro y un segundo
extremo conectado eléctricamente el uno con el otro, donde al menos
una de las barras detectoras se extiende a través de dicha abertura
del núcleo de la bobina de potencia, dicha bobina detectora
colocada entre dichas barras detectoras, con dicho elemento detector
de corriente adaptado para acoplarse eléctricamente a dicho
generador de una corriente de línea, dichas barras detectoras
dispuestas además con respecto a dicha bobina de potencia de modo
que la corriente que pasa a través de dichas barras detectoras de
corriente induce una tensión en dicha bobina de potencia, estando
dicha bobina de potencia acoplada eléctricamente para dar energía a
al menos un componente del circuito detector.
En un aspecto adicional, la presente invención
proporciona un procedimiento para montar un detector de corriente
para medir la corriente de un generador de línea, incluyendo el
detector un núcleo de bobina de potencia que tiene una abertura de
bobina de potencia que se extiende a través de él y un elemento
detector que incluye dos barras detectoras sustancialmente
paralelas y una bobina detectora, estando dicho procedimiento
caracterizado por las siguientes etapas:
colocar una de las barras detectoras paralelas
para que se extienda a través de la abertura de bobina de
potencia;
conectar eléctricamente un primer extremo de
cada una de dichas barras paralelas el uno con el otro;
conectar eléctricamente un segundo extremo de
cada una de dichas barras detectoras paralelas el uno con el otro
y
colocar la bobina detectora entre las barras
detectoras paralelas;
acoplar eléctricamente dicha bobina de potencia
a al menos un componente del circuito de detección para que la
corriente que pase a través de dichas barras detectoras de corriente
induzca una tensión en dicha bobina de potencia para dar energía a
al menos uno de los componentes del circuito de detección.
Un detector de corriente de barras paralelas
autoalimentado para generar una señal que representa de forma
precisa la corriente que fluye a través de una línea de alta tensión
incluye, en una forma de realización, una bobina de potencia con un
núcleo de material magnético que tiene una abertura que se extiende
a través de ella y un elemento detector de corriente. Una bobina de
potencia está envuelta o enrollada en el núcleo de la bobina de
potencia. El elemento detector de corriente incluye dos barras
detectoras y una bobina detectora. Las barras detectoras son
sustancialmente paralelas la una a la otra con la bobina detectora
dispuesta entre ellas. Las barras detectoras y la bobina detectora
se extienden a través de la abertura del núcleo de la bobina de
potencia.
Para controlar la corriente de una línea de alta
tensión, la línea de alta tensión está acoplada eléctricamente a
las barras detectoras paralelas. El campo magnético generado
entonces por la corriente de las barras paralelas induce una
tensión en la bobina detectora de energía y una corriente en la
bobina de potencia. La tensión inducida en la bobina detectora de
energía, que es proporcional a la tasa de tiempo de cambio de la
corriente en el conductor de energía, se proporciona a un circuito
de detección que genera entonces una señal de salida representativa
de la corriente del conductor de energía.
La corriente inducida en la bobina de potencia
se utiliza para dar energía a los componentes del circuito de
detección, así como a cualquier componente adicional. Por ejemplo,
la bobina de potencia puede estar conectada eléctricamente a un
rectificador de potencia y a un circuito de control que están
conectados para abastecer energía a otros componentes de la
unidad.
El detector de corriente de la invención
proporciona una señal que representa de forma precisa la corriente
de un conductor de energía y que, sin embargo, requiere poco
material y un coste de montaje bajo. Cada una de las barras
detectoras paralelas contribuye a la generación de flujo en el
núcleo de la bobina de potencia, con lo que proporciona una
generación de corriente abundante para la autoalimentación. La
bobina de potencia resguarda de forma eficaz la bobina detectora de
interferencias externas mientras que el campo generado por las
barras paralelas cambia 180 grados en una distancia corta, con lo
que genera una protección extra frente a interferencias
externas.
La Figura 1 es un diagrama esquemático eléctrico
simplificado de un detector de corriente conocido y un elemento que
transporta corriente.
La Figura 2 es una vista en sección transversal
de un detector de corriente de barras paralelas autoalimentado de
acuerdo con una forma de realización de la presente invención.
La Figura 3 es una vista en sección transversal
del detector de corriente de barras paralelas autoalimentado tomada
a través de la línea 3-3 de la Figura 2.
La Figura 4 es una vista en sección transversal
de las barras paralelas tomada a través de la línea
3-3 de la Figura 2.
La Figura 5 es una vista en sección transversal
lateral de un detector de corriente de barras paralelas
autoalimentado de acuerdo con otra forma de realización de la
presente invención.
La Figura 6 es una vista desde arriba del
detector de corriente de barras paralelas autoalimentado mostrado
en la Figura 5, tomada a lo largo de la línea
6-6.
La Figura 7 es una vista en sección transversal
lateral de las barras detectoras paralelas de acuerdo con otra
forma más de realización de la presente invención.
La Figura 8 es una vista parcial en sección
transversal lateral de un detector de corriente de barras paralelas
autoalimentado de acuerdo con otra forma más de realización de la
presente invención.
La Figura 9 es una vista final en sección
transversal de un detector de corriente de barras paralelas
autoalimentado de acuerdo con una forma adicional de realización de
la presente invención.
La Figura 10 es una vista en sección transversal
de una bobina detectora de energía de acuerdo con los detectores de
corriente mostrados en las Figuras 2, 5, 7 y 8.
La Figura 11 es una vista en perspectiva de la
bobina de referencia mostrada en la Figura 8.
La Figura 1 muestra un detector de corriente 20
conocido que funciona con un elemento 22 que transporta corriente.
Un núcleo 24 de material magnético está enrollado con unos primeros
devanados secundarios 26 y con unos segundos devanados secundarios
28, comprendiendo cada devanado un gran número N de vueltas de cable
de galga fina distribuido uniformemente alrededor del núcleo. El
núcleo rodea un elemento 22 que transporta corriente, que sirve como
devanado principal de una única vuelta para el detector de
corriente 20.
El detector de corriente 20 escalona una
corriente de entrada l_{entrada} detectando corriente
l_{entrada} en un elemento 22 que transporta corriente y que
proporciona una corriente de salida totalmente escalonada o señal
l_{salida} que tiene una magnitud proporcional a la corriente de
entrada l_{entrada}, pero muchas magnitudes inferiores a ella. De
forma más particular, un flujo magnético alterno del elemento 22 que
transporta corriente se induce en el núcleo 24. Por lo tanto, se
induce una tensión en un devanado 26 para generar una señal de
entrada que se proporciona a terminales de entrada negativos (-) y
positivos (+) de un amplificador 34 diferencial de una alta
ganancia.
Un terminal 36 de salida de un amplificador 34
está conectado a un extremo de un devanado secundario 28, que
funciona como una compensación o devanado de realimentación. Una
corriente de salida l_{salida} desde un amplificador 34 se
proporciona a través de un devanado 28 hasta un terminal 40 de
salida. La dirección de la corriente del devanado 28 es tal que se
induce un flujo de compensación desde el devanado 28 en el núcleo
24 que reduce el flujo alterno en el núcleo 24 hacia cero. Un
detector de corriente 20 y un amplificador 34 funcionan
dinámicamente para mantener el flujo magnético alterno en el núcleo
24 a un nivel muy bajo próximo a cero. Como resultado, las
amperio-vueltas magnetizantes que son el resultado
de la corriente l_{entrada} medida o detectada en el devanado
principal de una única vuelta (formado por el elemento 22 que
transporta corriente) del núcleo 24 se compensan con las
amperio-vueltas magnetizantes que resultan de la
corriente l_{salida} del devanado secundario 28 de N vueltas.
Puesto que las amperio-vueltas del transformador son
iguales, o están compensadas, entonces:
(1a)N*l_{salida}=l_{entrada}*1
(1b)l_{salida}=\frac{l2}{N}
La señal de salida l_{salida} del detector de
corriente 20 es así una versión escalonada de la corriente alterna
de entrada l_{entrada} donde el factor de desmultiplicación de
impulsos es el producto de dos factores de escala independientes
determinados por un número de vueltas N en el devanado de entrada o
secundario 28.
La Figura 2 ilustra un detector 50 de corriente
de barras paralelas autoalimentado de acuerdo con una forma de
realización de la invención. Un detector 50 de corriente incluye un
núcleo de una bobina 52 de energía de un material magnético con una
abertura 54 del núcleo de la bobina de potencia que se extiende a
través de él y un elemento 56 detector de corriente. El núcleo 52
de la bobina de potencia incluye núcleos en C 58A y 58B
independientes (sólo puede verse el núcleo en C 58A en la Figura 2)
sujetos con bandas de aluminio o de otro material no magnético (no
se muestran). Los núcleos en C 58A y 58B están formados, por
ejemplo, de una pluralidad de láminas de hierro y se extienden a
través de orificios longitudinales 60 en carretes 62 de bobina de
potencia. Los devanados de energía 64 se muestran en carretes 62 de
bobinas de potencia que forman una bobina de potencia. Los carretes
62 de bobina de potencia están formadas de material aislante
eléctricamente, como el plástico.
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El elemento 56 detector de corriente incluye dos
barras 66 y 68 detectoras y dos bobinas detectoras 70A y 70B (en la
Figura 2 sólo se muestra la bobina detectora 70A). La barra 66
detectora tiene un primer y un segundo extremo 72A y 72B,
respectivamente, y una parte intermedia 72C que se extiende entre
ambos. De modo similar, la barra 68 detectora tiene un primer y un
segundo extremo 74A y 74B, respectivamente, y una parte intermedia
74C que se extiende entre ambos. Un elemento 56 detector de
corriente está configurado de forma que las barras 66 y 68
detectoras son sustancialmente paralelas la una a la otra con
bobinas detectoras 70A y 70B dispuestas entre las partes
intermedias 72C y 74C de las barras 66 y 68, respectivamente. De
forma similar, las bobinas detectoras 70A y 70B son sustancialmente
paralelas la una a la otra.
Las barras 66 y 68 detectoras y las bobinas
detectoras 70Ay 70B se extienden a través de la abertura 54 del
núcleo de la bobina de potencia. Los primeros extremos respectivos
72A y 74A de las barras 66 y 68 están conectados eléctricamente a
una barra conductora 76 y los segundos extremos respectivos 72B y
74B de las barras 66 y 68 están conectados eléctricamente a una
barra conductora 78. Cada barra conductora 76 y 78 también está
conectada a, por ejemplo, un conductor respectivo de una línea de
alta tensión (no se muestra en la Figura 2) de modo que la
combinación paralela de las barras 66 y 68 están eléctricamente en
serie con la línea de alta tensión. Como consecuencia, una barra
conductora 78 suministra una corriente de entrada l_{entrada}
desde la línea de alta tensión al detector 50 de corriente,
mientras que la barra conductora 76 devuelve una corriente de
salida l_{salida} desde el detector de corriente a la línea de
alta tensión. El elemento 56 detector sirve así de devanado
principal para el detector 50 de corriente.
Como puede verse en la Figura 3, se muestra una
pila de láminas de núcleos en C de acero que forman los núcleos en
C 58A y 58B que se extienden a través de los orificios 60 en
carretes 62 de bobina de corriente. Las láminas de núcleos en C 58A
y 58B están fijas unas a otras con bandas de aluminio o de otro
material no magnético. Las bobinas detectoras 70A y 70B están
colocadas entre las barras 66 y 68. Las bobinas 70A y 70B están
soportadas, por ejemplo, por un extremo de plástico (no mostrado)
que se bloquea contra el núcleo 52 de la bobina de potencia.
La Figura 4 es una vista en sección transversal
de barras 66 y 68 paralelas y unas bobinas detectoras 70A y 70B
tomada a través de las línea 3-3 de la Figura 2. La
corriente de las barras 66 y 68 genera unos campos magnéticos
B_{1} y B_{2}, respectivamente. Los campos magnéticos B_{1} y
B_{2} se combinan para generar campos magnéticos verticales
B_{vert} sustancialmente opuestos que son sustancialmente
proporcionales a la corriente de entrada I_{entrada}. Se producen
tensiones de polaridad opuesta en las bobinas detectoras 70A y 70B
puesto que los campos magnéticos B_{vert} se dirigen
sustancialmente hacia lados opuestos el uno del otro. En
consecuencia, las bobinas detectoras 70A y 70B están conectadas en
una configuración sustractiva en serie para que las tensiones de
polaridad opuesta generen una tensión más grande que la que se
obtendría con una única bobina detectora, es decir, 70A o 70B, que
está situada en cualquier mitad del elemento detector.
Para controlar la corriente de una línea de alta
tensión con un detector 50 de corriente, la línea de alta tensión
está acoplada eléctricamente a unas barras conductoras 76 y 78
acopladas a la línea de alta tensión de modo que el detector 50
está conectado eléctricamente en serie con la línea de alta tensión.
El campo magnético generado por la corriente de la línea de alta
tensión en las barras 66 y 68 paralelas induce una tensión en los
devanados de energía 64 (Figuras 2 y 3) y en las bobinas detectoras
de corriente 70A y 70B. La tensión inducida en las bobinas
detectoras de corriente 70A y 70B se proporciona a un circuito de
detección (no mostrado) que genera una señal de salida útil para
controlar la red de energía eléctrica. El circuito de detección
puede incluir, por ejemplo, un integrador y un amplificador
diferencial de alta ganancia, tal como el amplificador 34 mostrado
en la Figura 1.
La corriente inducida en los devanados de
energía 64 se utiliza para dar energía a los componentes del
circuito de detección. Por ejemplo, los devanados de energía 64
pueden estar conectados eléctricamente a un rectificador de
potencia y a un circuito de control, cuya salida puede estar
conectada para suministrar energía a otros componentes del
circuito.
En un detector 50 de corriente, las funciones de
detección y de autoalimentación son independientes con el fin de
facilitar una detección de corriente de alta precisión a bajo coste.
El núcleo 52 de la bobina de potencia es un núcleo saturable, que
evita la generación de sobrecargas de corriente y permite un consumo
de energía reducido por parte del disyuntor en el que puede
emplearse. Al ubicar las bobinas detectoras 70A y 70B dentro de las
barras 66 y 68 paralelas, y dentro de los núcleos en C 58A y 58B, se
minimizan el cruce magnético y el acoplamiento magnético con campos
externos.
A continuación, se describen formas de
realización alternativas de detectores de corriente autoalimentados
de acuerdo con la presente invención, incluyendo cada detector dos
barras detectoras paralelas con al menos una bobina detectora
colocada entre las barras detectoras, como se describe a
continuación. Las barras detectoras están configuradas para
conectarlas eléctricamente en serie con una línea de alta tensión
para controlar la corriente de la forma descrita anteriormente.
En la Figura 5, un detector de corriente 90
incluye un núcleo de bobina de potencia 92 de un material magnético
que tiene una abertura de núcleo de bobina 94 de energía que se
extiende a través de él y un elemento detector de corriente 96. El
núcleo de bobina de potencia 92 incluye núcleos en C 98A y 98B
independientes (en la Figura 5 sólo puede verse el núcleo en C 98A)
sujetos con bandas de aluminio o de otro material no magnético (no
se muestran). Los núcleos en C 98A y 98B están formados, por
ejemplo, por una pluralidad de láminas de hierro y se extienden a
través de orificios longitudinales 100 en bobinas de potencia 102.
Los devanados de energía 104 se muestran en bobinas de potencia 102
que forman una bobina de potencia. Las bobinas de potencia 102
están hechas de un material aislante eléctricamente, como
plástico.
El elemento detector de corriente 96 incluye dos
barras detectoras 106 y 108 que se extienden a través de una
abertura del núcleo de la bobina 94 de energía y una bobina 110
detectora. La barra 106 detectora tiene un primer extremo 112A, un
segundo extremo 112B y una parte intermedia 112C que se extiende
entre los extremos 112A y 112B. De modo similar, la barra 108
detectora tiene un primer extremo 114A, un segundo extremo 114B y
una parte intermedia 114C que se extiende entre los extremos 114A y
114B. El elemento detector de corriente 96 está configurado de
forma que las barras detectoras 106 y 108 están conectadas en
paralelo la una de la otra, con una bobina 110 detectora colocada
entre las partes intermedias 112C y 114C de las barras 106 y 108,
respectivamente. Los primeros extremos respectivos 112A y 114A y los
segundos extremos respectivos 112B y 114B de las barras detectoras
106 y 108 están conectados eléctricamente de modo que las partes
intermedias 112C y 114C de las barras detectoras 106 y 108 son
sustancialmente paralelas la una a la otra. Las barras detectoras
106 y 108 pueden estar formadas, por ejemplo, de un material plano
que se dobla o extrude a una forma deseada, y está fijada de forma
adecuada, por ejemplo, con bandas de aluminio 116, en sus extremos
respectivos 112A, 114A, 112B y 114B.
Una bobina 110 detectora está soportada, por
ejemplo, por una pieza aislante (no mostrada) acoplada a un núcleo
de potencia 92. Los primeros extremos 112A y 114A de las barras 106
y 108 están conectados eléctricamente a una barra conductora 118A y
unos segundos extremos 112B y 114B de las barras 106 y 108 están
conectadas de un modo similar a otra barra conductora 118B (no se
muestra en la Figura 5), conectada eléctricamente a la línea de
alta tensión. Una barras conductoras 118A y 118B están conectadas a,
por ejemplo, una línea de alta tensión (no se muestra en la Figura
5) de modo que la combinación paralela de las barras 106 y 108 está
conectada eléctricamente en serie con la línea de alta tensión. El
elemento detector 96 sirve así de devanado principal al detector de
corriente 90.
La Figura 6 es una vista desde arriba del
detector de corriente 90 de barras paralelas autoalimentado, tomada
a lo largo de la línea 6-6 de la Figura 5. Como se
muestra, las barras conductoras sustancialmente paralelas 118A y
118B están conectadas a los extremos respectivos 112A y 112B de una
barra 106 detectora que se extiende a través de una abertura de un
núcleo de bobina 94 de energía. La barra 108 detectora (no se
muestra en la Figura 6) está fijada de modo similar a unas barras
conductoras 118A y 118B y se extiende a través de la abertura de
una bobina 94 de
energía.
energía.
Para controlar la corriente de una línea de alta
tensión con un detector de corriente 90, la línea de alta tensión
está acoplada eléctricamente a unas barras conductoras 118A y 118B
de modo que el detector 50 está conectado eléctricamente en serie
con la línea de alta tensión. El campo magnético generado por la
corriente de las barras paralelas 106 y 108, mostradas en la Figura
5, induce una tensión en los devanados de energía 104 y en una
bobina 110 detectora de energía. La tensión inducida en la bobina
110 detectora de energía se proporciona a un circuito de detección
(no mostrado) que genera una señal de salida que puede utilizarse
para controlar la red de energía eléctrica. El circuito de
detección puede incluir, por ejemplo, un integrador y un
amplificador diferencial de alta ganancia, como el amplificador 34
mostrado en la Figura 1.
En el detector de corriente 90, como en el
detector 50 de corriente, las funciones de detección y de
autoalimentación son independientes con el fin de facilitar una
detección de corriente de alta precisión a bajo coste. El núcleo de
la bobina de potencia 92 es un núcleo saturable, que evita la
generación de sobrecargas de corriente y permite un consumo de
energía reducido por parte del disyuntor en el que puede emplearse.
Al ubicar una bobina 110 detectora dentro de las barras paralelas
106 y 108, y dentro de los núcleos en C 98A y 98B, se minimizan el
cruce magnético y el acoplamiento magnético con campos externos.
La Figura 7 ilustra otra forma de realización de
la invención en la que una barra 120 detectora tiene un primer
extremo 124A, un segundo extremo 124B y una parte intermedia 124C
que se extiende entre los extremos 124A y 124B, y otra barra 122
detectora tiene un primer extremo 126A, un segundo extremo 126B y
una parte intermedia 126C que se extiende entre los extremos 126A y
126B. Los primeros extremos respectivos 124A y 126A y los segundos
extremos respectivos 124B y 126B de las barras detectoras 120 y 122
están conectados eléctricamente de modo que las partes intermedias
124C y 126C de las barras detectoras 120 y 122 son sustancialmente
paralelas con un espacio de separación 128 que hay entre ellas.
Bandas no magnéticas 130, tales como bandas de aluminio, conectan
los extremos respectivos 124A, 126A, 124B y 126B. El espacio de
separación 128 está redimensionado para que pueda colocarse una
bobina detectora (no se muestra en la Figura 7) entre las partes
intermedias 124C y 126C de las barras detectoras 120 y 122.
La Figura 8 ilustra un detector de corriente de
barras paralelas autoalimentado 140 de acuerdo con otra forma más
de realización de la invención. Un detector de corriente 140 incluye
un núcleo de bobina de potencia 142 de un material magnético con
una abertura del núcleo de la bobina de potencia 144 que se extiende
a través de él y un elemento detector de corriente 146. El núcleo
de la bobina de potencia 142 incluye núcleos en C independientes
148A y 148B (en la Figura 8 sólo puede verse el núcleo en C 148A)
sujetos con bandas de aluminio o de otro material no magnético (no
se muestran). Los núcleos en C 148A y 148B pueden estar formados de
una pluralidad de láminas de hierro y extenderse a través de
orificios longitudinales 150 en carretes 152 de bobinas de
potencia. Los devanados de energía 154 de carretes 152 de bobinas de
potencia forman una bobina de potencia. Las bobinas de potencia 152
están hechas de material aislante eléctricamente, como plástico.
El elemento detector de corriente 146 incluye
dos barras 156 y 158 detectoras y una bobina detectora 160. La
barra 156 detectora tiene un primer extremo 162A, un segundo extremo
162B y una parte intermedia 162C que se extiende entre los extremos
162A y 162B. De modo similar, la barra 158 detectora tiene un primer
extremo 164A, un segundo extremo 164B y una parte intermedia 164C
que se extiende entre los extremos 164A y 164B. Las barras 156 y
158 detectoras son sustancialmente paralelas la una a la otra con
una bobina detectora 160 colocada entre las partes intermedias 162C
y 164C de las barras 156 y 158, respectivamente y están sujetas por
una pieza de plástico u otra pieza aislante eléctricamente.
Una barra 158 detectora, pero sin barra 156
detectora, se extiende a través de una abertura de un núcleo de
bobina de potencia 144. Por lo tanto, las barras 156 y 158
detectoras funcionan como divisores de corriente con una barra 158
detectora que actúa como derivación de corriente. Los primeros
extremos 162A y 164A de una barra 156 detectora están conectados
eléctricamente y unos segundos extremos 162B y 164B de una barra 158
detectora están conectados eléctricamente de modo que las partes
intermedias 162C y 164C de unas barras 156 y 158 detectoras están
conectadas en paralelo. Bandas de aluminio o de otro material no
magnético 166 conectan los respectivos extremos 162A y 164A, y 162B
y 164B.
Los primeros extremos respectivos 162A y 164A de
las barras 156 y 158 están conectados eléctricamente a una barra
168 conductora y los segundos extremos respectivos 162B y 164B de
las barras conductoras 156 y 158 están conectados a otra barra
conductora (no se muestra en la Figura 8). Cada barra conductora
está conectada a una línea de alta tensión de modo que la
combinación paralela de las barras 156 y 158 está conectada
eléctricamente en serie con la línea de alta tensión. Un detector
de corriente 140 actúa así como divisor de corriente, con una barra
156 detectora que sirve de devanado principal para el detector de
corriente 140, y es más pequeño, y requiere menos consumo de
energía que los detectores de corriente descritos anteriormente.
La Figura 9 es una vista final en sección
transversal de otra forma más de realización de un detector de
corriente de barras paralelas autoalimentado 170, e incluye un
núcleo de bobina de potencia 172 de un material magnético con una
abertura del núcleo de la bobina de potencia 174 que se extiende a
través de él y un elemento detector de corriente 176. El núcleo de
la bobina de potencia 172 incluye núcleos en C independientes 178A y
178B sujetos con bandas de aluminio (no se muestran) o de otro
material no magnético. Los núcleos en C 178A y 178B están formados,
por ejemplo, de una pluralidad de láminas de hierro y se extienden a
través de orificios longitudinales 180 en bobinas de potencia 182.
Los devanados de energía 184 de bobinas de potencia 182 forman una
bobina de potencia. Las bobinas de potencia 182 están hechas de un
material aislante eléctricamente, como el plástico.
El elemento detector de corriente 176 incluye
dos barras detectoras 186 y 188 y dos bobinas detectoras 190 y 192.
La bobina detectora 190 se denominará en lo sucesivo bobina de
referencia en este documento. Una barra detectora 186 tiene un
primer extremo 194A, un segundo extremo 194B y una parte intermedia
194C que se extiende entre los extremos 194A y 194B (en la Figura 9
sólo puede verse el extremo 194A). De modo similar, una barra
detectora 188 tiene un primer extremo 196A, un segundo extremo 196B
y una parte intermedia 196C que se extiende entre los extremos 196A
y 196B (en la Figura 9 sólo puede verse el extremo 196A). Las barras
detectoras 186 y 188 son sustancialmente paralelas la una a la
otra, con una bobina detectora 190 y una bobina de referencia 192
colocadas entre las barras 186 y 188, respectivamente.
Las barras detectoras 186 y 188, una bobina
detectora 190 y una bobina de referencia 192 se extienden a través
de la abertura del núcleo de la bobina de potencia 174. Los primeros
extremos respectivos 194A y 196A de las barras 186 y 188 están
conectados eléctricamente a una barra conductora 198, que está
conectada eléctricamente a, por ejemplo, una línea de alta tensión
(no se muestra en la Figura 9). Los segundos extremos respectivos
de las barras 186 y 188 están conectados de forma similar a otra
barra conductora (no se muestra en la Figura 9) que también está
conectada eléctricamente a la línea de alta tensión. Las barras
detectoras 186 y 188 están así conectadas en paralelo, y la
combinación paralela de las barras detectoras está conectada
eléctricamente en serie a la línea de alta tensión. El elemento
detector de corriente 176 sirve así de devanado principal para el
detector de corriente 170.
Los núcleos en C 178A y 178B están sujetos con
bandas de aluminio u otro material no magnético. La bobina
detectora 190 está sostenida, por ejemplo, por un material aislante
eléctricamente, como el plástico, y la bobina de referencia 192
está sostenida de forma similar, por ejemplo, por un soporte de
plástico (no se muestra en la
Figura 9).
Figura 9).
La Figura 10 es una vista en sección transversal
de una bobina de referencia 190, que puede utilizarse con
cualquiera de los detectores de corriente descritos anteriormente.
La bobina de referencia 190 constituye una unidad de una parte de
una bobina detectora 202, una parte de una bobina de realimentación
204 y una bobina detectora 206. La parte de la bobina detectora 202
y la parte de la bobina de realimentación 204 están enrolladas en
la bobina detectora 206, de modo que la parte de la bobina de
realimentación 204 se encuentra entre la bobina detectora 206 y la
parte de la bobina detectora 202. La bobina detectora 206 está hecha
de un material aislante eléctricamente, como el plástico, y tiene
una longitud, L, un ancho, W y un grosor T.
La Figura 11 es una vista en perspectiva de una
bobina detectora 192, de acuerdo con una forma de realización de la
invención, en la que la bobina detectora está enrollada en una
bobina 208 que tiene una longitud, L, un ancho, W y un grosor T. La
bobina 208 está hecha de un material aislante eléctricamente, como
el plástico.
Para controlar la corriente de una línea de alta
tensión con un detector de corriente 170 (Figura 9), la línea de
alta tensión está acoplada eléctricamente a unas barras paralelas
186 y 188 de modo que el detector 170 está conectado eléctricamente
en serie con la línea de alta tensión. El campo magnético generado
por la corriente de barras paralelas 186 y 188 induce una tensión
en los devanados de energía 184, en una bobina detectora de energía
192 y en una bobina de referencia 190. Las tensiones inducidas en
una bobina detectora de energía 192 y una bobina de referencia 190
se distribuyen a un circuito de detección activo (no mostrado) que
genera una señal de salida que puede utilizarse para controlar la
red de energía eléctrica. El circuito de detección puede incluir,
por ejemplo, un amplificador diferencial de alta ganancia, tal como
el amplificador 34 mostrado en la Figura 1.
La corriente inducida en los devanados de
energía 184 se utiliza para dar energía a los componentes del
circuito de detección. Por ejemplo, los devanados de energía 184
pueden estar conectados eléctricamente a un rectificador de
potencia y a un circuito de control, cuya salida puede estar
conectada para suministrar energía a otros componentes del
circuito.
Mientras que sólo se han mostrado y descrito
determinadas funciones preferidas de la invención, a los expertos
en la materia se les ocurrirán muchas modificaciones y cambios.
Claims (8)
1. Un detector (50) de corriente de barras
paralelas autoalimentado para detectar corriente de un generador de
corriente de línea, comprendiendo dicho detector de corriente de
barras:
un núcleo (52) de bobina de potencia que tiene
una abertura (54) de núcleo de bobina de potencia que se extiende a
través de él, caracterizado por:
un elemento (56) detector de corriente que
comprende dos barras (66, 68) detectoras sustancialmente paralelas
y una bobina detectora (70A, 70B), cada una de dichas barras (66,
68) detectoras con un primer extremo (72A, 74A) conectado
eléctricamente el uno al otro y un segundo extremo (72B, 74B)
conectado eléctricamente el uno al otro, extendiéndose al menos una
de las barras detectoras a través de dicha abertura (54) del núcleo
de la bobina detectora, dicha bobina detectora (70A, 70B) colocada
entre dichas barras detectoras, dicho elemento detector de
corriente (56) adaptado para acoplarse eléctricamente a dicho
generador de corriente de línea, dichas barras detectoras
dispuestas, además, con respecto a dicha bobina de potencia de modo
que la corriente que pasa a través de dichas barras detectoras de
corriente induce una tensión en dicha bobina de potencia, estando
dicha bobina de potencia acoplada eléctricamente para dar energía al
menos a un componente del circuito de detección.
2. Un detector de corriente de barras paralelas
autoalimentado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada
una de dichas barras (66, 68) detectoras se extiende a través de
dicha abertura (54) del núcleo de la bobina de potencia.
3. Un detector de corriente de barras paralelas
autoalimentado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho
núcleo (52) de la bobina de potencia comprende además una pluralidad
de láminas.
4. Un detector de corriente de barras paralelas
autoalimentado de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicho
núcleo (52) de la bobina de potencia comprende además al menos un
carrete (62) de bobina de potencia extendiéndose una de dichas
láminas a través de dicho carrete (62).
5. Un detector de corriente de barras paralelas
autoalimentado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho
elemento detector comprende además una bobina de referencia (190),
extendiéndose dicha bobina de referencia a través de dicha abertura
adyacente a dicha bobina detectora (70A, 70B).
6. Un detector de corriente de barras paralelas
autoalimentado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha
bobina detectora (70A, 70B) comprende un conjunto que incluye una
parte de bobina detectora, una parte de bobina de realimentación y
un carrete (62) de bobina detectora, con dicha unidad enrollada
alrededor de dicho carrete (62) de bobina de modo que dicha parte
de bobina de realimentación está entre dicho carrete (62) de bobina
detectora y dicha parte de la bobina detectora.
7. Un procedimiento para montar un detector (50)
de corriente para medir la corriente de un generador de línea,
incluyendo el detector un núcleo de bobina (52) de energía con una
abertura (54) de bobina de potencia que se extiende a través de
ella y un elemento (56) detector que incluye dos barras (66, 68)
detectoras sustancialmente paralelas y una bobina detectora (70A,
70B), dicho procedimiento caracterizado por las etapas
de:
colocar una de las barras (66, 68) de detección
paralelas para que se extienda a través de la abertura (54) de la
bobina de potencia;
conectar eléctricamente un primer extremo (72A,
74A) de cada una de dichas barras paralelas el uno con el otro;
conectar eléctricamente un segundo extremo (72B,
74B) de cada una de dichas barras paralelas el uno con el otro y
colocar la bobina detectora (70A, 70B) entre las
barras detectoras paralelas;
acoplar eléctricamente dicha bobina detectora
(52) a al menos un componente del circuito de detección de modo que
la corriente que pase a través de las barras detectoras de corriente
induzca una tensión en dicha bobina para dar energía a al menos uno
de dichos componentes del circuito de detección.
8. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 7, que incluye la etapa adicional de colocar la otra
de las barras (66, 68) detectoras paralelas para que se extienda a
través de la abertura (54) de la bobina de potencia.
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