ES2284785T3 - Dispositivo sensor para aparato de medicion de corriente rogowski. - Google Patents

Abstract

Un objeto que se hace de un material aislante e incluye un bastidor (2) hecho de un material aislante, una posición para un conductor de corriente primario (1) que pasa a través del bastidor (2), un elemento medidor de corriente (3) que está dispuesto alrededor de la posición donde el conductor de corriente primario pasa a través del bastidor y formado por un sensor Rogowski, una caja (4, 4A, 4B) que soporta la bobina o bobinas del sensor Rogowski, y una estructura de pantalla para el sensor Rogowski, caracterizado porque, para lograr la estructura de pantalla, la caja (4, 4A, 4B) se hace de un material semiconductor.

Description

Dispositivo sensor para aparato de medición de corriente Rogowski.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un objeto que se hace de un material aislante e incluye un bastidor hecho de un material aislante, una posición para un conductor de corriente primario que pasa a través del bastidor, un elemento medidor de corriente que está dispuesto alrededor de la posición donde el conductor de corriente primario pasa a través del bastidor y formado por un sensor Rogowski, una caja que soporta la bobina o bobinas del sensor Rogowski, y una estructura de pantalla para el sensor Rogowski.

En conexión con esta invención, un objeto hecho de un material aislante e incluyendo un bastidor hecho de un material aislante y una posición para un conductor de corriente primario que pasa a través del bastidor se refiere a componentes con una estructura tal que sirven en particular como partes de equipo eléctrico y se usan como aisladores de conductores de entrada, aisladores de postes, sensores combinados, partes de interruptor y análogos. Por razones de claridad, la invención se describe a continuación principalmente en conexión con su aplicación tal vez más común, es decir, un aislador de conductor de entrada.

Un problema de las soluciones aislantes de conductores de entrada, donde también se mide la corriente que pasa a través del aislador, es que hay que poner un sensor medidor de corriente exactamente cerca de un conductor de corriente primario. La exactitud y la fiabilidad de los resultados de la medición dependen de la posición y ubicación del sensor medidor de corriente con respecto al conductor de corriente primario, y por lo tanto los sensores se deben montar con cuidado. El sensor medidor está fijado dentro del aislador, lo que significa que si la posición del sensor medidor se gira durante el vaciado, no puede ser corregido posteriormente. Si uno y el mismo aislador está provisto de un sensor medidor de corriente y uno u otros sensores adicionales para medición y detección de voltaje, por ejemplo, es muy difícil colocar estos sensores uno con respecto a otro y a mantener esta posición durante el vaciado del bastidor del aislador.

Objetos aislantes del tipo descrito en la invención se usan típicamente en entornos que producen interferencia con elementos sensibles de medición de corriente. Las interferencias de medición son producidas en particular por transformadores y aparatos generalmente usados para transmisión de electricidad y para dispositivos eléctricos en entornos industriales. Se deben evitar las posibles interferencias de los sensores de medición, en particular la radiación electromagnética, de modo que los resultados de la medición obtenidos por los sensores representen la variable medida.

Tales objetos según la introducción y hechos de un material aislante y que resuelven dichos problemas relativos a cómo los sensores medidores y la estructura para protegerlos contra el campo eléctrico son soportados durante el vaciado, se describen en la solicitud EP publicada 0933639 y la Offenlegungsschrift alemana 4435864, por ejemplo. Para soportar el sensor Rogowski, utilizan una caja o un blindaje hecho de un material aislante. El apantallado del sensor Rogowski, por su parte, se implementa dotando a la estructura o caja que soporta la bobina o bobinas del sensor de un conductor o al menos una capa superficial semiconductora, que, al estar a tierra, protege la bobina o bobinas contra la interferencia producida por el campo eléctrico. En la solicitud EP publicada 0933639, la capa superficial se implementa muy preferiblemente como un recubrimiento metálico en la superficie exterior de la caja hecha de un material aislante. En la Offenlegungsschrift alemana 4435864, el blindaje del sensor es un manguito hecho de caucho de silicona, que está provisto de una capa superficial altamente conductora o semiconductora que forma el actual electrodo pantalla.

En estos dos casos, el apantallado del sensor Rogowski requiere disponer una capa específica en la superficie de la caja o blindaje que soporta la bobina o bobinas del sensor. Para proporcionar tal capa hay que tener una etapa de fabricación específica, que complica la fabricación del blindaje o caja e incrementa los costos.

Resumen de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar un objeto que se hace de un material aislante y en el que el soporte y el apantallado de un sensor medidor de corriente se implementan por medio de una estructura más simple que antes. Esto se logra con un objeto hecho de un material aislante, que se caracteriza por lo descrito en la reivindicación independiente. Las realizaciones preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.

La invención se basa en fabricar una caja que soporta el sensor medidor de corriente a partir de un material semiconductor que forma una estructura de pantalla para el sensor medidor de corriente. Según la invención, la caja o sus partes se fabrican en una etapa de vaciado y la caja no tiene que recibir por separado un electrodo pantalla.

La caja protectora del sensor medidor de corriente incluye preferiblemente plástico, con el que se mezclan agentes se llenado para hacer el plástico semiconductor. Preferiblemente el agente de relleno incluye fibras, tales como fibras de carbono y/o fibras de metal, en particular fibras de acero inoxidable, en la medida en que la resistividad de la caja semiconductora está dentro del rango de 1 a 40 \Omegacm.

El apantallado implementado según la invención es simple y barato, pero seguro y fiable.

Lista de figuras

La invención se describirá a continuación con más detalle en asociación con realizaciones preferidas y con referencia a los dibujos anexos, en los que:

La figura 1 es un perfil de un aislador de conductor de entrada que constituye una realización ejemplar de la invención.

La figura 2 es una sección transversal del aislador de conductor de entrada de la figura 1 tomada a lo largo de la línea A-A de la figura 1.

Las figuras 3 y 4 muestran partes de la caja de un sensor medidor de corriente que forma parte del aislador de conductor de entrada de las figuras 1 y 2.

Y la figura 5 es una vista en perspectiva de la caja implementada conectando las partes de las figuras 3 y 4.

Descripción detallada de la invención

El aislador de conductor de entrada según la figura 1 incluye un bastidor del aislador 2, a través del que se pasa un conductor de corriente primario 1. El aislador de conductor de entrada de la realización también incluye una caja 4, dentro de la que se soporta un elemento medidor de corriente o elementos 3. La caja 4 consta de dos partes 4A, 4B, que, unidas conjuntamente, forman un soporte ajustado para los sensores medidores a colocar en la caja. La caja incluye exactamente posiciones conformadas 5 para bobinas parciales que forman el sensor Rogowski, siendo las bobinas, según las figuras 2 y 4, bobinas rectas. En la realización representada en las figuras, el sensor Rogowski incluye así una pluralidad de bobinas conectadas en serie enrolladas en carretes dispuestos en forma de un polígono alrededor del conductor de corriente primario del aislador y perpendicularmente a su dirección axial. El sensor Rogowski podría también constar solamente de una bobina toroidal. En cualquier caso, cuando se usa la caja 4 de la invención, es fácil colocar la bobina o bobinas en sus lugares exactos. La caja 4 también puede estar provista de rutas específicas para conectar conductores, preferiblemente conductores aislados con plástico, entre diferentes bobinas parciales y cualquier conductor de retorno separado. La colocación exacta de los conductores de conexión dentro de la caja permite montar las bobinas siempre exactamente en la misma posición, lo que mejora la exactitud de la medición.

A diferencia de la realización ejemplar de la figura 1, el objeto aislante de la invención también puede ser un aislador de poste, por ejemplo, que se usará con un carril conductor, tal como un carril de conductor redondo y hueco, que pasa a través del aislador. En este caso, el objeto aislante de la invención no incluye un conductor de corriente primario, sino solamente un agujero o una posición a través de la que se puede pasar el conductor de corriente primario o el carril de conductor.

Para asegurar una medición fiable de la corriente usando un sensor Rogowski, el sensor deberá estar protegido contra la interferencia externa. El apantallado se implementa según la invención de modo que la caja 4 se haga de un material semiconductor. Si la resistividad del material está dentro del rango de 1 a 40 \Omegacm, la caja propiamente dicha proporciona un apantallado suficiente para el sensor Rogowski en particular contra la interferencia de baja frecuencia, tal como la frecuencia de la red.

En su forma más simple, la caja 4 se fabrica por moldeo por inyección de plástico, con el que se mezclan agentes de relleno con el fin de hacer el plástico semiconductor de la manera deseada. En la práctica, muy preferiblemente, el agente de relleno incluye fibras, tal como fibras de carbono y/o fibras de metal, en particular fibras de acero inoxidable. Los productos comerciales adecuados, cuya conductividad está al nivel deseado en la aplicación según la invención, incluyen los nombres comerciales Lexan SP7750, cuyo fabricante es General Electric Company y que incluye policarbonato como un material de matriz e incluye aproximadamente 35 por ciento en volumen de fibras de carbono, y Faradex XC612, cuyo fabricante es LNP Engineering Plastics, Inc. Y que incluye aproximadamente 9,4 por ciento en volumen de fibras de acero inoxidable. Estos materiales dan a la bobina o bobinas del sensor Rogowski un efecto de apantallado correspondiente al apantallado proporcionado por una caja de metal. Se ha de indicar que los polímeros conductores comunes actualmente en uso no son suficientemente conductores para ser usados como tales a los efectos de la invención.

Como toda la caja 4 se hace de un material semiconductor, hay que procurar que la bobina o bobinas medidoras no estén en contacto conductor con la caja. Esto se puede lograr de muchas formas alternativas, especialmente cuando el nivel de voltaje del sensor es relativamente bajo, en la práctica solamente aproximadamente un voltio. Las bobinas o devanados pueden estar aislados por una cinta adhesiva adecuada, por ejemplo, o se puede usar una película aislante entre la caja y la bobina. Además, los conductores que combinan las bobinas son conductores aislados con plástico y los adaptadores de conexión de los carretes están colocados con el fin de proporcionar una holgura suficientemente grande. El método de vaciado de la caja también da una alternativa, dado que, dependiendo de la tasa de vaciado, por ejemplo, la superficie de la caja estará provista de una capa superficial que aísla más eficientemente que el resto del material e incluye menos fibras que el resto del material.

Según la realización preferida de la invención, la caja 4 se hace de dos mitades, que se representan en las figuras 3 y 4. Cuando las partes 4A y 4B de la caja según las figuras 3 y 4 se unen conjuntamente, se forma la caja 4 de la figura 5. Las mitades se pueden unir conjuntamente, por ejemplo, con una junta de tornillo, como se representa en conexión con la realización de las figuras, por encolado, o las partes de la caja se pueden disponer de manera que sean enganchadas por ejemplo por una lengüeta que bloquee las mitades conjuntamente, cuando sean empujadas una contra otra. La sujeción también se puede realizar en puntos de sujeción separados dispuestos en la superficie de la caja. La superficie interior de la caja también puede incluir guías con las que las mitades de caja se alinean exactamente durante el montaje. El borde de las mitades de caja también puede incluir un rebaje semicircular, formando un círculo entero después de unir las mitades. El agujero así formado permite que los conductores conectados a los sensores medidores salgan del interior de la caja para utilización de los resultados de la medición.

Dado que, según la invención, la conductividad eléctrica del material de fabricación de la caja es más pobre que la del metal, una corriente con una baja frecuencia, por ejemplo 50 Hz, no induce corrientes transitorias en la caja en la medida en que la señal medida se atenúe desventajosamente. En consecuencia, cuando las mitades de la caja 4 están unidas conjuntamente, no hay que evitar que la estructura de pantalla forme un bucle cerrado, que es el caso cuando el blindaje se realiza de un material altamente conductor eléctrico, tal como metal. Si hay que evitar fiablemente la formación de un bucle cerrado, los bordes de las mitades de caja se pueden disponer de manera que se solapen en la circunferencia exterior y se puede prever un intervalo en la circunferencia interior. Otra alternativa es usar dicho método de vaciado que reduce la conductividad superficial de la caja y así evitar la formación de un bucle cerrado.

Para obtener el efecto de apantallado deseado, la caja 4 deberá estar puesta a tierra. Dependiendo de la resistividad del material de fabricación de la caja y la manera de unir las mitades 4A y 4B con juntamente, es decir, si están en buen contacto eléctrico una con otra o si se produce interrupción del circuito de corriente entre ellas, puede ser necesario que ambas mitades de caja 4A y 4B se pongan a tierra por separado para lograr el efecto de apantallado deseado.

Después de unir las mitades de caja 4A y 4B, la caja 4 se vacía en resina, por lo que se forma la estructura aislante real. Para el vaciado, la caja 4 se soporta en posición en el molde. La caja se puede soportar en el molde por ejemplo utilizando soportes fijados debajo de los tornillos de sujeción de las mitades de caja o con otros medios similares para hacer que la caja permanezca fiablemente en posición durante el vaciado. El vaciado en resina se lleva a cabo por moldeo al vacío, por ejemplo, por lo que la resina penetra en la caja a través de agujeros en la caja, llenando todas las cavidades vacías. En consecuencia, la caja y los componentes dentro de la caja permanecen firmemente en posición en el aislador.

Si el objeto aislante de la invención, tal como un aislador de conductor de entrada, también ha de estar provisto de un sensor de medición de voltaje, o para detección de voltaje del conductor de corriente primario 1 o para la medición de voltaje real, la caja 4 de la invención también se puede usar, si es preciso, para esta finalidad. La caja 4 se puede disponer de modo que sea una parte de un sensor de medición de voltaje basado en división de voltaje capacitivo conectando la caja a la tierra con una capacitancia, que forma una capacitancia inferior del divisor de voltaje, y forma una capacitancia superior entre el conductor primario y la caja. La capacitancia inferior también se puede integrar en la caja usando un método de moldeo por inyección multicapa para presionar una capa aislante sobre la caja semiconductora, en su circunferencia interior, y una nueva capa semiconductora o conductora encima de ella. Esta capa conductora también puede ser un recubrimiento metálico. Dado que la caja semiconductora está puesta a tierra, dicha capa aislante puede funcionar como la capacitancia inferior, y la capacitancia superior se forma entre la capa semiconductora/conductora y el conductor de corriente primario. Si la capacitancia inferior así formada no es suficiente, se puede conectar un condensador paralelo a ella.

La caja 4 también puede soportar naturalmente varios sensores medidores para medición de voltaje, por ejemplo, pero entonces tienen que estar aislados del material semiconductor de la caja 4.

La forma de la caja 4 está optimizada para el espacio a usar. Las bobinas tienen puntos de colocación específicos en la caja, pero el resto de la caja puede tener cualquier forma.

Es obvio a los expertos en la técnica que la idea básica de la invención puede ser implementada de varias formas. Así, la invención y sus realizaciones no se limitan a los ejemplos anteriores, sino que pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (7)

1. Un objeto que se hace de un material aislante e incluye un bastidor (2) hecho de un material aislante, una posición para un conductor de corriente primario (1) que pasa a través del bastidor (2), un elemento medidor de corriente (3) que está dispuesto alrededor de la posición donde el conductor de corriente primario pasa a través del bastidor y formado por un sensor Rogowski, una caja (4, 4A, 4B) que soporta la bobina o bobinas del sensor Rogowski, y una estructura de pantalla para el sensor Rogowski, caracterizado porque, para lograr la estructura de pantalla, la caja (4, 4A, 4B) se hace de un material semiconductor.

2. Un objeto según la reivindicación 1, caracterizado porque la caja (4, 4A, 4B) incluye plástico, con el que se mezclan agentes de relleno para hacer el plástico semiconductor.

3. Un objeto según la reivindicación 2, caracterizado porque el agente de relleno incluye fibras, tal como fibras de carbono y/o fibras de metal, en particular fibras de acero inoxidable.

4. Un objeto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la resistividad de la caja semiconductora (4, 4A, 4B) está dentro del rango de 1 a 40 \Omegacm.

5. Un objeto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la caja (4) incluye dos mitades (4A, 4B) que se ponen a tierra para obtener un efecto de apantallado.

6. Un objeto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la caja (4, 4A, 4B) está dispuesta de manera que sea una parte de un sensor de medición de voltaje basado en la división de voltaje capacitivo de modo que la caja esté conectada a la tierra con una capacitancia, que forma una capacitancia inferior del divisor de voltaje, y se forma una capacitancia superior entre el conductor primario (1) y la caja.

7. Un objeto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el sensor Rogowski incluye una pluralidad de bobinas conectadas en serie enrolladas en carretes dispuestos en forma de un polígono alrededor de la posición donde el conductor de corriente primario (1) pasa a través del bastidor, perpendicularmente a la dirección axial del conductor de corriente primario.