ES2296730T3 - Procedimiento y dispositivo de control de un cable de telecomunicacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de control de un elemento conductor (20, A-E), aplicable en la localización de un defecto de continuidad (24) del elemento conductor, presentando el elemento conductor con relación a un conductor de referencia (GND) una resistencia de aislamiento (Ri) y una capacidad de fuga (Ci) repartidas a lo largo del elemento conductor, caracterizado porque comprende: - una etapa que consiste en inyectar en el elemento conductor al menos dos corrientes (i1, i2) de frecuencias distintas (f1, f2) por medio de un generador de corriente o de tensión (23) del cual un terminal está conectado al conductor de referencia (GND), - al menos una etapa de medición de las amplitudes (*i1*, *i2*) de las corrientes (i1, i2) en un punto de medición (Pi) seleccionado a lo largo del elemento conductor, y - una etapa de cálculo de la parte imaginaria (ic1, ic2) de al menos una de las corrientes y/o de cálculo de la capacidad de fuga (CA) del elemento conductor río abajo del punto de medición (Pi), a partir de las amplitudes medidas de las corrientes y por medio de una fórmula del tipo: en la cual *i1* e *i2* son las amplitudes medidas de las corrientes y Kx, Ky, Kz son constantes.
Description
Procedimiento y dispositivo de control de un
cable de telecomunicación.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de control de un elemento conductor aplicable a la
localización de un defecto de continuidad del elemento conductor. La
presente invención se refiere particularmente al control de la
continuidad eléctrica de la pantalla metálica de un cable de
telecomunicación.
Las redes de telecomunicación actuales, de
estructura arborescente, se realizan por medio de cables 1 de
fuerte sección del tipo representado en la figura 1A, que incluyen
varios centenares o millares de hilos eléctricos 2 aislados unos de
otros por un revestimiento apropiado y dispuestos dos a dos para
formar pares telefónicos. El conjunto está protegido contra las
perturbaciones eléctricas por una envoltura metálica, o pantalla 3,
así mismo recubierta por una envoltura 4 protectora de un material
eléctricamente aislante como polietileno, PVC, etc.
Tales cables de telecomunicación, dispuestos en
el suelo o en el aire, están sometidos a diversas agresiones de las
cuales las más frecuentes son causadas por el rayo, los roedores,
las obras de servicios de vías públicas, el roce de las ramas de
los árboles, etc. Estas diversas agresiones pueden conducir a un
desgarre 5 de la envoltura protectora y a una penetración de agua en
el cable. Desde el punto de vista eléctrico, una degradación de
este tipo se traduce por un defecto de aislamiento de la pantalla 3
respecto a tierra, esquematizado en la figura 1B por una
resistencia Rd, y conduce a la aparición de una tensión Vc, o
"potencial de pantalla", generada particularmente por la
combinación del metal de la pantalla 3 con el agua y diversos
óxidos metálicos. Cuando un defecto de estanqueidad no se ha
reparado en tiempo útil, la degradación del cable se extiende al
revestimiento de los hilos eléctricos y se desarrolla en una gran
extensión de cable debido a la propagación del agua.
El control de la buena estanqueidad de los
cables constituye así una preocupación mayor de los operadores de
telecomunicación y necesita cada vez más ser automatizado con miras
a una disminución de los costes de mantenimiento y de los tiempos
de intervención in situ.
Otro control que debe ser realizado en las redes
de cables de telecomunicación es el de la continuidad eléctrica de
las pantallas, que generalmente están conectadas a tierra por sus
extremos para permitir la circulación de cargas eléctricas
inducidas por perturbaciones electromagnéticas o subidas de
potencial eléctrico en el suelo. El control de la continuidad
eléctrica de las pantallas entre dos puntos de conexión a tierra es
igualmente en el momento actual una preocupación principal de los
operadores de telecomunicación, pues estos últimos deben garantizar
rendimientos óptimos de sus redes debido al aumento de los flujos de
transferencia de datos numéricos impuesta por el desarrollo de la
red Internet y otras aplicaciones informáticas.
Estos últimos años, la Firma solicitante ha
concebido, desarrollado y perfeccionado un sistema de vigilancia
automático de las redes de telecomunicación constituido por un
conjunto de dispositivos de medición comercializados bajo la
referencia "IMD" (Interface de Mesure Déportée). Tales
dispositivos, descritos en la patente EP 408 480 y en la solicitud
internacional PCT/FR99/02288, están dispuestos en los puntos de
conexión a tierra de las pantallas metálicas y conectados mediante
pares telefónicos con un equipo local de mantenimiento, así mismo
conectado con un centro de mantenimiento regional. Permiten realizar
diariamente diversas operaciones de control y de medición,
particularmente:
- -
- la desconexión de las pantallas con relación a tierra y la medición de la resistencia de aislamiento de las pantallas y del potencial de pantalla,
- -
- la detección y la localización de un defecto de aislamiento de una pantalla por inyección de una tensión de baja frecuencia, conforme a un procedimiento descrito en la solicitud internacional anteriormente citada, y
- -
- la detección de un defecto de continuidad de una pantalla, por un método llamado del "bucle de tierra".
No obstante, como los cables de telecomunicación
presentan longitudes nada despreciables que van del centenar de
metros a algunos kilómetros, la localización de un defecto de
aislamiento en un tramo de cable por medio de dispositivos IMD debe
completarse mediante una etapa de localización precisa del defecto
sobre el terreno con el fin de proceder a la reparación.
En la solicitud internacional anteriormente
citada, la Firma solicitante ha propuesto un procedimiento de
localización complementario que permite localizar en el lugar de
reparación la anomalía que afecta a una sección de cable dudosa. A
título de información, este procedimiento de localización
complementario consiste en inyectar en la pantalla de la porción de
cable dudosa dos corrientes de frecuencias distintas, contrariamente
a las enseñanzas del documento US 4.103.225 en el cual una
corriente continua de carga y de descarga se aplica a un cable para
medir su capacidad. Este procedimiento de localización consiste
luego en medir las corrientes en diversos puntos de la pantalla, y
luego en calcular la parte real de al menos una de las dos
corrientes para librarse de la influencia de la capacidad de fuga
de la pantalla. Una caída brutal de la parte real de la corriente
en un punto determinado del cable permite localizar el defecto de
aislamiento.
\newpage
Un problema similar se plantea en lo que
respecta a los defectos de continuidad eléctrica, pues el método
del bucle de tierra permite detectar un defecto de continuidad en
una sección de red sin localización precisa del punto de
discontinuidad. Para hacerse una idea, la figura 2 representa
esquemáticamente una red de cables de telecomunicación que
comprende un cable "A" que incluye N hilos cuyo extremo está
conectado por medio de una caja de empalmes 10 a dos cables
"B" y "C" que comprenden N/2 hilos cada uno. El cable B
está así mismo conectado por medio de una caja de empalmes 11 a dos
cables "D" y "E" que comprenden N/4 hilos cada uno. La
pantalla del cable A está conectada a las pantallas de los cables B
y C y la pantalla del cable B está conectada a las pantallas de
los cables D y E. La pantalla del cable A está conectada a tierra en
su punto de origen por mediación de un dispositivo IMD1 y las
pantallas de los cables C, D, E están conectadas a tierra en sus
puntos de extremo por mediación de los dispositivos IMD2, IMD3,
IMD4.
Durante una medición de bucle de tierra, por
ejemplo en el tramo ABE, el dispositivo IMD1 mantiene el punto de
origen de la pantalla A conectado a tierra mientras que los
dispositivos IMD2, IMD3, IMD4 desconectan los puntos de extremo de
las pantallas C, D, E. El dispositivo IMD4 mide la resistencia del
bucle constituida por la resistencia de las pantallas ABE, la
resistencia de tierra del dispositivo IMD1 y su propia resistencia
de tierra. Si la resistencia de bucle es muy elevada, eso puede
significar que el tramo ABE presenta un defecto de continuidad. Sin
embargo, el emplazamiento del defecto de continuidad no es conocido.
El defecto puede por ejemplo estar situado en una de las cajas de
conexión 10, 11 y debe localizarse para proceder a la
reparación.
Ahora bien, que sepa la Firma solicitante, hasta
ahora, ningún método realmente satisfactorio ha sido propuesto para
localizar sobre el terreno el defecto de continuidad de una pantalla
metálica, basándose los métodos actuales esencialmente en una
inspección visual.
La presente invención trata de paliar este
inconveniente.
Más particularmente, un objetivo general de la
presente invención es prever un procedimiento de control de un
elemento conductor aplicable a la localización de un defecto de
continuidad eléctrica, que sea preciso, fiable y sencillo de
realizar.
Otro objetivo de la presente invención es prever
un dispositivo de control de un elemento conductor aplicable a la
localización de un defecto de continuidad eléctrico, que sea de
volumen reducido y sencillo de utilizar.
Para lograr este objetivo, la presente invención
se basa en la constatación según la cual el procedimiento de
localización complementario descrito en la solicitud internacional
anteriormente citada es aplicable igualmente para la localización
de los defectos de continuidad, calculando la parte imaginaria de la
corriente bifrecuencia en lugar de calcular la parte real. Se
obtiene un valor de corriente puramente capacitivo que permite
localizar con una gran precisión un defecto de continuidad.
Más particularmente, la presente invención prevé
un procedimiento de control de un elemento conductor, aplicable
para la localización de un defecto de continuidad del elemento
conductor, presentando el elemento conductor con relación a un
conductor de referencia una resistencia de aislamiento y una
capacidad de fuga repartidas a lo largo del elemento conductor,
comprendiendo el procedimiento una etapa que consiste en inyectar
en el elemento conductor al menos dos corrientes de frecuencias
distintas por medio de un generador de corriente o de tensión del
cual un borne está conectado al conductor de referencia, al menos
una etapa de medición de las amplitudes de las corrientes en un
punto de medición seleccionado a lo largo del elemento conductor, y
una etapa de cálculo de la parte imaginaria de al menos una de las
corrientes y/o de cálculo de la capacidad de fuga del elemento
conductor río abajo del punto de medición, a partir de las
amplitudes medidas de las corrientes.
Según un modo de realización, el procedimiento
comprende una pluralidad de etapas de medición de las amplitudes de
las corrientes en diversos puntos de medición, y una pluralidad de
etapas de cálculo, después de cada medición, de la parte imaginaria
de al menos una de las corrientes y/o de la capacidad de fuga río
abajo, localizándose un defecto de continuidad eléctrica del
elemento conductor cuando la parte imaginaria calculada y/o la
capacidad de fuga río abajo se muestra nula antes de que el extremo
del elemento conductor sea alcanzado.
La presente invención prevé igualmente una
aplicación del procedimiento indicado anteriormente para la
localización de un defecto de aislamiento eléctrico del elemento
conductor con relación al conductor de referencia, comprendiendo el
procedimiento una etapa de cálculo de la parte real de al menos una
de las corrientes y/o de la resistencia de aislamiento río abajo de
un punto de medición.
Según un modo de realización, el procedimiento
comprende una pluralidad de etapas de medición de las amplitudes de
las corrientes en diversos puntos de medición, y una pluralidad de
etapas de cálculo, después de cada medición, de la parte real de al
menos una de las corrientes y/o de la resistencia de aislamiento
río abajo, localizándose un defecto de aislamiento eléctrico cuando
la parte real calculada presenta un claro debilitamiento y/o cuando
la resistencia de aislamiento río abajo aumenta rápidamente sin que
ello sea justificado por la topografía del elemento con-
ductor.
ductor.
\newpage
Según la invención, el procedimiento comprende
una etapa de cálculo de una fórmula del tipo:
en la cual |i_{1}| e
|i_{2}| son las amplitudes de las corrientes y K_{x},
K_{y}, K_{z} son las
constantes.
Según un modo de realización, el elemento
conductor comprende varias pantallas de cables de telecomunicación
conectados entre si, y el conductor de referencia es la toma de
tierra.
La presente invención se refiere igualmente a un
dispositivo de control de un elemento conductor, que comprende un
terminal de conexión a un captador de corriente sin contacto, un
circuito de conversión analógico/numérico de la señal proporcionada
por el sensor de corriente, y un medio de cálculo, en el cual el
medio de cálculo está dispuesto para analizar la señal
proporcionada por el sensor de corriente y obtener las amplitudes de
al menos dos corrientes de frecuencias distintas presentes en la
señal proporcionada, y calcular la parte imaginaria de al menos una
de las corrientes y/o una capacidad eléctrica, por medio de una
fórmula del tipo:
K_{1}\surd[K_{2}|i_{1}|^{2}-K_{3}|i_{2}|^{2}],
en la cual |i_{1}| e |i_{2}| son las amplitudes de las
corrientes y K_{1}, K_{2}, K_{3} son las constantes.
Según un modo de realización, el medio de
cálculo está igualmente dispuesto para calcular la parte real de al
menos una de las corrientes y/o una resistencia eléctrica, por medio
de una fórmula del tipo: K_{4}\surd[K_{5}
|i_{2}|^{2} - K_{6} |i_{1}|^{2}], en la cual
K_{4}, K_{5} y K_{6} son las constantes.
Según un modo de realización, el dispositivo
comprende medios, de selección para elegir entre el cálculo de la
parte imaginaria de al menos una de las corrientes y/o el cálculo de
una capacidad eléctrica, por una parte, y el cálculo de la parte
real de al menos una de las corrientes y/o de una resistencia
eléctrica, por otra parte.
Según un modo de realización, el dispositivo
está previsto para ser conectado a una pinza amperimétrica y
comprende terminales de calibración destinados para ser
interconectados durante una fase de calibración, y medios para
inyectar en uno de los terminales de calibración al menos dos
corrientes de calibración de frecuencias distintas por mediación de
una resistencia convencional.
Estos objetos característicos y ventajas de la
presente invención, así como otros, se expondrán con más detalle en
la descripción que sigue de los fundamentos teóricos del
procedimiento de la invención, de un ejemplo de aplicación del
procedimiento de la invención en la localización de un defecto de
continuidad en una red de cables de telecomunicación, y de un
ejemplo de realización de un dispositivo de medición según la
invención, en relación con las figuras adjuntas en las cuales:
- Las figuras 1A, 1B anteriormente descritas
representan un cable de telecomunicación.
- La figura 2 anteriormente descrita representa
una red de cables de telecomunicación.
- La figura 3A representa esquemáticamente una
pantalla conductora e ilustra el procedimiento según la
invención.
- La figura 3B es el esquema eléctrico
equivalente de la pantalla de la figura 3A.
- La figura 3C es el esquema equivalente de la
pantalla de la figura 3A visto desde un punto de medición.
- Las figuras 4A, 4B son representaciones
vectoriales de corrientes que intervienen en el procedimiento según
la invención.
- La figura 5 representa de forma simplificada
la red de cables de la figura 2 e ilustra una aplicación del
procedimiento según la invención.
- Las figuras 6 a 8 representan en forma de
curvas los resultados de mediciones de corriente efectuadas en un
tramo de la red de la figura 5.
- La figura 9 es una vista externa de un
dispositivo de medición según la invención.
- La figura 10 es el esquema eléctrico en forma
de bloques del dispositivo de medición de la figura 9.
- La figura 11 y última, ilustra una etapa de
calibración del dispositivo de medición.
La figura 3A representa esquemáticamente la
pantalla 20 de un cable de telecomunicación cuya continuidad
eléctrica debe ser controlada. Los puntos de origen y de extremo de
la pantalla se desconectan previamente de la toma de tierra (GND)
por medio de dos interruptores 21, 22, por ejemplo los interruptores
presentes en dispositivos IMD. El esquema equivalente de la
pantalla 20 está representado en la figura 3B. La pantalla 20
comprende una pluralidad de células elementales R_{1}C_{1}.
R_{2}C_{2}, R_{3}C_{3}...R_{i}C_{i}...R_{m}C_{m}
repartidas entre su punto de origen y su punto de extremo. Las
resistencias elementales R_{i} forman juntas la resistencia de
aislamiento de la pantalla 20 con relación a la toma de tierra y las
capacidades elementales C_{i} forman la capacidad de fuga de la
pantalla 20 con relación a tierra.
Según la invención, se inyecta en el punto de
origen de la pantalla 20 al menos dos corrientes i_{1}, i_{2}
de baja frecuencia con frecuencias respectivas f_{1}, f_{2} y de
impulsos \omega_{1}, \omega_{2}, por ejemplo corrientes
del orden de algunos miliamperios que oscilan respectivamente entre
1 Hz y 2 Hz. La corrientes i_{1}, i_{2} son proporcionadas por
un generador de tensión o de corriente, de preferencia un generador
de tensión 23 que proporciona tensiones alternativas u1, u2 del
tipo
que tienen amplitudes U1, U2
conocidas del orden de algunos voltios. El terminal de masa del
generador 23 está conectado a tierra con el fin de formar un bucle
de conducción que pasa por la pantalla 20 y la toma de tierra. Las
amplitudes de las corrientes il, i_{2} se miden en diversos puntos
P_{1}, P_{2}, P_{3}... P_{i}...P_{n} a lo largo de la
pantalla 20, por medio de una pinza amperimétrica 30 conectada a un
dispositivo de medición
31.
Estas primeras etapas del procedimiento según la
invención son similares a las del procedimiento descrito en la
solicitud internacional PCT/FR99/02288, que se refiere a la
localización de un defecto de aislamiento. Se mostrará en lo que
sigue que la detección de las amplitudes de las corrientes i_{1} e
i_{2} permite calcular la parte imaginaria de cada corriente, y
que el cálculo de la parte imaginaria de las corrientes i_{1},
i_{2} en varios puntos de medición P_{1},
P_{2}...P_{i},...P_{n} permite localizar un defecto de
continuidad.
Visto desde un punto de medición cualquiera
P_{i}, la pantalla 20 puede representarse como se ha ilustrado en
la figura 3C, en forma de una resistencia R_{A} y por una
capacidad C_{A} en paralelo. La resistencia R_{A} es la
resistencia de aislamiento de la parte de la pantalla 20 que se
encuentra río abajo del punto de medición P_{i}, según el sentido
de circulación de las corrientes il, i_{2}, y está constituida
por el conjunto de resistencias de aislamiento elementales R_{i}
río abajo de este punto. La capacidad C_{A} es la capacidad de
fuga de la parte de la pantalla 20 que se encuentra río abajo del
punto de medición P_{i}, y está constituida por el conjunto de
capacidades de fuga elementales Ci río abajo de este punto. La
resistencia linéica de la pantalla al ser despreciable, las
tensiones presentes en los bornes del circuito equivalente
R_{A}C_{A} son las tensiones u1, u2 de amplitudes U_{1},
U_{2} aplicadas en el punto de origen de la pantalla.
La representación vectorial de las corrientes
il, i_{2} en las figuras 4A, 4B muestra que cada corriente
comprende una parte real i_{r1}, i_{r2} en fase con la tensión
u_{1}, respectivamente u_{2}, y una parte imaginaria i_{c1},
i_{c2} desfasada de 90º con relación a la parte real, que obedecen
a las relaciones siguientes:
siendo |i_{1}| e
|i_{2}| los módulos, o amplitudes medibles, de las corrientes
il,
i_{2}.
Las partes reales i_{r1}, i_{r2} de las
corrientes il, i_{2} están ligadas por las relaciones
siguientes:
Las partes imaginarias i_{c1}, i_{c2} de las
corrientes i_{1}, i_{2} están ligadas por las relaciones
siguientes:
Inyectando en la relación (1) las expresiones de
las corrientes i_{r1} e i_{c1} dadas por las relaciones (6) y
(10), se obtiene:
Multiplicando la relación (2) por el término
(U_{1}/U_{2})^{2}:
Restando la relación (12) de la relación (11),
se encuentra, después de la simplificación, la expresión de la
corriente i_{c2}:
Combinando la relación (10) y la relación (13),
se encuentra la expresión de la corriente i_{c1}:
Combinando las relaciones (7) y (14) como
sigue:
se encuentra la expresión de la
capacidad de fuga río abajo
C_{A}:
Resumiendo, como los parámetros U_{1},
U_{2}, \omega_{1} y \omega_{2} son constantes, una fórmula
general del tipo:
en la cual |i_{1}| y
|i_{2}| son las corrientes medidas por medio de la pinza
amperimétrica y K_{1}, K_{2}, K_{3} las constantes, cubre las
relaciones (13), (14), (16) y permite calcula la corriente i_{c1}
o la corriente i_{c2}, o también la capacidad de fuga río abajo
C_{A}, según el valor dado a las constantes K_{1}, K_{2},
K_{3}.
Ahora se mostrará a partir de un ejemplo
práctico ilustrado en la figura 5 que las relaciones que acaban
describirse son directamente aplicables para la localización de un
defecto de continuidad. La figura 5 representa esquemáticamente las
pantallas A, B, C, D, E de una red de cables de telecomunicación
similar a la de la figura 2. Las pantallas están conectadas y
forman tramos conductores AC, ABD, y ABE. El punto de origen de la
pantalla A y los puntos de extremo de las pantallas C, D, E están
desconectados de la toma de tierra para la realización del
procedimiento de la invención. El generador 23 está conectado al
punto de origen de la pantalla A. Las corrientes il, i_{2}
circulan por la pantalla A y se dividen en las pantallas B y C, y
luego en las pantallas D y E.
En la figura 6, la curva 60 representa el perfil
de las corrientes imaginarias i_{c1}, i_{c2} a lo largo del
tramo ABD cuando este no presenta defecto de continuidad, y la curva
61 representa el perfil de las corrientes i_{c1}, i_{c2} en
presencia de un defecto de continuidad 24 situado aquí en la
pantalla B. Las curvas 60, 61 representan igualmente el perfil de
la capacidad río abajo C_{A} a lo largo del tramo ABD, siendo las
relaciones (13, (14) y (16) proporcionales. Estas curvas son
trazadas por medio de la pinza amperimétrica 30 y del dispositivo
de medición 31, del cual un ejemplo de realización se describirá más
adelante.
Las curvas 60, 61 son paralelas y presentan un
decrecimiento regular con una clara disminución de las corrientes
i_{c1}, i_{c2} y de la capacidad C_{A} en cada división de la
red en dos ramas distintas BC y DE. La diferencia significativa
entre las dos curvas es que la curva 60 alcanza el valor cero en el
extremo de la pantalla D, mientras que la curva 61, de nivel más
bajo, alcanza el cero en el punto de discontinuidad 24. Así, en la
práctica, resulta cómodo localizar el defecto de continuidad 24
observando la evolución de las corrientes i_{c1}, i_{c2} y/o de
la capacidad de fuga C_{A}. Cuando las corrientes i_{c1},
i_{c2} o la capacidad C_{A} se vuelven nulas antes de que el
extremo del tramo conductor comprobado sea alcanzado, eso señala la
presencia de un defecto de continuidad.
Con relación a una simple detección de
corriente, el procedimiento de la invención ofrece la ventaja de
una gran sensibilidad de medición y una excelente precisión, y solo
necesita corrientes il, i_{2} y tensiones u1, u2 de bajo valor,
que oscilan a baja frecuencia y no son perturbadas por los parásitos
electromagnéticos presentes en la proximidad de los 50 Hz. El
cálculo de la parte imaginaria de las corrientes i_{1}, i_{2}
permite además librarse de las pérdidas de sensibilidad debidas a un
defecto de aislamiento, cuando el defecto de aislamiento no es muy
importante y es por ejemplo del orden de algunos kiloohmnios.
Además, el procedimiento de la invención permite calcular la
capacidad de fuga C_{A} y responde a una necesidad largo tiempo
acusada de análisis de las características eléctricas de los cables
de telecomunicación. Sin embargo, está claro que el cálculo de la
capacidad C_{A} no es indispensable para la localización de un
defecto de continuidad, pudiendo realizarse el procedimiento
calculando únicamente la parte imaginaria de una de las corrientes
il, i_{2}.
Por otro lado, en una variante de realización
del procedimiento, las tensiones U1, U2 son iguales y las relaciones
(13) y (14) se simplifican:
En este caso, no es necesario conocer la tensión
aplicada U para calcular las partes imaginarias de las corrientes
il, i_{2} y localizar un defecto de continuidad.
Se completarán ahora las enseñanzas de la
solicitud internacional PCT/FR99//02288 y se mostrará que el
procedimiento que se describe en ella permite determinar la parte
real de cada corriente y la resistencia de aislamiento R_{A}, en
el caso general en que las tensiones U1 y U2 presenten valores
cualesquiera que no son forzosamente idénticos. Multiplicando la
relación (2) dada más arriba por el término
(\omega_{1}U_{1}/\omega_{2}U_{2})^{2}, se
obtiene la relación si-
guiente:
guiente:
\vskip1.000000\baselineskip
Sustrayendo la relación (21) de la relación
(11), se obtiene:
Combinando las relaciones (6) y (21):
\newpage
Combinando la relación (5) con una de las
relaciones (21) ó (22):
Los parámetros U_{1}, U_{2}, \omega_{1}
y \omega_{2} al ser constantes, una fórmula general del
tipo:
en la cual K_{4}. K_{5},
K_{6} son las constantes e |i_{1}|, |i_{2}| las
corrientes medidas, cubren las relaciones (21), (22), (23). Según
el valor dado a las constantes K_{4} a K_{6}, esta fórmula
permite calcular la corriente i_{r1}, la corriente i_{r2} o
también la resistencia R_{A} (invirtiendo el
resultado).
Como anteriormente, las amplitudes U1, U2 de las
tensiones u1, u2 aplicadas al punto de origen pueden ser elegidas
idénticas. En este caso, las corrientes i_{r1}, i_{r2} son
idénticas, las relaciones (21) y (22) se simplifican y se vuelven
independientes del valor de la tensión U aplicada en el punto de
origen, lo cual puede permitir calcular las corrientes i_{r1},
i_{r2} sin conocer la tensión U.
Un ejemplo de localización de un defecto de
aislamiento, aquí un defecto 25 presente en la pantalla C en la
figura 5, se ilustra por las curvas 62, 63 de las figuras 7 y 8. La
curva 62 representa el perfil de las corrientes i_{r1}, i_{r2}
y la curva 63 representa el perfil de la resistencia de aislamiento
río abajo R_{A} a lo largo del tramo AC. Partiendo del punto de
origen de la pantalla A, la curva 62 presenta un perfil
sustancialmente plano hasta el punto de defecto 25, sin disminución
sensible de las corrientes i_{r1}, i_{r2} en el punto de
división de la red en dos ramas distintas BC. La mayoría de la
corriente pasa en efecto por la pantalla C debido al defecto de
aislamiento 25, que es muy inferior a la resistencia de aislamiento
de las pantallas. Se observa por el contrario una caída brutal de
las corrientes i_{r1}, i_{r2} cuando se alcanza el defecto 25.
Esta disminución no está relacionada con la topografía de la red y
es significativa de la presencia del defecto 25, por mediación del
cual las corrientes i_{1}, i_{2} se escapan por la toma de
tierra. La curva 63 de la figura 8 conduce a la misma conclu-
sión, la resistencia de aislamiento río abajo R_{A} aumenta brutalmente cuando se alcanza el defecto de aislamiento 25.
sión, la resistencia de aislamiento río abajo R_{A} aumenta brutalmente cuando se alcanza el defecto de aislamiento 25.
Ahora se describirá un ejemplo de realización de
un dispositivo de medición 31 según la invención, previsto aquí
para calcular la capacidad de fuga C_{A} y la resistencia de
aislamiento R_{A} de una pantalla conductora.
La figura 9 es una vista externa del dispositivo
31. El dispositivo 31 comprende una toma 32 de conexión de la pinza
amperimétrica, dos terminales de calibración 33, 34, un marcador 35,
una tecla de funcionamiento/detención 36, una tecla 37 de
iluminación del marcador 35, una tecla de calibración 38, una tecla
de filtrado 39, una tecla 40-1 para desencadenar un
cálculo de resistencia de aislamiento R_{A} y una tecla
40-2 para desencadenar un cálculo de capacidad de
fuga C_{A}.
La figura 10 representa en forma de bloques la
arquitectura eléctrica del dispositivo 31. Este comprende una
cadena de contrastado 41, un microprocesador MP provisto de una
memoria 45, un circuito de calibración 46, una batería de
acumuladores 50, un circuito 51 de carga de la batería 50 y un
circuito de control de alimentación 52 que proporciona diversas
tensiones V1, V2, V3 necesarias para el funcionamiento de los
diversos elementos. El marcador 35 y las teclas 36 a 40 están
igualmente representadas y están conectadas al microprocesador.
La cadena de contrastado 41 comprende un
amplificador de corriente/tensión 42 del cual la entrada está
conectada a la toma 32 y recibe la corriente lp proporcionada por la
pinza amperimétrica (no representada). El amplificador 42 presenta
una ganancia importante para la detección de corrientes pequeñas del
orden de una décima de microamperio en presencia de defectos de
aislamiento de varias centenas de K\Omega. La salida del
amplificador 42 proporciona una tensión Vp y está conectada con la
entrada de un convertidor analógico numérico 44 por mediación de un
filtro de paso bajo 43, por ejemplo un filtro de Butterworth con una
frecuencia de corte 15 Hz y una fuerte pendiente de corte (-55 dB a
50 Hz) para eliminar las perturbaciones a 50 Hz. El convertidor 44
es de tipo sigma-delta con salida en serie y
comprende un filtro numérico interno de 6º orden. La frecuencia de
calibración es elegida en 512 Hz con una resolución de 16 bitios La
salida del convertidor 44 proporciona una señal contrastada Vpn
enviada a una entrada del microprocesador.
El circuito de calibración 46 comprende un
convertidor numérico/analógico 47 cuya entrada numérica está
conectada al microprocesador y cuya salida está conectada con el
terminal de calibración 33 por mediación de un amplificador de
tensión 48 y una resistencia convencional 49 de valor R_{cal}.
La memoria 45 comprende una memoria volátil de
tipo RAM, para almacenar datos temporales, y una memoria remanente
de tipo EPROM. Esencialmente, la memoria EPROM comprende el sistema
de explotación OS del microprocesador, un programa PGR1 de
Transformada de Fourrier Rápida (FFT), un programa PGR2 de cálculo
de amplitud, un programa PGR3 de conversión tensión/corriente, un
programa PGR4 de cálculo de capacidad de fuga C_{A} o de
resistencia de aislamiento R_{A}, un programa de calibración
PGR5, y un programa principal PGR6 que asegura la coordinación del
conjunto de programas así como la ejecución de instrucciones
recibidas por las teclas 36 a 40 y el control de los diversos
elementos del dispositivo 31.
Por medio de estos diversos programas, el
microprocesador obtiene de la señal contrastada Vpn dos señales
Vpn1, Vpn2 cuyas frecuencias respectivas corresponden a las
frecuencias de medición f_{1}, f_{2}, iguales aquí a 1Hz y
2Hz, y calcula las amplitudes Vpnmax1, Vpnmax2 de éstas señales
Vpn1, Vpn2. El microprocesador convierte seguidamente las
amplitudes Vpnmax1, Vpnmax2 en amplitudes de corrientes
|i_{1}|, |i_{2}| por medio de coeficientes de conversión
KVI1 y KVI2:
El microprocesador calcula seguidamente la
capacidad C_{A} o la resistencia R_{A} por medio de las
relaciones (16) o (23).
Según un aspecto de la invención, los
coeficientes de conversión KVI1, KVI2 se determinan por el programa
de calibración PGR5, que se activa mediante un presionado sobre la
techa 38 "CAL" (calibrado). El programa PGR5 contiene una
tabla de datos que comprende los valores contrastados por una señal
de bifrecuencia de frecuencias f_{1}, f_{2}. Estos datos son
enviados a la entrada del convertidor 47, utilizado como
sintetizador de frecuencias, cuya salida proporciona tensiones
analógicas correspondientes. A la salida del amplificador 48, se
encuentran dos tensiones de calibración U_{cal1}, U_{cal2} que
oscilan a las frecuencias de medición f_{1}, f_{2}. Durante la
fase de calibración, los terminales 33 y 34 están conectados por un
hilo conductor 53 como se ha representado en la figura 11, y la
pinza amperimétrica 30 está dispuesta alrededor del hilo 53. El hilo
53 es atravesado por dos corrientes de calibración I_{cal1},
I_{cal2} iguales a:
cuyos valores son conocidos por el
programa PGR5. Estas corrientes son detectadas por la pinza 30 y el
microprocesador calcula los valores correspondientes Vpnmax1,
Vpnmax2 a partir de las señales contrastadas Vpn1, Vpn2. Los
valores Vpnmax1, Vpnmax2 permiten al microprocesador calibrar los
coeficientes de conversión por medio de las relaciones
siguientes:
Las tablas 1, 2 y 3 dadas a continuación resumen
el funcionamiento del dispositivo de medición 31. Este dispositivo
es, bien entendido, susceptible de diversas variantes y modos de
realización. Por ejemplo, se puede limitar a la realización de un
dispositivo de medición que calcula solamente las partes imaginaria
y real de una corriente de bifrecuencia sin calcular la capacidad
C_{A} y la resistencia R_{A}. Así, las teclas
40-1 y 40-2 podrían servir para
desencadenar el cálculo de la parte real y el cálculo de la parte
imaginaria de una de las corrientes il, i_{2}, lo cual sería
suficiente para localizar defectos de aislamiento o de continuidad.
El cálculo de la capacidad C_{A} y de la resistencia R_{A} es
una ventaja suplementaria que permite analizar las características
eléctricas de un cable de telecomunicación.
De forma general, el procedimiento de la
invención es aplicable a cualquier elemento conductor distinto al
de una pantalla metálica de cable de telecomunicación, en la medida
en que el elemento conductor presente con relación a toma de tierra
o con relación a otro conductor utilizado como conductor de
referencia, una capacidad de fuga y una resistencia de aislamiento
medibles.
Igualmente, aunque en lo que antecede, por
razones de sencillez, se ha descrito un procedimiento basado en la
inyección de dos corrientes, resultará claro al experto en la
materia que los principios y métodos de cálculo expuestos más
arriba son trasladables a una detección realizada por medio de tres,
incluso cuatro corrientes o más con frecuencias distintas.
\vskip1.000000\baselineskip
Claims (9)
1. Procedimiento de control de un elemento
conductor (20, A-E), aplicable en la localización de
un defecto de continuidad (24) del elemento conductor, presentando
el elemento conductor con relación a un conductor de referencia
(GND) una resistencia de aislamiento (R_{i}) y una capacidad de
fuga (C_{i}) repartidas a lo largo del elemento conductor,
caracterizado porque comprende:
- -
- una etapa que consiste en inyectar en el elemento conductor al menos dos corrientes (i_{1}, i_{2}) de frecuencias distintas (f_{1}, f_{2}) por medio de un generador de corriente o de tensión (23) del cual un terminal está conectado al conductor de referencia (GND),
- -
- al menos una etapa de medición de las amplitudes (|i_{1}|, |i_{2}|) de las corrientes (i_{1}, i_{2}) en un punto de medición (P_{i}) seleccionado a lo largo del elemento conductor, y
- -
- una etapa de cálculo de la parte imaginaria (i_{c1}, i_{c2}) de al menos una de las corrientes y/o de cálculo de la capacidad de fuga (C_{A}) del elemento conductor río abajo del punto de medición (P_{i}), a partir de las amplitudes medidas de las corrientes y por medio de una fórmula del tipo:
en la cual |i_{1}| e
|i_{2}| son las amplitudes medidas de las corrientes y
K_{x}, K_{y}, K_{z} son
constantes.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende una pluralidad de etapas de
medición de las amplitudes (|i_{1}|, |i_{2}|) de las
corrientes en diversos puntos de medición (P_{i}), y una
pluralidad de etapas de cálculo, después de cada medición, de la
parte imaginaria (i_{c1}, i_{c2}) de al menos una de las
corrientes y/o de la capacidad de fuga río abajo (C_{A}),
localizándose un defecto de continuidad eléctrica del elemento
conductor cuando la parte imaginaria calculada (i_{c1}, i_{c2})
y/o la capacidad de fuga río abajo (C_{A}) muestra ser nula antes
de que el extremo del elemento conductor sea alcanzado.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,
aplicable en la localización de un defecto de aislamiento eléctrico
del elemento conductor con relación al conductor de referencia,
caracterizado porque comprende una etapa de cálculo de la
parte real (i_{r1}, i_{r2}) de al menos una de las corrientes
(i_{1}, i_{2}) y/o de la resistencia de aislamiento (R_{A})
río abajo de un punto de medición (P_{i}).
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque comprende una pluralidad de etapas de
medición de las amplitudes (|i_{1}|, |i_{2}|) de las
corrientes en diversos puntos de medición (P_{i}), y una
pluralidad de etapas de cálculo, después de cada medición, de la
parte real (i_{r1}, i_{r2}) de al menos una de las corrientes
y/o de la resistencia de aislamiento río abajo (R_{A}),
localizándose un defecto de aislamiento eléctrico cuando la parte
real calculada (i_{r1}, i_{r2}) presenta un claro debilitamiento
y/o cuando la resistencia de aislamiento río abajo (R_{A})
aumenta rápidamente sin que ello esté justificado por la topografía
del elemento conductor.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el elemento
conductor comprende varias pantallas de cables de telecomunicación
(A-E) conectadas entre sí, y porque el conductor de
referencia es la tierra.
6. Dispositivo (31) de control de un elemento
conductor, que comprende un terminal (32) de conexión a un sensor
de corriente sin contacto (30), un circuito (41) convertidor de
sistema analógico a sistema numérico de la señal proporcionada por
el sensor de corriente, y un medio de cálculo (MP),
caracterizado porque el medio de cálculo (MP) está dispuesto
para analizar la señal (Ip) proporcionada por el sensor de corriente
y obtener las amplitudes (|i_{1}|, |i_{2}|) de al
menos dos corrientes (i_{1}, i_{2}) de frecuencias distintas
(f_{1}, f_{2}) presentes en la señal proporcionada (lp), y
calcular la parte imaginaria (i_{c1}, i_{c2}) de al menos una
de las corrientes (i_{1}, i_{2}) y/o una capacidad eléctrica
(C_{A}) por medio de una fórmula del tipo:
en la cual |i_{1}| y
|i_{2}| son las amplitudes de las corrientes y K_{1},
K_{2}, K_{3} son las
constantes.
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque el medio de cálculo está igualmente
dispuesto para calcular la parte real (i_{r1}, i_{r2}) de al
menos una de las corrientes y/o una resistencia eléctrica (R_{A}),
por medio de una fórmula del tipo:
en la cual K_{4}, K_{5} y
K_{6} son las
constantes.
8. Dispositivo según la reivindicación 6 o 7,
caracterizado porque comprende medios de selección
(40-1, 40-2) para elegir entre:
- -
- el cálculo de la parte imaginaria (i_{c1}, i_{c2}) de al menos una de las corrientes y/o el cálculo de una capacidad eléctrica (C_{A}), por una parte, y
- -
- el cálculo de la parte real (i_{r1}, i_{r2}) de al menos una de las corrientes y/o de una resistencia eléctrica (R_{A}), por otra parte.
9. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 6 a 8, previsto para ser conectado a una pinza
amperimétrica (30), caracterizado porque comprende
terminales de calibración (33, 34) destinados a ser interconectados
durante una fase de calibrado, y medios (MP, 46) para inyectar en
uno de los terminales de calibración al menos dos corrientes de
calibrado (I_{cal1}, I_{cal2}) de frecuencias distintas por
mediación de una resistencia convencional (49, R_{cal}).
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