Dispositivo de acoplamiento inductivo de un equipo de transmisión de datos a una fase de una línea eléctrica de potencia,

y procedimiento de fabricación correspondiente. El dispositivo comprendedos semicarcasas (6, 7) complementarias de forma semianular de mterial aislante -eléctrico provistas de unos medios de ensamblado mutuo (13, 14). La semicarcasas (6, 7) presentan unos conductos(8, 9) que alojan unas partes de núcleo (4, 5) encapsuladas en un compuesto de resina. Una espira conductora, alojada en dicho coducto (8), forma un bucle alrededor de Ia parte de núcleo (4). Ls semicarcasas (6, 7) pueden adoptar una posición ensamblada, fomando una abrazadera cerrada, y una posición abierta. El disposiivo según Ia invención lleva integrados, en una de las semicarcaas (6, 7), un conector exterior (11 ) para señal eléctrica de daños y un dispositivo emisor-receptor (12)

Dispositivo de acoplamiento inductivo de un equipo de transmisión de datos a una fase de una línea eléctrica de potencia, y procedimiento de fabricación correspondiente.

Campo de la invención La invención se refiere a un dispositivo de acoplamiento inductivo de un equipo de transmisión de datos a una fase de una línea eléctrica de potencia para realizar, a través de dicha línea eléctrica de potencia, una transmisión de una señal eléctrica de datos de frecuencia superior a 3 kHz, comprendiendo dicho dispositivo un núcleo ferromagnético de forma anular definiendo un ojo central y por lo menos una espira conductora que atraviesa dicho ojo central formando un bucle, de manera que en la posición de uso de dicho dispositivo un cable conductor de una línea eléctrica de potencia atraviesa dicho núcleo ferromagnético por su ojo central estableciéndose un acoplamiento inductivo entre dicha espira conductora y dicho cable conductor a través de dicho núcleo ferromagnético, estando formado dicho núcleo ferromagnético por al menos dos partes de núcleo aptas para separarse una de otra permitiendo así la introducción de dicho cable conductor en dicho ojo central.

El principio de acoplamiento inductivo de un dispositivo de este tipo es análogo al de un transformador: la espira conductora es asimilable al primario, mientras que la propia línea eléctrica es asimilable al secundario.

El dispositivo de acoplamiento inductivo al que se refiere la invención es de especial aplicación en la tecnología de transmisión de datos a través de líneas eléctricas, conocida por las siglas PLC por "powerline communication". Esta tecnología permite establecer una red de transmisión de datos a alta velocidad utilizando como líneas de transmisión las redes eléctricas existentes de baja y media tensión, de manera que se suprime la necesidad de instalar un cableado específico, como por ejemplo un tendido de fibra óptica. Según este principio, una línea eléctrica existente, por ejemplo una línea de media tensión de 24 kV entre fases, puede transmitir simultáneamente energía eléctrica, mediante una señal a la frecuencia habitual de 50 Hz (o de 60 Hz) , y un flujo de datos a una frecuencia más elevada, superior a 3 kHz.

Para la transmisión de datos entre dos puntos determinados de una línea eléctrica de potencia, deben establecerse en estos puntos determinados unos nodos de conexión entre una fase de dicha línea y una red local de transmisión de datos o un usuario final. En cada uno de estos nodos de conexión, un equipo de transmisión de datos, encargado de gestionar los flujos de datos a transmitir, está conectado a dicha fase a través de un dispositivo de acoplamiento cuya función principal es adaptar las impedancias entre la línea eléctrica y el equipo de transmisión de datos, al tiempo que también acondiciona el ancho de banda de la señal de datos y constituye la necesaria protección eléctrica frente a la tensión de la línea. La presente invención se refiere a uno de estos dispositivos de acoplamiento, y en particular a uno de tipo inductivo, es decir en el cual la adaptación de las impedancias se realiza por medio de un acoplamiento inductivo a través de un núcleo ferromagnético, sin contacto eléctrico directo con la línea eléctrica.

Estado de la técnica

En la solicitud de patente española ES200401794 a nombre del solicitante se describe un dispositivo de acoplamiento de tipo capacitivo, es decir en el cual la adaptación de las impedancias entre la línea eléctrica y el equipo de transmisión de datos se realiza por medio de un acoplo capacitivo. Este tipo de dispositivo presenta el inconveniente de que requiere una conexión con contacto eléctrico directo con la línea eléctrica y por tanto su instalación es delicada y debe ser realizada por un operario especialmente capacitado.

En comparación con un acoplamiento de tipo capacitivo como el descrito en la mencionada solicitud de patente, un acoplamiento de tipo inductivo a través de un núcleo ferromagnético presenta la ventaja de que no requiere una conexión con contacto eléctrico directo entre el dispositivo y la línea eléctrica, si no que basta con colocar el dispositivo adecuadamente para que se establezca un acoplamiento inductivo a través del núcleo ferromagnético dispuesto en el propio dispositivo.

Se conocen unos amperímetros para líneas eléctricas de potencia basados en un acoplamiento inductivo. Este tipo de amperímetro, descrito por ejemplo en la patente norteamericana US4839600, comprende dos seminúcleos ferromagnéticos en forma de C que se acoplan mutuamente formando un núcleo, de manera que la línea eléctrica queda dispuesta atravesando el ojo del núcleo. Gracias a esta disposición en dos seminúcleos acoplables entre sí, la colocación del amperímetro se realiza fácilmente, sin necesidad de manipular la línea eléctrica y sin contacto eléctrico directo.

La solicitud de patente europea EP1406369A2 describe un dispositivo de acoplamiento inductivo de señales PLC ("powerline communication") que, al igual que el amperímetro descrito por el documento US4839600 citado anteriormente, presenta una configuración en dos seminúcleos acoplables entre sí, permitiendo así una fácil instalación en la línea eléctrica. El dispositivo descrito en el citado documento EP1406369A2 presenta la

particularidad de que los seminúcleos están realizados en un material ferromagnético nanocristalino o amorfo que es particularmente apto para acoplamientos inductivos con corrientes alternas de elevada intensidad, como es el caso de las líneas eléctricas de potencia. Ahora bien, debe decirse que la utilización de este tipo de núcleo ferromagnético con este fin ya era conocida anteriormente, como puede verse por ejemplo en la solicitud de patente PCT WO0246777A2.

El citado documento EP1406369A2 describe asimismo un procedimiento de fabricación de un dispositivo de acoplamiento que consiste básicamente en formar un núcleo ferromagnético anular colocando en un molde una bobina de cinta de material ferromagnético nanocristalino o amorfo, impregnar el núcleo con una masa aislante fundible, retirar el núcleo del molde y finalmente seccionar el núcleo en dos partes. Sin embargo, el dispositivo obtenido mediante este procedimiento presenta el inconveniente de que es poco robusto. Por otra parte, las formas de realización descritas en el documento EP1406369A2 son esquemáticas y no describen un dispositivo de acoplamiento debidamente finalizado y de uso práctico.

La solicitud de patente internacional PCT nº WO-2005/00891A da a conocer un dispositivo de acoplamiento inductivo PLC especialmente diseñado para ser aplicado sobre líneas eléctricas protegidas, tales como líneas eléctricas de potencia subterráneas entre dos puestos de transformación. Este dispositivo presenta la misma disposición principal que en dichos documentos US4839600 y EP1406369A2, comprendiendo un anillo que encierra la línea eléctrica y una bobina que está acoplada a dicho anillo por inducción y está conectada a un dispositivo de transmisión y recepción, pero con la particularidad de que una derivación está conectada a la protección de la línea eléctrica y al suelo o al potencial de compensación, permitiendo una inducción directa de la corriente de señal al conductor y evitando la captación de corrientes de interferencias recogidas por la protección.

Sumario de la invención La presente invención tiene como finalidad remediar los inconvenientes citados. Esta finalidad se consigue mediante un dispositivo de acoplamiento inductivo del tipo indicado al principio, caracterizado porque comprende dos semicarcasas complementarias de forma semianular realizadas en un material aislante eléctrico y provistas de unos medios de ensamblado mutuo, estando provista cada una de dichas semicarcasas de un conducto en el que dichas partes de núcleo están alojadas y encapsuladas en un compuesto de resina solidificado, estando alojada asimismo en uno de dichos conductos dicha espira conductora, siendo dichas semicarcasas aptas para adoptar una posición ensamblada formando una abrazadera cerrada centrada en dicho ojo central y una posición abierta en la que queda definida al menos una abertura, y porque dicho dispositivo lleva integrados, en una de dichas semicarcasas, un conector exterior para señal eléctrica de datos y un dispositivo emisor-receptor dispuesto a modo de interfaz entre dicho conector exterior y dicha por lo menos una espira conductora.

En la presente descripción, así como en las reivindicaciones, debe... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de acoplamiento inductivo de un equipo de transmisión de datos a una fase de una línea eléctrica de potencia para realizar, a través de dicha línea eléctrica de potencia, una transmisión de una señal eléctrica de datos de frecuencia superior a 3 kHz, comprendiendo dicho dispositivo un núcleo ferromagnético (1) de forma anular definiendo un ojo central (2) y por lo menos una espira conductora (3) que atraviesa dicho ojo central (2) formando un bucle, de manera que en la posición de uso de dicho dispositivo un cable conductor de una línea eléctrica de potencia atraviesa dicho núcleo ferromagnético (1) por su ojo central (2) estableciéndose un acoplamiento inductivo entre dicha espira conductora (3) y dicho cable conductor a través de dicho núcleo ferromagnético (1) , estando formado dicho núcleo ferromagnético (1) por al menos dos partes de núcleo (4, 5) aptas para separarse una de otra permitiendo así la introducción de dicho cable conductor en dicho ojo central (2) , caracterizado porque comprende dos semicarcasas (6, 7) complementarias de forma semianular realizadas en un material aislante eléctrico y provistas de unos medios de ensamblado mutuo (13, 14) , estando provista cada una de dichas semicarcasas (6, 7) de un conducto (8, 9) en el que dichas partes de núcleo (4, 5) están alojadas y encapsuladas en un compuesto de resina solidificado (18) , estando alojada asimismo en uno de dichos conductos (8, 9) dicha espira conductora (3) , siendo dichas semicarcasas (6, 7) aptas para adoptar una posición ensamblada formando una abrazadera cerrada centrada en dicho ojo central (2) y una posición abierta en la que queda definida al menos una abertura (10) , y porque dicho dispositivo lleva integrados, en una de dichas semicarcasas (6, 7) , un conector exterior (11) para señal eléctrica de datos y un dispositivo emisor-receptor (12) dispuesto a modo de interfaz entre dicho conector exterior (11) y dicha por lo menos una espira conductora (3) .

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de ensamblado de las semicarcasas comprenden una unión rotativa (13) que enlaza dichas semicarcasas (6, 7) por uno de sus extremos, obteniéndose dichas posiciones ensamblada y abierta mediante el giro relativo de una semicarcasa con respecto a la otra alrededor de dicha unión rotativa (13) .

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque dichos medios de ensamblado comprenden además 30 unos medios de anclaje (14) entre los extremos de las semicarcasas (6, 7) opuestos a dicha unión rotativa (13) .

4. Dispositivo según las reivindicación 3, caracterizado porque en una de dichas semicarcasas (6, 7) está dispuesta una toma exterior de conexión a tierra (15) conectada a dichos medios de anclaje (14) .

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque cada uno de dichos conductos (8, 9) de las semicarcasas presenta sus dos extremos abiertos, de manera que en cada uno de dichos extremos queda expuesta una cara de dichas partes de núcleo (4, 5) .

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque en dicha posición ensamblada de las semicarcasas cada cara de parte de núcleo (4, 5) expuesta en un extremo del conducto (8, 9) de una semicarcasa se encuentra en contacto con la cara de una parte de núcleo (4, 5) correspondiente de la otra semicarcasa.

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en cada uno de dichos conductos (8, 9) de las semicarcasas hay una única parte de núcleo (4, 5) , constituyendo dicha parte de núcleo un seminúcleo 45 de forma semicircular.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque en cada uno de dichos conductos (8, 9) de las semicarcasas se encuentra dispuesto un elemento posicionador (16, 17) que empuja la parte de núcleo hacia la pared más cercana a dicho ojo central (2) .

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque dicho elemento posicionador (16, 17) es un muelle en forma de lámina dispuesto junto a la pared de dicho conducto (8, 9) más alejada de dicho ojo central (2) .

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el espacio de dichos conductos

55 (8, 9) de las semicarcasas no ocupado por dichas partes de núcleo (4, 5) está relleno de un compuesto de resina solidificado (18) .

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque dichas semicarcasas (6, 7) presentan una de sus caras principales (19, 20) plana y abierta sobre dicho conducto (8, 9) , quedando dicha cara abierta (19, 20) tapada 60 por dicho relleno de un compuesto de resina (18) .

12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque dicho dispositivo emisorreceptor (12) está realizado en un circuito impreso (24) que se encuentra alojado en el seno de una de dichas semicarcasas (6, 7) .

13. Dispositivo según las reivindicaciones 10 y 12, caracterizado porque dicho circuito impreso (24) está dispuesto en el conducto (8, 9) de una de dichas semicarcasas y está en contacto directo con dicho compuesto de resina (18) .

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque dicho conector exterior (11) está provisto de unas

patillas (21) que atraviesan la pared exterior de la semicarcasa y se insertan en unos orificios correspondientes de dicho circuito impreso (24) .

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 14, caracterizado porque cada conducto (8, 9) se prolonga en uno de sus extremos por un tramo (22, 23) que, en la posición ensamblada de dichas semicarcasas, se 10 enmanga en el extremo correspondiente del otro conducto.

16. Procedimiento de fabricación de un dispositivo de acoplamiento inductivo según la reivindicación 1, caracterizado porque partiendo de dos semicarcasas (6, 7) complementarias de forma semianular realizadas en material aislante eléctrico, provistas cada una de dichas semicarcasas (6, 7) de un conducto (8, 9) de extremos abiertos y presentando una cara (19, 20) plana abierta sobre dicho conducto (8, 9) , se realizan las etapas siguientes:

- una primera etapa de ensamblaje que comprende, siendo indiferente el orden de ejecución, las acciones de colocar en cada uno de dichos conductos (8, 9) un elemento posicionador (16, 17) , colocar por lo menos una espira conductora (3) formando un bucle en el conducto (8, 9) de una de las semicarcasas, colocar en dicha semicarcasa un conector exterior (11) para señal eléctrica de datos, colocar asimismo en el conducto de dicha semicarcasa un circuito impreso (24) que comprende un dispositivo emisor-receptor (12) , conectando dicho circuito impreso (24) a dicho conector exterior (11) y a dicha espira conductora (3) , e introducir en cada uno de dichos conductos de las semicarcasas un seminúcleo ferromagnético (4, 5) de forma semianular, venciendo la resistencia de dichos elementos posicionadores (16, 17) y haciendo pasar uno de dichos seminúcleos (4, 5) por dentro del bucle formado por dicha espira conductora (3) ;

- una segunda etapa de relleno en la cual se rellenan dichos conductos (8, 9) con un compuesto de resina (18) ; y - una tercera etapa de secado en la que se realiza un proceso de secado hasta la solidificación completa de 30 dicho compuesto de resina (18) .

17. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado porque dicho compuesto de resina (18) es una mezcla endurecible en frío que contiene una resina epóxica y un agente endurecedor, aplicándose dicho compuesto de resina (18) en contacto directo con dicho circuito impreso (24) .

18. Procedimiento según las reivindicaciones 16 ó 17, caracterizado porque previamente a dicha segunda etapa de relleno se tapan los extremos de dichos conductos (8, 9) con un elemento obturador, retirándose dicho elemento obturador al finalizar dicha tercera etapa de secado.

19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque dicha segunda etapa de relleno se realiza hasta que dicha cara (19, 20) plana abierta de cada semicarcasa (6, 7) quede tapada por dicho compuesto de resina (18) .