Calibración del sensor de fibras óptica de efecto Faraday.

Un procedimiento de calibración de un sistema para medir corriente de alta tensión en conductores eléctricos,

comprendiendo dicho procedimiento:

proporcionar un conductor eléctrico (50) que lleva corriente de alta tensión,

proporciona una fuente de luz (46),

proporcionar un primer conducto óptico (48) que define un primer y un segundo extremo opuestos, estandodicha fuente de luz (46) conectada a dicho primer extremo de dicho primer conducto óptico (48), emitiendodicha fuente de luz (46) luz dentro de dicho primer conducto óptico (48),

proporcionar un dispositivo de medición de corriente de Faraday (10) que define un primer y un segundoextremo opuestos, estando dicho primer extremo de dicho dispositivo de medición de corriente de Faraday(10) conectado a dicho segundo extremo de dicho primer conducto óptico (48), recibiendo dicho dispositivode medición de corriente de Faraday (10) dicha luz desde dicho primer conducto óptico (48),proporcionar un segundo conducto óptico (52), que define un primer y segundo extremo opuestos, estandodicho primer extremo conectado a dicho segundo extremo de dicho dispositivo de medición de corriente deFaraday (10),

proporcionar un medio de detección óptica (54) para convertir dicha luz en una señal eléctrica, estandodicho medio de detección (54) conectado a dicho segundo extremo de dicho segundo conducto óptico (52),proporcionar un sistema de medición de corriente (58) que realiza una medición de la corriente en dichoconductor eléctrico (50),

realizar dicha medición de dicha corriente eléctrica en dicho conductor eléctrico (50) , calculando dichosistema de medición de corriente de alta tensión en conductores eléctricos una constante de calibración,suprimiendo dicho sistema de medición de corriente (58),

caracterizado porque dicho procedimiento comprende, además:

dicho sistema para medir corriente de alta tensión en conductores eléctricos periódicamente,alternativamente de manera aperiódica, recalculando dicha constante de calibración que implica lamedición de los componentes de corriente alterna y corriente continua de dicha señal eléctrica.

Calibración del sensor de fibras óptica de efecto Faraday

La presente invención se refiere a un procedimiento de calibración de un sistema de sensor de corriente que incluye un sensor óptico Faraday de corriente.

La industria eléctrica tiene necesidad de estaciones transformadoras de monitorización para subidas de tensión y para la medición de grandes impulsos de corriente. Con estos fines un sensor de corriente de Efecto Faraday tiene varias ventajas. Un sensor de corriente de Efecto Faraday puede ser construido con materiales dieléctricos, lo que es de gran importancia cuando se mide con corrientes elevadas en presencia de interferencia electromagnética sustancial. Los sensores de corriente de Efecto Faraday pueden emplear una bobina de una fibra óptica o varias fibras ópticas formadas de un material que muestra el Efecto Faraday en respuesta a un campo magnético generado por una corriente eléctrica. Varias publicaciones de patentes de la técnica anterior describen sensores ópticos Faraday de corriente, tal como las publicaciones de los EE.UU. US 4.894.608, US 5.051.577, US 5.486.754, US 5.811.964, US 6.043.648.

En un sensor de corriente de efecto Faraday, el plano de polarización de una luz incidente polarizada experimenta una rotación que es función del campo magnético creado por la corriente eléctrica que ha de medirse.

Puede determinarse la corriente que ha de ser medida determinando el ángulo de rotación del plano de polarización de la luz a la salida del sensor óptico. Cuando la luz atraviesa una barra de vidrio, la luz experimenta una rotación. Puede describirse el ángulo de rotación mediante la fórmula:

!VBd

∀##

en la que β es el ángulo de rotación, d es la longitud del elemento sensor, V la constante de material de la barra de vidrio denominada constante de Verdet y B es el campo magnético, descrito como un vector. La constante de Verdet depende tanto de la temperatura como de la longitud de onda.

En un sensor de corriente de Efecto Faraday, una fuente lumínica genera luz a la que se hace atravesar un filtro de polarización o que es polarizada de otra forma antes de que atraviese el material sensible magneto-óptico. La luz incidente polarizada experimenta una rotación que es función del campo magnético creado por la corriente eléctrica que ha de medirse. Puede determinarse la corriente que ha de ser medida midiendo el ángulo de rotación del plano de polarización de la luz a la salida del sensor óptico Faraday de corriente.

El sensor de fibra óptica de corriente que incluye la fuente lumínica y el detector es sensible, entre otras cosas, al ruido óptico en el circuito de detección, al ruido eléctrico en la fuente lumínica, a interferencia de campos magnéticos procedentes de inductores y sistemas cercanos, al montaje y la instalación del sensor, a la forma y el diámetro del conducto, a las tolerancias de producción del sensor, al efecto de la temperatura en la constante de Verdet, al efecto de la temperatura sobre la fuente lumínica y el detector, a la degradación de la fuente lumínica y del detector en la vida útil del producto.

La determinación de la corriente que ha de medirse está sujeta a varias fuentes de error. Cualquier sistema basado en la óptica o en circuitos eléctricos es sensible al ruido y a otras degradaciones de señales, tales como el ruido óptico o la interferencia de fuentes electromagnéticas. Un sistema que comprenda una fuente lumínica, una unidad fotodetectora y un conducto óptico tal como una fibra óptica puede sufrir pérdida de sensibilidad debido a la atenuación óptica causada por defectos en el material usado para formar un conducto o un dispositivo ópticos, tales como lentes o fibras ópticas. Las fuentes lumínicas y la circuitería fotodetectora pueden estar expuestas al ruido eléctrico o a interferencia de campos magnéticos procedentes de inductores o sistemas cercanos o, alternativamente, a ruido causado por fluctuaciones en la alimentación eléctrica. También las condiciones ambientales como la temperatura pueden tener un efecto en propiedades del material, tales como la constante de Verdet, y también un efecto en el ruido generado en la fuente lumínica y en la circuitería fotodetectora. Además, todos los componentes eléctricos y las fuentes lumínicas y los elementos fotodetectores sufren degradación con el tiempo. Todos los factores mencionados anteriormente contribuyen a una precisión reducida de las mediciones llevadas a cabo por el sistema.

Se contempla que una calibración previa al inicio de las mediciones y a la monitorización de una estación transformadora usando un sensor óptico Faraday de corriente dé una determinación más precisa de la corriente en el conductor eléctrico. Además, una medición precisa depende de contar con una fuente lumínica estable que produzca una cantidad constante de luz o, alternativamente, de la determinación del cambio de la intensidad de la luz procedente de la fuente lumínica, así como los cambios de la intensidad lumínica causados por variaciones de la temperatura.

Un sistema para monitorizar una estación transformadora puede estar dotado de una unidad de recogida de datos y de transmisión de datos para transmitir los datos recogidos a uno o más ordenadores que monitorizan varias estaciones transformadoras. Estas unidades de comunicación pueden estar constituidas por conexiones

inalámbricas o conexiones fijas tales como redes POTS/PSTN. La comunicación desde el sistema de medición montado en las estaciones transformadoras individuales hasta un ordenador central puede incluir información sobre cargas medias, picos de corriente, corriente real para líneas de corriente de alta tensión, dirección de la energía, corrientes máximas, tensiones reales, temperatura ambiente y sellos de tiempo para toda la información mencionada anteriormente. Además, el sistema de medición puede incluir una función de alerta para alertar a un operario de una empresa de suministro de energía sobre situaciones en las que la corriente pico esté por encima de un umbral máximo dado o, alternativamente, por debajo de un umbral mínimo, una situación en la que la tensión esté por encima de un umbral máximo o, alternativamente, por debajo de un umbral mínimo u otra información, tal como que las temperaturas ambiente estén fuera de intervalo, todo lo cual indica algún fallo o alguna avería en la estación transformadora.

La unidad de comunicación proporciona además la oportunidad de llevar a cabo una configuración remota del sistema, dando a un operario de la posibilidad de configurar el sistema, por ejemplo definiendo niveles para las corrientes pico, niveles de tensión de desactivación, valores de tiempo de espera y opciones de alerta.

El sistema esbozado anteriormente también puede ser empleado en industrias tales como molinos de viento o en centrales eléctricas tales como centrales alimentadas por carbón o nucleares, y no está limitado a aplicaciones en estaciones transformadoras.

Un procedimiento de medición de corriente de alta tensión en conductores eléctricos, puede comprender:

proporcionar una fuente de luz, estando dicha fuente de luz una fuente de luz basada en LED, alternativamente una fuente de luz incandescente, proporcionar un primer conducto óptico que es una primera fibra óptica, conduciendo dicho primer conducto óptico luz emitida desde dicha fuente de luz, proporcionar un dispositivo óptico de medición de corriente óptico que comprende:

un alojamiento que define un primer extremo abierto y un segundo extremo abierto opuesto a dicho primer extremo abierto, un primer medio de obturación que tiene una abertura, teniendo dicho primer medio de obturación una configuración geométrica global que corresponde a la configuración geométrica global de dicho primer extremo abierto de dicho alojamiento, comprendiendo, además, dicho primer medio de obturación una abertura adaptada para recibir dicha primera fibra óptica, un primer medio de fijación para fijar dicha primera fibra óptica, una primera lente óptica que tiene una parte de recepción adaptado para recibir dicho primer medio de fijación para montar dicho dicha primera fibra óptica en continuación óptica con dicha primera lente óptica, estando dicha primera lente óptica montada en dicho alojamiento, un primer filtro de polarización montado en dicho alojamiento en continuación óptica con dicha primera lente óptica, una barra de vidrio recibida en y encapsulada dentro de dicho alojamiento en continuación óptica con dicho primer filtro de polarización, estando dicha barra de vidrio construida a partir de un material que tiene propiedades magnetoópticas, un segundo filtro de polarización... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de calibración de un sistema para medir corriente de alta tensión en conductores eléctricos, comprendiendo dicho procedimiento:

proporcionar un conductor eléctrico (50) que lleva corriente de alta tensión,

proporciona una fuente de luz (46) , proporcionar un primer conducto óptico (48) que define un primer y un segundo extremo opuestos, estando dicha fuente de luz (46) conectada a dicho primer extremo de dicho primer conducto óptico (48) , emitiendo dicha fuente de luz (46) luz dentro de dicho primer conducto óptico (48) , proporcionar un dispositivo de medición de corriente de Faraday (10) que define un primer y un segundo extremo opuestos, estando dicho primer extremo de dicho dispositivo de medición de corriente de Faraday

(10) conectado a dicho segundo extremo de dicho primer conducto óptico (48) , recibiendo dicho dispositivo de medición de corriente de Faraday (10) dicha luz desde dicho primer conducto óptico (48) , proporcionar un segundo conducto óptico (52) , que define un primer y segundo extremo opuestos, estando dicho primer extremo conectado a dicho segundo extremo de dicho dispositivo de medición de corriente de Faraday (10) , proporcionar un medio de detección óptica (54) para convertir dicha luz en una señal eléctrica, estando dicho medio de detección (54) conectado a dicho segundo extremo de dicho segundo conducto óptico (52) , proporcionar un sistema de medición de corriente (58) que realiza una medición de la corriente en dicho conductor eléctrico (50) ,

realizar dicha medición de dicha corriente eléctrica en dicho conductor eléctrico (50) , calculando dicho sistema de medición de corriente de alta tensión en conductores eléctricos una constante de calibración, suprimiendo dicho sistema de medición de corriente (58) ,

caracterizado porque dicho procedimiento comprende, además:

dicho sistema para medir corriente de alta tensión en conductores eléctricos periódicamente, alternativamente de manera aperiódica, recalculando dicha constante de calibración que implica la medición de los componentes de corriente alterna y corriente continua de dicha señal eléctrica.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, comprendiendo, además, dicho procedimiento las etapas de determinar inicialmente el componente de corriente continua de dicha señal óptica, a continuación determinar periódicamente el componente de corriente continua de dicha señal óptica, determinar el componente efectivo de corriente alterna multiplicando el componente de corriente alterna medido por el coeficiente de dicho componente de corriente continua determinado inicialmente y dicho componente de corriente continua determinado periódicamente.

3. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que dicho dispositivo (10) de medición de corriente de Faraday comprende:

un alojamiento (12) que define un primer extremo abierto (14) y un segundo extremo abierto (16) frente a dicho primer extremo abierto (14) ,

un primer medio (18) de obturación dotado de una abertura, teniendo dicho primer medio (18) de obturación una configuración geométrica global correspondiente a la configuración geométrica global de dicho primer extremo abierto (14) de dicho alojamiento (12) , comprendiendo además dicho primer medio (18) de obturación una abertura adaptada para recibir una primera fibra óptica (20) , un primer medio (22) de fijación para fijar dicha primera fibra óptica (20) ,

una primera lente óptica (24) que tiene una sección de recepción (23) adaptada para recibir dicho primer medio (22) de fijación para montar dicha primera fibra óptica (20) en continuidad óptica con dicha primera lente óptica (24) , estando montada dicha primera lente óptica (24) en dicho alojamiento (12) , un primer filtro (26) de polarización montado en dicho alojamiento (12) en continuidad óptica con dicha primera lenta óptica (24) ,

una barra (28) de vidrio recibida y encapsulada dentro de dicho alojamiento (12) en continuidad óptica con dicho primer filtro (26) de polarización, estando construida dicha barra (28) de vidrio de un material dotado de propiedades magneto-ópticas, un segundo filtro (30) de polarización montado en dicho alojamiento (12) en continuidad óptica con dicha barra de vidrio,

una segunda lente óptica (32) montada en dicho alojamiento (12) en continuidad óptica con dicho segundo filtro (30) de polarización, estando adaptada dicha segunda lente óptica (32) para recibir un segundo medio (34) de fijación, un segundo medio (34) de fijación para fijar una segunda fibra óptica (38) , estando recibido dicho segundo medio (34) de fijación en dicha segunda lente óptica (32) ,

un segundo medio (36) de obturación para obturar dicho segundo extremo de dicho alojamiento (12) , teniendo dicho segundo medio (36) de obturación una abertura para recibir una segunda fibra óptica (38) , estando montado dicho segundo medio (36) de obturación en dicho segundo extremo de dicho alojamiento (12) , y unas tapas primera y segunda (40, 42) adaptadas para su fijación en dichos extremos primero y segundo, respectivamente, de dicho alojamiento (12) , incluyendo dichas tapas primera y segunda una abertura para recibir dichas fibras ópticas primera y segunda (38) , respectivamente.