Divisor de tensión adaptativa con característica de frecuencia corregida para la medición de altas tensiones.

Divisor de tensión adaptativa para la medición de una alta tensión entre un terminal de tierra (GND) y un terminal de medición (U),

caracterizado por el hecho de que comprende:

- una primera rama que comprende un primer conjunto de elementos de impedancia (Q, P) conectados entre el terminal de tierra (GND) y el terminal de medición (U) y conmutable entre una pluralidad de configuraciones, en el que en por lo menos una configuración el primer conjunto de elementos de impedancia (Q, P) forma un circuito divisor de tensión, y unos medidores de tensión (AD1, AD3) configurados para medir la tensión en por lo menos uno de los elementos de impedancia (Q, P) de la primera rama,

- una segunda rama que comprende un segundo conjunto de elementos de impedancia (Z, R) que forma un circuito divisor de tensión conectado entre los terminales de tierra (GND) y el terminal de medición (U) y un medidor de tensión (AD2) configurado para medir tensión en uno de los elementos de impedancia (Z, R) de la segunda rama,

- un circuito de control (DCSS) configurado para variar consecutivamente la configuración de la primera rama entre la pluralidad de configuraciones de la misma por medio de por lo menos un conmutador (Sw) y para determinar la transmitancia de dicho divisor de tensión adaptativa en base a relaciones entre los valores de los elementos de impedancia (Z, R) de la segunda rama calculados como función de las salidas de los medidores de tensión (AD1, AD2, AD3) medidas para configuraciones consecutivas de la primera rama.

Divisor de tensión adaptativa con característica de frecuencia corregida para la medición de altas tensiones 5 CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un divisor de tensión adaptativa con característica de frecuencia corregida para la medición de altas tensiones.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA

Divisores de tensión clásicos: resistivos, inductivos o capacitivos, presentan una serie de inconvenientes que se describirán más adelante.

En primer lugar, la relación del divisor de tensión varía en el tiempo debido al envejecimiento de los componentes o a las condiciones ambientales tales como la temperatura, la humedad o la contaminación del medio ambiente. Por ejemplo, las variaciones de la humedad del aire provocan variaciones en las resistencias de fuga derivando las impedancias del divisor y con ello dando lugar a cambios incontrolados en la relación del divisor. Del mismo modo, los contaminantes externos (polvo, grasa) que derivan los elementos divisores producen cambios incontrolados en la 2 relación del divisor. Además, cargar un divisor con una impedancia finita también varía la relación del divisor.

Las propiedades dinámicas de un divisor de tensión también están sujetas a cambios. Además de los componentes de resistencia, cada divisor de tensión comprende elementos de reactancia parasitarios. Los divisores inductivos comprenden inherentemente elementos de reactancia. Las capacidades de las capacitancias parásitas varían de 25 manera incontrolada debido a la presencia o la reubicación de conductores extraños en las proximidades del divisor de tensión. Los cambios en la geometría del divisor de tensión debidos a la expansión térmica de sus elementos resultan en cambios de las capacidades presentes en el divisor. Los cambios incontrolados en la capacidad pueden ser causadas por la temperatura y la humedad o incluso por influencia de la presión del aire en la constante dieléctrica del aire. Además, el envejecimiento del material dieléctrico también provoca cambios incontrolados en la 3 capacitancia. Dado que cada elemento conductor tiene una inductancia, siempre se produce un acoplamiento magnético parasitario indeterminado entre el circuito principal y los elementos conductores en sus proximidades. Las capacitancias o inductancias parásitas forman circuitos resonantes que cambian sustancialmente las propiedades metrológicas del divisor de tensión, especialmente para señales que contienen altos armónicos. Hay casos conocidos en los que se produce una ferrorresonancia en divisores de tensión inductivos que distorsionan 35 sustancialmente las características de amplitud y frecuencia de un divisor de tensión.

Era por lo tanto un objetivo desarrollar un divisor de tensión adaptativa en el que se evitasen por lo menos parte de estos inconvenientes.

De la memoria de patente de americana n° US 3.256.484 se conoce una sonda de prueba de osciloscopio de altas tensión de la cual de proporciona una la alta calidad de aislamiento mediante un fluido dieléctrico que llena parcialmente un recipiente en el cual se encuentra un divisor de tensión. Dado que el punto de ebullición del fluido dieléctrico freón empleado es +4,1 grados Celsius la parte restante del recipiente se llena con el vapor de fluido dieléctrico bajo presión. Por lo tanto, la capacidad de aislamiento en el divisor de tensión de los alrededores 45 aumenta varias veces respecto a la del aire. La sonda permite medir altas tensiones de hasta 3 kV dentro de un rango de frecuencias DC-7MHz y un tiempo de subida de aproximadamente 3,3 nanosegundos.

De la solicitud de patente rusa RU N° 239992 es conocido un procedimiento para la medición sin contacto de la tensión y el factor de distorsión de la corriente en líneas de tracción eléctrica en las cuales se fijan unos sensores de 5 campo eléctrico y de campo magnético en el extremo de una barra de dos metros y se colocan por debajo de un cable. Las señales de ambos sensores se aplican a entradas de un osciloscopio de doble canal conectado a un ordenador mediante el cual se realiza una grabación sincrónica y un análisis espectral de señales.

Un inconveniente de la sonda según la patente americana n° US 3.256.484 es la necesidad de mantener una 55 cantidad especificada de freón en la sonda. Por otra parte, los materiales aislantes de polímero, debido a corrientes superficiales inevitables, no aseguran unos parámetros de capacitancia y conductancia estables bajo condiciones variables ambientales (humedad, polvo). Esto produce una variación incontrolada de las propiedades metrológicas tanto estáticas como de frecuencia de la sonda.

La patente americana US6175 describe un divisor de tensión independiente de la frecuencia, que incluye una disposición en serie de resistencias conectadas entre un terminal de entrada y un terminal de referencia para recibir una señal de entrada. Un terminal de salida para enviar una señal de salida está conectado a una toma de la

disposición en serie. La influencia de la capacitancia parasitaria se elimina mediante unos condensadores de compensación.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 5

El objetivo de la invención es un divisor de tensión adaptativa de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas 1-7.

La determinación de la relación de derivación conmutable para cada realización del divisor de tensión de acuerdo con la invención permite la determinación simultánea de la relación de derivación (no conmutable) clásica del divisor 1 y el empleo de las relaciones dadas en la descripción de la primera realización.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

El divisor de tensión adaptativa de acuerdo con la presente invención en las realizaciones de ejemplo se muestra en 15 el dibujo en el cual:

La figura 1 muestra el primer ejemplo de realización del divisor de tensión adaptativa de acuerdo con la presente invención,

La figura 2 muestra el segundo ejemplo de realización del divisor de tensión adaptativa de acuerdo 2 con la presente invención,

La figura 3 muestra la tercera realización de ejemplo del divisor de tensión adaptativa de acuerdo con la presente invención,

La figura 4 muestra el cuarto ejemplo de realización del divisor de tensión adaptativa de acuerdo con la presente invención.

La figura 5 muestra el concepto de eliminación del impacto negativo de CMRR en la cuarta realización.

MODOS DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN

PRIMERA REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN 3

En la figura 1 se muestra el divisor de tensión adaptativa con característica de frecuencia corregida para la medición de altas tensiones de acuerdo con la primera realización de ejemplo. Comprende dos ramas - en la primera rama una impedancia QGco) y una ¡mpedancla P(jco), que están conectadas al primer seguidor de tensión cuya salida está conectada, además, al primer convertidor analógico a digital, mientras que en su segunda rama tiene una

impedancia Z(jco) y una impedancia R(jco) conectadas en serie, conectadas al segundo seguidor de tensión cuya

salida está conectada a un segundo convertidor analógico a digital. El divisor de tensión adaptativa está provisto, además, de un conmutador Sw que permite desconectar la impedancia P(jco) desde el terminal de potencial cero y la conecta a la salida del amplificador cuya salida está conectada al tercer convertidor analógico a digital.

El divisor de tensión adaptativa comprende: la impedancia QGco) un extremo de la cual está conectado a la entrada sin inversión del primer seguidor de tensión W1 que emplea un amplificador operacional con alta resistencia de entrada, además, la impedancia QGco) está conectada al primer extremo de la impedancia PGco). La salida del primer seguidor de tensión W1 está conectada al primer medidor de tensión, es decir, un convertidor analógico a digital AD1. La impedancia P(jco) puede conectarse, por medio del conmutador Sw, en la segunda posición del conmutador 45 SW, al terminal de potencial cero o, en la primera posición del conmutador Sw, a la salida del amplificador W3. Dado que la entrada sin inversión del amplificador W3 también está conectada al terminal de potencial cero, mientras que la entrada con inversión de dicho amplificador W3 está conectada a la salida del amplificador W1, en la primera posición del conmutador Sw, cuya salida del amplificador W3 está conectada a la impedancia PGco), funciona como amplificador inversor cuya salida está conectada al tercer convertidor analógico a digital AD3. En la segunda rama la 5 impedancia Z(jco) también está conectada a un conductor del cual se mide la tensión, la impedancia R(jco) y a la

entrada del segundo seguidor de tensión W2 cuya salida está conectada... [Seguir leyendo]

1. Divisor de tensión adaptativa para la medición de una alta tensión entre un terminal de tierra (GND) y un terminal de medición (U), caracterizado por el hecho de que comprende:

- una primera rama que comprende un primer conjunto de elementos de ¡mpedancia (Q, P) conectados entre el terminal de tierra (GND) y el terminal de medición (U) y conmutable entre una pluralidad de configuraciones, en el que en por lo menos una configuración el primer conjunto de elementos de impedancia (Q, P) forma un circuito divisor de tensión, y unos medidores de tensión

(AD1, AD3) configurados para medir la tensión en por lo menos uno de los elementos de impedancia

(Q, P) de la primera rama,

- una segunda rama que comprende un segundo conjunto de elementos de impedancia (Z, R) que forma un circuito divisor de tensión conectado entre los terminales de tierra (GND) y el terminal de medición (U) y un medidor de tensión (AD2) configurado para medir tensión en uno de los elementos

de ¡mpedancia (Z, R) de la segunda rama,

- un circuito de control (DCSS) configurado para variar consecutivamente la configuración de la primera rama entre la pluralidad de configuraciones de la misma por medio de por lo menos un conmutador (Sw) y para determinar la transmitancia de dicho divisor de tensión adaptativa en base a relaciones entre los valores de los elementos de impedancia (Z, R) de la segunda rama calculados

como función de las salidas de los medidores de tensión (AD1, AD2, AD3) medidas para

configuraciones consecutivas de la primera rama.

2. Divisor de tensión adaptativa de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que:

- la segunda rama comprende un primer elemento de impedancia (Z) conectado en serie a un segundo

elemento de ¡mpedancia (R) al cual está conectado un seguidor de tensión (W2), estando conectado, además, el seguidor de tensión (W2) a un medidor de tensión (AD2)

- la primera rama comprende un primer elemento de impedancia (Q) conectado en serie a un segundo elemento de ¡mpedancia (P) al cual está conectado un seguidor de tensión (W1), estando conectado,

además, el seguidor de tensión (W1) a un medidor de tensión (AD1), y comprendiendo, además, un

conmutador (Sw) para conectar de manera conmutable el segundo terminal del elemento de ¡mpedancia (P) al terminal de tierra (GND) o a la salida de un amplificador (W3), estando conectada la salida del amplificador (W3) a un medidor de tensión (AD3).

3. Divisor de tensión adaptativa de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que la segunda rama es conmutable entre:

- una primera configuración, en la que el conmutador (Sw) conecta el elemento de impedancia (P) a tierra,

- una segunda configuración, en la que el conmutador (Sw) conecta el elemento de impedancia (P) a

la salida del amplificador (W3).

4. Divisor de tensión adaptativa de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que:

- la segunda rama comprende un primer elemento de impedancia (Z) conectado en serie a un segundo

elemento de impedancia (R) al cual está conectado un medidor de tensión (AD2),

- la primera rama comprende por lo menos tres impedancias (Q, T, P) que pueden conectarse a través de unos conmutadores (Sq, Stp, Sw) a por lo menos tres configuraciones, en el que la primera configuración comprende una conexión en serie de la primera impedancia (Q) y la segunda

impedancia (T), la segunda configuración comprende una conexión en serie de la primera impedancia

(Q) y la tercera impedancia (P) y la tercera configuración comprende una conexión en serie de las tres impedancias (Q, T, P).

5. Divisor de tensión adaptativa de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que la primera 55 rama comprende una primera impedancia (Q) conectada en serie a un primer conmutador selector (Sq) que tiene un

terminal selector conmutable entre una segunda impedancia (T) y una tercera impedancia (P) que tiene un terminal común conectado a través de un segundo conmutador (Sw) al terminal de tierra (GND), y que comprende, además, un tercer conmutador (Stp) entre el terminal selector del primer conmutador selector (Sq) y el terminal de tierra (GND).

6. Divisor de tensión adaptativa de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que comprende, además, un circuito (Ww, Wi, T1, P1) que puede conectarse en la tercera configuración en paralelo con la conexión en serie de la segunda y la tercera impedancia (T, P) para minimizar los efectos de CMRR.

7. Divisor de tensión adaptativa de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la primera rama y la segunda rama comprenden, cada una, una cadena de divisores de tensión cargados mutuamente.