Dispositivo y métodos de medición de corriente de bobina de Rogowski de núcleo dividido.
Un conjunto de bobina de Rogowski (200), que comprende:
un primer conjunto de placa de circuito impreso (PCB) (202) que comprende una primera PCB (212) y una segunda PCB (214),
teniendo la primera PCB forma de U y comprendiendo una primera pata alargada (216) y una segunda pata alargada (218) conectadas por una curva redondeada (219), teniendo la segunda PCB (214) una forma similar a la primera PCB y comprendiendo una tercera pata alargada (224) y una cuarta pata alargada (226) conectadas por una curva (228), extendiéndose la primera y la segunda patas generalmente paralelas entre sí y separadas entre sí para definir una abertura entre ellas para el paso de un conductor (206), teniendo la primera (202) y la segunda (214) PCB secciones de bobina (220, 222, 230, 232) formadas sobre las mismas, estando las secciones de bobina (220, 222, 230, 232) conectadas en serie entre sí para formar una sección de bobina más grande que define un primer bucle de bobina que genera una primera salida de tensión cuando se coloca alrededor de un conductor, estando terminado el primer bucle de bobina por dos tomas de tensión, una cualquiera o ambas de los cuales puede estar situada en la primera PCB (212) o en la segunda PCB (214), y
un segundo conjunto de placa de circuito impreso (204) dispuesto de manera separada del primer conjunto de placa de circuito impreso, comprendiendo el segundo conjunto de placa de circuito impreso una tercera PCB (240) y una cuarta PCB (242), teniendo la tercera y la cuarta PCB una forma similar a las PCB del primer conjunto de PCB (202), comprendiendo la tercera PCB una quinta pata (243) y una sexta pata (244) conectadas por una curva (245), teniendo la cuarta PCB una forma similar a la tercera PCB y comprendiendo una séptima pata (250) y una octava pata (252) separadas entre sí y conectadas por una curva (254), estando la quinta y la sexta patas separadas entre sí y definiendo una abertura entre ellas para el paso del conductor, teniendo la tercera (243) y la cuarta (256) PCB secciones de bobina formadas sobre las mismas (246, 248, 255, 256), estando las secciones de bobina (246, 248, 255, 256) conectadas en serie entre sí para formar una sección de bobina más grande que define un segundo bucle de bobina que genera una segunda salida de tensión cuando se coloca alrededor de un conductor, estando terminado el segundo bucle de bobina por dos tomas de tensión, una cualquiera o ambas de los cuales puede estar situada en la tercera PCB (243) o en la cuarta PCB (256);
en el que el primer bucle de bobina está establecido en su totalidad en el primer conjunto de PCB, en el que el segundo bucle de bobina está establecido en su totalidad en el segundo conjunto de PCB, y en el que una salida de tensión total de la bobina es la suma de la primera salida de tensión y la segunda salida de tensión.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2007/082639.
Solicitante: COOPER TECHNOLOGIES COMPANY.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 600 TRAVIS STREET, SUITE 5600 HOUSTON, TX 77002 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: KOJOVIC,LJUBOMIR,A.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01R15/18 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 15/00 Detalles de dispositivos para proceder a las medidas de tipos previstos en los grupos G01R 17/00 - G01R 29/00, G01R 33/00 - G01R 33/26 o G01R 35/00. › que utilizan dispositivos inductivos, p. ej. transformadores.
- H01F5/02 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01F IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE MATERIALES ESPECIFICOS POR SUS PROPIEDADES MAGNETICAS. › H01F 5/00 Bobinas de inducción (bobinas superconductoras H01F 6/06; inductancias fijas del tipo por señal H01F 17/00). › arrolladas sobre soportes no magnéticos, p. ej. moldes.
PDF original: ES-2524058_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Dispositivo y métodos de medición de corriente de bobina de Rogowski de núcleo dividido
Antecedentes de la invención
Esta invención se refiere en general a sistemas de energía eléctrica, y más específicamente a dispositivos para medir la corriente a través de un conductor eléctrico.
Las bobinas de Rogowski proporcionan un medio fiable de detectar o medir el flujo de corriente en un punto determinado en un sistema eléctrico. La corriente que fluye a través de un conductor genera un campo magnético que, a su vez, induce una tensión en la bobina. Usando la señal de salida de tensión de la bobina, es posible determinar las condiciones de corriente reales en el conductor. Con la llegada de los equipos de protección y medición basados en un microprocesador capaces de calcular la corriente, las bobinas de Rogowski se están convirtiendo en una alternativa atractiva a los dispositivos de medición de corriente convencionales.
De acuerdo con la presente invención, se da a conocer un conjunto de bobina de Rogowski de acuerdo con la reivindicación 1 y un método de monitorización de corriente con un conjunto de bobina de Rogowski de acuerdo con la reivindicación 5.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una ilustración de un sistema conocido para medir la corriente a través de un conductor eléctrico.
La figura 2 es una vista en perspectiva de una bobina de Rogowski conocida para el sistema de la figura 1.
La figura 3 es una vista en perspectiva de un conjunto de bobina de núcleo dividido de acuerdo con la presente invención.
La figura 4 ilustra la interconexión de las partes de la bobina en el conjunto de la figura 3.
Descripción detallada de la invención
Los sistemas de generación y transmisión de energía eléctrica suelen incluir una serie de dispositivos de protección para proteger los componentes y equipos frente a sobretensiones y sobrecorrientes potencialmente perjudiciales. Tales dispositivos de protección incluyen, entre otras cosas, dispositivos de relé que abren y cierran partes del sistema en respuesta a las condiciones reales de funcionamiento. El funcionamiento satisfactorio de los dispositivos de protección de red en un sistema de energía eléctrica depende, por supuesto, de una detección y una medición precisas de las condiciones de funcionamiento. Los equipos basados en microprocesador, tales como los dispositivos de relé digital, se utilizan cada vez en sistemas de energía eléctrica.
Haciendo referencia a la figura 1, se ilustra un sistema 100 que se puede usar para medir una corriente a través de un conductor eléctrico 105. El sistema 100 incluye una bobina 110 y un dispositivo de medición de tensión 115 conectado a la bobina 110. El dispositivo de medición de tensión 115 mide una tensión inducida en la bobina cuando 45 el conductor eléctrico 105 se coloca dentro de la bobina 110. La tensión inducida en la bobina 110 es proporcional a la velocidad de cambio de corriente en un conductor 105 que pasa a través de la bobina 110. Sobre la base de la salida de tensión medida de la bobina 110, entonces la corriente a través del conductor eléctrico 105 se puede integrar, procesar o calcular de otro modo de una manera conocida.
Para este fin, el sistema 100 también puede incluir un dispositivo de cálculo de corriente 120, que puede ser un ordenador. El dispositivo de cálculo de corriente 120 se conecta al dispositivo de medición de tensión 115 para calcular la corriente a través del conductor eléctrico sobre la base de la tensión medida por el dispositivo de medición de tensión 115. Aunque en la figura 1 se muestra por separado del dispositivo de medición de tensión 115, el dispositivo de cálculo de corriente 120 puede formar parte integral del dispositivo de medición de tensión 115.
La bobina 110 puede incluir un elemento conductor que está devanado alrededor de un núcleo no magnético. El elemento conductor puede ser, por ejemplo, un alambre de metal o un depósito de metal. El núcleo no magnético puede estar hecho de cualquier material que tenga una permeabilidad magnética que sea igual a la permeabilidad del espacio libre. Por ejemplo, el núcleo no magnético puede ser un núcleo de aire. Como otro ejemplo, la bobina 110 puede ser una bobina de Rogowski en la que el núcleo no magnético es una placa de circuito impreso (PCB) sobre la que está trazado el elemento conductor. La PCB puede estar hecha de una resina epoxi llena de una sustancia que tenga un bajo coeficiente de expansión térmica, tal como vidrio o cerámica.
Idealmente, la exactitud de la bobina 110 para medir la corriente en el conductor 105 es independiente de la 65 localización del conductor 105 en el interior de la bobina 110. Para evitar la influencia de conductores cercanos que transporten corrientes elevadas, la bobina 110 puede estar diseñada con bucles de dos hilos conectados en
direcciones eléctricamente opuestas y girando en dirección opuesta que, de manera efectiva, cancelan los campos electromagnéticos procedentes del exterior del bucle de bobina, si bien duplican la tensión inducida en la bobina 110. De manera alternativa, se puede hacer que un bucle de alambre regrese a través del centro del bucle de bobina para lograr el mismo efecto.
La figura 2 ilustra un conjunto de bobina conocido 150 que se puede fabricar con un alto grado de precisión. El conjunto de bobina 150 está formado como una bobina de Rogowski para recibir un conductor eléctrico 152. En el conjunto de bobina 150, existen elementos conductores formados o trazados sobre una serie de núcleos de placa de circuito impreso, definiendo cada uno de los elementos conductores del núcleo un cuarto del total de la bobina. En particular, el conjunto de bobina 150 incluye una primera parte 154 que está trazada en una primera dirección en un primer núcleo de PCB 156 y una segunda parte 158 que está trazada en la primera dirección en un segundo núcleo de PCB 160. La primera dirección puede ser en sentido horario o en sentido antihorario. El conjunto de bobina 150 incluye también una tercera parte 162 que está trazada en una segunda dirección en un tercer núcleo de PCB 156 y una cuarta parte 158 que está trazada en la segunda dirección en un cuarto núcleo de PCB 168. El tercer y el cuarto núcleos de PCB 164, 168 son distintos de cualquiera del primer o del segundo núcleos de PCB 156, 160. De esta manera, la tercera parte de bobina 162 y la cuarta parte 166 están "desacopladas" de la primera y la segunda partes de bobina 154 y 158. Por otra parte, la segunda dirección es diferente de la primera dirección sobre los núcleos respectivos. Así, si la primera dirección es en sentido horario, entonces la segunda dirección es en sentido antihorario, y si la primera dirección es en sentido antihorario, entonces la segunda dirección es en sentido horario.
Cada uno de los núcleos de PCB 156, 160, 164, 168 está formado como una pieza de forma fina definida por dos superficies opuestas. Los elementos conductores del conjunto de bobina 150 están trazados en el respectivo núcleo de PCB mediante el depósito de un metal (tal como, por ejemplo, cobre) sobre cada una de las superficies de los núcleos de PCB de una manera conocida. Como se muestra, los depósitos metálicos son rectilíneos y radiales, dependiendo de su ubicación en la PCB, y dan lugar a una forma rectangular/elíptica. Es posible crear otras formas, tales como, por ejemplo, formas circulares, triangulares o rectangulares. En particular, los depósitos metálicos pueden ser todos radiales, con proyecciones geométricas que se intersecan en un centro de la bobina, para formar una bobina circular (no mostrada) . De manera alternativa, los depósitos metálicos pueden ser todos rectilíneos para formar una bobina rectangular (no mostrada) .
Cuando las partes de bobina 154, 158, 162, 166 están dispuestas de esta manera, la primera parte 154 se acopla con la segunda parte 158 para formar un primer bucle 169 y la tercera parte 162 se acopla con la cuarta parte 166 para formar un segundo bucle 170. En esta disposición, se forma una zona interior 172 dentro del primer y del segundo bucles 169, 170 respectivamente, para recibir el conductor eléctrico 152.
La primera y la tercera partes 154, 162 están conectadas en un primer punto de conexión 174 y la tercera y la cuarta partes 158, 166 están conectadas en un segundo punto de conexión 176. La cuarta y la segunda partes 166, 158 están conectadas en un tercer punto de conexión 178. La tensión v (t) inducida en el conjunto de bobina 150 se mide a través de la primera y la segunda partes 154, 158 del conjunto de bobina 150 en una configuración en serie.
En la patente de EE. UU. nº... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un conjunto de bobina de Rogowski (200) , que comprende:
un primer conjunto de placa de circuito impreso (PCB) (202) que comprende una primera PCB (212) y una segunda PCB (214) , teniendo la primera PCB forma de U y comprendiendo una primera pata alargada (216) y una segunda pata alargada (218) conectadas por una curva redondeada (219) , teniendo la segunda PCB (214) una forma similar a la primera PCB y comprendiendo una tercera pata alargada (224) y una cuarta pata alargada (226) conectadas por una curva (228) , extendiéndose la primera y la segunda patas generalmente paralelas entre sí y separadas entre sí para definir una abertura entre ellas para el paso de un conductor (206) , teniendo la primera (202) y la segunda (214) PCB secciones de bobina (220, 222, 230, 232) formadas sobre las mismas, estando las secciones de bobina (220, 222, 230, 232) conectadas en serie entre sí para formar una sección de bobina más grande que define un primer bucle de bobina que genera una primera salida de tensión cuando se coloca alrededor de un conductor, estando terminado el primer bucle de bobina por dos tomas de tensión, una cualquiera o ambas de los cuales puede estar situada en la primera PCB (212) o en la segunda PCB (214) , y un segundo conjunto de placa de circuito impreso (204) dispuesto de manera separada del primer conjunto de placa de circuito impreso, comprendiendo el segundo conjunto de placa de circuito impreso una tercera PCB (240) y una cuarta PCB (242) , teniendo la tercera y la cuarta PCB una forma similar a las PCB del primer conjunto de PCB (202) , comprendiendo la tercera PCB una quinta pata (243) y una sexta pata (244) conectadas por una curva (245) , teniendo la cuarta PCB una forma similar a la tercera PCB y comprendiendo una séptima pata (250) y una octava pata (252) separadas entre sí y conectadas por una curva (254) , estando la quinta y la sexta patas separadas entre sí y definiendo una abertura entre ellas para el paso del conductor, teniendo la tercera (243) y la cuarta (256) PCB secciones de bobina formadas sobre las mismas (246, 248, 255, 256) , estando las secciones de bobina (246, 248, 255, 256) conectadas en serie entre sí para formar una sección de bobina más grande que define un segundo bucle de bobina que genera una segunda salida de tensión cuando se coloca alrededor de un conductor, estando terminado el segundo bucle de bobina por dos tomas de tensión, una cualquiera o ambas de los cuales puede estar situada en la tercera PCB (243) o en la cuarta PCB (256) ;
en el que el primer bucle de bobina está establecido en su totalidad en el primer conjunto de PCB, en el que el segundo bucle de bobina está establecido en su totalidad en el segundo conjunto de PCB, y en el que una salida de tensión total de la bobina es la suma de la primera salida de tensión y la segunda salida de 35 tensión.
2. El conjunto de bobina de Rogowski (200) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la primera PCB (212) y la segunda PCB (214) comprenden secciones de bobina que están devanadas en la misma dirección en cada PCB.
3. El conjunto de bobina de Rogowski (200) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la tercera PCB (240) y la cuarta PCB (242) comprenden secciones de bobina devanadas en direcciones opuestas en cada PCB.
4. El conjunto de bobina de Rogowski (200) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la primera salida de tensión
y la segunda salida de tensión están conectadas en serie entre sí para crear la salida de tensión total de la bobina. 45
5. Un método de monitorización de corriente con un conjunto de bobina de Rogowski, comprendiendo el método:
disponer una primera sección de bobina de Rogowski que tiene un primer conjunto de placa de circuito impreso (PCB) (202) que comprende una primera PCB (212) y una segunda PCB (214) , teniendo la primera PCB forma de U y comprendiendo una primera pata alargada (216) y una segunda pata alargada (218) conectadas por una curva redondeada (219) , teniendo la segunda PCB (214) una forma similar a la primera PCB y comprendiendo una tercera pata alargada (224) y una cuarta pata alargada (226) conectadas por una curva (228) , extendiéndose la primera y la segunda patas generalmente paralelas entre sí y separadas entre sí para definir una abertura entre ellas para el paso de un conductor (206) , teniendo la primera (202) y la segunda (214) PCB secciones de bobina (220, 222, 230, 55 232) formadas sobre las mismas, estando las secciones de bobina (220, 222, 230, 232) conectadas en serie entre sí para formar una sección de bobina más grande que define un primer bucle de bobina que genera una primera salida de tensión cuando se coloca alrededor de un conductor, estando terminado el primer bucle de bobina por dos tomas de tensión, una cualquiera o ambas de los cuales puede estar situada en la primera PCB (212) o en la segunda PCB (214) ;
disponer una segunda sección de bobina de Rogowski que tiene un segundo conjunto de placa de circuito impreso (204) dispuesto de manera separada del primer conjunto de placa de circuito impreso, comprendiendo el segundo conjunto de placa de circuito impreso una tercera PCB (240) y una cuarta PCB (242) , teniendo la tercera y la cuarta PCB una forma similar a las PCB del primer conjunto de PCB (202) , comprendiendo la tercera PCB una quinta pata 65 (243) y una sexta pata (244) conectadas por una curva (245) , teniendo la cuarta PCB una forma similar a la tercera PCB y comprendiendo una séptima pata (250) y una octava pata (252) separadas entre sí y conectadas por una 7
curva (254) , estando la quinta y la sexta patas separadas entre sí y definiendo una abertura entre ellas para el paso del conductor, teniendo la tercera (243) y la cuarta (256) PCB secciones de bobina formadas sobre las mismas (246, 248, 255, 256) , estando las secciones de bobina (246, 248, 255, 256) conectadas en serie entre sí para formar una sección de bobina más grande que define un segundo bucle de bobina que genera una segunda salida de tensión cuando se coloca alrededor de un conductor, estando terminado el segundo bucle de bobina por dos tomas de tensión, una cualquiera o ambas de los cuales puede estar situada en la tercera PCB (243) o en la cuarta PCB (256) , en el que el primer bucle de bobina está establecido en su totalidad en el primer conjunto de PCB, en el que el segundo bucle de bobina está establecido en su totalidad en el segundo conjunto de PCB;
colocar la primera y la segunda secciones de bobina de Rogowski alrededor de un conductor sin conectar directamente la primera y la segunda secciones de bobina de Rogowski;
obtener salidas de tensión distintas de cada una de la primera y la segunda secciones de bobina de Rogowski; y sumar una salida de tensión de la primera y la segunda secciones de bobina de Rogowski.
6. El método de la reivindicación 5, que comprende además la integración de las salidas de tensión sumadas para 20 proporcionar una señal correspondiente a la corriente que fluye en el conductor.
7. El método de la reivindicación 6, que comprende además la conexión de la salida de tensión sumada a un dispositivo de medición de tensión.
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