ES2221551A1 - Capacitive voltage sensor for detecting high voltage of alternating current of power line, has primer comprising high voltage varistors that are connected to protection arresters in parallel manner - Google Patents
Capacitive voltage sensor for detecting high voltage of alternating current of power line, has primer comprising high voltage varistors that are connected to protection arresters in parallel mannerInfo
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Abstract
Description
Sensor de tensión capacitivo para líneas de
co-
rriente alterna de alta tensión.Capacitive voltage sensor for co-lines
High voltage alternating current.
El objeto de la presente invención es un sensor de tensión capacitivo para líneas de corriente alterna de alta tensión, donde dicho sensor sirva para la medida de las tensiones de las líneas aéreas, pudiendo ser utilizado en el exterior dentro de un rango de temperaturas muy amplio, siendo capaz de soportar impulsos tipo rayo.The object of the present invention is a sensor of capacitive voltage for high alternating current lines voltage, where said sensor serves to measure the voltages of the airlines, being able to be used abroad within of a very wide temperature range, being able to withstand lightning impulses.
Caracteriza a la presente invención el hecho de utilizar varistores de alta tensión de referencia puestos en serie, en vez de condensadores, de forma que a la tensión nominal se encuentren trabajando en su parte lineal, que resulta estable en el tiempo.Characterizes the present invention the fact use high voltage reference varistors placed in series, instead of capacitors, so that at the nominal voltage find working in its linear part, which is stable in the weather.
Además y gracias a que los varistores son empleados en su parte lineal, en todo el margen de temperaturas, la variación de capacidad es muy baja, comportándose el conjunto de varistores como un condensador puro.In addition and thanks to the varistors are used in its linear part, throughout the temperature range, the capacity variation is very low, behaving the set of varistors as a pure condenser.
Hasta el momento los sensores de tensión capacitivos para líneas de corriente alterna de alta tensión, se vienen realizando mediante un primario y un secundario conectados en serie; el primario, que estaría compuesto por el condensador más pequeño es donde se produciría la mayoría d la caída de tensión, mientras que en el secundario se produciría una caída de tensión menor, es decir de baja tensión con valor inferior a 250V, esta tensión se puede utilizar para activar una señal luminosa, o como entrada a una tarjeta electrónica para la medida de la tensión. Esta tecnología presenta el inconveniente de que no soporta los impulsos de frente escarpado, que con origen atmosférico se pueden presentar en la línea, por ejemplo cuando con una línea de 20 kV de tensión nominal, se induce una sobretensión debido a una descarga atmosférica, con frente escarpado negativo con un valor de 250 KV, cabe la posibilidad de que los aisladores instalados en la línea soporten dicho impulso, pero el primario del sensor se destruirá interiormente como consecuencia de dicha descarga.So far the voltage sensors capacitive for high voltage AC lines, it they are doing through a connected primary and secondary serially; the primary, which would be composed of the most capacitor Small is where most of the voltage drop would occur, while in the secondary there would be a voltage drop lower, that is to say of low voltage with value inferior to 250V, this voltage can be used to activate a light signal, or as input to an electronic card for voltage measurement. This technology has the disadvantage that it does not support steep front impulses, which with atmospheric origin can be present on the line, for example when with a 20 kV line of rated voltage, an overvoltage is induced due to a discharge atmospheric, with a sheer negative front with a value of 250 KV, it is possible that the insulators installed in the line withstand that impulse, but the sensor's primary will be destroyed internally as a result of said discharge.
Por otro lado, en el caso de que el aparato se cortocircuite, bien por el paso del tiempo, el envejecimiento o la descarga tanto directa como indirecta, el sensor capacitivo construido por medio de condensadores corre el riesgo de explotar, ya que están hecho con un tubo preparado para aguantar mucha presión. Esta situación ocurre en el tiempo que transcurre entre la aparición del cortocircuito y lo que tarda el disyuntor en despejar la falta. Es por ello que seria necesario colocar un fusible en serie para que la corriente de cortocircuito no haga explotar el aparato.On the other hand, in the event that the device is short circuit, either by the passage of time, aging or both direct and indirect discharge, the capacitive sensor built by means of capacitors runs the risk of exploding, since they are made with a tube prepared to hold a lot Pressure. This situation occurs in the time between the appearance of the short circuit and what it takes for the circuit breaker to clear the lack That is why it would be necessary to place a fuse in series so that the short-circuit current does not explode the apparatus.
Por otro lado, y dado que en el sensor objeto de la invención se emplean varistores a los que se hace trabajar en la zona de comportamiento lineal (parte capacitiva de la curva de funcionamiento) presentan una respuesta en intensidad directamente proporcional a la variación de tensión, por lo que a efectos de la medida de la tensión en una determinada línea. es suficiente enviar la señal de corriente y la señal de un sensor de temperatura a una tarjeta de medida.On the other hand, and given that in the sensor object of the invention uses varistors that are made to work in the linear behavior zone (capacitive part of the curve of operation) present an intensity response directly proportional to the voltage variation, so for the purpose of measurement of the tension in a certain line. it is enough to send the current signal and the signal from a temperature sensor to a measurement card
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es el de desarrollar unos sensores de tensión capacitivos para líneas de corriente alterna de alta tensión, donde se empleen varistores, de forma que se eviten los problemas asociados al empleo de condensadores, como por ejemplo no superar el ensayo de frente escarpado o el riesgo de explosión y por otro lado la medida de la tensión se vea facilitada, por el comportamiento lineal y proporcional entre la tensión y la intensidad, siendo necesario enviar la señal de corriente y de temperatura a una tarjeta de medida.Therefore, the objective of this invention is to develop capacitive voltage sensors for high voltage alternating current lines, where they are used varistors, so as to avoid the problems associated with use of capacitors, such as not passing the test of sheer front or risk of explosion and on the other hand the measure of tension is facilitated by linear behavior and proportional between voltage and intensity, being necessary send the current and temperature signal to a card measure.
El Sensor de tensión capacitivo para líneas de corriente alterna de alta tensión, consta de un primario que presenta un comportamiento capacitivo, estando compuesto por una serie de varistores dispuestos en serie, que tienen una alta tensión de referencia, de forma que trabajen en la parte capacitiva, es decir en la parte que presenta una respuesta lineal entre la intensidad proporcional a la variación de tensión, siendo igualmente lineal su comportamiento frente a la temperatura. Por lo tanto y con objeto de medir la tensión es suficiente con enviar a una tarjeta de medida, el valor de la corriente y el de la temperatura proporcionado por un sensor de temperatura.The capacitive voltage sensor for power lines high voltage alternating current, consists of a primary that it presents a capacitive behavior, being composed of a series of varistors arranged in series, which have a high reference voltage, so that they work in the capacitive part, that is to say in the part that presents a linear response between the intensity proportional to the voltage variation, being equally linear its behavior against temperature. For the both and in order to measure the tension it is enough to send to a measurement card, the value of the current and that of the temperature provided by a temperature sensor.
Por lo tanto, el empleo de los varistores permite la captación del valor de la tensión, mediante la medición de la corriente que se genera dentro de la zona capacitiva. Los varistores deben presentar una tensión de funcionamiento continua de acuerdo a la siguiente expresión:Therefore, the use of varistors allows the capture of the voltage value, by measuring the current that is generated within the capacitive zone. The varistors must have a continuous operating voltage according to the following expression:
V_{c} = V_{L} x K dondeV_ {c} = V_ {L} x K where
V_{c} Es la tensión de funcionamiento continua dentro del varistor.V_ {c} Is the continuous operating voltage inside the varistor
V_{L} Es la tensión máxima suceptible de aparecer en la líneaV_ {L} It is the maximum voltage susceptible to appear on the line
k> 1,2k> 1.2
Por otro lado, y con objeto de evitar que las sobretensiones de origen atmosférico puedan dañar a los varistores, se emplean otros varistores (pararrayos) dispuestos en paralelo, con los destinados a la medición de la tensión. La tensión de funcionamiento de dichos varistores de protección (pararrayos) debe ser:On the other hand, and in order to prevent the atmospheric surges may damage varistors, other varistors (lightning rods) arranged in parallel are used, with those intended for voltage measurement. The tension of operation of said protection varistors (lightning rod) must be:
Vcp x 1,2 < Vc dondeVcp x 1.2 <Vc where
Vcp Es la tensión de funcionamiento continuo del varistor para la protecciónVcp Is the continuous operating voltage of the varistor for protection
Vc Es la tensión de funcionamiento continuo de varistor para la medida de la tensión.Vc Is the continuous operating voltage of varistor for voltage measurement.
De forma, que en caso de una sobretensión en la línea, la descarga principal se encargaría de hacerla el pararrayos de protección, pero dado que una parte de dicha corriente de descarga pasaría por el varistor de medida, sería necesario colocar en la entrada a la tarjeta de medidas un pararrayos de baja tensión.So, in case of a surge in the line, the main discharge would make the lightning rod of protection, but since a part of said current of discharge would pass through the measurement varistor, it would be necessary to place at the entrance to the measurement card a low lightning rod tension.
La corriente que circula por el varistor de medida es inversamente proporcional a la diferencia de tensión entre el elemento de medida en alta tensión y el elemento de protección, esta corriente aunque pequeña al pasar a través de la resistencia de la tarjeta de medida podría generar una sobretensión Vt = I x R donde.The current flowing through the varistor of measurement is inversely proportional to the voltage difference between the measuring element in high voltage and the element of protection, this current although small when passing through the resistance of the measurement card could generate an overvoltage Vt = I x R where.
Vt Sobretensión en la tarjetaVt Card overvoltage
I Intensidad que circula por la tarjeta de medidaI Intensity circulating on the card measure
R Resistencia en \Omega de la tarjeta de medida.R Resistance in \ Omega of the card measure.
Por lo anteriormente expresado es preciso disponer un pararrayos de baja tensión.For the above, it is necessary arrange a low voltage lightning rod.
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, se acompaña a la presente memoria descriptiva, de un juego de planos en cuyas figuras, de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más significativos de la invención.To complement the description below is going to be done and in order to help a better understanding of its characteristics, is accompanied by the present specification, of a set of planes in whose figures, illustratively and not limiting, the most significant details of the invention.
La figura 1, muestra una representación del sensor capacitivo para líneas de corriente alterna de alta tensión, objeto de la invención.Figure 1 shows a representation of the capacitive sensor for high voltage alternating current lines, object of the invention.
La figura 2, muestra la curva característica de un varistorFigure 2 shows the characteristic curve of a varistor
A la vista de las mencionadas figuras se describe a continuación un modo de realización preferente de la invención así como la explicación de los dibujos.In view of the aforementioned figures described then a preferred embodiment of the invention as well as the explanation of the drawings.
En la figura 1 podemos observar cómo el sensor de tensión capacitivo objeto de la invención cuenta con un primario compuesto de varios varistores dispuestos en serie (1), de una alta tensión de referencia, de forma que a la tensión nominal se encuentren trabajando en su parte lineal, es decir en la que relación entre la tensión de funcionamiento continuo y la tensión a la que están sometidos en constante.In figure 1 we can see how the sensor capacitive voltage object of the invention has a primary composed of several varistors arranged in series (1), of a high reference voltage, so that the nominal voltage is find working in its linear part, that is to say in which relationship between continuous operating voltage and voltage a which they are constantly subjected.
La tensión de funcionamiento de los varistores deberá responder a la siguiente expresión:The operating voltage of the varistors You must respond to the following expression:
V_{c} = V_{L} x K dondeV_ {c} = V_ {L} x K where
V_{c} Es la tensión de funcionamiento continua del varistor.V_ {c} Is the continuous operating voltage varistor
V_{L} Es la tensión máxima susceptible de aparecer en la líneaV_ {L} It is the maximum voltage susceptible to appear on the line
k> 1,2k> 1.2
Paralelamente al conjunto de varistores en serie (1) se dispone un pararrayos de protección (2) destinado a evitar que sobretensiones de origen atmosférico puedan dañar al conjunto de varistores (1) destinados a la medición.Parallel to the set of varistors in series (1) a protective lightning rod (2) is provided to prevent that overvoltages of atmospheric origin can damage the whole of varistors (1) intended for measurement.
La tensión de los varistores del pararrayos de protección (2) debe estar relacionada con la tensión de funcionamiento continuo de los varistores (1) para la medida de la tensión, del siguiente modo:The voltage of the varistors of the lightning rod of protection (2) must be related to the voltage of continuous operation of the varistors (1) for measuring the tension, as follows:
Vcp x 1,2 < Vc dondeVcp x 1.2 <Vc where
Vcp Es la tensión de funcionamiento continuo del varistor para la protecciónVcp Is the continuous operating voltage of the varistor for protection
Vc Es la tensión de funcionamiento continuo de varistor para la medida de la tensión.Vc Is the continuous operating voltage of varistor for voltage measurement.
Igualmente observamos en dicha figura 1, que a continuación de los varistores (1) destinado a la medición se a dispuesto un pararrayos de Baja Tensión (3) en paralelo con una resistencia (7). La misión de dicho pararrayos de Baja Tensión (3) es proteger la tarjeta de medida, ya que en caso de sobretensión, aunque la descarga principal la hace el pararrayos de protección (2), parte de la corriente pasa por los varistores (1) para la medida.We also observe in said figure 1, that continuation of the varistors (1) intended for measurement is to arranged a low voltage lightning rod (3) in parallel with a resistance (7). The mission of said Low Voltage lightning rod (3) is to protect the measurement card, since in case of overvoltage, although the main discharge is made by the lightning rod (2), part of the current passes through the varistors (1) for the measure.
La corriente que circularía en caso de sobretensión, sería inversamente proporcional a la diferencia de tensión entre el elemento de medida en alta tensión y el elemento de protección, por lo que se hace necesario colocar el mencionado pararrayos de baja tensión.The current that would circulate in case of overvoltage, would be inversely proportional to the difference of voltage between the measuring element in high voltage and the element of protection, so it is necessary to place the mentioned low voltage lightning rod.
Adicionalmente junto al conjunto del pararrayos de baja tensión (3) y a la resistencia (7), se dispone un sensor de temperatura (5), conformando el secundario (6) del sensor de tensión objeto de la invención.Additionally next to the lightning rod assembly Low voltage (3) and resistance (7), a sensor is provided temperature (5), forming the secondary (6) of the sensor tension object of the invention.
La señal de temperatura se hace necesaria, para corregir el valor de la capacidad.The temperature signal becomes necessary, to correct the capacity value.
En la figura 2, donde se observa la curva de comportamiento de los varistores, observamos una zona lineal (8) seguida de una zona de transición (9) entre la zona lineal (8) y una zona de conducción (10). La zona (8) es la zona donde trabajan los varistores de medida, de forma que la relación entre la tensión y la corriente es proporcional, siendo posible la medición de la tensión a partir de la corriente.In figure 2, where the curve of varistor behavior, we observe a linear zone (8) followed by a transition zone (9) between the linear zone (8) and a driving zone (10). The zone (8) is the zone where they work the varistors measure, so that the relationship between the voltage and the current is proportional, the measurement of the voltage from the current.
No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan.It is not considered necessary to extend this description so that any subject matter expert understands the scope of the invention and the advantages thereof drift
Los materiales, forma tamaño y disposición de los elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando no alteren la esencialidad del invento.The materials, shape, size and arrangement of the elements will be subject to variation as long as no alter the essentiality of the invention.
Los términos en que se ha descrito esta memoria deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.The terms in which this report has been described they should always be taken in a broad and non-limiting sense.
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