ES2221551B1 - Sensor de tension capacitivo para lineas de corriente alterna de alta tension. - Google Patents
Sensor de tension capacitivo para lineas de corriente alterna de alta tension.Info
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Abstract
Sensor de tensión capacitivo para líneas de corriente alterna de alta tensión. Sensor que permite la medida de la tensión de una línea de alta tensión, enviando la señal de corriente junto con la señal de un sensor de temperatura, estando compuesto de un primario conformado por unos varistores de alta tensión de referencia para la medida, que trabajan en su parte lineal, teniendo dichos varistores conectados en paralelo un pararrayos de protección de sobretensiones, en el lado de alta tensión. Por otro lado, y antes de la entrada a la tarjeta de medición se dispone un pararrayos de baja tensión, llevando igualmente a dicha tarjeta de medición un sensor de temperatura.
Description
Sensor de tensión capacitivo para líneas de
co-
rriente alterna de alta tensión.
rriente alterna de alta tensión.
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.
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.
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.
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 250 V, 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.
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.
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.
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.
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.
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:
V_{c} = V_{L} x K donde
V_{c} Es la tensión de funcionamiento continua
dentro del varistor.
V_{L} Es la tensión máxima suceptible de
aparecer en la línea
k> 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:
Vcp x 1,2 < Vc donde
Vcp Es la tensión de funcionamiento continuo del
varistor para la protección.
Vc Es la tensión de funcionamiento continuo de
varistor para la medida de la tensión.
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.
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.
Vt Sobretensión en la tarjeta
I Intensidad que circula por la tarjeta de
medida
R Resistencia en \Omega de la tarjeta de
medida.
Por lo anteriormente expresado es preciso
disponer un pararrayos de baja tensión.
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.
La figura 1, muestra una representación del
sensor capacitivo para líneas de corriente alterna de alta tensión,
objeto de la invención.
La figura 2, muestra la curva característica de
un 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.
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.
La tensión de funcionamiento de los varistores
deberá responder a la siguiente expresión:
V_{c} = V_{L} x K donde
V_{c} Es la tensión de funcionamiento continua
del varistor.
V_{L} Es la tensión máxima susceptible de
aparecer en la línea.
k> 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.
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:
Vcp x 1,2 < Vc donde
Vcp Es la tensión de funcionamiento continuo del
varistor para la protección.
Vc Es la tensión de funcionamiento continuo de
varistor para la medida de la tensión.
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.
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.
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.
La señal de temperatura se hace necesaria, para
corregir el valor de la capacidad.
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.
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.
Los materiales, forma tamaño y disposición de los
elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando no
alteren la esencialidad del invento.
Los términos en que se ha descrito esta memoria
deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.
Claims (3)
1. Sensor de tensión capacitivo para líneas de
corriente alterna de alta tensión caracterizado porque para
efectuar la medida de la tensión en una determinada línea es
suficiente con enviar la señal de corriente y la señal de un sensor
de temperatura a una tarjeta de medición, constando de un primario
conformado por una serie de varistores de alta tensión de
referencia, dispuestos en serie, de forma que a la tensión nominal
se encuentran trabajando en la zona lineal, por lo que presentan
una respuesta de intensidad proporcional a la variación de
tensión, siendo su respuesta igualmente lineal a las variaciones de
temperatura, teniendo dispuesto en paralelo a dichos varistores un
pararrayos de protección donde la tensión de funcionamiento
continua del pararrayos de protección es superior a la tensión de
funcionamiento continuo de los varistores para la medida de
tensión. Por otro lado, además, el conjunto de varistores para la
medición se encuentran conectados a un secundario formado por un
pararrayos de baja tensión cuya misión es la de proteger la tarjeta
de medida, y a un sensor de temperatura que envía la señal a dicha
tarjeta de medida.
2. Sensor de tensión capacitivo para líneas de
corriente alterna de alta tensión, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la relación entre la tensión de
funcionamiento de los varistores de medición y la tensión máxima
susceptible de aparecer en la línea se encuentran relacionadas por
la expresión:
V_{c} = V_{L} x K donde
V_{c} Es la tensión de funcionamiento continua
del varistor.
V_{L} Es la tensión máxima susceptible de
aparecer en la línea.
k> 1,2
3. Sensor de tensión capacitivo para líneas de
corriente alterna de alta tensión, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la relación entre la tensión de
funcionamiento continuo del pararrayos de protección y la tensión
de funcionamiento continuo de los varistores para la medida de
tensión se encuentran relacionados mediante la expresión:
Vcp x 1,2 < Vc donde
Vcp Es la tensión de funcionamiento continuo del
varistor para la protección.
Vc Es la tensión de funcionamiento continuo de
varistor para la medida de la tensión.
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