WO2017081348A1 - Dispositivo medidor de magnitudes físicas sobre cables conductores eléctricos con aislamiento perimetral exterior - Google Patents

Dispositivo medidor de magnitudes físicas sobre cables conductores eléctricos con aislamiento perimetral exterior Download PDF

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WO2017081348A1 PCT/ES2016/070798 ES2016070798W WO2017081348A1 WO 2017081348 A1 WO2017081348 A1 WO 2017081348A1 ES 2016070798 W ES2016070798 W ES 2016070798W WO 2017081348 A1 WO2017081348 A1 WO 2017081348A1
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Vicente Rodilla Sala
Sandra RODILLA VALERO
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Vicente Rodilla Sala
Rodilla Valero Sandra
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    • H01R4/38—Clamped connections, spring connections utilising a clamping member acted on by screw or nut
    • H01R4/42—Clamping area to one side of screw only

Definitions

  • the present invention is encompassed in the field of electrical installation equipment.
  • thermoplastic type or other material for carrying out measurements of physical quantities on the core of said conductor cable, such as temperature, mechanical vibrations, magnetic field, amperage, voltage; among other magnitudes that allow to assess, both the real-time state of the power grid, and predict states of the same that you want to avoid; such as variations not
  • the measuring device of the present invention is capable of being part of a remote control and management system of an electrical installation; which constitutes a useful expert system in tele-management remote predictive of technical alarms that may occur, for example, in an industrial plant, building or smart home, etc.
  • Various programmable devices are known that monitor the electrical consumption, which allow automatic and real-time monitoring of the electrical consumption in a home, premises, or any type of enclosure, enabling the control of the total consumption of the complete installation or of a zone
  • PLC electric power
  • the object of the invention is a device capable of measuring physical quantities on cables
  • thermoplastic type or similar for the monitoring, for example, of temperature, mechanical vibrations, current, voltage, magnetic field, etc., on any point of an electric conductor cable laying, without the need to cut or strip said cable, and without interrupt the
  • said device being in turn capable of being part of a remote control and management system of an installation
  • the technical problem to be solved is to monitor the real physical state at any point of the conductive cables of the electrical installations, knowing, in real time, the values of physical quantities such as the temperature in [° C], [° F] or another unit ; the magnetic field in [Gauss], [Teslas] or another unit; the voltage in [V]; the electric current in [A]; the real Cos Phi per phase with a receiver, without suffering the
  • microcuts energy in [kWxh], etc .; that allow to detect and solve technical alarms instantly by remote predictive tele-management of the same, for example, using a web platform with self-learning e (expert cloud computing system).
  • An advantage of the invention in relation to claim 1 is that it exactly fulfills the object of the invention, since the configuration of the sensor electronics with physical magnitude measurement chips encapsulated with multi-chip modular technology (MCM) (acronym in English of Multi-Chip-Module), as well as, its arrangement just outside a support base from where it supports and drills a sharp metal punch that acts as a sensor of various physical quantities (temperature, vibration, voltage, etc.), penetrating to the metallic core of the electrical conductor cable, allows to leave the smallest possible distance, for example, between the temperature measurement chip and the tip of said metallic punch, thereby limiting or minimizing possible variations or dissipations between the values of the measured physical quantities and the conditions that really exist inside and on the periphery of the metal core of the electrically conductive cable ico.
  • MCM multi-chip modular technology
  • claims 2 to 6 are that measurements of temperature, mechanical vibrations, magnetic field, current and voltage are achieved, in addition to the waveform, in the electric conductor cable, useful for determining and assessing the actual state of the electrical installation, as well as, to predict states of the same that you want to avoid (remote predictive remote maintenance).
  • Another advantage in relation to claim 7 is that measurements of other complementary physicochemical parameters that can be detected in the outside of the electrical conductor cable and also be subject to diagnosis of technical alarms in the
  • claims 9, 10 and 11 is that it is possible to form an insulated dielectric path or tunnel to slide the metal punch through the outer perimeter insulation of the electrical conductor cable. Since in many cases said insulation incorporates in its interior a metallic mesh of reinforcement and / or electromagnetic isolation, whereby, said mesh is prevented from having contact with the metal punch, which would cause a short circuit between said mesh and the core metallic inside the electrical conductor cable.
  • claims 12 and 13 is that the device is mounted on the perimeter of any electrical conductor cable regardless of the diameter that is manufactured, safely and permanently, allowing measurements of physical quantities to be carried out without interruptions by decoupling between the device and the electrical conductor cable that feeds it; that is to say without production stops and / or reductions of comfort
  • 15 is that it facilitates the sending / receiving of data between the measuring device and the control unit of the remote control system of the installation, through the electrical network itself.
  • Another advantage in relation to the use of the measuring device in a control and management system of an electrical installation is that it is possible to form an entire expert system in cloud computing (acronym in cloud computing), with learning capacity, to remote predictive tele-management of the electrical installation, with a view to optimizing its energy efficiency, carrying out predictive maintenance, instantaneously solving alarms
  • Figure 1 represents a front sectional view of the physical magnitude measuring device mounted on an electric conductor cable.
  • Figure 2 represents an enlarged detail of Figure 1, of the gripping and anchoring zone of the device to the electric conductor cable, before firing or percussion of the conduit of dielectric material towards said conductor cable.
  • Figure 3 represents an enlarged detail of Figure 1, of the gripping and anchoring zone of the device to the electrical conductor cable, after the firing or percussion of the conduit of dielectric material towards said conductor cable.
  • Figure 4 represents a schematic perspective view of the sensor electronics attached to the support base of the metal punch and associated with the printed circuit board.
  • Figure 5 is the same as Figure 4, but showing a second embodiment of the metal punch with a threaded section that threaded into the support base.
  • Figure 6 represents an enlarged detail of a first embodiment of the metal punch interlocking tip shown in any of the previous figures.
  • Figure 7 depicts an enlarged detail of a second embodiment of the interlocking tip of the metal punch shown in any of the figures from 1 to 6.
  • Figure 8 represents a block diagram of the remote control system of an electrical installation including the magnitude measuring device of the Figure 1.
  • the electric conductor (2) the latter, equipped with an outer perimeter insulation (2.2), for example, of the thermoplastic type or the like, comprises: - a housing (10), for example, of plastic, which can be mounted on the outside of any electrical conductor cable (2) regardless of its outer diameter,
  • a printed circuit board (4) comprising a modem (5) that sends / receives data through coded signals, preferably, said modem (5) comprises electric cable communication technology (PLC) and the coded signals are sent / receive through the electrical conductor cable (2) where it is located
  • PLC electric cable communication technology
  • the mounting of the measuring device (1) to the electric conductor cable (2) is carried out by means of gripping and fixing (10.1) of the housing (10); which comprise a pivoting arm (10.11) in the form of a "hook” that hugs and retains said conductive cable (2) against a "V" shaped settlement (10.2) of a housing body (10.2) of the housing (10) of the device (1), for self-centering.
  • the pivoting arm (10.11) be attached to the housing body (10.2) by means of a pivot shaft (10,111) with a locking mechanism (11) of the ratchet-toe type, through which, the device (1) is adjusted and fixed to the corresponding outer diameter of the electrical conductor cable (2).
  • the metal punch (3) it is preferred that it slides inside a conduit of dielectric material (8), for example, ceramic, carbon fiber, or any other dielectric material of high hardness and high strength, with its free end in the form of a "needle", that is, a sharp point shaped like a "flute nozzle”.
  • a conduit of dielectric material (8) for example, ceramic, carbon fiber, or any other dielectric material of high hardness and high strength
  • the conduit of dielectric material (8) is fired or radially tapped into said conductor cable (2) when released a half of push e (9), for example, a spring (9.1), as shown in Figures 1 and 2, or a gas piston (9.2), as shown in Figure 3; in any case, said pushing means (9) is initially prestressed or retained by means of a preload inside the housing (10). See figure 2.
  • a half of push e (9) for example, a spring (9.1), as shown in Figures 1 and 2, or a gas piston (9.2), as shown in Figure 3; in any case, said pushing means (9) is initially prestressed or retained by means of a preload inside the housing (10). See figure 2.
  • the release of the pushing means (9) can be carried out manually or automatically after the locking mechanism (11) of the pivoting arm (10.11) has been operated; for example, by pushing the housing assembly that forms the housing (10) (pivoting arm (10.11) plus housing body (10.2)) of the device (1) against the electric conductor cable (2), the latter, positioned against the V-shaped settlement (10.21) of the housing body (10.2). Then, when the cable is firmly held
  • the sharp conduit of dielectric material (8) is fired against said electrical conductor cable ( 2), crossing all the layers of insulation and protection or metal mesh reinforcement and / or electromagnetic insulation (2.21) that could form the outer perimeter insulation (2.2) of said conductor cable (2), to establish a dielectric tunnel between the sensor electronics (6) of the device (1) and the metal core (2.1) of the conductor cable (2), without the possibility of short circuits with said metal mesh (2.21) that could wrap said electrical conductor cable (2).
  • the conduit of Dielectric material (8) forms a dielectric passageway for the metal punch (3).
  • the metal punch (3) is isolated from a possible metal mesh (2.21) arranged inside the outer perimeter insulation (2.2) of some electrical conductor cables (2).
  • the metal punch (3) comprises a tip of
  • the metal punch (3) can slide, tightly, through the support base (7), the latter, allows to hold the metal punch (3) while interlocking in the metal core (2.1) of the cable
  • the central portion (3.1) of the metal punch (3) comprises a threaded section (3.11) that screws into the support base (7).
  • the metal punch (3) it is possible to more accurately regulate the enclave and penetration of the metal punch (3) in the metal core (2.1) of the electrical conductor cable (2).
  • the metal punch (3) it is possible to more accurately regulate the enclave and penetration of the metal punch (3) in the metal core (2.1) of the electrical conductor cable (2).
  • the measuring device (1) may include a conventional optical indicator, led type or similar (not shown in the figures), to inform that the metal punch (3) has contacted the metal core (2.1) of the conductor cable (2) and There is continuity for reading the temperature, vibration, electrical voltage and, if necessary, PLC communication.
  • the interlocking tip (3.3) of the metal punch (3) can comprise anti-slip projections, for example, formed in a truncated conical shape (3.31) or of a thread of the sheet-type thread (3.32), see figures 6 and 7 respectively, with a view to preventing its unlocking of the metal core (2.1), for example, by vibrations or thermal contractions.
  • the metal punch (3) is formed, for example, of copper alloy or
  • the device (1) is ready for taking measurements, as well as for sending and receiving coded signals, preferably, by means of electric cable communication technology (PLC) to a control unit (14) of the system remote management of an electrical installation (13) to which said measuring device (1) is incorporated. See figure 8.
  • PLC electric cable communication technology
  • the sensor electronics (6) comprise measurement chips (silicon / DIES),
  • MCM multi-chip module
  • sensor electronics (6) are as close as possible to the interlocking tip (3.3) of the metal punch (3), limiting or minimizing possible variations or dissipations between the values of the measured physical quantities and the conditions that
  • the sensor electronics (6) may comprise at least one, all, or any combination of the following electronic elements:
  • thermal chip that performs temperature measurements; for example, able to measure the thermal-temporal gradient that exists at different depths or spokes of the electric conductor cable (2)
  • an accelerometer and gyro chip that measures the mechanical vibrations in the electrical conductor cable (2) from motors, pumps or other electrical loads connected to the sensorized electrical conductor cable (2)
  • an electrical network analyzer chip that integrates the voltage, intensity and waveform measurements, measured in the electrical conductor cable (2); including the corresponding harmonics and possible micro-cuts of power supply.
  • the sensor electronics (6) could comprise at least one chip that performs
  • the sensor electronics (6) could comprise a geodetic positioner (GPS), for the geolocation of the device (1), whether by cell phone, satellite or other similar means.
  • GPS geodetic positioner
  • a dielectric means is arranged between the support base (7) of the metal punch (3) and the sensor electronics (6).
  • the power supply of the measuring device (1) is preferred to be through the metal punch itself (3) with the voltage of the electrical conductor cable (2) to which it is coupled, through a switched source or Similary.
  • a switched source or Similary could be provided, known in the state of the art.
  • FIG 8 shows the remote control and management system of the electrical installation (13)
  • measuring device (1) are communicated to the control unit (14) of the control system for
  • GPS geodetic position
  • the control unit (14) comprises a microcontroller (not shown in the figures) for processing the information received, means of
  • the sending and receiving of encoded signals between the measuring device (1) and the control unit (14) of the remote control system of the electrical installation (13) is carried out by
  • PLC Electric cable communication technology
  • control unit (14) remotely configures, calibrates and provides predictive maintenance for each of the measuring devices (1) that make up the system.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

Dispositivo medidor de magnitudes físicas sobre conductores eléctricos, que comprende una carcasa apta para montarse sobre el exterior del conductor a través de unos medios de agarre y fijación, un punzón metálico enclavable en el núcleo metálico del conductor para la toma de medidas, y una electrónica de sensorización asociada a una placa de circuito impreso, donde el punzón metálico atraviesa, de forma ajustada, una base soporte, estando fijada sobre el exterior de dicha base soporte la electrónica de sensorización integrada por chips de medida encapsulados con tecnología modular multi-chip (MCM). El dispositivo medidor es empleado en un sistema de control y de telegestión remota de una instalación eléctrica, para optimizar las condiciones de seguridad, consumo, eficiencia energética, mantenimiento predictivo y emisiones de CO2; todo ello en plantas industriales, edificios y viviendas.

Description

DISPOSITIVO MEDIDOR DE MAGNITUDES FÍSICAS SOBRE CABLES CONDUCTORES ELÉCTRICOS CON AISLAMIENTO PERIMETRAL EXTERIOR OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se engloba en el campo de los aparellajes de instalaciones eléctricas.
Específicamente, con un dispositivo apto para montarse sobre un cable conductor eléctrico con aislamiento perimetral exterior, de tipo termoplástico u otro material, para llevar a cabo mediciones de magnitudes físicas sobre el núcleo de dicho cable conductor, como por ejemplo, temperatura, vibraciones mecánicas, campo magnético, amperaje, voltaje; entre otras magnitudes que permiten valorar, tanto el estado en tiempo real de la red eléctrica, como predecir estados de la misma que se deseen evitar; como por ejemplo, variaciones no
apropiadas en la temperatura del cable conductor debidas a una excesiva densidad de corriente [A/mm2] ; o en el consumo de potencia en [kW] de la carga en la red; o bien en las vibraciones provocadas por cojinetes en mal estado. Todo ello a efectos de optimizar la eficiencia energética de dicha carga en la instalación, su
mantenimiento predictivo, tener conocimiento de alarmas técnicas, evitar sobrecargas, sobreconsumos ,
derivaciones u otras incidencias en la carga que afecten tanto al fabricante de dicha carga como al usuario de la misma, e incluso, a la compañía suministradora
eléctrica .
El dispositivo medidor de la presente invención es apto para formar parte de un sistema de control y gestión remota de una instalación eléctrica; el cual, constituye un sistema experto útil en la tele-gestión predictiva remota de las alarmas técnicas que puedan producirse, por ejemplo, en una planta industrial, edificio o vivienda inteligente, etc. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Son conocidos diversos dispositivos programables que monitorizan el consumo eléctrico, los cuales, permiten la vigilancia automática y en tiempo real del consumo eléctrico en una vivienda, local, o cualquier tipo de recinto, posibilitando el control del consumo total de la instalación completa o de una zona
determinada. Estos dispositivos conocidos cuentan con medios de medida de valores de consumo instantáneos, medios de selección y almacenamiento de los diferentes niveles de consumo, medios de indicación de los
diferentes niveles de consumo, todos ellos, gobernados por medios de control y procesado. Sin embargo, estos dispositivos conocidos solo permiten medir corriente y tensión en el cable conductor para controlar en cada instante el consumo eléctrico, interviniendo sobre los extremos de los cables o
cortando y pelando su aislamiento en algún punto de su tendido. A ello se añade que existen otras magnitudes físicas que son cruciales medir en el cable conductor con vistas a monitorizar el estado de la instalación eléctrica; como por ejemplo, temperatura, vibraciones mecánicas, campo magnético, entre otras magnitudes necesarias para diagnosticar incidencias sobre la carga que puedan afectar tanto al fabricante de dicha carga, como al usuario de la misma, así como, a la propia empresa eléctrica suministradora.
Por otro lado, cada vez son más utilizadas las infraestructuras asociadas a la distribución eléctrica como red de telecomunicaciones, mediante el uso de las llamadas tecnologías de comunicación por líneas
eléctricas de potencia (PLC) (siglas en inglés de Power Line Communication) . Así, los enchufes domésticos y los tendidos eléctricos industriales de los usuarios finales se han convertido en auténticos puntos de acceso a una red de telecomunicaciones. Con todo ello, y en base a la tecnología actualmente conocida, se requiere diseñar un dispositivo que supere las desventajas del estado de la técnica anteriormente comentadas y resuelva los actuales
problemas asociados, mejorando la seguridad y la calidad de vida, así como, la sostenibilidad medioambiental.
Por parte del solicitante, tras efectuar una exhaustiva búsqueda internacional, no se ha encontrado ningún dispositivo medidor de magnitudes físicas sobre un cable conductor eléctrico con aislamiento perimetral exterior, termoplástico o similar, que muestre unas características semejantes a las que presenta la
invención que aquí se preconiza. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención queda establecida y caracterizada en las reivindicaciones independientes, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la misma.
El objeto de la invención es un dispositivo capaz de medir magnitudes físicas sobre cables
conductores eléctricos con aislamiento perimetral exterior, normalmente, de tipo termoplástico o similar, para la monitorización, por ejemplo, de la temperatura, las vibraciones mecánicas, la corriente, la tensión, el campo magnético, etc., sobre cualquier punto de un tendido de cable conductor eléctrico, sin necesidad de cortar o pelar dicho cable, y sin interrumpir el
suministro eléctrico a través del cableado, además de no ser necesario tampoco intervenir ni manipular dentro de los cuadros eléctricos de protecciones; siendo a su vez dicho dispositivo apto para formar parte de un sistema de control y gestión remota de una instalación
eléctrica. La instalación del dispositivo puede
realizarse, tanto antes como después de un variador de frecuencia u otro tipo de sistema de gestión o de control de cargas, dado que el dispositivo dispone de las necesarias protecciones y de los adecuados
algoritmos de medida eléctrica.
El problema técnico a resolver es monitorizar el estado físico real en cualquier punto de los cables conductores de las instalaciones eléctricas, conociendo, en tiempo real, los valores de magnitudes físicas como la temperatura en [°C], [°F] u otra unidad; el campo magnético en [Gauss], [Teslas] u otra unidad; la tensión en [V] ; la corriente eléctrica en [A] ; el Cos Phi real por fase junto a un receptor, sin sufrir las
interferencias provocadas por la potencia reactiva desde otras cargas, como sucede al medir en los actuales cuadros eléctricos; así como, los consumos eléctricos instantáneos y acumulados de las cargas conectadas
(densidad de corriente en [A/mm2] , potencia en [kW], emisión de C02 en [kg/h] o [Ton/mes], armónicos,
microcortes, energía en [kWxh], etc.; que permiten detectar y solventar instantáneamente alarmas técnicas mediante tele-gestión predictiva remota de las mismas, por ejemplo, utilizando una plataforma web con autoaprendiza e (sistema experto en cloud computing) .
Una ventaja de la invención en relación con la reivindicación 1 es que cumple con exactitud el objeto de la invención, pues la configuración de la electrónica de sensorización con chips de medida de magnitudes físicas encapsulados con tecnología modular de multi- chip (MCM) (siglas en inglés de Multi-Chip-Module) , así como, su disposición justo al exterior de una base soporte desde donde apoya y perfora un afilado punzón metálico que actúa como sensor de diversas magnitudes físicas (temperatura, vibración, voltaje, etc.), penetrando hasta el núcleo metálico del cable conductor eléctrico, permite dejar la menor distancia posible, por ejemplo, entre el chip de medida de temperatura y la punta de dicho punzón metálico, con lo cual, se limitan o minimizan las posibles variaciones o disipaciones entre los valores de las magnitudes físicas medidas y las condiciones que realmente existen en el interior y en la periferia del núcleo metálico del cable conductor eléctrico .
Otra ventaja en relación con las
reivindicaciones de la 2 a la 6 es que se logran obtener medidas de temperatura, vibraciones mecánicas, campo magnético, corriente y tensión respectivamente, además de la forma de onda, en el cable conductor eléctrico, útiles para determinar y valorar el estado real de la instalación eléctrica, así como, para predecir estados de la misma que se deseen evitar (telemantenimiento predictivo remoto) .
Otra ventaja en relación con la reivindicación 7 es que se logran obtener medidas de otros parámetros físico-químicos complementarios que pueden detectarse en el exterior del cable conductor eléctrico y ser objeto también de diagnóstico de alarmas técnicas en la
instalación . Otra ventaja en relación con la reivindicación 8 es que el hecho de dotar al punzón metálico con una porción roscada que enrosca en la base soporte de dicho punzón metálico, permite regular con mayor exactitud el enclave y penetración del mismo en el núcleo metálico del cable conductor eléctrico, asumiéndose mejor los diferentes espesores de aislante que varían de un cable conductor a otro, dependiendo de su sección metálica en rom2, de su diámetro exterior y/o de su fabricante. Otra ventaja en relación con las
reivindicaciones 9, 10 y 11 es que se logra conformar una vía dieléctrica o túnel aislado para deslizar el punzón metálico, a través del aislamiento perimetral exterior del cable conductor eléctrico. Dado que en muchos casos dicho aislamiento incorpora en su interior una malla metálica de refuerzo y/o de aislamiento electromagnético, con lo cual, se evita que dicha malla tenga contacto con el punzón metálico, lo que provocaría un cortocircuito entre dicha malla y el núcleo metálico del interior del cable conductor eléctrico.
Otra ventaja en relación con las
reivindicaciones 12 y 13 es que se logra el montaje del dispositivo sobre el perímetro de cualquier cable conductor eléctrico independientemente del diámetro que se fabrique, de forma segura y permanente, permitiendo llevar a cabo las mediciones de las magnitudes físicas sin interrupciones por desacople entre el dispositivo y el cable conductor eléctrico que lo alimenta; es decir sin paradas de producción y/o de reducciones del confort .
Otra ventaja en relación con la reivindicación
14 es que se facilita el accionamiento sobre el punzón metálico para su enclavamiento en el núcleo metálico del cable conductor eléctrico.
Otra ventaja en relación con la reivindicación
15 es que se facilita el envio/recepción de datos entre el dispositivo medidor y la unidad de control del sistema de control remoto de la instalación, a través de la propia red eléctrica.
Otra ventaja en relación a la utilización del dispositivo medidor en un sistema de control y gestión de una instalación eléctrica es que se logra conformar todo un sistema experto en cloud computing (siglas en inglés de computación en la nube) , con capacidad de aprendizaje, para la tele-gestión predictiva remota de la instalación eléctrica, con vistas a optimizar su eficiencia energética, llevar a cabo mantenimientos predictivos, solucionar instantáneamente alarmas
técnicas, evitar sobrecargas de potencia, sobreconsumos de energía, así como, eventuales derivaciones o fugas eléctricas en la carga (receptor) .
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras ilustrativas del ejemplo
preferente y nunca limitativas de la invención.
La figura 1 representa una vista frontal en sección del dispositivo medidor de magnitudes físicas montado sobre un cable conductor eléctrico. La figura 2 representa un detalle ampliado de la figura 1, de la zona de agarre y anclaje del dispositivo al cable conductor eléctrico, antes del disparo o percusión del conducto de material dieléctrico hacia dicho cable conductor.
La figura 3 representa un detalle ampliado de la figura 1, de la zona de agarre y anclaje del dispositivo al cable conductor eléctrico, después del disparo o percusión del conducto de material dieléctrico hacia dicho cable conductor.
La figura 4 representa una vista en perspectiva esquemática de la electrónica de sensorización fijada a la base soporte del punzón metálico y asociada a la placa de circuito impreso.
La figura 5 es igual a la figura 4, pero mostrando una segunda realización del punzón metálico con un tramo roscado que enrosca en la base soporte.
La figura 6 representa un detalle ampliado de una primera realización de la punta de enclavamiento del punzón metálico mostrado en cualquiera de las figuras anteriores .
La figura 7 representa un detalle ampliado de una segunda realización de la punta de enclavamiento del punzón metálico mostrado en cualquiera de las figuras de la 1 a la 6.
La figura 8 representa un esquema de bloques del sistema de control remoto de una instalación eléctrica que incluye el dispositivo medidor de magnitudes de la figura 1.
EXPOSICIÓN DE TALLADA DE LA INVENCIÓN A continuación se expone una realización preferente, descriptiva y no limitativa, de la invención con apoyo en las figuras.
Como se muestra en la figura 1, el dispositivo medidor (1) de magnitudes físicas sobre un cable
conductor eléctrico (2), este último, dotado de un aislamiento perimetral exterior (2.2), por ejemplo, del tipo termoplástico o similar, comprende: -una carcasa (10), por ejemplo, de plástico, que puede ser montada sobre el exterior de cualquier cable conductor eléctrico (2) con independencia de su diámetro exterior,
-un punzón metálico (3) enclavable en el núcleo metálico (2.1) del cable conductor eléctrico (2), atravesando el aislamiento perimetral exterior (2.2) de dicho cable conductor (2),
-una placa de circuito impreso (4) que comprende un modem (5) que envía/recibe datos a través de señales codificadas, preferiblemente, dicho modem (5) comprende tecnología de comunicación por cable eléctrico (PLC) y las señales codificadas se envían/reciben a través del cable conductor eléctrico (2) donde se encuentra
enclavado el punzón metálico (3), y
-una electrónica de sensorización (6) y procesado de datos de diversas magnitudes físicas, asociada a la placa de circuito impreso (4) .
Preferiblemente, tal y como se aprecia en las figuras 2 y 3, el montaje del dispositivo medidor (1) al cable conductor eléctrico (2) es llevado a cabo por unos medios de agarre y fijación (10.1) de la carcasa (10); los cuales, comprenden un brazo pivotante (10.11) en forma de "gancho" que abraza y retiene a dicho cable conductor (2) contra un asentamiento (10.21) en forma de "V" de un cuerpo de carcasa (10.2) de la carcasa (10) del dispositivo (1), para su autocentrado .
Asi mismo, se prefiere que el brazo pivotante (10.11) esté unido al cuerpo de carcasa (10.2) por medio de un eje de giro (10.111) con un mecanismo de bloqueo (11) del tipo trinquete-uñeta, a través del cual, se ajusta y se fija el dispositivo (1) al correspondiente diámetro exterior del cable conductor eléctrico (2) .
La combinación del asentamiento (10.21) en forma de "V" y el brazo pivotante (10.11) en forma de "gancho" con el mecanismo de bloqueo (11) permite lograr una fijación sólida y ajustada del dispositivo medidor (1) al cable conductor eléctrico (2), independientemente del diámetro exterior de este último.
En cuanto al punzón metálico (3), se prefiere que deslice en el interior de un conducto de material dieléctrico (8), por ejemplo, cerámico, de fibra de carbono, o de cualquier otro material dieléctrico de alta dureza y de alta resistencia, con su extremo libre en forma de "aguja", es decir, una punta afilada con forma de "boquilla de flauta".
Antes de efectuar el enclavamiento del punzón metálico (3) en el núcleo metálico (2.1) del cable conductor (2), el conducto de material dieléctrico (8) es disparado o percutido radialmente hacia el interior de dicho cable conductor (2) al liberarse un medio de empu e (9), por ejemplo, un muelle (9.1), como el mostrado en las figuras 1 y 2, o un pistón de gas (9.2), como el representado en la figura 3; en cualquier caso, dicho medio de empuje (9) es inicialmente pretensado o retenido mediante una pre-carga en el interior de la carcasa (10) . Véase la figura 2.
La liberación del medio de empuje (9) puede ser realizada de forma manual o automáticamente después de que haya sido accionado el mecanismo de bloqueo (11) del brazo pivotante (10.11); por ejemplo, empujando el conjunto de la envolvente que conforma la carcasa (10) (brazo pivotante (10.11) más cuerpo de carcasa (10.2)) del dispositivo (1) contra el cable conductor eléctrico (2), este último, posicionado contra el asentamiento (10.21) en forma de "V" del cuerpo de carcasa (10.2) . Entonces, al estar firmemente retenido el cable
conductor (2) entre el brazo pivotante (10.11) y el asentamiento (10.21) de la carcasa (10) y liberarse el medio de empuje (9), el afilado conducto de material dieléctrico (8) sale disparado contra dicho cable conductor eléctrico (2), atravesando todas las capas de aislamiento y protección o malla metálica de refuerzo y/o de aislamiento electromagnético (2.21) que pudieran conformar el aislamiento perimetral exterior (2.2) de dicho cable conductor (2), para establecer asi un túnel dieléctrico entre la electrónica de sensorización (6) del dispositivo (1) y el núcleo metálico (2.1) del cable conductor (2), sin posibilidad de cortocircuitos con dicha malla metálica (2.21) que pudiera envolver a dicho cable conductor eléctrico (2) .
Es decir, tal y como se muestra en la figura 3, al atravesar el aislamiento perimetral exterior (2.2) del cable conductor eléctrico (2), el conducto de material dieléctrico (8) conforma una vía de paso dieléctrica para el punzón metálico (3) . De este modo, se aisla el punzón metálico (3) de una posible malla metálica (2.21) dispuesta en el interior del aislamiento perimetral exterior (2.2) de algunos cables conductores eléctricos (2) . Asi, se evitan cortocircuitos entre la malla (2.21) y el núcleo metálico (2.1) del cable conductor eléctrico (2) . Asi mismo, como se muestra en las figuras 4 y 5, el punzón metálico (3) comprende una punta de
enclavamiento (3.3) afilada, seguida de una porción central (3.1) . Esta última, es dispuesta atravesando, de forma ajustada, una base soporte (7) de dicho punzón metálico (3) que está fijada a la placa electrónica (4) del interior de la carcasa (10) del dispositivo medidor (1) ·
Asi, el punzón metálico (3) puede deslizarse, ajustadamente, a través de la base soporte (7), esta última, permite sujetar al punzón metálico (3) mientras se enclava en el núcleo metálico (2.1) del cable
conductor (2), al mismo tiempo que se garantiza la continuidad (tanto eléctrica como térmica) necesaria para que la electrónica de sensorización (6) realice las correspondientes mediciones de las magnitudes físicas en el núcleo metálico (2.1) .
En una realización preferida, mostrada en las figuras 1, 2, 3 y 5, la porción central (3.1) del punzón metálico (3) comprende un tramo roscado (3.11) que enrosca en la base soporte (7) . Así, se logra regular con mayor exactitud el enclave y penetración del punzón metálico (3) en el núcleo metálico (2.1) del cable conductor eléctrico (2) . Preferiblemente, el punzón metálico (3)
comprende, en el extremo opuesto a la punta de
enclavamiento (3.3), una cabeza de accionamiento (3.2), adaptada para recibir la punta de un destornillador u otra herramienta manual o automática (no mostrada en las figuras) . El accionamiento sobre dicha cabeza (3.2) hace que el punzón metálico (3) se deslice a través de la base soporte (7) y del conducto de material dieléctrico (8) para su penetración y enclavamiento en el núcleo metálico (2.1) del cable conductor eléctrico (2) . El dispositivo medidor (1) puede incluir un indicador óptico convencional, tipo led o similar (no mostrado en las figuras), para informar que el punzón metálico (3) ha contactado con el núcleo metálico (2.1) del cable conductor (2) y existe continuidad para la lectura de la temperatura, vibración, tensión eléctrica y, si es el caso, comunicación PLC . Por su parte, la punta de enclavamiento (3.3) del punzón metálico (3) puede comprender resaltes antideslizamiento, por ejemplo, conformados de forma troncocónica (3.31) o de un hilo del tipo rosca chapa (3.32), véase las figuras 6 y 7 respectivamente, con vistas a evitar su desenclavamiento del núcleo metálico (2.1), por ejemplo, por vibraciones o contracciones térmicas .
Preferiblemente, el punzón metálico (3) es conformado, por ejemplo, de aleación de cobre o
cualquier otra, con una dureza y resistencia mecánica, que garantice una adecuada penetración en el núcleo metálico (2.1) del cable conductor eléctrico (2) y una alta conductividad eléctrica-térmica, pero, de tal composición, que no genere corriente galvánica con el cobre u otro material de dicho núcleo metálico (2.1) del cable conductor (2), evitando su corrosión o desgaste.
De esta forma, el dispositivo (1) está listo para la toma de medidas, asi como para el envío y recepción de señales codificadas, preferiblemente, mediante tecnología de comunicación por cable eléctrico (PLC) hacia una unidad de control (14) del sistema de gestión remota de una instalación eléctrica (13) a la que se encuentre incorporado dicho dispositivo medidor (1) . Véase figura 8.
Por otro lado, como se aprecia en las figuras 4 y 5, sobre el exterior de la base soporte (7) del punzón metálico (3) se fija la electrónica de sensorización
(6), es decir, los elementos electrónicos que realizan la medición de al menos una magnitud física en el cable conductor eléctrico (2) . La electrónica de sensorización (6) comprende chips de medida ( silicios/DIES ) ,
encapsulados con tecnología de módulo multi-chip (MCM) . Así, se garantiza que los chips que conforman la
electrónica de sensorización (6) estén lo más cerca posible de la punta de enclavamiento (3.3) del punzón metálico (3), limitándose o minimizando las posibles variaciones o disipaciones entre los valores de las magnitudes físicas medidas y las condiciones que
realmente existen en el cable conductor eléctrico (2) .
Preferiblemente, la electrónica de sensorización (6) puede comprender al menos uno, todos, o cualquier combinación de los siguientes elementos electrónicos:
- un chip térmico que realiza medidas de temperatura; por ejemplo, capaz de medir el gradiente térmico-temporal que existe a diferentes profundidades o radios del cable conductor eléctrico (2),
- un chip acelerometro y giróscopo que mida las vibraciones mecánicas en el cable conductor eléctrico (2) provenientes de motores, bombas u otras cargas eléctricas conectadas al cable conductor eléctrico (2) sensorizado,
- un chip inductómetro que realice medidas de campo magnético en 3D sobre el cable conductor eléctrico (2) para su representación magnetográfica, analógica y digital ,
- un chip magneto-resistivo que mide valores de la corriente que circula por el cable conductor
eléctrico (2) en función de la resistencia eléctrica o impedancia que provoca el campo magnético inducido por la propia corriente de dicho cable conductor eléctrico (2) , y
- un chip analizador eléctrico de red que integra las medidas de tensión, de intensidad y de forma de onda, medidas en el cable conductor eléctrico (2); incluyendo los correspondientes armónicos y eventuales microcortes de alimentación eléctrica.
Asi mismo, la electrónica de sensorización (6) podría comprender al menos un chip que realice
mediciones de humo, radiación ionizante, parámetros de gases, de líquidos, de sólidos, como son peso, presión, humedad, caudal, densidad, viscosidad, colorimetría, y/o luminosidad al exterior del cable conductor eléctrico (2) u otros necesarios en la instalación.
De igual forma, la electrónica de sensorización (6) podría comprender un posicionador geodésico (GPS), para la geolocalización del dispositivo (1), ya sea, por telefonía celular, satélite u otro medio similar. En cualquier caso se prefiere que, entre la base soporte (7) del punzón metálico (3) y la electrónica de sensorización (6), esté dispuesto un medio dieléctrico
(12) , que garantice una alta conductividad térmica entre dichas piezas, por ejemplo, para las mediciones de temperatura, al mismo tiempo que aisle de la tensión eléctrica a la electrónica (6), en cumplimiento de las normas de seguridad y de compatibilidad electromagnética internacionales .
Por otro lado, la alimentación de corriente del dispositivo medidor (1) se prefiere que sea a través del propio punzón metálico (3) con la tensión del cable conductor eléctrico (2) al que se encuentra acoplado, a través de una fuente conmutada o similar. Sin embargo, podría preverse otra forma de alimentación externa, conocida en el estado de la técnica.
La figura 8 muestra el sistema de control y gestión remota de la instalación eléctrica (13)
comprendido por al menos un dispositivo medidor (1) anteriormente descrito midiendo magnitudes físicas sobre un cable conductor eléctrico (2) de dicha instalación
(13) .
Las magnitudes físicas medidas por el
dispositivo medidor (1) son comunicadas a la unidad de control (14) del sistema de control para su
procesamiento y gestión. Así mismo, se puede recibir información adicional, por ejemplo, sobre la posición geodésica (GPS) del dispositivo (1) en la red, la existencia o no de contacto eléctrico entre dicho dispositivo (1) y el núcleo metálico (2.1) del cable conductor (2) al cual se encuentra montado, entre otra información útil en el control de la instalación eléctrica ( 13 ) .
La unidad de control (14) comprende un micro- controlador (no mostrado en las figuras) para el procesado de la información recibida, medios de
almacenamiento de información (no mostrados en las figuras), por ejemplo, de los registros históricos de medidas, asi como, medios para las comunicaciones (no mostrados en las figuras), conformándose todo un sistema experto de control con capacidad de autoaprendiza e y soportado por arquitectura para Big-Data en Cloud
Computing .
Preferiblemente, el envío y recepción de señales codificadas entre el dispositivo medidor (1) y la unidad de control (14) del sistema de control remoto de la instalación eléctrica (13) se realiza mediante
tecnología de comunicación por cable eléctrico (PLC) , sin embargo, otras formas de comunicación conocidas, ya sean inalámbricas o por cable, podrían ser empleadas.
Así, a partir del procesamiento de toda la información que se recibe en el sistema de control, la unidad de control (14), de forma remota, configura, calibra y da mantenimiento predictivo a cada uno de los dispositivos medidores (1) que conforman el sistema.
A partir de un panel de control y gestión convencional (no mostrado en las figuras), por ejemplo, con tecnología M2M para Big-Data, de la unidad de control (14), se pueden materializar las siguientes acciones :
- generación automática de informes,
- gestión ad-hoc automática ante la existencia de alarmas técnicas detectadas por los dispositivos medidores ( 1 ) ,
- tele-gestión de cargas, de forma manual o automática, al detectar la superación limites de cargas predefinidos, respondiendo, por ejemplo, con la
desconexión de algún/algunos de los dispositivos conectados a la red,
- consultar registros históricos de medidas almacenados ,
- configuración remota y mantenimiento de los dispositivos medidores (1),
- otras acciones.
Incluso, dichas acciones pueden ser visualizadas y gestionadas por medio de un dispositivo electrónico portátil, por ejemplo, ordenador portátil, tableta, teléfono inteligente, etc., que pueda conectarse a dicho panel de control y gestión, vía red local o vía
Internet .

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo medidor (1) de magnitudes físicas sobre un cable conductor eléctrico (2) con aislamiento perimetral exterior (2.2), que comprende:
-una carcasa (10) que puede ser montada sobre el exterior del cable conductor eléctrico (2) a través de unos medios de agarre y de fijación (10.1),
-un punzón metálico (3), enclavable en el núcleo metálico (2.1) del cable conductor eléctrico (2), atravesando el aislamiento perimetral exterior (2.2) de dicho cable conductor (2), para la toma de medidas,
-una placa de circuito impreso (4) que comprende un modem (5), que envía/recibe datos a través de señales codificadas,
-una electrónica de sensorización (6) y procesado de datos, asociada a la placa de circuito impreso (4), caracterizado por que el punzón metálico (3) comprende una porción central (3.1) que atraviesa de forma
ajustada una base soporte (7) del punzón metálico (3), sobre el exterior de dicha base soporte (7) está fijada la electrónica de sensorización (6) que comprende chips encapsulados con tecnología modular multi-chip (MCM) para la medida de magnitudes físicas sobre el cable conductor eléctrico (2) .
2. -Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la electrónica de sensorización (6) comprende un chip térmico que realiza medidas de temperatura sobre el cable conductor eléctrico (2) a distintas profundidades según el radio del mismo.
3. -Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la electrónica de sensorización (6) comprende un chip acelerómetro y giróscopo, que mide las vibraciones transmitidas por el cable conductor eléctrico (2) .
4. - Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la electrónica de sensorización (6) comprende un chip inductómetro que realiza medidas del campo magnético en 3D sobre el cable conductor eléctrico (2) para su representación
magnetográfica, analógica y digital.
5. -Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la electrónica de sensorización (6) comprende un chip magneto-resistivo que mide valores de la corriente que circula por el cable conductor eléctrico (2) en función de la
resistencia eléctrica o impedancia que provoca el campo magnético inducido por la propia corriente que circula a través de dicho cable conductor eléctrico (2) .
6. -Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la electrónica de sensorización (6) comprende un chip analizador eléctrico de red que integra medidas de tensión, intensidad y forma de onda, medidas en el cable conductor eléctrico (2), incluyendo los correspondientes armónicos y
eventuales micro-cortes de alimentación eléctrica.
7. -Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la electrónica de sensorización (6) comprende al menos un chip que realiza mediciones de humo, radiación ionizante, gases,
líquidos, sólidos, peso, presión, humedad, caudal, densidad, viscosidad, colorimetría, y/o luminosidad al exterior del cable conductor eléctrico (2) .
8. - Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la porción central (3.1) del punzón metálico (3) comprende un tramo roscado (3.11) que enrosca en la base soporte ( 7 ) .
9. -Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el punzón metálico (3) desliza por el interior de un conducto de material dieléctrico (8) con su extremo libre afilado en forma de "aguja" que, al atravesar el aislamiento perimetral exterior (2.2) del cable
conductor eléctrico (2), conforma una vía de paso dieléctrica para el punzón metálico (3) que conecta la electrónica de sensorización (6) con el núcleo metálico (2.1) del cable conductor (2) .
10. -Dispositivo según la reivindicación 9, en el que el conducto de material dieléctrico (8) es disparado radialmente hacia el interior del cable conductor eléctrico (2), atravesando su aislamiento perimetral exterior (2.2), al liberarse un medio de empu e (9) .
11. -Dispositivo según la reivindicación 10, en el que el medio de empuje (9) es un muelle (9.1) o un pistón de gas (9.2) .
12. -Dispositivo según la reivindicación 1, en el que los medios de agarre y fijación (10.1) comprenden un brazo pivotante (10.11) en forma de "gancho" que abraza y retiene al cable conductor eléctrico (2) contra un asentamiento (10.21) en forma de "V" de un cuerpo de carcasa (10.2) de la carcasa (10) .
13. -Dispositivo según la reivindicación 12, en el que el brazo pivotante (10.11) está unido al cuerpo de carcasa (10.2) por medio de un eje de giro (10.111) con un mecanismo de bloqueo (11) del tipo trinquete-uñeta, el mecanismo de bloqueo (11) ajusta el montaje del dispositivo (1) al diámetro exterior del cable conductor eléctrico (2), permitiendo su fijación sólida y ajustada al mismo.
14. -Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el punzón metálico (3) comprende una cabeza de
accionamiento (3.2) adaptada para recibir una
herramienta manual o automática.
15. -Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el modem (5) comprende tecnología de comunicación por cable eléctrico (PLC) , y las señales codificadas se envían/reciben a través del cable conductor eléctrico (2) donde se encuentra enclavado el punzón metálico (3) .
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