DESCRIPCIÓN

Objeto de la invención

El objecto de la presente invención son métodos y dispositivos de medida de la resistencia de puesta a tierra.

Antecedentes de la invención

Los métodos tradicionales de medida de resistencia de puesta a tierra se basan principalmente en métodos que implican el hincado de electrodos auxiliares en el terreno. Más recientemente se han desarrollado métodos y equipos que utilizan el fenómeno de la inducción para inyectar corriente en un bucle que forma parte del sistema de puesta a tierra, de forma que se puede obtener una medida de la resistencia de dicho bucle.

Normalmente la resistencia de un bucle que se cierra por el terreno está formada por la suma de la resistencia propia de los conductores y la resistencia de puesta a tierra.

Independientemente del procedimiento empleado, la técnica habitual consiste en inyectar en el terreno una corriente continua “DC” o corriente alterna “AC”. En el caso AC, algunos equipos disponen de más de una frecuencia de inyección f¡, usualmente próximas entre ellas.

En la actualidad, para la medida de la resistencia de puesta a tierra, las dos configuraciones más extendidas son:

- Mediante la inserción de electrodos en el terreno físico y haciendo circular una corriente alterna AC o continua DC, entre 2 puntos y leyendo el potencial en el mismo u otros puntos.

- Mediante la utilización de transformadores inductores, los cuales inducen una fuerza electromotriz (f.e.m.) en un bucle que es proporcional a la resistencia de dicho bucle. Si este bucle se cierra por el terreno físico, la medida ofrecida por la medida dependerá de la resistencia de puesta a tierra.

Un documento del estado de la técnica relacionado con la medida de la resistencia de puesta a tierra es CN1133878 el cual se refiere a un método de medida donde se genera la inyección de corriente con picas mediante el método del 62% y donde únicamente se usa la modulación en amplitud como elemento funcional para la electrónica, concretamente para controlar los elementos de potencia (IGBTs).

Descripción de la invención

En el procedimiento propuesto, se pretende realizar un barrido en frecuencias para poder obtener el diagrama de Bode en fase y magnitud del bucle del sistema de puesta a tierra a monitorizar, para lo que se requiere la inyección de un conjunto de frecuencias, desde unos pocos herzios, hasta al menos, decenas o centenas de kiloherzios en el bucle a monitorizar como parte del sistema de puesta a tierra. Debido a la complejidad de la lectura y filtrado adecuado de las señales procedentes del terreno, se plantea un método y equipo para implementarlo que se caracterice por que la corriente que se inyecta en el terreno consista en una onda modulada en amplitud (AM), cuya señal moduladora S _s¡gnai es de baja frecuencia y permanece fija durante todo el barrido de frecuencias a una frecuencia fm, mientras que la señal portadora S _camer varía en función de un rango de frecuencias F del barrido deseado.

El procedimiento y equipo al que se refiere la invención se basa en la medida mediante transformadores inductores. En este tipo de equipos:

- por un lado se induce una corriente alterna (AC) en el bucle del sistema a monitorizar que forma parte del sistema de puesta a tierra; y

- por otro lado, se mide la fuerza electromotriz inducida en dicho bucle, la cual depende de la resistencia del bucle y por lo tanto de la resistencia de puesta a tierra.

En los equipos disponibles comercialmente, lo habitual es inducir una corriente de unos pocos centenares de herzios, hasta unos pocos kiloherzios, lo cual ofrece como resultado el valor de la impedancia a la frecuencia de inyección (la impedancia y la resistencia coinciden únicamente en DC) .siendo imposible inducir una corriente DC en un bucle mediante este método. Es por ello por lo que con este método la medida obtenida es la impedancia a la frecuencia de inyección del equipo, lo que implica que diferentes equipos, con diferentes frecuencias de inyección puedan ofrecer resultados diferentes entre ellos.

El procedimiento y equipo descrito en la invención, se orienta a la caracterización del bucle a monitorizar, lo cual cobra especial interés en aquellas instalaciones en las que existen diversos elementos funcionales que se conectan al sistema de puesta a tierra y que, por lo tanto, forman parte del bucle como, por ejemplo, las pantallas de los cables aislados de media tensión, las torres de distribución, etc.

Así pues, en un primer aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de la impedancia de un sistema de puesta a tierra que comprende un bucle, el procedimiento comprende un barrido frecuencial caracterizado por un conjunto de frecuencias F, típicamente comprendidas entre decenas de hercios hasta centenares de kilohercios, preferiblemente F [100Hz - 500 kHz], aplicado al bucle del sistema de puesta a tierra, generar una señal moduladora, donde la señal moduladora S _s ¡ _g nai, presenta una frecuencia fija fm, por ejemplo a unas pocas centenas de hercios, preferiblemente fm 220 Hz, generar una señal portadora S _camer que presenta una frecuencia fi que va cambiando y que se corresponde con cada una de las frecuencias del conjunto de frecuencias F del barrido de frecuencias, tal que fi e F, obtener una señal modulada en amplitud Smoduiated en base a S _s ¡ _g nai y S _camer , y aplicar la señal S _moduiated al bucle del sistema de puesta a tierra.

Además, el procedimiento comprende medir la fuerza electromotriz inducida sobre el bucle del sistema de puesta a tierra, donde dicha fuerza electromotriz presenta una relación de proporcionalidad con el valor de la impedancia del sistema de puesta a tierra a cada una de las frecuencias fi del conjunto de frecuencias F.

En un segundo aspecto, la invención se refiere a un dispositivo para la medida de la impedancia de un sistema de puesta a tierra de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, que comprende un bucle, donde el dispositivo comprende un generador de una señal moduladora S _s ¡ _g nai a una frecuencia fm, un generador de una pluralidad de señales portadoras S _camer con frecuencias fi comprendidas en un rango de frecuencias F de un barrido frecuencial, un modulador en amplitud configurado para obtener una pluralidad de señales moduladas S _moduiated , un inductor de corriente configurado para inducir en el bucle una fuerza electromotriz asociada a la pluralidad de señales moduladas S _moduiated , un sensor de corriente configurado para medir en el bucle un conjunto de señales S _ou t asociadas a la pluralidad de señales moduladas Smoduiated, un demodulador para demodular el conjunto de señales S _ou t considerando la frecuencia fm, un filtro sintonizado a la frecuencia fm y configurado para obtener señales demoduladas Sdemoduiated basadas en S _s ¡ _g nai y medios para el cálculo de la impedancia Z ( fi ) del bucle del sistema de puesta a tierra en base a S _demoduiated .

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del procedimiento de medida de la impedancia de un sistema de puesta a tierra, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra un circuito RLC.

La figura 2 muestra tres señales implicadas en una modulación en amplitud.

La figura 3 muestra ejemplos del efecto del índice de modulación en el proceso de modulación AM.

La figura 4 muestra un dispositivo de medida de la impedancia de un sistema de puesta a tierra de acuerdo con la presente invención.

Realización preferente de la invención

La figura 1 muestra el circuito (100) referido a la caracterización de un sistema determinando sus componentes resistivos (R), inductivos (L) y capacitivos (C), lo que, de un modo reducido y compacto, puede expresarse como un equivalente RLC.

Es ampliamente conocido que la función de transferencia del circuito (100) de la figura 1 viene dada por la siguiente expresión, donde s es el operador laplaciano. Conociendo la morfología de la función de transferencia de un sistema y realizando un barrido en frecuencias para obtener el diagrama de Bode, es fácil obtener la respuesta asintótica para obtener los valores de R, L y C, lo cual permite tener una caracterización completa del sistema evaluado.

En un bucle de tierra, donde existen diferentes elementos interconectados es importante determinar la parte puramente resistiva (R) y separarla de la parte reactiva (L y C) ya que la mayoría de prescripciones normativas se refieren a este parámetro R, y no a la impedancia Z que contempla la contribución de los 3 componentes (Z=f(R,L,C)) y que depende la frecuencia empleada en el método. Para obtener este equivalente RLC del bucle a monitorizar, el procedimiento comprende la inyección de un conjunto de frecuencias, desde unos pocos herzios, hasta algunos centenares de kiloherzios, es decir un barrido en frecuencias.

Realizar un barrido en frecuencias implica la inyección de varias frecuencias y posteriormente la lectura de esas mismas frecuencias, para lo cual resulta necesario interponer filtros que eliminen todas aquellas frecuencias que no constituyan información útil y, dado que existe un conjunto de frecuencias de interés, el conjunto de filtros debe de estar sintonizado en cada una de esas frecuencias de interés, lo que implica un número de filtros sintonizados tan elevado como el número de frecuencias que se quieran incluir en el barrido. Otra posible solución es emplear un filtro configurable o programable, lo que también entraña su complejidad.

Ventajosamente, para simplificar el proceso de filtrado, el procedimiento al que se refiere la invención comprende el uso de la técnica de modulación en amplitud (AM) como se muestra en la figura 2, la cual implica una onda portadora S _camer (1), usualmente, de alta frecuencia fi en el rango de frecuencias F y una onda moduladora S _s ¡ _g nai (2), de menor frecuencia fm. La modulación en amplitud da como resultado la señal modulada S _moduiated (3) donde están reflejadas la frecuencia fi de la onda portadora S _camer (1) en el rango y la frecuencia fija fm de la onda moduladora S _s ¡gnai (2). Así pues, en el método de medida de acuerdo con la presente invención se introduce la moduladora S _s ¡ _g nai (2) a una frecuencia fija fm y la portadora Scamer (1) con frecuencia fi va a variar en el rango de frecuencias del barrido en frecuencias fi e F (desde pocos herzios, hasta centenares de kiloherzios).

Un parámetro a tener en cuenta en este proceso es el índice de modulación (m), el cual se define como la relación de amplitudes entre la señal portadora (S _ca m _e r (1)) y la señal moduladora (S _s ¡gnai (2)):

El índice de modulación m es un indicador de la morfología de la señal modulada Sm _oduiated , tal como se puede ver en la figura 3, donde la señal portadora S _ca m _e r (1) y la Ssignai (2) son las mismas en las tres señales moduladas S _s ¡gnai (2) con relación de amplitudes diferentes y por lo tanto con índices de modulación diferentes m = (0.3, 0.5 y 0.7), respectivamente.

EL procedimiento de medida de acuerdo con la presente invención ofrece un conjunto de valores de Z,Z(fi), basado en el cálculo del índice de modulación , a cada una de las frecuencias fi que forman parte del barrido en frecuencias F y cuya representación gráfica se corresponde con el diagrama de Bode en amplitud de la impedancia del bucle.

Además, el procedimiento también ofrece un conjunto de valores de desfase <p, <p(fí) y cuya representación gráfica se corresponde al diagrama de Bode en fase de la impedancia de bucle.

La obtención del diagrama de Bode, será en base a poner en una tabla (en la memoria interna del microcontrolador) los valores de la impedancia y el desfase medidos a cada una de las frecuencias del barrido. Posteriormente, la representación gráfica de cada valor de impedancia y desfase (Eje Y) para cada frecuencia (eje X) dará como resultado el diagrama de Bode en magnitud y fase. La ventaja principal que presenta el procedimiento de acuerdo con la presente invención es su inmunidad frente al ruido, por lo que el filtrado en el proceso de lectura puede hacerse fijo y muy selectivo con procedimientos muy simples y conocidos, sin tener que recurrir a múltiples filtros o filtros configurables, esto supone mayor fiabilidad y menor tiempo de procesado.

Otra ventaja es la posibilidad de ampliación del rango de frecuencia, ya que al ser posible la utilización de un filtrado sintonizado a la frecuencia fija de la moduladora, no se precisaría añadir ni modificar la parte de filtrado y demodulación de la señal para tal fin.

La figura 4 muestra el equipo de medida (400) de acuerdo con la presente invención. En particular, el equipo de medida (400) es usado en un bucle como parte de un sistema de puesta a tierra. El equipo de medida (400) comprende un generador (12) de la señal moduladora S _s¡g n _ai (2) a la frecuencia fija fm. Un microcontrolador (13) que comprende un generador de señales portadoras S _Ca m _e r(1)con diversas frecuencias dentro de un rango F usadas en un barrido frecuencial para caracterizar la impedancia del sistema de puesta a tierra.

Además, el equipo de mediada (400) comprende un modulador en amplitud (11) obtener una señal modulada en amplitud Sm _oduiated (3) a la frecuencia fi en base a S _sig n _ai (2) y S _ca m _e r (1), de forma opcional un amplificador de potencia (10), y un inductor de corriente (9) configurado para inducir una fuerza electromotriz (f.e.m.) en el conductor del bucle del sistema de puesta tierra.

Además, el equipo de medida (400) comprende un sensor de corriente (15) para medir la fuerza electromotriz inducida en dicho bucle identificada como S _out y la cual es una composición de Sm _oduiated (3) combinada con ruido y tras haber sufrido las alteraciones propias de la impedancia del bucle, por el cual se propaga, un demodulador (16) en amplitud, un filtro (17) sintonizado a la frecuencia fm de la señal moduladora S _s¡g n _ai , medios (20) para la obtención de la impedancia Z (fi), en particular medios (18) para medir el desfase <p(fi) de la señal demodulada S _de m _oduiated , preferiblemente un bucle de enganche de fase o phase ¡ocked loop “PLL” y para cada una de las frecuencias del barrido en frecuencia F, lo que permite complementar el diagrama de Bode obtenido con la medida del índice de modulación m. Además, el equipo de medida (400) comprende medios (19) para calcular el índice de modulación m\

Sdemodulated m = Scarríer (1)

Ventajosamente, el equipo de medida (400) puede realizar un barrido en frecuencias mediante la inyección de varias frecuencias correspondientes con el barrido en frecuencias F a través de señales moduladas en amplitud y posteriormente después de la demodulación, la lectura de la señal demodulada a la frecuencia fm de la señal moduladora S _s¡gnai (2), para lo cual resulta suficiente incluir un único filtro (17) sintonizado a la frecuencia fm de la señal moduladora S _s¡gnai (2).