TIERRA

DESCRIPCIÓN

Campo técnico de la invención

La presente invención corresponde al campo técnico de los aparatos de medida de impedancia de bucle que presentan un sensor de impedancia de bucle con un conductor de puesta a tierra y donde la curva de calibración del aparato de medida tiene al menos dos rangos distintos de valores y, en concreto a un sistema y procedimiento de autocalibración de estos aparatos de medida.

Antecedentes de la Invención

Para verificar un sistema de puesta a tierra, la comprobación y medida de la impedancia de bucle se aplica principalmente a los sistemas de distribución TN e IT, en los cuales los sistemas de protección están basados en fusibles o interruptores automáticos.

Cuando una determinada corriente de fuga sale por la pica de tierra, una parte importante de esa corriente regresa a la instalación a través de la pica del secundario del transformador, y el conductor de línea, donde se produjo el defecto. Por tanto, hay una corriente de cortocircuito que circula por el bucle de defecto y se suma a la corriente de carga en la línea.

La medida de la impedancia de bucle presenta un problema de estabilidad debido a la gran cantidad de variables que influyen en la incertidumbre de la medida (temperatura, corrientes parásitas, micro-variaciones geométricas del sensor, longitud y geometría de los cables, etc...). Es por ello que resulta complicado disponer de un sensor de este tipo que presente una respuesta completamente estable en cualquier condición y entorno. Además, cuando se trata de un aparato desatendido, es decir, que no requiere de una operación continuada por parte del instalador, implica que, en condiciones normales de uso, un conductor del sistema de puesta a tierra está siendo monitorizado por el elemento sensor, lo que complica el proceso de calibración por comparación ya que siempre existe un bucle paralelo cuyo valor es desconocido.

En el mercado existen sensores de impedancia de bucle y es fácil encontrar aparatos de medida compactos de mano que realizan esta función de medida de la impedancia de bucle. Sobre estos sí resulta sencillo realizar labores de mantenimiento, verificación y calibración del aparato, ya que siempre están accesibles y se pueden conectar bucles cuyo valor de impedancia es conocido.

El problema surge con los aparatos desatendidos, ya que no son capaces de realizar esta labor de medida de la impedancia de bucle de forma autónoma, pues los sensores utilizados presentan problemas de homogeneidad debidos a causas naturales, como la temperatura, la humedad, etc... , y a causas humanas, como puede ser, por ejemplo, la posición y apriete efectuado durante la instalación del sensor. Estas variables tienen una influencia en el resultado de la medida, por lo que resulta necesario corregir dicha desviación. No obstante, no es suficiente con una corrección inicial, pues esta desviación puede cambiar de un día a otro debido a las causas naturales antes descritas.

No se conoce en el estado de la técnica la existencia de ningún aparato de medida de la impedancia que cuente con ningún mecanismo de autocalibración o un sistema que permita la autocalibración del aparato, de manera que, de forma previa a cada medida a realizar por dicho aparato, cuya periodicidad es programable, se ejecute la autocalibración del mismo.

Descripción de la invención

El sistema de autocalibración para aparatos autónomos de medida de impedancia de bucle que aquí se presenta, trata sobre aparatos de medida que presentan un sensor de impedancia de bucle para un conductor de puesta a tierra y donde la curva de calibración del aparato de medida tiene al menos dos rangos distintos de valores.

Este sistema de autocalibración comprende un dispositivo de procesado conectado al sensor de impedancia y formado por una carcasa de contención en cuyo interior comprende un microprocesador con una memoria de almacenamiento, un bucle auxiliar, unos medios de comunicación con un dispositivo receptor de datos y unos medios de alimentación.

Por su parte, el bucle auxiliar está conectado en paralelo a al menos dos resistencias de precisión mediante un conmutador respectivamente para cada una de ellas, donde cada resistencia presenta un determinado valor, siendo estos valores distintos entre sí y tales que al menos existe un valor de resistencia comprendido en cada rango de la curva de calibración.

El sistema dispone de un algoritmo de cálculo de impedancia de tierra que permite la aplicación de este sistema a la monitorización de bucles que se cierren por el terreno físico. Esto permite obtener una medida de la resistencia de puesta a tierra.

En esta memoria se propone a su vez un procedimiento de autocalibración para aparatos autónomos de medida de impedancia de bucle, para ajuste de la frecuencia de inyección de la corriente mediante un sistema de autocalibración como el definido anteriormente.

Este procedimiento comprende una etapa inicial de obtención de una curva de calibración normalizada del aparato de medida e introducción de los valores normalizados de dicha curva de calibración en la memoria del sistema, y una etapa de autocalibración que presenta una primera fase de obtención del rango en el que se encuentra la resistencia del bucle del aparato de medida.

Esta primera fase se realiza mediante la activación secuencial de los conmutadores correspondientes a la al menos una resistencia de cada rango de la curva de calibración normalizada, de manera que la conexión de cada conmutador configura un circuito equivalente entre el bucle del aparato de medida y el bucle auxiliar de la correspondiente resistencia asociada a dicho conmutador.

Finalmente se realiza una segunda fase de cálculo del valor de la impedancia de bucle.

Con el sistema de autocalibración para aparatos autónomos de medida de impedancia de bucle y el procedimiento de autocalibración mediante dicho sistema que aquí se propone, se obtiene una mejora significativa del estado de la técnica.

Esto es así pues se consigue un procedimiento que de forma automática antes de cada medida realiza un ajuste de la frecuencia de inyección de la corriente, lo que permite obtener el valor exacto de resistencia a monitorizar, haciendo uso de la dependencia con la frecuencia característica de los transformadores de corriente.

Este sistema además es completamente autónomo y permite la monitorización de la instalación por parte del instalador de una manera continua y desatendida. Además, permite garantizar la reproducibilidad de la medida y reducir la dependencia con las variables que influyen en la dispersión de la medida (temperatura, vibraciones o golpes, longitud y disposición del cable de unión entre el elemento sensor y la parte de procesado).

La comunicación continua evita la necesidad de establecer revisiones periódicas de comprobación, ya que en todo momento se dispone de información actualizada sobre el estado del bucle monitorizado, reduciendo de este modo las labores de mantenimiento preventivo y correctivo.

Por otra parte, este sistema dispone de un mecanismo específico de filtrado que elimina con un gran factor de rechazo el ruido ocasionado por corrientes parásitas, propias de los sistemas de puesta a tierra de instalaciones eléctricas, como pudieran ser los centros de transformación (CT’s) o las subestaciones (SE’s).

El sistema incorpora, además, un método de identificación de pulsos de corriente en el conductor asociado, característicos de las descargas parciales (DP’s), propias de sistemas que se encuentran sometidos a estrés eléctrico, como por ejemplo, aisladores de línea, cables aislados para transmisión de energía eléctrica, transformadores, etc.... Esta característica permite identificar situaciones de envejecimiento, degradación, fallo, etc... lo que supone una ventaja de cara al mantenimiento preventivo y correctivo de los activos propios de las redes de transmisión y distribución de energía eléctrica.

Se logra por tanto un sistema de autocalibración y un procedimiento de autocalibración mediante el mismo que resulta muy eficaz, fiable y programable que actúa de forma continua y completamente autónoma.

Breve descripción de los dibujos

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se aporta como parte integrante de dicha descripción, una serie de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del dispositivo de procesado del sistema de autocalibración para aparatos autónomos de medida de impedancia de bucle, según un modo de realización preferente de la invención.

La Figura 2.- Muestra una vista esquemática del bucle auxiliar del sistema de autocalibración para aparatos autónomos de medida de impedancia de bucle, según un modo de realización preferente de la invención.

La Figura 3.- Muestra un diagrama de bloques del procedimiento autocalibración autónomo para aparatos autónomos de medida de impedancia de bucle, según un modo de realización preferente de la invención.

Las Figuras 4.1 y 4.2.- Muestra una curva de calibración normalizada y una curva de calibración característica respectivamente, del aparato de medida, utilizadas en el procedimiento autocalibración autónomo para aparatos autónomos de medida de impedancia de bucle, según un modo de realización preferente de la invención. Descripción detallada de un modo de realización preferente de la invención

A la vista de las figuras aportadas, puede observarse cómo en un modo de realización preferente de la invención, el sistema de autocalibración que aquí se propone es para aparatos autónomos de medida de impedancia de bucle que presentan un sensor de impedancia (2) de bucle para un conductor (3) de puesta a tierra y donde la curva de calibración del aparato de medida tiene al menos dos rangos distintos de valores.

En este modo de realización dicha curva de calibración se muestra en la Figura 4.2 y discurre en concreto a lo largo de tres rangos de valores.

Como puede observarse en la Figura 1, este sistema comprende un dispositivo de procesado (1) conectado al sensor de impedancia (2), donde dicho dispositivo de procesado (1) está formado por una carcasa (4) de contención.

En el interior de la carcasa (4) el dispositivo de procesado (1) comprende un microprocesador con una memoria de almacenamiento, un bucle auxiliar (5) conectado en paralelo a al menos dos resistencias de precisión (6) mediante un conmutador (7) respectivamente para cada una de ellas, unos medios de comunicación con un dispositivo receptor de datos, y unos medios de alimentación.

Cada resistencia de precisión (6) presenta un determinado valor, siendo estos valores distintos entre sí y tales que al menos existe un valor de resistencia comprendido en cada rango de la curva de calibración.

En este modo de realización preferente de la invención, en el que como se ha indicado, la curva de calibración, mostrada en la Figura 4.2, presenta tres rangos de valores diferentes, el sistema comprende un número de resistencias de precisión (6) y con unos valores tales que, dentro de cada uno de los rangos de impedancia de bucle, se encuentran los valores de al menos dos resistencias de precisión (6).

Así pues, en este caso en concreto y como se muestra en la Figura 2, el dispositivo de procesado (1) consta de seis resistencias de precisión (6), de manera que el valor de una primera y segunda resistencias (R1, R2) está comprendido en un primer rango, el valor de una tercera y cuarta resistencias (R3, R4) está comprendido en un segundo rango y el valor de una quinta y sexta resistencias (R5, R6) está en un tercer rango.

En este modo de realización preferente de la invención, los medios de comunicación están formados por una comunicación inalámbrica, en concreto una comunicación GSM. No obstante, en otros modos de realización pueden estar formados por otros tipos de comunicación inalámbrica o por una comunicación por cable, por ejemplo, vía Ethernet.

Por otra parte, en este modo de realización preferente de la invención, los medios de alimentación están formados por una batería conectada a un sistema de alimentación solar. En otros modos de realización, pueden estar formados por una conexión a la red eléctrica o una combinación de ambas.

En esta memoria se propone además un procedimiento de autocalibración autónomo para aparatos autónomos de medida de impedancia de bucle, para ajuste de la frecuencia de inyección de la corriente mediante un sistema de autocalibración como el definido previamente.

Este procedimiento comprende una etapa inicial (8) de obtención de una curva de calibración normalizada (8.1) del aparato de medida, que puede observarse en la Figura 4.1, e introducción de los valores normalizados (8.2) de dicha curva de calibración en la memoria del dispositivo de procesado. A partir de esta curva y mediante dos variables K1 y K2 (ganancia y offset) puede obtenerse la curva característica correspondiente, que se muestra en la Figura 4.2.

Esta curva característica responde a la fórmula: (K1xcurvanormalizada)+K2

El procedimiento presenta a su vez una etapa de autocalibración (9) formada por una serie de fases. Así pues, dicha etapa de autocalibración (9) comprende una primera fase de obtención del rango (10) en el que se encuentra la resistencia del bucle (Rb) del aparato mediante la activación secuencial de los conmutadores (7) correspondientes de las dos resistencias de precisión (6) de cada rango de la curva de calibración normalizada, de manera que la conexión de cada conmutador (7) configura un circuito equivalente entre el bucle del aparato de medida y el bucle auxiliar (5) correspondiente a la resistencia de precisión (6) asociada a dicho conmutador (7).

De este modo, se conecta secuencialmente cada una de las seis resistencias (R1 a R6) hasta que se obtenga el rango en el que se encuentra la resistencia del bucle (Rb) del aparato de medida.

En este modo de realización preferente de la invención, la obtención del rango (10) en el que se encuentra la resistencia del bucle (Rb) del aparato de medida comprende la medición (11) del valor de dicha resistencia del bucle (Rb) del aparato del circuito equivalente correspondiente a al menos una resistencia de precisión (6) y la comparación (12) del valor obtenido respecto del de dicha resistencia de precisión (6), donde dicha medición (11) y comparación (12) se realizan tras a la activación del conmutador (7) de la misma.

Como se muestra en la Figura 3, en la que se ha representado este procedimiento para el caso genérico de una resistencia n, la fase de obtención del rango se realizaría de la siguiente manera:

En primer lugar y en el caso genérico de la Figura 3, se conecta una primera resistencia (13(n)) de un primer rango, mediante la activación de un primer conmutador. En el modo de realización propuesto con seis resistencias, se conecta la resistencia R1.

Entre el bucle de medida y el bucle auxiliar (5) se genera un circuito con dos resistencias en paralelo y el circuito equivalente es aquel con una resistencia cuyo valor es el valor del paralelo de las dos resistencias conectadas, según la siguiente fórmula: R(paralelo)

Tras la conexión de una primera resistencia (13(n)) se realiza la medición (11) de la resistencia del circuito paralelo equivalente (Rparalelo). En este modo de realización preferente de la invención, con seis resistencias de precisión, se conecta la resistencia R1 del primer rango y con el valor de la misma y el valor de la resistencia del circuito paralelo equivalente (Rparalelo), despejamos de la fórmula anterior y se obtiene un valor resistivo de la resistencia del bucle (Rb) de medida, desconocida.

Mediante un algoritmo determinado, el sistema analiza si el valor resistivo obtenido para la resistencia del bucle (Rb) del aparato pertenece al rango de la primera resistencia (R1) conectada. Para ello se realiza la comparación (12) del valor obtenido y, si dicho valor resistivo, es decir, el valor de la resistencia de bucle (Rb) de medida, correspondiente a dicha resistencia de precisión (6), que en este modo de realización es la primera resistencia (R1), es mayor que ¼ y menor que ¾ del valor de la misma, es decir, si 0’25 R1<Rb<0’75R1 (que para el caso genérico es 0’25 Rn<Rb<0’75Rn).

Si dicha comparación (12) resulta positiva (12.1), termina la fase de obtención del rango, siendo el rango de la resistencia de bucle (Rb) del aparato de medida el mismo que el de dicha resistencia de precisión (6), en este caso la primera resistencia (R1).

En ese caso, conocido el rango de la resistencia del bucle (Rb) del aparato de medida, tiene lugar una segunda fase de cálculo (14) del valor de la impedancia de bucle.

Si por el contrario, el valor de la resistencia del bucle (Rb) obtenido mediante la primera resistencia de precisión, resulta menor que ¼ o mayor que ¾ del valor de la misma, la comparación (12) es negativa (12.2) y en ese caso continúa la activación secuencial de los conmutadores, en este caso del conmutador correspondiente a la resistencia de precisión (n+1), consecutiva con la anterior (en este modo de realización propuesto se activaría el conmutador de la segunda resistencia (R2)).

De nuevo, se realiza el cálculo del valor de la resistencia del bucle (Rb) considerando el circuito equivalente correspondiente a esta nueva resistencia (n+1) consecutiva respecto de la anterior y se repiten los pasos de medición (11) de la resistencia del circuito paralelo equivalente (Rparalelo), obtención de la resistencia del bucle (Rb) del aparato de medida y comprobación de si dicha resistencia del bucle (Rb), correspondiente a una resistencia de precisión (6), es mayor que ¼ y menor que ¾ del valor de la misma.

Una vez se ha obtenido el rango de la resistencia del bucle (Rb) del aparato de medida, para la segunda fase consistente en el cálculo del valor de la impedancia de bucle, éste se realiza para cada una de las resistencias de precisión (6) de dicho rango. Por tanto, en este modo de realización preferente de la invención, si se ha obtenido que la resistencia del bucle (Rb) del aparato de medida se encuentra en el mismo rango que la primera resistencia (R1), el cálculo se realiza para las dos resistencias (R1 y R2) de dicho rango determinado.

En este modo de realización preferente de la invención, si la comparación entre los valores de impedancia de bucle (15) obtenidos para un mismo rango es menor a un 1%, el valor es correcto (15.1) y con el mismo valor de frecuencia de corriente inyectada y todos los conmutadores (7) abiertos, se realiza la medida (16) de la impedancia de bucle.

Por tanto, el siguiente paso es la activación (13(n)) del conmutador (7) de una primera resistencia (R1) y se mide (11 (n)) el valor de la resistencia del circuito paralelo equivalente (Rparalelo) para dicha primera resistencia (R1 o n en general).

A continuación, se activa (13(n+1)) el conmutador (7) de una resistencia consecutiva en su mismo rango, en este caso R2 o (n+1) en general y, se mide (11(n+1)) el valor de la resistencia del circuito paralelo equivalente (Rparalelo) para dicha segunda resistencia. Con ambos valores se realiza la comparación entre los valores de impedancia de bucle (15) obtenidos para un mismo rango. Si este valor es menor a un 1%, es decir, si se cumple que Rn/R(n + 1) < 1%, el valor es correcto (15.1) y con el mismo valor de frecuencia de corriente inyectada y todos los conmutadores (7) abiertos, se realiza la medida (16) de la impedancia de bucle.

Por el contrario, si la comparación de los valores de impedancia de bucle (15) obtenidos para un mismo rango resulta un valor superior al 1%, el valor es incorrecto (15.2) y se modifica (17) el valor de frecuencia de corriente inyectada incrementándolo un 1% y vuelve a realizarse el cálculo (14) del valor de la impedancia de bucle.

La forma de realización descrita constituye únicamente un ejemplo de la presente invención, por tanto, los detalles, términos y frases específicos utilizados en la presente memoria no se han de considerar como limitativos, sino que han de entenderse únicamente como una base para las reivindicaciones y como una base representativa que proporcione una descripción comprensible, así como la información suficiente al experto en la materia para aplicar la presente invención.