MÉTODO Y SISTEMA PARA LA MEDICIÓN DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS DAÑINAS PARA EQUIPOS ELÉCTRICOS O ELECTRÓNICOS CONECTADOS A UNA RED DE BAJA TENSIÓN.

Método y sistema para la medición de perturbaciones eléctricas dañinas para equipos eléctricos o electrónicos conectados a una red de baja tensión.

La presente invención se refiere a un método y un sistema para la medición de perturbaciones eléctricos dañinas para equipos receptores eléctricos o electrónicos conectados a una red de baja tensión. El método comprende: tomar unas señales de la red de baja tensión; adaptarlas para su posterior tratamiento digital; tratarlas en un convertidor analógico a digital; procesarlas digitalmente en un microcontrolador para calcular el valor eficaz de la señal fase-neutro y registrarlo en una memoria no volátil; comparar la amplitud de las señales con una referencia que si es superada ordena al microcontrolador registre una ventana temporal descriptiva de la señal que contiene la sobretensión transitoria; y adjudicar un sello temporal mediante un reloj del sistema a todos los valores o eventos que se registran en cualquiera de las memorias.

Método y sistema para la medición de perturbaciones eléctricas dañinas para equipos eléctricos o electrónicos conectados a una red de baja tensión.

Objeto de la invención La presente invención tiene aplicación en el sector técnico de instalaciones eléctricas de baja tensión. En particular, en los casos en los que se producen daños o mal funcionamiento de los equipos receptores, eléctricos

o electrónicos, conectados a las mismas.

El objeto de la invención es un método y un sistema que permite conocer de forma fiable, rápida y sencilla si uno

o varios equipos receptores han podido ser dañados debido a perturbaciones, anomalías u otros eventos relacionados con su suministro eléctrico.

Antecedentes de la invención Se define siniestro eléctrico como cualquier situación en la que las instalaciones o equipos receptores conectados a las mismas presentan un funcionamiento incorrecto que afecta a su utilidad principal (“mal funcionamiento”) o un desperfecto permanente que impida realice su función principal. El desperfecto es permanente cuando persiste tras haber cesado la causa temporal que lo ha producido. En estas circunstancias se dice que la instalación o el equipo están dañados o que ha sufrido daños eléctricos.

Actualmente, cuando se declara un siniestro eléctrico en el sector residencial, comercial e industrial en Baja Tensión, las aseguradoras comprueban la veracidad de la reclamación y los daños enviando a un perito al lugar del siniestro. El perito evalúa las circunstancias del siniestro una vez que se ha producido, ex post. La función de peritaje in situ puede estar asociada con la reparación de los equipos dañados o cobertura del siniestro por parte de la aseguradora.

En general, las inspecciones periciales a posteriori o ex post no permiten conocer la causa detallada del desperfecto o daño sino solamente, tras su examen, la identificación del componente o sistema cuya funcionalidad ha sido dañada.

Los eventos, alteraciones o perturbaciones del suministro eléctrico que pueden causar los siniestros por daños eléctricos se pueden clasificar en temporales y transitorios según su frecuencia y duración. Se puede considerar que un evento es transitorio si su frecuencia dominante es superior a 1kHz. Por el contrario, los eventos temporales están asociados a la frecuencia industrial (50Hz en Europa) y a sus primeros armónicos. (3º, 5º, etc.…) .

Las anomalías o eventos temporales potencialmente destructivos pueden, a su vez, clasificarse según sean elevaciones (sobretensiones) o depresiones de la tensión normal de servicio. Las depresiones temporales de la tensión de servicio suelen estar asociadas a la interrupción del funcionamiento de los equipos, no a daños eléctricos. Mención a parte merece el fenómeno conocido como huecos de tensión que sí puede producir desperfectos o mal funcionamiento en máquinas eléctricas y semiconductores. Las sobretensiones temporales suelen asociarse con faltas (bien fase-tierra o fase-fase) o desequilibrios de cargas en las redes de distribución.

La Norma UNE-EN 50160 describe las características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución que alimentan las instalaciones receptoras de baja tensión. Define los fenómenos que afectan a la calidad del suministro eléctrico y se fijan las variaciones admitidas de las variables que los caracterizan. Estos fenómenos son temporales. La Norma solamente enuncia que en las redes pueden producirse transitorios de amplitud normalmente inferior a 6kV.

La Norma UNE-EN 50160 no indica cuáles son los efectos en los equipos receptores conectados a las redes de las variaciones no admitidas de sus parámetros característicos del suministro eléctrico. Sin embargo, como los equipos receptores se diseñan para su funcionamiento en redes de dichas características admitidas por la Norma, cuando se producen variaciones no admitidas puede deducirse un posible efecto pernicioso sobre los equipos receptores. Por consiguiente, las variaciones de la tensión no admitidas en la Norma se pueden definir como perturbaciones en el suministro. Los efectos perniciosos mencionados son daños permanentes, interrupción o mal funcionamiento mientras concurre la perturbación o bien daños a largo plazo (concepto análogo al de fatiga de los materiales asociado, por ejemplo, al modo de conducción reverso en algunos semiconductores o a un modo de operación fuera de las condiciones de diseño) .

Se consideran eventos transitorios aquellos cuya frecuencia principal es superior a 1kHz. Se pueden clasificar según la distancia a la que el evento o perturbación se conduce sin sufrir una atenuación significativa. Se puede considerar que la atenuación de una señal original es significativa si la señal atenuada o de salida tiene una amplitud inferior a la necesaria para seguir siendo considerado sobretensión, por ejemplo, 30dB. De este modo, los transitorios registrados en las instalaciones receptoras se clasifican según el elemento o punto eléctrico donde se originen en externos e internos a la propia instalación.

Los transitorios externos que se conducen a través de las redes de distribución hasta la instalación receptora se clasifican según la literatura técnica en externos a las propias redes e internos a las mismas. Los externos son los debidos a los rayos, bien por impacto directo o bien por inducción electromagnética. Las causas internas a las redes incluyen operación de interruptores, bancos de condensadores u otra aparamenta. Es bien conocido que las ondas unidireccionales tipo rayo se transforman en oscilatorias en los circuitos eléctricos debido a las reflexiones en los puntos de cambio de impedancia característica. En cualquier caso, los transitorios, bien de origen interno o externo que se conducen hasta una instalación receptora tienen una frecuencia característica en el rango de 10kHz a 100kHz, si bien una caracterización más extensa incluye las décadas anterior y posterior.

Por el contrario, hay transitorios más rápidos que dada su frecuencia se atenúan en pocos metros desde el punto eléctrico donde se originan. Son, por consiguiente, locales. Su rango de frecuencias más representativas se podría situar entre 100MHz y 1GHz. Los transitorios locales se deben a fenómenos de conexión y desconexión de equipos o bien implican resonancias LC. Su contenido energético es inferior al característico de los transitorios conducidos hasta la instalación receptora y, por consiguiente, su capacidad destructiva es inferior.

Los transitorios que se conducen a través de la red de distribución se denominan “surges” en la literatura técnica en inglés y están asociados al término “ondas de choque” en español. Una descripción completa se encuentra en el IEEE Std. C62.41.1.

La Norma Internacional IEC 61000, transpuesta a la normativa europea y española, sobre Compatibilidad Electromagnética dedica su parte 4 a los ensayos de inmunidad. En particular, la parte 4-5 describe los ensayos de inmunidad contra ondas de choque derivadas de los transitorios conducidos a través de las redes. Se establecen unos niveles y formas de onda normalizadas de tensión según la instalación donde vaya a desempeñar su función el equipo receptor a ensayar. Análogamente, en la parte 4-4 se establecen los ensayos de inmunidad a los denominados transitorios rápidos en ráfagas. Estos ensayos simulan los transitorios de alta frecuencia y origen local. Se recomiendan 75 impulsos por ráfaga de duración 0.75ms (frecuencia de repetición de las ráfagas 100kHz) .

Como en el caso anterior de la Norma UNE-EN 50160 para sobretensiones temporales, se puede utilizar el contenido de las Normas UNE-EN 61000-4-5 y 61000-4-4 para concluir que los ensayos descritos marcan un mínimo en la tolerancia frente a ondas de choque y ráfagas. Esto no implica que un equipo receptor se dañe necesariamente si se le somete a una sobretensión transitoria superior a la recomendada por el ensayo correspondiente.

En resumen, si bien es imposible identificar en la totalidad de los casos el origen de la perturbación eléctrica responsable de dañar un equipo receptor, sí es posible agruparla en las categorías descritas arriba. Para ello es necesario analizar la frecuencia, amplitud y forma de onda temporal del fenómeno transitorio y registrar una serie de datos tales como valores eficaces medios, máximos y mínimos para caracterizar los eventos temporales. Por ello se echa en falta en el estado del arte un método y un dispositivo capaz de instalarse de una forma sencilla en las instalaciones receptoras en entornos domésticos, en particular, y de baja tensión, en general, que obtenga los datos...

1. Método para la medición de perturbaciones eléctricas dañinas para equipos receptores eléctricos o electrónicos conectados a una red de baja tensión, dicho método se caracteriza por los siguientes pasos:

a) tomar dos señales de la red de baja tensión : una señal fase-tierra y una señal neutro-tierra;

b) adaptar ambas señales mediante un divisor de tensión, un filtro de altas frecuencias y la adición de un nivel de continua;

c) digitalizar las señales anteriores mediante un convertidor analógico a digital;

d) reconstruir algebraicamente la señal fase-neutro correspondiente a las dos señales del paso (a) en un micro controlador;

e) calcular el valor eficaz de la señal fase – neutro y registrar los valores medios, máximos y mínimos de dicho valor eficaz a lo largo de un determinado periodo en una memoria no volátil;

f) comparar la amplitud de las señales digitales del paso (c) mediante circuitos comparadores con unos umbrales establecidos previamente;

g) en el caso de que se hayan superado los umbrales definidos en el paso anterior, registrar un determinado número de muestras de la señal fase-neutro y de la señal neutro-tierra (f) en una memoria no volátil;

h) adjudicar un sello temporal a todos los valores que se registran en cualquiera de las memorias.

2. Método según la reivindicación 1 que además comprende el paso de descargar las mediciones efectuadas en un ordenador para realizar la lectura de las mismas.

3. Método de acuerdo a la reivindicación 2 que además comprende el paso de analizar los datos descargados, evaluar qué alteraciones temporales y transitorias se han producido en el suministro eléctrico y comprobar la concordancia entre el sello temporal de dichos eventos y un rango temporal en el que los equipos receptores han sufrido mal funcionamiento o daño.

4. Método de acuerdo a la reivindicación 3 que además comprende, una vez comprobada la coincidencia temporal de los eventos y los daños producidos en los equipos, evaluar dichos eventos con reglas de decisión según la curva ITI y la normativa de compatibilidad electromagnética y de características del suministro eléctrico vigente para decidir si han podido ser los causantes de dichos daños eléctricos en los equipos receptores.

5. Método según la reivindicación 4 que además comprende la medición de la frecuencia de las perturbaciones eléctricas para su clasificación en temporales, transitorias conducidas y transitorias locales.

6. Sistema para la medición de perturbaciones eléctricas dañinas para equipos receptores eléctricos o electrónicos conectados a una red de baja tensión, dicho sistema se caracteriza por que comprende:

- un módulo de alimentación que proporciona la tensión necesaria al sistema;

- un módulo de preparación de medidas que adapta las señales a niveles adecuados para ser tratadas;

- un puerto de comunicaciones que actúa de interfaz para extraer los datos del sistema conectándolo a

un ordenador;

-un reloj en tiempo real que adjudica un sello temporal a cualquier evento que se registre en cualquiera de las memorias;

-un micro controlador que recibe las señales procedentes de la red y realiza la conversión de analógico a digital, registra en una memoria el valor eficaz de la tensión que recibe para detectar perturbaciones temporales y registra en una segunda memoria los picos de tensión que superan unos ciertos umbrales para detectar perturbaciones transitorias.

7. Sistema según la reivindicación 6 donde el módulo de preparación consiste en un divisor resistivo que reduce la tensión de las señales tomadas de la red y de un circuito sumador con un operacional que posteriormente añade un cierto nivel de corriente continua a las señales.

8. Sistema según la reivindicación 7 donde el módulo de preparación además comprende varios operacionales que funcionando como comparadores detectan picos de tensión que representan sobretensiones transitorias en las señales medidas.

9. Sistema según la reivindicación 8 donde el módulo de preparación además comprende unas resistencias que fijan los umbrales de tensión que determinan si la señales de entrada contienen transitorios que puedan ser responsables de los daños eléctricos.

10. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 6-9 que además comprende una batería recargable que alimenta el sistema en caso de fallo en el suministro eléctrico.