PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE CALIBRACION ACTIVA DEL FASOR POTENCIA DE DESEQUILIBRIO DE INSTALACIONES ELECTRICAS.

Procedimiento y dispositivo de calibración activa del fasor potencia de desequilibrio de instalaciones eléctricas.

Calcula el fasor de potencia de desequilibrio según es conocido en el estado de la técnica y calcula el módulo y argumento del fasor potencia de desequilibrio y de sus componentes activa y reactiva, para obtener las potencias de desequilibrio de la componente activa y reactiva y obtener las corrientes de desequilibrio de dichas componentes activa y reactiva a partir de las cuales se obtiene las corrientes de desequilibrio totales a partir de la suma de las anteriores, para aplicarlas al instrumento de medida (14) y así permitir realizar su calibración.

PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE CALIBRACIÓN ACTIVA DEL FASOR POTENCIA DE DESEQUILIBRIO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva , se refiere a un procedimiento y dispositivo para realizar la calibración activa del tasar potencia de desequilibrio de instalaciones eléctricas .

De forma general , la invención está relacionada con la medida y la calibración de instrumentos de medida del fenómeno

del desequilibrio en instalaciones eléctricas, y más

concretamente con sistemas eléctricos trifásicos a tres y

cuatro hilos .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En primer lugar se puntualiza el significado de calibración . En el Vocabulaire International de Métrologie (VIM) , desarrollado por el Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) , en su tercera edición, entiende la calibración como "la operación que bajo condiciones especificadas establece, en una primera etapa, una relación entre los valores y sus incertidumbres de medida asociadas obtenidas a partir de patrones de medida , y las correspondientes indicaciones con sus incertidumbres asociadas y, en una segunda etapa, utiliza esta información para establecer una relación que permita obtener un resultado de medida a partir de una indicación" (sic) . La principal operación del calibrador de la magnitud fasor potencia de desequilibrio , que se describe en la presente patente, es el cumplimiento de esta segunda etapa, determinando las desviaciones o errores en la medida, cuya representación en tablas o en gráficos , permita conocer la fiabilidad del instrumento de medida de dicha magnitud tanto a fabricantes corno a usuarios .

La magnitud fasor potencia de desequilibrio, está prevista para medir los efectos de los desequilibrios en las redes eléctricas y por tanto define la importancia de los desequilibrios en las redes eléctricas . Es una cantidad expresada mediante un número complejo, con módulo y argumento, que tiene dos componentes : real e imaginaria . La componente real del tasar potencia de desequilibrio mide los desequilibrios causados por las cargas activas . La componente imaginaria mide los desequilibrios debidos a las cargas reactivas . Su módulo define el valor de la potencia de desequilibrio del sistema o red eléctrica y su argumento determina la fase o las fases donde el desequilibrio es más importante . El tasar potencia de desequilibrio fue formulado por los autores de la presente invención y ha sido ampliamente descrito en la Patente española con número de publicación ES 2316280B1 titulada " PROCEDIMIENTO Y PUESTA EN PRACTICA PARA LA MEDIDA DE LA POTENCIA DE DESEQUILIBRIO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS , Así COMO EL DISPOSITIVO PARA SU CALIBRACIÓN " . La citada Patente fue posteriormente extendida como solicitud Internacional WQ 2008l32258Al . En dichos documentos además del procedimiento y sistema de medida del fasar potencia de desequilibrio, se describe un sistema para la calibración de instrumentos de medida de dicha magnitud, dirigido a determinar

la fiabilidad del instrumento de medida , tal como se ha indicado al principio de este epígrafe .

El dispositivo de calibración que se describe en la patente ES 231628081 es capaz de producir desequilibrios puros , sin ningún otro fenómeno asociado (activa , reactiva o distorsión) , con un determinado valor, prefijado, de la potencia de desequilibrio . Está formado por elementos pasivos de circuito, bobinas y condensadores , dispuestos según la topología indicada en la citada patente . El hecho de que el dispositivo descrito en la patente ES 231628081 esté formado por elementos físicos , cuyos parámetros característicos, inductancia y

capacidad, están definidos por conocidas leyes físicas y cuyos valores son proporcionales al valor de la potencia de desequilibrio tiene, a juicio de los inventores, dos consecuencias : (1) confiere significado físico a la potencia de desequilibrio y (2) el dispositivo de calibración descrito en dicha patente pOdría ser considerado un patrón de la potencia de desequilibrio .

No obstante, el dispositivo de calibración recogido en la patente ES 231628081 tiene importantes limitaciones prácticas, que restringen su uso sólo a la calibración del módulo del fasor potencia de desequilibrio . No es posible aplicar dicho dispositivo a la calibración del argumento del fasar potencia de desequilibrio, ni a la de sus componentes real e imaginaria . Este hecho es consecuencia directa de la topología que se utilizó en el desarrollo del calibrador pasivo protegido en la patente ES 231628081 , basada en la red de desequilibrio correspondiente a los circuitos equivalentes de las cargas monofásicas resistivas alimentadas por la red eléctrica trifásica .

El dispositivo de calibración, cuya protección se solicita en la presente patente, tiene notables diferencias, en cuanto a su constitución, y muy importantes ventajas , en cuanto a las prestaciones, frente al dispositivo de la patente ES 23l6280Bl . En primer lugar, se trata de un dispositivo activo, es decir , constituido por convertidores electrónicos , a diferencia del anterior , que era totalmente pasivo . Las corrientes de desequilibrio que suministra el calibrador activo, no se obtienen como resultado de la ley de Ohm y de las leyes de Kirchhoff, sino que son fabricadas por el convertidor electrónico, atendiendo a los algoritmos del firmware . Esto implica una bajada de un esca16n del nuevo dispositivo de calibración en la cadena de trazabilidad y, por tanto, la pérdida de consideración como dispositivo patrón .

A pesar de lo anterior, el dispositivo de calibración pasivo de la patente ES 231628081 , puede producir, únicamente, desequilibrios puros , con un determinado valor y en una sola fase , mientras que el dispositivo de calibración activo cuya protección se solicita en la presente patente permite producir desequilibrios puros (sin potencia activa, reactiva ni de distorsión) , en cualquier fase o fases , de valor variable, dentro de amplios límites (desde prácticamente cero hasta un valor máx imo determinado por la potencia del convertidor) y con una gran exactitud. Es decir, el dispositivo de calibración activo puede reproducir en el instrumento de medida las condiciones de desequilibrio de cualquier tipo de carga o instalación eléctrica que se desee .

En concreto y como resumen del párrafo anterior, el calibrador activo que se describe en la actual patente tiene las siguientes ventajas frente al de la patente ES 231628081 :

(a) Los módulos y los argumentos del fasor potencia de desequilibrio y de sus componentes real e imaginaria pueden ser ajustados a cualquier valor que se desee , de forma independiente .

(b) Permite crear desequilibrios puros (sin potencias activa , reactiva y de distorsión) en cualquier fase o fases de la red trifásica, originando las condiciones de desequilibrio cor respondientes a cargas monofásicas o a cargas trifásicas, a voluntad .

(cl Es posible crear desequilibrios debidos a cargas activas y a cargas reactivas de forma independiente, o debidos a cargas activas y reactivas , conjuntamente , sin más que ajustar el argumento del fasor potencia de desequilibrio entre 0° y 90° .

En el estado de la técnica no se ha encontrado ninguna otra referencia relativa a calibradores activos o pasivos del fasor potencia de desequilibrio, ni tan siquiera calibradores de la potencia de desequilibrio .

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para conseguir los objetivos y resolver los inconvenientes anteriormente indicados , la invención proporciona un nuevo procedimiento de calibración activa del fasar potencia de desequilibrio de instalaciones eléctricas que a partir de un sistema trifásico de tensiones y corrientes, calcula el fasar de potencia de desequilibr io ( A", ) , según la ecuación A", =

pi Apl+a2Ap2+aAp31 + qIAql+a2Aq2+aAq31 , tal y como se establecía en los documentos de Patente indicados en el apartado "antecedentes de la invención" (P-200701224 , PCT/ES200B/000296) , donde p y q son tasares unitarios ortogonales y "a" es un tasar unitario componente activa del tasar de potencia de desequilibrio y qIAql+a2Aq2+aAqJI=Aq la componente reactiva del tasor potencia

""

de desequilibrio, expresadas en función de las potencias de desequilibrio activas y reactivas Apz , Aqz para cada fase z = 1, 2, 3 . A continuación se calcula el módulo y argumento de la componente activa ( o\, ) del fasor potencia de desequilibrio, de la componente reactiva ( Aq del fasor potencia de desequilibrio, y del tasor potencia de desequilibrio (Au ) , de forma convencional a partir de los anteriores vectores expresados . Además el procedimiento...

l. -PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN ACTIVA DEL FASOR POTENCIA DE DESEQUILIBRIO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS que comprende :

• generar un sistema trifásico de tensiones y corrientes,

• calcular el tasar potencia de desequilibrio ( -¡;;; ) de dicho sistema trifásico según la ecuación Au =

pi Apl +a2Apz+aAp31 + ql Aql +a2Aqz+aAq31 , donde p y q son aU

fasares unitarios ortogonales y " es un fasar unitario de valor a=1 11200 , siendo p IApl+a2Ap2+aAp31= Al' :;;;;A p la componente activa del tasar potencia de

«,

desequilibrio y ql Aql +a2Aq2+aAq31= Aq la componente

«.

reactiva del tasar potencia de desequilibrio, expresadas en función de las potencias de desequilibrio activas y reactivas Ap:I: I Aq. : para cada fase z=1 , 2, 3,

• calcular el módulo y argumento de la componente activa (~J del fasor potencia de desequili brio, de la componente reactiva (Aq J del fasor potencia de desequilibrio, y del fasor potencia de desequilibrio ( A, , ) ;

• obtener valores eficaces de tensión de secuencia positiva y frecuencia fundamental de las tres fases (V+l , V+2 , V+3)

caracterizado por que además comprende las siguientes fases :

• Aplicar en las entradas de un calibrador :

• Módulo y argumento de la componente activa (Ap ) del fasor potencia de desequilibrio,

• Módulo y argumento de la componente reactiva ~) del tasor potencia de desequilibrio ,

• Módulo y argumento del fasor potencia de desequilibrio ( Au ) ;

• determinar un sector del diagrama fasarial en función del argumento de cada componente activa (ap ) y reactiva (a q ) calculado; estando el diagrama

fasarial formado por un primer sector comprendido entre 0° y -120° , en donde la potencia de desequilibrio de la fase 3 es nula (Ak3=O , siendo k=p , q) ; un segundo sector comprendido entre 1200 y 2400 , en donde la potencia de desequilibrio de la fase 1 es nula (Ak1=Q) ; Y un tercer sector comprendido entre 0° y 120° , en donde la potencia de desequilibrio de la fase 2 es nula (Ak2=O) i • Obtener las potencias de desequilibrio de la componente activa y reactiva en función del módulo y de la selección del sector tasarial obtenidos en las fases anteriores , según las ecuaciones :

A,

• Ak l=.fR

•

K'

=1+

Ak

• Ak1 = , f1 ("

' siendo k=p , q

el primer sector

2tg: ak -2..{3tOQk

~ para el segundo sector (toa. +J3) "

2Akl

Ak3 q:~+.y1 tga k

'lt{JzQk

(toa, +J3) '

para el tercer sector

25 • Obtener las corrientes de desequilibrio de la componente activa de cada fase , a partir de las potencias de desequilibrio calculadas en la fase anterior según las ecuaciones :

•

•

30 •

• Obtener las corrientes de desequilibrio de la componente reacti va de cada fase , a partir de las potencias de desequilibrio calculadas en la fase anterior según las ecuaciones :

--j

• 1"4' = , ~V., (2Aq, -Aq, -"o, )

---¡ti.

• 1"4' = , ~V•• (-Aq, -Aq, + 2Aq, )

• Obtener las corrientes de desequilibrio totales de cada fase a partir de la suma de las corrientes de desequilibrio de las componentes activa y reactiva calculadas, para aplicarlas a un generador de corriente convencional desde el que se aplican a un instrumento de medida a calibrar .

. -PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN ACTIVA DEL FASOR POTENCIA DE DESEQUILIBRIO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS , según reivindicación 1 , caracterizado por que comprende una fase de selección de al menos una entrada del calibrador para obtener las potencias de desequilibrio de la componente activa y reactiva , que se puede realizar directamente , a partir de la introducción de las componentes activa y reactiva , en modulo y argumento, o a partir del tasor potencia de desequilibrio, en módulo y argumento .

3. DISPOSITIVO DE CALIBRACIÓN ACTIVA DEL FASOR POTENCIA DE DESEQUILIBRIO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS , de acuerdo con el procedimiento de las reivindicaciones anteriores ; que se conecta a un generador de corriente trifásica cuya salida se aplica a un dispositivo de cálculo del fasor potencia de desequilibrio ( Au ) , Y que comprende un procesador digital de señal, un generador de tensión de valores eficaces de secuencia positiva y frecuencia fundamental de las tres fases (V+l , V+2, V+3 ) , y un generador de corriente; caracterizado por que el procesador digital de señal comprende :

• Un módulo de entrada configurado de manera tal que calcula el módulo y argumento de la componente activa de la potencia de desequilibrio , el módulo y argumento de la potencia de desequilibrio reactiva , el módulo y argumento de la potencia de desequilibrio, y selecciona una de dichas entradas,

• Un módulo de cálculo de las potencias de desequilibrio activas por fase a partir del módulo y argumento de la componente activa del tasar potencia de desequilibrio,

• Un módulo de cálculo de las potencias de desequilibrio reactivas por fase en función del módulo y argumento,

• Un módulo de cálculo de las potencias de desequilibrio activas por fase en función del módulo y argumento,

• Un módulo de cálculo de las corrientes de desequilibrio activas por fase en función de las potencias de desequilibrio reactivas calculadas,

• Un módulo de cálculo de las corrientes de desequilibrio reactivas por fase en función de las potencias de desequilibrio reactivas calculadas,

• Un módulo de cálculo de las corrientes de desequilibrio totales por fase en función de las potencias de desequilibrio reactivas y activas calculadas que se aplican al generador de corriente .