DISPOSITIVOS DE MEDIDA.

Un dispositivo combinado toroide/shunt para detectar una intensidad residual en una instalación eléctrica que tiene un suministro en CA y que comprende un conductor neutro (3) y al menos un conductor de fase (2,

21, 22), dispositivo que comprende: medios tipo toroide (1, 4) para detectar un primer desequilibrio de intensidad entre los conductores neutro y de fase indicativo de una intensidad residual de CA que se encuentra dentro de un primer rango; una pluralidad de shunts resistivos (6a-6d) para su conexión al respectivo de cada uno de los conductores dichos; y medios de detección de intensidad (5, 7, 13) que responden a la intensidad que circula en cada uno de dichos shunts para detectar un segundo desequilibrio de intensidad entre los conductores neutro y de fase indicativo de una intensidad residual en CC y/o una intensidad residual en CA que se encuentra dentro de un segundo rango

Dispositivos de medida.

Esta invención se refiere a dispositivos de medida para instalaciones eléctricas y, en particular, a dispositivos de medida que incluyen un módulo de detección de intensidad/tensión para analizar intensidad y tensión para facilitar, inter alia, una detección de intensidad residual y un consumo de energía.

Un método de detección de corrientes residuales puede implicar el uso de un transformador de intensidad que tiene devanados primarios a través de los cuales, en el caso de un dispositivo monofásico, la corriente de carga circula en direcciones opuestas de forma que si la intensidad de retorno es diferente de la intensidad que circula hacia fuera debido a fugas de corriente, se induce una señal de intensidad de salida en un devanado secundario del transformador. En el caso de un dispositivo multifásico, se conectan devanados primarios del transformador en todas las líneas de fase y en la línea de neutro. En situaciones normales, cuando no hay fugas de corriente, la corriente neta inducida en el devanado secundario es cero y, por lo tanto, no se detecta ninguna salida. Estos dispositivos están sujetos a desconexiones intempestivas que se originan por sobretensiones en el suministro, interruptores en los aparatos y similares. Otros problemas se plantean porque el transformador está diseñado para ser sensible a desequilibrios muy pequeños de intensidad causados por las fugas de corriente. Con fallos por fugas de corriente relativamente grandes, el flujo magnético puede causar que el núcleo del transformador se sature y por ello falle en inducir una corriente en el devanado secundario. Alternativamente, una corriente inducida grande puede causar la saturación de un amplificador del circuito electrónico que es usado para procesar la señal de corriente inducida.

También, los dispositivos con transformador toroidal pueden ser insensibles para dar fallos de fuga de corriente, de tal forma que el fallo pasa sin ser detectado y no ocurre ninguna desconexión. Muchos sistemas eléctricos incorporan alimentaciones de energía que pueden conmutarse, por ejemplo convertidores de CA a CC e inversores de control de velocidad de motores y sistemas de arranque. En sistemas de este tipo, las fases de alimentación de CA son conmutadas electrónicamente (por ejemplo con FETs de alta tensión) para proporcionar señales con forma de onda rectificada. En tales casos un fallo de fuga de corriente puede no inducir suficiente corriente en el devanado secundario para detectar el fallo.

Un método de determinar el consumo de energía es medir la tensión a través de los hilos de alimentación de energía y la intensidad que circula a través de ellos y multiplicar luego la intensidad por la medida de la tensión para determinar una medida de energía. Una aproximación es usar un shunt de valor conocido conectado en serie con uno de los hilos y medir la tensión y la intensidad que circula a través de él. Los medidores de energía incluyen un contador o reloj para medir el número de vatios-hora consumidos. El contador o reloj es leído periódicamente de forma manual con objeto de que pueda facturarse al consumidor la cantidad de electricidad usada.

También podrían usarse resistencias de shunt para detectar un desequilibrio en la intensidad causado por una fuga de corriente. Sin embargo, para ser útiles ellas solas como dispositivo de seguridad de detección de intensidad residual para disparar un disyuntor, las resistencias de shunt tendrían que ser extremadamente exactas. La intensidad que circula a través de los shunts necesitaría ser detectada con una exactitud del orden de 1 a 10 mA en 100 A (10^-5 a 10^-4). Esto significa que sería necesaria una circuitería de medida sofisticada y compleja para proporcionar la resolución requerida así como resistencias de shunt precisas y estables que tuvieran características de resistencia lineales.

Convencionalmente, los dispositivos de intensidad residual y los medidores de consumo de energía son dispositivos discretos separados. El medidor de consumo de energía está situado usualmente en el punto de entrada de la alimentación de electricidad al inmueble y el dispositivo de intensidad residual está situado dentro de la unidad consumidora o caja de fusibles desde la cual se distribuyen los circuitos al inmueble.

El documento de patente francesa FR 2590030 describe un dispositivo de medida de corriente alterna que tiene un shunt que conduce la corriente eléctrica que va a ser medida. Los terminales del shunt están conectados al devanado primario de un trasformador y los terminales del devanado secundario del transformador están conectados a un instrumento para medir o comparar tensiones.

El documento de patente francesa FR 2430680 describe un dispositivo de medida de intensidad que comprende un toroide magnético previsto entre una fuente y un circuito de corriente continua o alterna.

El documento de patente americana US 6018700 describe un dispositivo de monitorización de intensidad para un circuito eléctrico, dispositivo de monitorización que tiene medios sensores de intensidad que comprenden una resistencia conectada en serie con el circuito eléctrico.

El documento de patente americana US 4278938 describe un dispositivo de medida de intensidad que comprende un núcleo toroidal.

Es un objetivo de la presente invención concebir un dispositivo combinado de medida de intensidad residual y energía que supere o, al menos, alivie estos problemas. Es otro objetivo de la invención concebir un dispositivo combinado de medida de intensidad residual y energía que sea menos voluminoso que los dispositivos convencionales y que funcione en un grado aumentado de sofisticación de tal forma que facilite la monitorización remota de la instalación eléctrica.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un dispositivo combinado toroide/shunt como se define en la reivindicación 1.

En una realización, el primer rango de intensidad residual en CA es una intensidad residual de CA que resulta de fugas a tierra o fugas cruzadas entre los conductores hasta un nivel de saturación, en el cual el toroide o un medio electrónico asociado a él se satura, y el segundo rango incluye intensidades residuales de CA por encima de dicho nivel de saturación.

El dispositivo combinado toroide/shunt puede comprender, además, medios procesadores para generar una señal de desconexión a partir de dichos primer y/o segundo desequilibrios de intensidad indicativos de la presencia de un fallo por intensidad residual.

Preferiblemente, los medios procesadores son efectivos para generar la señal de desconexión sobre la base de un criterio de comparación de la señal de desequilibrio de intensidad con un umbral predeterminado.

Más preferiblemente, el dispositivo combinado toroide/shunt comprende, además, un disyuntor efectivo para interrumpir esa alimentación de CA en respuesta a dicha señal de desconexión.

En otra realización, un dispositivo de monitorización para una instalación eléctrica comprende el dispositivo combinado toroide/shunt. Aquí, los medios de detección de intensidad responden a la intensidad que circula en cada uno de dichos conductores y el procesador puede operar para generar una señal de intensidad indicativa de la intensidad detectada en cada uno de dichos conductores.

El dispositivo de monitorización puede comprender, además, medios detectores tipo resistencia para su conexión entre dichos conductores neutro y de fase para generar una salida indicativa de la tensión entre dichos conductores de fase y neutro mediante la medida de la caída de tensión a través de los medios resistencia o una porción de ellos dividida en potencial.

Preferiblemente, los medios procesadores son efectivos para generar una señal de salida derivada de dichas señales de intensidad y tensión para facilitar la determinación del consumo de energía.

Los medios detectores de intensidad, bien del dispositivo combinado toroide/shunt bien del dispositivo de monitorización, pueden comprender, también, un primer convertidor analógico a digital acoplado a un devanado secundario del transformador para generar una señal digital representativa del desequilibrio de intensidad captado por el toroide.

Preferiblemente, los medios de detección de corriente comprenden, también, un segundo convertidor analógico a digital acoplado al detector de tipo resistencia de shunt para generar señales digitales representativas de la intensidad que circula a través del conductor...

1. Un dispositivo combinado toroide/shunt para detectar una intensidad residual en una instalación eléctrica que tiene un suministro en CA y que comprende un conductor neutro (3) y al menos un conductor de fase (2, 21, 22), dispositivo que comprende: medios tipo toroide (1, 4) para detectar un primer desequilibrio de intensidad entre los conductores neutro y de fase indicativo de una intensidad residual de CA que se encuentra dentro de un primer rango; una pluralidad de shunts resistivos (6a-6d) para su conexión al respectivo de cada uno de los conductores dichos; y medios de detección de intensidad (5, 7, 13) que responden a la intensidad que circula en cada uno de dichos shunts para detectar un segundo desequilibrio de intensidad entre los conductores neutro y de fase indicativo de una intensidad residual en CC y/o una intensidad residual en CA que se encuentra dentro de un segundo rango.

2. El dispositivo combinado toroide/shunt de la reivindicación 1, en el que dicho primer rango de intensidad residual en CA es una intensidad residual en CA que resulta de una fuga a tierra o fuga cruzada entre los conductores hasta un nivel de saturación en el cual el toroide o unos medios electrónicos asociados a él se saturan, y el segundo rango incluye intensidades residuales en CA por encima de dicho nivel de saturación.

3. El dispositivo combinado toroide/shunt de la reivindicación 2, que comprende, además, medios procesadores (13) para generar una señal de desconexión (03) a partir de dichos primer y/o segundo desequilibrios de intensidad indicativos de la presencia de un fallo por intensidad residual.

4. El dispositivo combinado toroide/shunt de la reivindicación 3, en el que dichos medios procesadores son efectivos para generar dicha señal de desconexión sobre la base de un criterio de comparación de la señal del desequilibrio de intensidad con un umbral predeterminado.

5. El dispositivo combinado toroide/shunt de la reivindicación 3 o de la reivindicación 4, que comprende, además, un disyuntor (15, 16) efectivo para interrumpir dicho suministro en CA en respuesta a dicha señal de desconexión.

6. Un dispositivo de monitorización para una instalación eléctrica que comprende el dispositivo combinado toroide/shunt de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el que dichos medios de detección de intensidad (5, 7, 13, 23, 24) responden a la intensidad que circula en cada uno de dichos conductores (2, 3, 21, 22) y dicho procesador es efectivo para generar una salida de intensidad indicativa de la intensidad detectada en cada uno de dichos conductores.

7. El dispositivo de monitorización de la reivindicación 6, que comprende, además, unos medios detectores de tipo resistencia (8a, 8b, 9) para su conexión entre dichos conductores neutro (3) y de fase (2, 21, 22) para generar una salida indicativa de la tensión entre dichos conductores activos y neutro mediante la medida de la caída de tensión a través de los medios resistencia o una porción de ellos dividida en potencial.

8. El dispositivo de monitorización de la reivindicación 7, en el que dichos medios procesadores (13) son efectivos para generar una señal de salida derivada a partir de dichas señales de intensidad y de tensión para facilitar la determinación del consumo de energía.

9. El dispositivo combinado toroide/shunt de la reivindicación 3 o el dispositivo de monitorización de la reivindicación 7 o de la reivindicación 8, en el que los medios de detección de intensidad (5, 7, 13, 23, 24) comprenden un primer convertidor (5) analógico a digital acoplado a una bobina secundaria (4) de dicho transformador (1) para generar un señal (01) digital representativa del desequilibrio de intensidad captado por el toroide.

10. El dispositivo de la reivindicación 9, en el que los medios de detección de intensidad comprenden, además, un segundo convertidor (7) analógico a digital acoplado al detector tipo resistencia de shunt para generar señales digitales representativas de la intensidad que circula a través de dicho conductor neutro y cada uno de dichos al menos un conductor de fase.

11. El dispositivo de la reivindicación 10, en el que el segundo convertidor (7) analógico a digital está acoplado a dichos medios detectores tipo resistencia (8a, 8b, 9) para generar señales digitales representativas de la tensión entre dichos conductores neutro y de fase.

12. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que el primer (5) y/o el segundo (7) convertidores analógico a digital incluyen un multiplexor para acoplar selectivamente dos o más de dichos medios detectores y generar las correspondientes señales digitales representativas de la tensión o de la intensidad detectadas.