Pinza amperimétrica de fugas con medida de armónicos y diagnóstico de la causa de la fuga,

que dispone de medios de visualización (12) de la información, medios de selección (11) a través de los cuales el usuario selecciona el modo de funcionamiento, un primer microcontrolador (5) con conversor analógico digital ADC (6), un segundo microcontrolado (10) que controla los medios de visualización (12) y de selección (11) y que está comunicado con el primer microcontrolador (5), dos bornas de entrada (1) para medida de tensión, dos bornas de entrada (2) para maxilar de medida de corriente, medios de conversión y adaptación (3, 4) de la corriente y la tensión de entrada a los niveles de tensión compatibles con la entrada del ADC (6), estando dichos medios (3, 4) controlados desde el primer microcontrolador (5) mediante un conmutador analógico. La presente invención incluye también un procedimiento para medir corriente de fugas utilizando dicha pinza amperimétrica

Pinza amperimétrica de fugas con medida de armónicos y diagnóstico de la causa de la fuga.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una pinza amperimétrica digital de alta resolución para la medida tanto de la corriente que circula por un determinado conductor como de la diferencia de tensión entre dos puntos de un circuito eléctrico, así como medidas de potencia asociadas a esa corriente y tensión. Dicha invención permite medir con suficiente precisión las corrientes que se fugan a tierra, incluyendo el estudio de los armónicos de la señal, además de dar una idea acerca de la causa que lo produce. Aunque aplicable a la medida de cualquier corriente alterna que circule por un conductor, el instrumento está concebido de modo especial para medir la corriente de fugas de una instalación, esto es la diferencia entre la corriente saliente y entrante de dicha instalación.

Estado de la técnica

Una pinza amperimétrica es un dispositivo destinado a la medida de corriente en un circuito sometido a ensayo o medición sin necesidad de interrumpir dicho circuito. Esa es su principal utilidad o ventaja frente a la alternativa de la medida de la caída de tensión en "shunts" o resistencias que se deben intercalar en serie dentro del propio circuito y en la rama en la que se desee conocer la corriente circulante.

En una pinza amperimétrica, la medida de la corriente se realiza de manera indirecta, mediante la valoración del campo magnético que genera toda corriente en su entorno. Para facilitar su valoración, las líneas del campo magnético generado se "concentran" o circunscriben en un elemento de la pinza que está constituido por un material de propiedades ferromagnéticas y que se suele denominar "mordaza" o "maxilar". La geometría de esa mordaza debe permanecer cerrada durante el proceso de medida (para evitar que las líneas de campo magnético salten por el aire) pero debe ser posible su apertura para rodear y abrazar al conductor por el que circula la corriente a medir. Por otro lado, no debería ser sensible a los campos magnéticos externos que podrían distorsionar la medida.

Si la corriente a medir es únicamente alterna, en la mordaza va arrollado un devanado que constituye el secundario de un transformador de corriente y sobre el que va a circular una corriente proporcional a la corriente a medir y que será tratada y procesada por el resto del circuito de medida e instrumentación. Si la corriente es continua, se debe incluir dentro del circuito magnético unos sensores de efecto Hall que generan una tensión proporcional al campo magnético que las atraviesa, proporcional a su vez a la corriente a medir.

Las pinzas amperimétricas son instrumentos ampliamente demandados dentro del sector eléctrico y se suelen distinguir dos categorías o tipos. En primer lugar, las pinzas amperimétricas convencionales, con capacidad de medir corrientes de hasta miles de amperios en alterna o continua y que están dotadas de mordazas de diámetros grandes ya que deben rodear a conductores por los que circulan corrientes de esos órdenes de magnitud. En segundo lugar, las pinzas de "fugas", que son simplemente pinzas amperimétricas que tienen una alta resolución (del orden de microamperios) para poder medir la pequeña corriente que se puede "fugar" por el conductor de tierra, equivalente al desequilibrio que puede aparecer entre la corriente "entrante" y "saliente" en una instalación monofásica. En todos los casos, la circulación de esa corriente es debida a defectos de aislamiento presentes en las instalaciones eléctricas y pueden ocasionar el disparo del interruptor diferencial de protección de la instalación. La detección de esa corriente resulta fundamental para poder subsanar potenciales problemas en las instalaciones.

En las pinzas amperimétricas se suele asociar el valor máximo de corriente con el tamaño de la mordaza: corrientes altas suponen mordazas grandes, corrientes bajas se miden con mordazas pequeñas. Por tal motivo las pinzas de fugas siempre tienen mordazas pequeñas y no se pueden utilizar en centros de transformación, subestaciones, etc. que disponen de conductores de gran tamaño.

La presente invención está orientada a la medida de corrientes de fugas pero pretendiendo dar unas capacidades añadidas a las de productos similares presentes en el mercado. Para la medida de magnitudes en la mayor parte de las pinzas amperimétricas y multímetros digitales actuales se utilizan conversores A/D de doble o simple rampa con altos tiempos de conversión que solo tienen la capacidad de convertir señales continuas de su valor analógico a un valor digital. Por tanto en este tipo de dispositivos cuando se pretende medir un señal alterna es necesario la utilización de circuitos analógicos promediadores o convertidores de verdadero valor eficaz, utilizados para convertir una señal analógica en una señal continua cuyo valor sea el eficaz de la alterna. Mediante este tipo de técnicas no se puede obtener información adicional sobre la señal.

Las corrientes de fugas pueden estar causadas por diversas causas pero a grandes rasgos pueden ser divididas en dos conjuntos.

Con la presente invención se pretende no solo poder medir con suficiente precisión las corrientes que se fugan a tierra sino que también se pretende tener un idea de la causa que lo produce. Para ello no es suficiente conocer el valor eficaz de la corriente fugas, se debe de tener información acerca de su contenido en armónicos. Dicho contenido en armónicos puede ser obtenido mediante la utilización de la transformada rápida de Fourier (FFT) o mediante la utilización de filtros analógicos. El 1 primer método es el utilizado en la presente invención y requiere la realización de un muestreado y un posterior procesado matemático de la señal mientras que el segundo método es totalmente analógico y requiere la utilización de un número muy elevado de filtros por lo que no tendría aplicabilidad para un instrumento portátil y de dimensiones reducidas como éste, además de que por otro lado implicaría un coste final del equipo mucho más elevado.

El procesado digital de señal es una técnica relativamente reciente que se ha ido utilizando cada vez más en equipos de uso cotidiano debido a que el tamaño y el coste de los microprocesadores, conversores A/D y DSPs (procesadores digitales de señal) se ha ido reduciendo a lo largo de los últimos años. Inicialmente este tipo de 1 técnicas sólo se utilizaban en equipos altamente costosos y sofisticados debido al coste de sus componentes. Mediante un correcto procesado digital se pueden obtener parámetros de las señales muestreadas utilizando la capacidad de cálculo matemático de los referidos circuitos microelectrónicos, lo que se traduce en la obtención de productos con funcionalidades muy superiores a las de los equipos que utilizan las técnicas convencionales de procesado analógico, y donde además el conjunto de componentes del circuito se ve sensiblemente reducido.

En el mercado existen pinzas amperimétricas de alta gama y elevado coste que utilizan el procesado digital de señal para obtener información acerca del contenido en armónicos de una determinada señal pero ninguna de ellas tiene la precisión para medir corrientes de fugas ni tiene la capacidad de dar un diagnóstico sobre las posibles causas que producen una corriente de fuga en una determinada instalación. Con la presente invención se puede obtener la descomposición en armónicos así como el THD (tasa total de distorsión armónica) y el CF (factor de cresta) de corrientes de fuga de pocos miliamperios. Con estos parámetros se puede ayudar a determinar la causa del fallo o fuga, pero además, el equipo realiza un diagnostico...

1. Pinza amperimétrica de fugas con medida de armónicos y diagnóstico de la causa de la fuga, que funciona con al menos una batería y que dispone de medios de visualización (12) donde se muestra al usuario la información, medios de selección (11) a través de los cuales el usuario selecciona el modo de funcionamiento de la pinza amperimétrica, primeros medios de procesamiento de datos(5) con conversor analógico digital ADC (6) y dos bornas de entrada (2) para maxilar de medida de corriente, caracterizada porque dispone de medios de conversión y adaptación (4) de dicha corriente de entrada a los niveles de tensión compatibles con la entrada del ADC (6), estando dichos medios de conversión y adaptación (4) controlados mediante al menos un conmutador analógico (16) controlado a su vez desde los primeros medios de procesamiento de datos (5), y porque dispone de segundos medios de procesamiento de datos (10) que controlan los medios de visualización (12) y de selección (11), estando dichos medios (10) comunicados con los primeros medios de procesamiento de datos (5).

2. Pinza amperimétrica de fugas según la reivindicación 1, que dispone adicionalmente de dos bornas de entrada (1) para medida de tensión, caracterizada porque dispone de medios de adaptación (3) de dicha tensión de entrada a los niveles de tensión compatibles con la entrada del ADC (6).

3. Pinza amperimétrica de fugas según la reivindicación anterior, caracterizada porque los medios de adaptación (3) consisten en un divisor resistivo, controlado desde los primeros medios de procesamiento de datos (5) mediante un conmutador analógico (21).

4. Pinza amperimétrica de fugas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios de visualización (12) son una pantalla de cristal líquido LCD.

5. Pinza amperimétrica de fugas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios de selección (11) son una pluralidad de pulsadores y un selector rotatorio.

6. Pinza amperimétrica de fugas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los primeros medios de procesamiento de datos (5) y los segundos medios de procesamiento de datos (10) están contenidos en un microprocesador (31).

7. Pinza amperimétrica de fugas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los primeros medios de procesamiento de datos (5) consisten en un primer microcontrolador y los segundos medios de procesamiento de datos (6) consisten en un segundo microcontrolador, el cual está comunicado con el primer microcontrolador (5) mediante un bus de comunicaciones (9), siendo el segundo microcontrolador (10) el dispositivo maestro.

8. Pinza amperimétrica de fugas según la reivindicación anterior, caracterizada porque la comunicación que se establece entre el primer microcontrolador (5) y el segundo microcontrolador (10) es serie bidireccional.

9. Pinza amperimétrica de fugas según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, caracterizada porque el primer microcontrolador (5) es un procesador digital de señal DSP.

10. Procedimiento para medida de corrientes de fuga, con medida de armónicos y diagnóstico de la causa de la fuga, que utiliza la pinza amperimétrica de fugas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a- selección por parte del usuario de la medida a realizar por la pinza amperimétrica;

b- petición de medida de los segundos medios de procesamiento de datos (10) a los primeros medios de procesamiento de datos (5);

c- selección de la escala, realizada por los primeros medios de procesamiento de datos (5), que sea apropiada para la medida;

d- captura de muestras, realizada por los primeros medios de procesamiento de datos (5) previa conversión analógica-digital del ADC (6) incluido en dichos medios (5), de la señal de tensión, de corriente o de ambas simultáneamente, en función de la petición de medida. (20) de los segundos medios de procesamiento de datos (10);

e- cálculos matemáticos para la obtención de la medida pedida, realizados por los primeros medios de procesamiento de datos (5);

f- envío, de los primeros medios de procesamiento de datos (5) a los segundos medios de procesamiento de datos (10) del valor de la medida calculada; y

g- presentación, realizada por los segundos medios de procesamiento de datos (10), de la medida en los medios de visualización (12).

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el cual se efectúa una medida de la señal de corriente o de tensión, caracterizado porque en la etapa a) la selección se realiza de entre las siguientes medidas: valor eficaz, valor máximo y mínimo, distorsión armónica total (THD), valor eficaz de los distintos armónicos, factor de cresta y valor de pico.

12. Procedimiento según la reivindicación anterior, en el cual se ha seleccionado la medida de valor eficaz o la medida de THD, caracterizado porque en la etapa g) se muestra en los medios de visualización (12) de manera simultánea el valor eficaz y el THD.

13. Procedimiento según la reivindicación 10, en el cual se efectúa una medida de manera simultánea tanto de la corriente que atraviesa un determinado dispositivo como la tensión entre los extremos del mismo para cualquier tipo de evolución periódica temporal en régimen permanente, caracterizado porque en la etapa a) la selección se realiza de entre las siguientes medidas: potencia activa, potencia reactiva, potencia aparente, factor de potencia y ángulo de desfase total.

14. Procedimiento según la reivindicación anterior, en el cual se ha seleccionado la medida de potencia activa o reactiva o aparente, caracterizado porque en la etapa g) se muestra en los medios de visualización (12) de manera simultánea el valor de la potencia seleccionada y el factor de potencia, mostrando además si este factor de potencia es capacitivo o inductivo.

15. Procedimiento según la reivindicación 10, en el cual se efectúa una medida de la señal de corriente de fugas, caracterizado porque en la etapa e) se analiza además la causa que provoca la fuga, mediante el estudio del valor eficaz de los distintos armónicos de la corriente de fugas medida y su comparación con el valor eficaz de dicha corriente de fugas.

16. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque la causa de la fuga se estudia de entre las siguientes: provocada por acumulación de cargas no lineales o provocada por defectos de aislamiento.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 16, caracterizado porque en la etapa g) se muestra adicionalmente en los medios de visualización (12) una señal de aviso que indica al usuario la causa de la fuga.

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 17, en el que los primeros medios de procesamiento de datos (5) de la pinza amperimétrica consisten en un primer microcontrolador y los segundos medios de procesamiento de datos (10) consisten en un segundo microcontrolador, comunicados ambos mediante un bus de comunicaciones (9), caracterizado porque en la etapa f) el envío del valor de la medida calculada de los primeros medios de procesamiento de datos (5) a los segundos medios de procesamiento de datos (10) se realiza a través del bus de comunicación serie (9).