DISPOSITIVOS DE CORRIENTE RESIDUAL.

Dispositivo de corriente residual (RCD) para proteger un circuito,

mediante una desconexión en respuesta a una señal de desequilibrio representativa de un desequilibrio de corriente residual en el circuito, en el que el RCD desconecta el circuito cuando la señal de desequilibrio excede un valor umbral nominal predeterminado, en el que el dispositivo de corriente residual (RCD) comprende: medios (52) de detección, que generan dicha señal de desequilibrio; medios (54) de comprobación para introducir un desequilibrio de corriente residual de simulación en el dispositivo, para incrementar la señal de desequilibrio; y un procesador que supervisa la señal de desequilibrio y determina el desequilibrio de corriente residual de simulación requerido para incrementar la señal de desequilibrio a un nivel que corresponda al valor umbral nominal predeterminado, de manera que los medios de detección detecten la suma de cualquier desequilibrio de corriente residual en el circuito que está siendo protegido y el desequilibrio de la corriente residual de simulación, con el fin de comprobar el funcionamiento del dispositivo de corriente residual (RCD) para el valor umbral nominal predeterminado

La presente invención se refiere a dispositivos de corriente residual (RCDs). Más específicamente, se refiere a RCDs que tienen una función de comprobación, que cuando es accionada, hace que el dispositivo se desconecte.

Los RCDs se instalan para proteger contra ciertas situaciones peligrosas potenciales que surgen en instalaciones de suministro eléctrico. Tal como se muestra en la Figura 1, una instalación 10 de suministro eléctrico tiene un número de conductores 11 (típicamente, los conductores neutro y de fase para suministros A.C. de una única fase y tres conductores de fase o tres fases y un neutro para suministros A.C. de tres fases). Los conductores 11 se conectan a un circuito 12 de carga (por ejemplo, una red circular doméstica a la que se conectan los aparatos). Un RCD 13 conocido funciona desconectando el suministro del circuito 12 de carga cuando se detecta un desequilibrio en la corriente que fluye en los conductores 11. Este desequilibrio es debido a la corriente que fluye a tierra, indicando, por ejemplo, un mal aislamiento o una electrocución de una persona.

El RCD 13 tiene un transformador 4 de corriente que consiste en un núcleo magnético toroidal que rodea los conductores 11. Una bobina de detección (no mostrada) está enrollada alrededor del núcleo, de manera que cualquier desequilibrio en la corriente que fluye en los conductores 11 causa la inducción de una corriente 5 de señal de detección en la bobina de detección, cuya corriente es proporcional al desequilibrio de corriente. Un circuito 6 electrónico de procesamiento de señal analiza la corriente 5 de señal de detección para determinar si el desequilibrio de corriente es igual o superior a un valor umbral de desconexión pre-fijado, indicativo de una situación potencialmente peligrosa en el circuito de suministro. A continuación, el dispositivo desconecta el circuito, proporcionando energía a un accionador 17, para accionar un conmutador 18, para aislar el suministro del circuito 12 de carga.

Los dispositivos RCD deben estar equipados con un botón de comprobación. Al presionar el botón, hace que el dispositivo se desconecte, lo que permite a una persona comprobar satisfactoriamente el funcionamiento del dispositivo. La activación del botón de comprobación cierra un contacto, que causa que un circuito de comprobación introduzca una señal para simular una corriente residual, de manera que todo el camino de señal desde el sensor al conmutador está incluido en la comprobación. Esto puede conseguirse mediante el circuito mostrado en la Figura 2. Parte de la corriente en uno de los conductores 21a de los conductores de fase y neutro, 21a, 21b, de suministro fluye a través de una resistencia 22, de manera que circunvala el transformador 4 de corriente, cuando un botón de comprobación es presionado para cerrar un contacto 24. Hay muchas desventajas con este enfoque. Primero, se requiere la conexión del circuito de comprobación a los conductores 21a, 21b de la red, lo cual puede ser mecánicamente poco práctico, dentro de los dispositivos RCD. Segundo, la corriente residual aparente producida depende del voltaje y depende también de la tolerancia y la estabilidad de la resistencia 22. En la práctica, se inducen corrientes mucho mayores que el valor de umbral de desconexión, de manera que se garantice la desconexión (típicamente, dos veces y media, y, en algunos casos, hasta cinco veces, el valor nominal de desconexión). Esto comprueba que el dispositivo funcionará, pero no que funcionará necesariamente al valor nominal de desconexión. Tercero, no se tiene en cuenta ninguna corriente residual permanente existente ya en el circuito. En la comprobación, el dispositivo simplemente añade la corriente residual de comprobación a cualquier corriente residual permanente ya presente. De nuevo, esto significa que la comprobación no se realiza al valor nominal de desconexión.

Pueden surgir también los problemas adicionales siguientes. Si el dispositivo falla al desconectar, por cualquier razón, cuando se presiona el botón, y el botón se mantiene presionado, la resistencia 22 puede calentarse y quemarse rápidamente. El dispositivo puede estar sometido a variaciones de voltaje en el suministro. Al igual que afectan a la exactitud de la comprobación, los pulsos de alto voltaje que pueden ocurrir entre los conductores de fase y neutro, 21a, 21b, pueden generar un arco en el contacto 24. Los RCDs se fabrican con diferente valor umbral nominal de desconexión, y así, la resistencia 22 debe ser cambiada para adecuarla al valor umbral, lo cual es inconveniente para la producción.

Otro procedimiento conocido para implementar la función de comprobación se muestra en la Figura 3. Se introduce un campo magnético en un núcleo 33 del transformador 4 de corriente. Se proporciona un segundo bobinado 31 en el núcleo 33 del transformador. El bobinado es colocado en serie con una resistencia 35, en un circuito de comprobación, entre el conductor 21a de fase y el conducto 21b neutro. Cuando se presiona el botón 23 de comprobación, un contacto 34 cierra el circuito y una corriente de señal de comprobación fluye a través del segundo bobinado 31. Esto inducirá una corriente en la bobina 32 de detección. Típicamente, la corriente de señal de comprobación es mucho menor que la corriente de señal de detección requerida para desconectar el dispositivo, debido a la ganancia de corriente en el transformador 4. Un bobinado de 100 vueltas significa que solo se requiere 1/100 de la corriente de umbral de desconexión para producir una corriente residual aparente suficiente para causar una desconexión. Este procedimiento reduce el problema del calentamiento de la resistencia, pero no supera la mayoría de las desventajas del procedimiento anterior, tal como la conexión al suministro de voltaje, la inexactitud debida a la corriente residual permanente, el valor nominal del contacto de alto voltaje y la estabilidad y la tolerancia de la resistencia.

Otro problema asociado con los transformadores de corriente es el de la remanencia.

Este es un efecto en el que el material magnético que forma el núcleo del transformador se magnetiza. Esto reduce efectivamente su permeabilidad y previene que el mismo transporte un flujo magnético adicional. A continuación, el efecto de acoplamiento del transformador se pierde o se reduce, efectivamente, y el dispositivo se vuelve insensible. La magnetización puede ocurrir cuando fluyen fuertes corrientes de pérdida y son interrumpidas, cuando están en su valor pico, por el mecanismo de desconexión, dejando una magnetización remanente. Cuando ocurre esto y el dispositivo es reiniciado subsiguientemente, la insensibilidad debida a la remanencia significa que el dispositivo puede ser reiniciado cuando todavía hay presente un defecto en el circuito de suministro.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un RCD que solucione sustancialmente estos problemas.

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo de corriente residual (RCD), según se define en la reivindicación 1. En una realización, el dispositivo está destinado a desconectar un suministro eléctrico de un circuito a proteger, cuando un desequilibrio de corriente residual en el circuito excede un valor umbral nominal predeterminado, comprendiendo el RCD:

medios de detección para generar una señal de desequilibrio, representativa del desequilibrio de corriente residual en el circuito;

medios de desconexión, destinados a desconectar el dispositivo de corriente residual cuando la señal de desequilibrio excede el valor umbral nominal predeterminado, de manera que desconectan el suministro eléctrico del circuito; y

medios de comprobación, para incrementar la señal de desequilibrio a un nivel que se corresponde sustancialmente con el valor umbral nominal predeterminado, por lo que una desconexión a dicho valor nominal indica una comprobación exitosa.

Supone una ventaja el que el dispositivo pueda ser comprobado para ver si el RCD se desconecta o no, en o cerca, del valor nominal. Es decir, una comprobación exitosa indica que el dispositivo está operativo para desconectarse en el valor umbral nominal deseado. Una comprobación no exitosa es una en la que el dispositivo se desconecta cuando la señal de desequilibrio está por debajo o por encima del valor umbral, indicando esta condición que el dispositivo no está funcionando a su valor nominal. Por lo tanto, la comprobación es más rigurosa y precisa que la comprobación provista en los dispositivos de la técnica anterior.

Los medios... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de corriente residual (RCD) para proteger un circuito, mediante una desconexión en respuesta a una señal de desequilibrio representativa de un desequilibrio de corriente residual en el circuito, en el que el RCD desconecta el circuito cuando la señal de desequilibrio excede un valor umbral nominal predeterminado, en el que el dispositivo de corriente residual (RCD) comprende:

medios (52) de detección, que generan dicha señal de desequilibrio;

medios (54) de comprobación para introducir un desequilibrio de corriente residual de simulación en el dispositivo, para incrementar la señal de desequilibrio; y

un procesador que supervisa la señal de desequilibrio y determina el desequilibrio de corriente residual de simulación requerido para incrementar la señal de desequilibrio a un nivel que corresponda al valor umbral nominal predeterminado, de manera que los medios de detección detecten la suma de cualquier desequilibrio de corriente residual en el circuito que está siendo protegido y el desequilibrio de la corriente residual de simulación, con el fin de comprobar el funcionamiento del dispositivo de corriente residual (RCD) para el valor umbral nominal predeterminado.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que los medios de detección comprenden un transformador (48) de corriente que tiene una bobina (52) de detección, siendo la señal de desequilibrio una corriente de detección de desequilibrio en la bobina de detección.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que los medios de comprobación comprenden una bobina de comprobación, en el que una corriente de comprobación, aplicada a la bobina (54) de comprobación, introduce el desequilibrio de corriente residual de simulación en la forma de un campo magnético en el transformador de corriente, induciendo, de esta manera, el incremento en la corriente de detección de desequilibrio en la bobina de detección.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, en el que la bobina de comprobación puede utilizarse adicionalmente como una bobina de desmagnetización, para eliminar la remanencia en el transformador de corriente, mediante una aplicación de una señal de desmagnetización a la bobina de desmagnetización.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, en el que la señal de desmagnetización es aplicada a la bobina de desmagnetización bajo el control del procesador.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, en la que el procesador está configurado para aplicar la señal de desmagnetización, para alimentar al núcleo del transformador de corriente con un campo magnético alterno, que decrece en amplitud sobre varios ciclos.

7. Dispositivos según la reivindicación 6, en el que el procesador está configurado para aplicar un campo alterno decreciente a una alta frecuencia, de manera que la señal de desmagnetización no es detectable por el dispositivo de corriente residual.

8. Dispositivo según la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el que la señal de desmagnetización tiene una forma de onda sinusoidal o rectangular.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador incluye un convertidor analógico a digital (ADC), para convertir la señal de desequilibrio de corriente a una señal digital, una unidad microcontroladora (MCU), para procesar la señal digital y para proporcionar una señal digital de salida, y un convertidor digital a analógico (DAC), para convertir la señal digital de salida a una señal de comprobación analógica.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, en el que el procesador puede ser utilizado para la generación de una corriente de comprobación que tiene un patrón de forma de onda y fase apropiado para proporcionar la suma requerida.

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador determina un valor de diferencia correspondiente a la diferencia entre el desequilibrio de corriente residual medido y el valor umbral nominal predeterminado.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, en el que el valor de diferencia es aplicado de manera que el incremento en la señal de desequilibrio es instantáneo.

13. Dispositivo según la reivindicación 11, en el que los medios de comprobación incrementan en forma de rampa o incrementan progresivamente la señal de desequilibrio, desde un valor bajo o cero al valor umbral nominal predeterminado.

14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador es un circuito integrado en el dispositivo de corriente residual (RCD).