Dispositivo para la detección de corrientes diferenciales eléctricas.

Dispositivo para la detección de corrientes diferenciales eléctricas,

en particular de corrientes mixtas formadaspor corriente continua lisa y corrientes alternas, que comprende al menos dos conductores para corrientes de cargaa supervisar y que comprende al menos un convertidor de corriente magnética, a través del cual están guiados losconductores, en el que los conductores ( L1, L2, L3, N) están guiados a través de al menos otro convertidor decorriente magnética (7) y en el que el segundo convertidor de corriente (7) está conectado de forma conductora deelectricidad con el primer convertidor de corriente (1), caracterizado porque sobre el recorrido de la conducción entrelos convertidores de corriente (1, 7) está dispuesto un elemento de acoplamiento (8), que provoca una rotación delas fases de aproximadamente 180º de la corriente conducida a través del recorrido de conducción, cuyo elementode acoplamiento está configurado como paso alto.

Dispositivo para la detección de corrientes diferenciales eléctricas La invención se refiere a un dispositivo para la detección de corrientes diferenciales eléctricas, en particular de corrientes mixtas formadas por corriente continua lisa y corrientes alternas, que comprende al menos dos conductores para corrientes de carga a supervisar y que comprende al menos un convertidor de corriente magnética, a través del cual están guiados los conductores.

Los dispositivos para la detección de corrientes diferenciales con un espectro de frecuencias hasta 0 Hz están configurados especialmente como instalaciones de protección de corriente diferencial sensibles a todas las corrientes, los cuales calculan la diferencia entre corrientes que fluyen en una instalación eléctrica.

Las instalaciones de protección de corriente diferencial se emplean, por ejemplo, para la protección de instalaciones eléctricas, detectando la suma vectorial de las corrientes que afluyen a la instalación, la corriente diferencial y, en el caso de que ésta exceda un valor límite, provocan una separación de la instalación de la red de alimentación. A través de rectificadores de frecuencia se pueden producir en instalaciones eléctricas a través del flujo a tierra corrientes diferenciales en la gama de frecuencia de 0 Hz a más de 20 kHz, que solamente se pueden detectar por instalaciones de protección de corriente diferencial sensibles a todas las corrientes.

En el caso de la detección de banda ancha de corrientes con frecuencias hasta 0 Hz con convertidores de corriente magnética, no es posible la aplicación del principio de inducción directa, puesto que no existe la modificación temporal de la corriente, que es necesaria para el principio de inducción. Para poder detectar una corriente continua lisa con convertidores magnéticos, se aplican regularmente procedimientos, en los que el estado de magnetización provocado en el núcleo del convertidor por la corriente lº a detectar es calculado a través de la superposición con un campo magnético variable a intervalos de tiempo determinados o también de forma continua.

Así, por ejemplo, es habitual un procedimiento, en el que una corriente portadora la variable en el tiempo, que se extiende periódicamente con una frecuencia auxiliar determinada, con una frecuencia portadora fa a través de un arrollamiento auxiliar en el núcleo convertidor genera un flujo magnético variable de manera correspondiente, que induce una tensión portadora Ua en el mismo o también en otro arrollamiento. La corriente lº a detectar con desarrollo de tiempo discrecional genera en el núcleo del convertidor de la misma manera una intensidad de campo magnético, que se superpone a la intensidad de campo de la oscilación auxiliar. Como consecuencia de esta modulación en la curvatura de la curva característica de magnetización del material del convertidor, la curva del tiempo de la corriente lº aparece entonces como curva envolvente de la tensión portadora Ua. Esta se puede reconstruir de nuevo a través de un procedimiento de desmodulación adecuado.

Además, se conocen procedimientos, en los que el convertidor genera de manera adecuado una tensión portadora Ua como componente de reacoplamiento, determinante de la frecuencia en un circuito multivibratorio. So se magnetiza el convertidor de una disposición de este tipo adicionalmente a través de una corriente Iº a detectar, entonces modula la relación de la anchura del impulso de la tensión portadora de acuerdo con el desarrollo temporal.

Un procedimiento de este tipo y el dispositivo correspondiente para la detección de corrientes eléctricas diferenciales se conoce a partir del documento DE 35 43 985.

Estos procedimientos conocidos tienen en común que la corriente Iº a detectar controla a través de la curva características de magnetización curvada, es decir, a través de la permeabilidad del convertidor en función de la intensidad de campo su inductividad de corriente alterna (principio de la inductividad controlada) y de esta manera modula la tensión portadora Ua (modulación en una curva característica no lineal) . Además, estos procedimientos tienen en común que la modulación de la tensión portadora Ua y de la corriente Iº se realiza en el convertidor y, por lo tanto, el convertidor de corriente magnética es el modulador.

El convertidor de corriente, que es impulsado o inundado de acuerdo con el principio de modulación anterior con una señal portadora o señal de exploración de la frecuencia finita fa, detecta, por lo tanto, sin filtración, el espectro de frecuencias de la corriente eléctrica Iº a medir.

Condicionado por el principio, no es posible de manera sencilla una limitación superior de la banda de frecuencia del espectro de corriente diferencial.

Una modulación representa siempre una exploración de una señal con la ayuda de una señal de exploración de alta frecuencia. Por lo tanto, de acuerdo con el teorema de exploración de Shanon, se aplica que la frecuencia de exploración o bien frecuencia portadora fa debe ser al menos el doble que la frecuencia útil o bien frecuencia de medición fm max máxima posible previsible de una señal de medición. Por lo tanto, para la reproducción sin distorsión y auténtica de la señal de medición en los procedimientos de medición mencionados anteriormente, condicionado por una frecuencia de exploración o bien frecuencia portadora finita, solamente se puede detectar un espectro de corrientes de frecuencia limitado en la gama de frecuencias, en particular espectro de corriente diferencial o de corriente de fallo.

Si no se cumple en la exploración la condición fm < ½ fa, entonces aparecen porciones espectrales con la frecuencia de espejo fsp = fa - fm en el interior de la banda útil. Si en la banda útil propiamente dicha está presente una señal fm con la misma frecuencia que la frecuencia de espejo fsp, se producen de manera desfavorable modificaciones de la señal fm.

Se ha propuesto en el estado de la técnica limitar en la secuencia de procesamiento de la señal antes de la modulación o exploración, el espectro de frecuencias de la señal de medición con la ayuda de filtros de paso bajo en flanco empinado de orden superior a una frecuencia fm max < ½ fa. De esta manera debe impedirse que porciones espectrales por encima de ½ fa atraviesen el modulador.

Como ya se ha indicado más arriba, sin embargo, condicionado por el principio, no es posible una limitación superior del espectro de frecuencias de una corriente diferencial. Puesto que la corriente diferencial I a detectar actúa, por lo tanto, directamente sobre el modulador en forma del convertidor, aparecen en él las frecuencias de espejo fsp indicadas anteriormente, que no se pueden eliminar ya de la señal a modular, de manera que en determinadas circunstancias se detectan corrientes diferenciales en la gama de frecuencias a detectar por debajo de ½ fa en virtud de la superposición de la misma fase o de fase contraria de una manera supersensible o fuertemente debilitadas. La consecuencia sería una reacción precoz, por ejemplo, de una instalación de protección que está en conexión operativa con el dispositivo, como un relé de separación, por debajo del umbral deseado de la corriente diferencial o en el caso negativo una supresión de una reacción necesaria.

Por lo tanto, la invención tiene el problema de indicar un dispositivo del tipo mencionado al principio, con el que es posible una detección de un espectro de corriente diferencial limitado libre de porciones de frecuencias perturbadoras.

Este problema se soluciona a través de las características de la reivindicación 1. De acuerdo con la invención, está previsto que los conductores estén guiados a través de al menos otro convertidor de corriente magnética y que el segundo convertidor de corriente esté conectado con el primer convertidor de corriente, en el que sobre el recorrido de la conducción entre los convertidores de corriente está dispuesto un elemento de acoplamiento, que provoca una rotación de las fases de aproximadamente 180º de la corriente conducida a través del recorrido de conducción, cuyo elemento de acoplamiento está configurado como paso alto.

En el dispositivo de acuerdo con la invención, se detecta en el segundo convertidor de corriente el mismo espectro de corriente diferencial que en el primer convertidor de corriente. En virtud de la conexión de los dos convertidores de corriente y de un dimensionado adecuado de los convertidores de corriente,... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la detección de corrientes diferenciales eléctricas, en particular de corrientes mixtas formadas por corriente continua lisa y corrientes alternas, que comprende al menos dos conductores para corrientes de carga a supervisar y que comprende al menos un convertidor de corriente magnética, a través del cual están guiados los conductores, en el que los conductores (L1, L2, L3, N) están guiados a través de al menos otro convertidor de corriente magnética (7) y en el que el segundo convertidor de corriente (7) está conectado de forma conductora de electricidad con el primer convertidor de corriente (1) , caracterizado porque sobre el recorrido de la conducción entre los convertidores de corriente (1, 7) está dispuesto un elemento de acoplamiento (8) , que provoca una rotación de las fases de aproximadamente 180º de la corriente conducida a través del recorrido de conducción, cuyo elemento de acoplamiento está configurado como paso alto.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el paso alto (8) presenta una frecuencia límite inferior fgu definida, que posibilita una curva de la frecuencia de la corriente de disparo de acuerdo con el valor límite de protección de las personas según IEC – Report 479 (límite de fibrilación de la cámara cardiaca) .

3. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el paso alto está configurado por un alambre en cada caso con al menos un arrollamiento en el mismo sentido alrededor del primero y del segundo convertidor de corriente (1, 7) .

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque en el desarrollo del alambre está dispuesta un inductividad, de manera que está configurado un filtro de paso bajo con una frecuencia límite superior fgo.

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el primer convertidor de corriente (1) presenta un arrollamiento secundario (N12) y porque el segundo convertidor de corriente (7) presenta un arrollamiento secundario (N22) , que está conectado en serie con el primer arrollamiento secundario (N12) para el contra-acoplamiento de porciones de corriente diferencial de alta frecuencia sobre el primer convertidor de corriente (1) , de manera que el primer convertidor de corriente (1) con un arrollamiento secundario (N13) y un circuito (22) conectado con una instalación de evaluación (216) son componentes de un circuito oscilante modulador para la detección de porciones de corriente diferencial de baja frecuencia y porque sobre el recorrido de conducción (217) entre los convertidores de corriente (1, 7) está dispuesta una resistencia de medición de la corriente (210) , que está enlazada para la detección de porciones de corriente diferencial de alta frecuencia con la instalación de evaluación (216) .

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque los arrollamientos primarios (N11a, N21a, N11b, N21b) de todos los conductores activos de ambos convertidores de corriente (1, 7) son arrollamientos comunes alrededor de los núcleos de los dos convertidores de corriente (1, 7) y porque el arrollamiento secundario (N22) del segundo convertidor de corriente (7) y un segundo arrollamiento secundario (N12) del primer convertidor de corriente (1) es un arrollamiento común alrededor de los dos núcleos de convertidor.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el circuito oscilante, formado por el circuito (22) y por el arrollamiento (N13) del convertidor (1) , está configurado como generador rectangular (multivibrador) .

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque a continuación del circuito (22) está dispuesto al menos un filtro de paso bajo (23) para la desmodulación.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el filtro de paso bajo (23) está configurado como filtro de paso bajo activo con una ondulación en la zona de paso mayor que 0 dB y con una ordenación de filtro mayor que 1.

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque a continuación de la resistencia de medición de la corriente (210) está dispuesto un circuito de retardo de la reacción (211) .

11. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque la instalación de evaluación (216) comprende un amplificador de suma (24) con rectificadores de dos pasos (25) siguientes, en el que el amplificador de suma (24) presenta diferentes umbrales de disparo para ambas porciones de corriente diferencial detectada del circuito (22) y de la resistencia de medición de la corriente (210) .

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque a continuación del rectificador de dos pasos (25) está dispuesto adicionalmente al menos un circuito comparador (27) .

13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque en el lado de la línea entre el rectificador de dos pasos (25) y el circuito comparador (27) está dispuesto al menos un filtro de paso bajo (26) .

14. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque el circuito comparador (27) presenta dos comparadores conectados uno detrás del otro, estando asociado un paso bajo al segundo comparador.

15. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque el circuito comparador (27) está enlazado con al menos un relé de disparo (213) .

16. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el relé de disparo (213) se puede conectar con el arrollamiento secundario (N22) del segundo convertidor de corriente (7) , que está conectado eléctricamente en serie con un arrollamiento secundario (N12) del primer convertidor de corriente (1) , en el que el enlace se realiza a través de un contacto de conmutación (28) , que está impulsado en modo de conmutación por al menos un detector de baja tensión (214) .

17. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque en el recorrido de conducción entre el contacto de conmutación (28) y el relé de disparo (213) está dispuesto un circuito de adaptación eléctrico pasivo (212) .

18. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque el circuito de adaptación eléctrico (212) en conexión con el arrollamiento secundario (N22) del segundo convertidor de corriente (7) y con el segundo arrollamiento secundario (N12) , conectado eléctricamente en serie con él, del primer convertidor de corriente (1) y con el relé de disparo (213) configura un circuito oscilante eléctrico en serie y en paralelo.

19. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 5 a 18, caracterizado porque la inductividad del segundo convertidor de corriente (7) presenta al menos el valor doble de la inductividad del primer convertidor de corriente (1) .

20. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 5 a 19, caracterizado porque el núcleo del primer convertidor de corriente (1) y el núcleo del segundo convertidor de corriente (7) están dispuestos en una carcasa común configurada como cubeta de protección.

21. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 5 a 10, caracterizado porque el núcleo del primer convertidor de corriente (1) está formado por material nanocristalino o amorfo.

22. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el núcleo del segundo convertidor (7) está diseñado para la detección de corrientes diferenciales alteras y en forma de impulsos según el Tipo A de la Especificación EN 61008.