Método y sistema para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica.

Se revelan un sistema y un método para detectar y evaluar conexiones incorrectas de conexión a tierra/conectadas a tierra, en una red eléctrica. Un método ejemplar es detectar conexiones incorrectas a tierra en una red eléctrica con una pluralidad de dispositivos de monitorización acoplados a un conductor conectado a tierra y a uno de conexión a tierra. Desde la pluralidad de dispositivos de monitorización se reciben datos de la tensión entre el conductor conectado a tierra y el de conexión a tierra. La orientación espacial de los datos procedentes de la pluralidad de dispositivos de monitorización, se determina dentro de una jerarquía de la red eléctrica. Se comparan los datos de tensión recibidos, para determinar una conexión (o su ausencia) entre el conductor conectado a tierra y el de conexión a tierra.

Método y sistema para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a sistemas de monitorización de energía, y en concreto a un sistema y un método para detectar automáticamente una unión incorrecta conectado a tierra-de conexión a tierra (N-G) en una red eléctrica.

Antecedentes de la invención

Es un hecho muy comprobado que las deficiencias en el cableado y en la conexión a tierra, pueden tener como resultado muchas vulnerabilidades eléctricas potenciales. De hecho, un estudio muy conocido del Electric Power Research Institute (EPRI, instituto de investigación de la energía eléctrica) expuso, en la década de los 90, que hasta el 80% de los problemas de calidad de la energía están relacionados con cableado o conexión a tierra deficientes. Debido a la frecuencia de los errores de cableado y al potencial resultante de pérdida de vidas, propiedades, productos e ingresos, es importante proporcionar a los usuarios de energía eléctrica capacidades que les ayuden a determinar errores de cableado no intencionados (e incluso intencionados) que de lo contrario habrían pasado desapercibidos.

Existen varias funciones proporcionadas mediante la conexión apropiada a tierra de un sistema eléctrico, algunas de las cuales se han mencionado anteriormente. El National Electrical Code (NEC, código eléctrico nacional) y/o las normativas eléctricas locales, típicamente controlan los requisitos generales para la conexión a tierra y la unión de instalaciones eléctricas. Algunos requisitos específicos incluyen: 1) sistemas, circuitos y equipamiento requerido, permitido o no permitido para conectar a tierra; 2) conductor o conductores de circuitos a conectar a tierra en sistemas conectados a tierra; 3) localización de contactos de conexión a tierra; 4) tipos y tamaños de conductores y electrodos de conexión a tierra y de unión; y 5) métodos de conexión a tierra y de unión.

En última instancia, estas regulaciones están concebidas para proporcionar directrices que faciliten la seguridad del equipamiento y del personal. Otros objetivos de configuraciones apropiadas de conexión a tierra, incluyen proporcionar un circuito para disipar descargas eléctricas de alta energía, impedir recargas estáticas, y establecer un punto de referencia de tensión equipotencial para el sistema eléctrico. Hay otros estándares y directrices importantes que tratan del cableado y la conexión a tierra, además de los relativos a la seguridad, que se refieren al equipamiento y al personal. El documento IEEE Emerald Book (IEEE 1100, Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment) describe métodos "para mejorar el rendimiento del equipo desde el punto de vista de la excitación eléctrica y de la conexión a tierra, manteniendo al mismo tiempo una instalación segura tal como se prescribe por los requisitos de los reglamentos eléctricos nacionales y locales".

Una circuito eficaz de conexión a tierra se define por el NEC como "un circuito eléctricamente conductor, construido intencionalmente, permanente, de baja impedancia, diseñado y concebido para transportar corriente bajo condiciones de fuga a tierra, desde el punto de vista de una fuga a tierra en un sistema de cableado, a la fuente de alimentación eléctrica, y que facilita el funcionamiento del dispositivo de protección contra sobrecorriente o de detectores de fugas a tierra en sistemas de alta impedancia conectados a tierra". Un aspecto clave de esta definición es que se entiende que el circuito a tierra se utiliza "bajo condiciones de fuga a tierra", y no durante el funcionamiento en régimen estacionario. Una razón principal por la que los circuitos a tierra no están previstos para proporcionar un circuito de retorno para la corriente durante condiciones de régimen estacionario, es que el equipamiento puede resultar inadvertidamente excitado, representando una amenaza para la seguridad del personal. Otra razón para evitar corrientes a tierra es el potencial de introducir problemas de interferencia del equipamiento en el sistema eléctrico.

El documento 2005 NEC Section 250.30(A)(1) establece que "deberá utilizarse un puente de unión del sistema no empalmado compatible con 250.28(A) hasta (D), que esté dimensionado en función de los conductores derivados en fase, para conectar los conductores de conexión a tierra del equipamiento del sistema derivado separadamente al conductor conectado a tierra (neutro)". Esta conexión deberá realizarse en cualquier punto simple en el sistema derivado separadamente, desde la fuente hasta el primer medio de desconexión del sistema o dispositivo de sobrecorriente, o deberá realizarse en la fuente de un sistema derivado separadamente que no tenga medios de desconexión o dispositivos de sobrecorriente. El NEC permite una sola unión (contacto) neutro-a tierra en la entrada del servicio o en cualquier sistema derivado separadamente.

La figura 1 ilustra en general un sistema eléctrico 10 unido a tierra adecuadamente, que tiene una entrada 12 del servicio general, un equipo de conmutación principal 14, un transformador reductor 16 y un panel 18. Hay dispuestos conductores 20 neutros (conectados a tierra) y conductores 22 de conexión a tierra, para los componentes 12, 14, 16 y 18. La figura 1 ilustra un "solo" punto de unión 24 entre los conductores 22 de conexión a tierra y el conductor 20 conectado a tierra, en cada componente derivado separadamente (uno en el equipo de conmutación principal 14 y el otro en el transformador reductor 16).

La figura 2 ilustra en general el sistema eléctrico 10 de la figura 1, en un estado unido de forma incorrecta (o "ilegal"). La figura 2 ilustra un "único" punto de unión entre el conductor 22 de conexión a tierra y el conductor 20 conectado a tierra, para cada componente derivado separadamente, tal como se ha explicado anteriormente en la figura 1, pero además tiene una unión 26 entre el conductor 22 de conexión a tierra y los conductores 20 conectados a tierra, en el panel 18. Esta unión 26 neutro-a tierra (N-G, neutral-bond) adicional en el panel 18, permitirá a la corriente circular en el conductor 22 de conexión a tierra durante condiciones de régimen estacionario, creando tanto condiciones eléctricas potencialmente peligrosas como problemas operativos en el equipamiento.

Por lo tanto, lo que se necesita es un sistema de detección para determinar automáticamente la presencia de configuraciones incorrectas de conductor conectado a tierra-de conexión a tierra, en una red eléctrica. Además, se necesita un sistema para determinar automáticamente la localización de configuraciones incorrectas de conductor conectado a tierra-de conexión a tierra. También existe la necesidad de un sistema que determine la ausencia de una unión esperada conectado a tierra-de conexión a tierra, en una red eléctrica. Los aspectos de la presente invención están dirigidos a satisfacer estas y otras necesidades.

Resumen de la invención

En resumen, de acuerdo con un aspecto de la presente invención, un método de detección de conexión incorrecta a tierra en una red eléctrica que tiene una pluralidad de dispositivos de monitorización acoplados a un conductor conectado a tierra y a un conductor de conexión a tierra o plano de conexión a tierra, comprende: recibir datos de la tensión entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra, desde la pluralidad de dispositivos de monitorización; determinar la orientación espacial de los datos procedentes de la pluralidad de dispositivos de monitorización, dentro de una jerarquía de la red eléctrica; y comparar los datos de tensión recibidos desde la pluralidad de dispositivos de monitorización, para determinar una unión entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra. Un medio legible por ordenador puede codificarse con instrucciones para dirigir un controlador con la finalidad de llevar a cabo el método precedente.

El método puede comprender además determinar la localización en la red eléctrica, de una unión entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra, mediante comparar los datos de tensión procedentes de parte de la pluralidad de dispositivos de monitorización. La localización puede ser determinada mediante indicar la localización del dispositivo de monitorización que lee la tensión más baja entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra, como la localización de la unión. El método puede comprender además mostrar al...

1. Un método para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica que tiene una pluralidad de dispositivos de monitorización acoplados a un conductor conectado a tierra y a un conductor de conexión a tierra, caracterizado por que comprende:

recibir datos de la tensión entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra, procedentes de la pluralidad de dispositivos de monitorización;

determinar la orientación espacial de los datos procedentes de la pluralidad de dispositivos de monitorización, dentro de una jerarquía de la red eléctrica al caracterizar cómo los dispositivos de monitorización están conectados entre sí en la red eléctrica; y

comparar los datos de tensión recibidos desde la pluralidad de dispositivos de monitorización, para determinar la existencia de una unión entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra al medir el voltaje entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra y determinar a partir de la orientación espacial si el potencial de tensión aumenta corriente abajo en la jerarquía.

2. Un medio legible por ordenador, codificado con instrucciones para dirigir un controlador con el fin de llevar a cabo el método de la reivindicación 1.

3. Un método para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende determinar la localización, en la red eléctrica, de una unión entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra, mediante la comparación de los datos de tensión recibidos desde la pluralidad de dispositivos de monitorización.

4. Un método para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 3, caracterizado por que la localización se determina mediante indicar la localización del dispositivo de monitorización que lee la tensión más baja entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra, como la localización de la unión.

5. Un método para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 3, caracterizado por que comprende visualizar al menos parte de la red eléctrica y la localización de la unión entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra.

6. Un método para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 3, caracterizado por que comprende comparar una localización de una unión conocida que existe en la jerarquía con la localización de la unión determinada.

7. Un método para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 6, caracterizado por que comprende confirmar la existencia de la unión conocida.

8. Un método para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 6, caracterizado por que comprende determinar la existencia de una unión incorrecta según lo especificado por una regulación, un estándar o un usuario.

9. Un método para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 6, caracterizado por que comprende determinar la ausencia de una unión conocida en la jerarquía de la red eléctrica.

10. Un sistema para determinar una unión entre un conductor de conexión a tierra y un conductor conectado a tierra en una red eléctrica, incluyendo la red eléctrica una pluralidad de dispositivos de monitorización, caracterizado por que el sistema comprende:

un controlador central acoplado a la pluralidad de dispositivos de monitorización, donde el controlador central recibe datos indicativos de la tensión potencial entre el conductor de conexión a tierra y el conductor conectado a tierra, para cada uno de la pluralidad de dispositivos de monitorización;

una memoria acoplada al controlador central que incluye datos de jerarquía relativos a la red eléctrica, donde el controlador central correlaciona en un contexto espacial los datos recibidos desde la pluralidad de dispositivos de monitorización al caracterizar cómo los dispositivos de monitorización están conectados entre sí en la red eléctrica; y

en el que el controlador central determina la unión entre el conductor de conexión a tierra y el conductor conectado a tierra, mediante los datos recibidos desde la pluralidad de dispositivos de monitorización.

11. Un sistema para determinar una unión entre un conductor de conexión a tierra y un conductor conectado a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 10, caracterizado por que el controlador está configurado para determinar la localización de la unión en la red eléctrica mediante la comparación de los datos de tensión procedentes de al menos parte de la pluralidad de dispositivos de monitorización.

12. Un sistema para determinar una unión entre un conductor de conexión a tierra y un conductor conectado a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 11, caracterizado por que comprende una pantalla acoplada al controlador central.

13. Un sistema para determinar una unión entre un conductor de conexión a tierra y un conductor conectado a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 11, caracterizado por que el controlador está configurado para determinar la localización mediante la indicación de la localización del dispositivo de monitorización que lee la tensión más baja entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra, como la localización de la unión.

14. Un sistema para determinar una unión entre un conductor de conexión a tierra y un conductor conectado a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 12, caracterizado por que la pantalla está configurada para mostrar al menos parte de la red eléctrica y la localización de la unión entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra.

15. Un sistema para determinar una unión entre un conductor de conexión a tierra y un conductor conectado a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 11, caracterizado por que el controlador central está configurado para comparar una localización de una unión conocida con la localización de la unión determinada.

16. Un sistema para determinar una unión entre un conductor de conexión a tierra y un conductor conectado a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 15, caracterizado por que el controlador central está configurado para confirmar la existencia de la unión conocida.

17. Un sistema para determinar una unión entre un conductor de conexión a tierra y un conductor conectado a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 15, caracterizado por que el controlador central está configurado para determinar la existencia de una unión ilegal.

18. Un sistema para determinar una unión entre un conductor de conexión a tierra y un conductor conectado a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 15, caracterizado por que el controlador central está configurado para determinar la ausencia de una unión conocida en la jerarquía de la red eléctrica.

19. Un sistema para determinar una unión entre un conductor de conexión a tierra y un conductor conectado a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 12, caracterizado por que la pantalla está configurada para mostrar un diagrama de circuito de por lo menos un componente del sistema eléctrico.

20. Un método para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica que tiene una pluralidad de dispositivos de monitorización acoplados a un conductor conectado a tierra y a un conductor de conexión a tierra, caracterizado por que comprende:

recibir datos de la tensión entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra, medidos desde la pluralidad de dispositivos de monitorización;

determinar la orientación espacial de los datos procedentes de la pluralidad de dispositivos de monitorización, dentro de una jerarquía de la red eléctrica al caracterizar cómo los dispositivos de monitorización están conectados entre sí en la red eléctrica;

comparar los datos de tensión recibidos desde la pluralidad de dispositivos de monitorización, para determinar la localización en la jerarquía del dispositivo de monitorización que mide la tensión más baja entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra; e

indicar la localización de una unión entre el conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra, como la localización del dispositivo de monitorización determinado.

21. Un método para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 20, caracterizado por que comprende mostrar a un usuario una indicación de si la unión es una unión correcta.

22. Un método para identificar problemas de conexión a tierra en una red eléctrica, según la reivindicación 20, caracterizado por que comprende determinar automáticamente, en función de la jerarquía, una primera localización en la que debería existir una unión neutro-a tierra y, cuando no existe una unión semejante, mostrar a un usuario una indicación de que la primera localización requiere una unión neutro-a tierra.