APARATO PARA LA SUPERVISION DEL AISLAMIENTO DE UNA RED DE TENSIÓN CONTINUA SIN PUESTA A TIERRA, EN ESPECIAL UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA, E INSTALACIÓN CON UN APARATO DE ESTE TIPO.

Aparato para la supervisión del aislamiento de una red de tensión continua sin puesta a tierra,

en especial una instalación fotovoltaica, e instalación con un aparato de este tipo.

La invención se refiere a un aparato supervisor de aislamiento (IMD) en una red de tensión continua sin puesta a tierra (sistema DC-IT), en especial una instalación fotovoltaica eléctrica (PV). Éste presenta una unidad de abastecimiento de tensión (B) que se alimenta de energía eléctrica desde la red de tensión continua (sistema DC-IT). Según la invención hay un acumulador de energía recargable (CIMD), en especial un condensador con diodo preconectado de carga (D). Éste se abastece de energía eléctrica (UIMD) mediante la red de tensión continua y en caso de un fallo temporal de la red de tensión continua alimenta la unidad de abastecimiento de tensión (B), de modo que es posible mantener en funcionamiento el aparato supervisor de aislamiento (IMD) hasta restablecerse la red de tensión continua. La unidad de abastecimiento de tensión (B) suministra de manera ventajosa una tensión de medición preferentemente pulsada (UP) para mantener el funcionamiento de la supervisión del aislamiento al fallar la red de tensión continua con el fin de alimentar de este modo energía eléctrica a la red de tensión continua (DC-IT) mediante un circuito de acoplamiento (AS).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201131409.

Solicitante: BENDER GMBH & CO. KG.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: WESTEND ROAD GB-DN9 LB, EPWORTH-DONCASTER REINO UNIDO.

Inventor/es: HOFHEINZ,Wolfgang.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01R27/18 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 27/00 Dispositivos para realizar medidas de la resistencia, reactancia, impedancia, o de características eléctricas derivadas. › Medida de una resistencia a tierra.
  • G01R31/02 G01R […] › G01R 31/00 Dispositivos para verificar propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizados por lo que es probado, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; Ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46). › Ensayo de aparatos, de líneas, o de componentes eléctricos para detectar la presencia de cortocircuitos, discontinuidades, fugas o conexiones incorrectas de líneas.
  • H02J9/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02J CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA; SISTEMAS PARA LA ACUMULACION DE ENERGIA ELECTRICA (circuitos de alimentación de energía paralos aparatos de medida de rayos X, rayos gamma, radiaciones corpusculares o de las radiaciones cósmicas G01T 1/175; circuitos de alimentación de energía eléctrica especialmente adaptados para su uso en relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/00; para computadores digitales G06F 1/18; para los tubos de descargar H01J 37/248; circuitos o aparatos para la conversión de la potencia eléctrica, disposiciones para su control o regulación H02M; control de una combinación máquina motriz-generador, control interrelacionado de varios motores H02P; control de energía a alta frecuencia H03L; utilización complementaria de línea o red de energía para transmisión de información H04B). › Circuitos para alimentación de potencia de emergencia o de reserva, p. ej. para alumbrado de emergencia (con posibilidad de carga de una batería de reserva H02J 7/00).

Fragmento de la descripción:

Aparato para la supervisión del aislamiento de una red de tensión

continua sin puesta a tierra, en especial una instalación fotovoltaica, e

5 instalación con un aparato de este tipo

DESCRIPCIÓN

La invención se refiere a un aparato para la supervisión del aislamiento en una

1 o red sin puesta a tierra para el suministro de tensión continua, en especial a

partir de una instalación fotovoltaica eléctrica, que presenta una unidad de

abastecimiento de tensión que se alimenta de energía eléctrica desde la red de

tensión continua sin puesta a tierra.

15 La supervisión de una red de tensión continua sin puesta a tierra, en la que el

aparato supervisor de aislamiento se acciona mediante la tensión de la propia

red que se va a supervisar, funciona naturalmente sólo cuando la propia red

está disponible. Este problema es especialmente importante si se producen

fallos frecuentes o incluso cíclicos de la red que se va tanto a alimentar como a

20 supervisar. Así, por ejemplo, una red de tensión continua sin puesta a tierra

que se alimenta mediante una instalación fotovoltaica eléctrica, es decir, un

campo grande en determinadas circunstancias y formado por una pluralidad de

celdas fotovoltaicas interconectadas, falla durante períodos largos de tiempo

cada noche, pero también al anochecer o en caso de condiciones

2 5 meteorológicas desfavorables. En este tiempo se pueden producir daños

ocasionados, por ejemplo, por las influencias meteorológicas, por ejemplo,

granizadas, pero también por el hombre y las máquinas, en una instalación

fotovoltaica con una extensión superficial en determinadas circunstancias y

estos pueden afectar su estado de aislamiento respecto al potencial de tierra.

30

En las redes de tensión continua sin puesta a tierra, los defectos de

aislamiento de este tipo resultan especialmente problemáticos, como ya es

conocido, si la resistencia del aislamiento no sólo de una línea activa respecto

a tierra se ha reducido de forma inadmisible, es decir, hay un defecto de

35 aislamiento asimétrico, sino si la resistencia del aislamiento de ambas líneas

respecto a tierra se ha reducido de forma inadmisible, es decir, hay un defecto

de aislamiento simétrico. En este caso existe el peligro de incendio que puede

tener consecuencias graves, por ejemplo, en instalaciones fotovoltaicas eléctricas montadas en techos de viviendas.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

En la figura 1 está representada una construcción conocida de una red de tensión continua (sistema DC-IT) aislada, es decir, sin puesta a tierra, por medio de un ejemplo de una celda fotovoltaica eléctrica o una instalación fotovoltaica eléctrica formada por un campo de celdas fotovoltaicas de este tipo PV. La energía eléctrica, suministrada aquí, se alimenta mediante un inversor WR primero a una red de corriente alterna sin puesta a tierra (sistema AC-IT) y a continuación se entrega mediante un transformador de aislamiento TT a una red de corriente alterna (sistema AC-TN) con punto neutro puesto a tierra.

De las celdas de la instalación fotovoltaica PV a modo de ejemplo, que están montadas en una carcasa G con puesta a tierra, parte una red aislada de tensión continua (sistema DC-IT) . Ésta se representa mediante el polo positivo y negativo de la tensión de red UPV+ y UPV-, respecto al potencia de referencia de tierra E. El estado de aislamiento de esta disposición se supervisa, por ejemplo, en forma de la resistencia del aislamiento total RFges con ayuda de un aparato supervisor de aislamiento IMD mediante la toma y evaluación de los potenciales positivos y negativos UPV+ y UPV-de la tensión de red. Si se obtienen aquí valores inadmisiblemente bajos, el inversor WR se puede desconectar y desacoplar de la red de tensión continua DC-IT mediante un contactor de aislamiento TS. A tal efecto, el aparato supervisor de aislamiento IMD está unido con un control de inversor WS mediante una interfase digital de datos DI.

La energía eléctrica, necesaria para el funcionamiento del aparato supervisor de aislamiento IMD, se puede obtener de forma diferente a partir de la red de tensión continua (sistema DC-IT) . En el ejemplo de la figura 1, el inversor WR pone a disposición para esto una tensión continua de alimentación UIMD. Como el inversor WR presenta un circuito intermedio de corriente continua GZ en el ejemplo representado, la tensión continua de alimentación UIMD se puede tomar también aquí en determinadas circunstancias. Toda la disposición SK, compuesta del aparato supervisor de aislamiento IMD, del inversor WR

con control de inversor WS y del contactar de aislamiento TS, se puede

identificar también como un "inversor con conexión de seguridad" para la red

aislada de tensión continua (sistema DC-IT) y puede representar una unidad

constructiva autónoma.

5

La invención tiene el objetivo de perfeccionar un aparato supervisor de

aislamiento o una instalación, que contiene el aparato supervisor de

aislamiento con inversor conectado a continuación, de modo que se pueda

supervisar el aislamiento también en caso de un fallo temporal de la red de

J. O tensión continua sin puesta a tierra hasta restablecerse.

El objetivo se consigue con el aparato indicado en la reivindicación 1. Otras

configuraciones ventajosas de la invención aparecen en las reivindicaciones

secundarias relacionadas con esto. El objetivo se consigue además con la

15 instalación, indicada en la reivindicación 5, que contiene un aparato según la

reivindicación 1 o las reivindicaciones secundarias relacionadas con esto.

La invención tiene la ventaja especial de posibilitar también una supervisión

permanente del aislamiento si la red de tensión continua que se va a

20 supervisar no presenta o presenta una tensión de red demasiado baja. Esto

resulta útil especialmente al supervisarse el estado del aislamiento de una red

aislada de tensión continua suministrada por una instalación fotovoltaica

eléctrica, por ejemplo, por la noche o en condiciones desfavorables de

radiación luminosa.

25

Además, no sólo es posible notificar en todo momento los defectos de

aislamiento. Más bien, al producirse un defecto de aislamiento en una

instalación fotovoltaica, por ejemplo, por la noche, se puede impedir también

una conexión adicional y una nueva puesta en marcha del inversor a pesar de

30 existir una radiación solar suficiente la mañana siguiente. Esto mejora

considerablemente la seguridad del funcionamiento de una instalación

fotovoltaica.

La invención y otras realizaciones ventajosas de ésta se explican

35 detalladamente a continuación por medio de un ejemplo de realización

representado en las figuras. Muestran:

Fíg. 1 la construcción conocida de una instalación a modo de ejemplo con una red de tensión continua sin puesta a tierra que se alimenta mediante una instalación fotovoltaíca eléctrica y está equipada con un aparato supervisor de aislamiento y

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Fíg. 2 una realización especialmente ventajosa de un aparato supervisor de aislamiento construido según la presente invención.

El aparato supervisor de aislamiento IMD, representado en la figura 2 y construido según la invención, presenta como medíos de funcionamiento un circuito de acoplamiento AS, una unidad de control C, denominada también controlador, y una unidad de abastecimiento de tensión B.

Con ayuda del circuito de acoplamiento AS se detectan aquí los potenciales positivos y negativos UPV+ y UPV-de la tensión compuesta entre las líneas de la red aislada de tensión continua (sistema DC-IT) respecto al potencial de referencia de tierra E. A tal efecto, el circuito de acoplamiento AS dispone con preferencia de una red de resistencias de acoplamiento y a partir de esto deriva ventajosamente las tensiones de medición UE-o UE+ entre el polo negativo o positivo de la tensión de la red aislada de tensión continua y tierra o la tensión compuesta de medición U+/-entre los polos de la tensión.

Estas tensiones de medición se envían a una unidad de control C para la evaluación, que a partir de esto detecta el estado actual del aislamiento de la red de tensión continua sin puesta a tierra (sistema DC-IT) , en especial la resistencia de su aislamiento total RFges. Sí en ésta se detectan valores bajos inadmisibles, que indican un defecto de aislamiento, el aparato supervisor de aislamiento IMD puede acceder mediante una interfase de datos DI al control de inversor WS y provocar, por ejemplo, una desconexión del inversor WR o su desacoplamiento de la red de tensión...

 


Reivindicaciones:

5 1. Aparato para la supervisión de la resistencia del aislamiento (IMD) en una red sin puesta a tierra para el suministro de tensión continua (DC-IT) , en especial a partir de una instalación fotovoltaica eléctrica (PV) , que presenta

10 a) una unidad de abastecimiento de tensión (B) que está alimentada de energía eléctrica desde la red de tensión continua sin puesta a tierra (sistema DC-IT) , caracterizado por

b) un acumulador de energía recargable (CIMD) que

15 b1) se abastece de energía eléctrica (UIMD) mediante la red de tensión continua sin puesta a tierra (sistema DC-IT) y que

2 o b2) en caso de un fallo temporal de la red de tensión continua sin puesta a tierra (sistema DC-IT) alimenta la unidad de abastecimiento de tensión (B) , de modo que es posible mantener en funcionamiento el aparato supervisor de aislamiento (IMD) hasta restablecerse la red de tensión continua sin puesta a tierra (sistema DC-IT) .

2 5 30 2. Aparato según la reivindicación 1, en el que la unidad de abastecimiento de tensión (B) suministra una tensión de medición (UP) para mantener en funcionamiento la supervisión del aislamiento en caso de un fallo temporal de la red de tensión continua sin puesta a tierra (sistema DC-IT) con el fin de alimentar así energía eléctrica a la red de tensión continua (sistema DC-IT) , en especial mediante un circuito de acoplamiento (AS) . 3. Aparato según la reivindicación 2, en el que está pulsada la tensión de medición (UP) alimentada a la red de tensión continua sin puesta a tierra (sistema DC-IT) .

35 4. Aparato según una de las reivindicaciones unidad de abastecimiento de tensión (B) anteriores, en el que la

a) presenta un transformador de tensión continua (U2) para alimentar los medios de funcionamiento (AS, C) del aparato supervisor de aislamiento (IMD) , que se abastece de energía eléctrica (UIMD) mediante la red de tensión continua sin puesta a tierra (sistema DC-IT) , y

b) el acumulador de energía recargable (CIMD) está conectado delante del transformador de tensión continua (U2) en la entrada.

5. Aparato según la reivindicación 4, en el que en la unidad de 1 O abastecimiento de tensión (B)

a) un elemento de red de conmutación (U1) está conectado delante del transformador de tensión continua (U2) y se abastece de energía eléctrica (UIMD) mediante la red de tensión continua sin puesta a tierra (sistema DC-IT)

]_ 5 y

b) el acumulador de energía recargable (CIMD) está conectado en paralelo entre la unión del transformador de tensión continua (U2) y el elemento de red de conmutación (U1) .

6. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el acumulador de energía recargable (CIMD) está realizado como un condensador con diodo preconectado de carga (0) .

7. Instalación con un aparato para la supervisión del aislamiento (IMD) según una de las reivindicaciones anteriores, que presenta a) un inversor (WR) que alimenta la energía eléctrica suministrada por la red de tensión continua sin puesta a tierra (sistema DC-IT) a una red de tensión alterna sin puesta a tierra (AC-IT) , y en la que b) el acumulador de energía recargable (CIMD) se abastece de energía eléctrica (UIMD) mediante el inversor (WR) .

8. Instalación según la reivindicación 7, en la que el inversor (WR) presenta un circuito intermedio de corriente continua (GZ) , a partir del que se toma la energía eléctrica (UIMD) para abastecer al acumulador de energía recargable (CIMD) .


 

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