Cuadro eléctrico general de mando, protección y control de consumo.

El cuadro general de mando, protección y control de consumo es un conjunto formado por una envolvente para cuadro general de mando y protección de la instalación eléctrica de una vivienda o local,

similar a las convencionales, en el que se ha integrado un sistema electrónico que permite la medición y gestión de variables eléctricas para el control del consumo eléctrico.

Este cuadro amplia la funcionalidad de los cuadros generales de mando y protección para lograr extraer información relativa a consumos eléctricos totales y de cada uno de los circuitos de la vivienda o local para que el usuario pueda autocontrolar su consumo, potenciar la eficiencia energética y el ahorro de emisiones de CO2, reducir la factura eléctrica, detectar posibles fraudes cometidos en la propia derivación individual y detectar posibles funcionamientos anómalos de los contadores eléctricos de la compañía comercializadora del suministro eléctrico.

Cuadro eléctrico general de mando, protección y control de consumo.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un cuadro eléctrico formado por una envolvente para Cuadro General de Mando y Protección de la instalación eléctrica de una vivienda o local, similar a las convencionales, en el que se ha integrado un sistema electrónico que permite la medición y gestión de variables eléctricas para el control del consumo eléctrico.

El objeto de la invención es conseguir ampliar la funcionalidad de los Cuadros Generales de Mando y Protección para lograr extraer información relativa a consumos eléctricos totales y de cada uno de los circuitos de la vivienda o local para autocontrolar el consumo, potenciar la eficiencia energética y el ahorro de emisiones de C02, reducir la factura eléctrica, detectar posibles fraudes cometidos en la propia derivación individual y detectar posibles funcionamientos anómalos de los contadores eléctricos de la compañía comercializadora del suministro eléctrico.

Antecedentes de la invención

En el mercado existen diversos tipos de medidores de consumo eléctrico doméstico pero, básicamente, se pueden clasificar en 2 grupos:

Individuales: Se componen de un medidor y un enchufe y se usan para medir el gasto de un sólo aparato o bien de todos los que tengamos conectados a dicho enchufe. Un pequeño display LCD muestra los datos de consumo. Tienen importantes limitaciones en prestaciones aunque su precio es reducido.

Inalámbricos.- Miden el consumo total de toda la vivienda y disponen de dos partes diferenciadas: el sensor-transmisor, que se conecta en el Cuadro General de Mando y Protección, y el receptor-display, que suele ser un display conectada inalámbricamente con el transmisor que recibe información de las mediciones y muestra los datos de consumo. Poseen mejores prestaciones pero incorporan un aparato más a la colección de aparatos domésticos de los hogares además de tener un precio más elevado. Ninguno de los dos tipos ha tenido un gran éxito en el mercado español y su presencia actual en los hogares españoles es residual. Por otro lado, pese a la presencia en el mercado de infinidad de fabricantes que comercializan envolventes con la función de Cuadro General de Mando y Protección, ninguno dispone de uno que esté adaptado para integrar un sistema de medición de las características que aporta la presente invención. Además, tiene muchas ventajas diferenciales que mejoran las prestaciones de los medidores de consumo domésticos comercializados: accesibilidad, facilidad de uso, mayor precisión, integración perfecta en un

elemento que ya existe en las viviendas, medición de consumos no solo a nivel general sino también a nivel de circuitos, realización de auditorías energéticas, posibilidad de divulgación de datos a entidades públicas o privadas sin ánimo de lucro encargadas de diseñar planes de eficiencia energética, posibilidad de control y monitorización de electrodomésticos, etc.

Descripción de la invención

La invención es un cuadro eléctrico compuesto de una envolvente, cuya principal funcionalidad es la de servir de Cuadro General de Mando y Protección (CGMP a partir de ahora) de la instalación eléctrica de la vivienda, y un sistema de medida, gestión, almacenamiento, monitorización y transmisión de información integrado en la citada envolvente.

La envolvente es una caja de material plástico, de características similares a las de una envolvente tradicional de CGMP. Dicho CGMP, dentro de la instalación eléctrica de baja tensión del edificio, constituye el elemento frontera entre la Derivación Individual y la Instalación Interior de la vivienda. Las principales diferencias con una envolvente tradicional son:

Su tamaño, mayor que una envolvente convencional para igual número de componentes alojados.

Tiene doble n° de carriles DIN que una caja tradicional. Uno de los carriles sirve para distribuir, a lo largo de la caja, los dispositivos de mando y protección y el otro para distribuir los correspondientes sensores de intensidad de corriente, asociados a cada interruptor automático y al interruptor general automático.

Tiene un compartimento, separado por tabiquillos, para alojar la circuitería electrónica y otro compartimento, también separado por un tabiquillo, para que el cableado que va desde los sensores a la circuitería no se mezcle con el cableado de la vivienda.

Todos los componentes a instalar en el interior de la envolvente van cubiertos con dos tapas atornilladas a la caja: una cubre el compartimento destinado al Interruptor de Control de Potencia (ICP) y la otra cubre el resto de la caja. Sólo son accesibles desde el exterior de las tapas, y a través de sendas ventanas, las partes accionables de los elementos de mando y protección. La envolvente queda rematada por un marco con puerta que incorpora un display LCD, para monitorizar los parámetros de interés, y tres botones para seleccionar la información a mostrar e introducir algún valor en el sistema.

El sistema mide y almacena, para su posterior procesado, la tensión entre fase y neutro y la intensidad de corriente eléctrica, tanto general como la de cada uno de los circuitos eléctricos de la vivienda. La medición se realiza de manera no invasiva con transductores toroidales de intensidad de corriente, aptos para el sensado de corriente alterna en sistemas de medición y control, circuitos de protección, etc.

El microcontrolador 1 se encarga de muestrear y registrar temporalmente los valores de las señales analógicas provenientes de los transductores. Por regla general, al ser el número de señales analógicas superior a las entradas analógicas del microcontrolador 1, habrá que multiplexarlas. El microcontrolador 1 procesa los valores sensados de tensión e intensidad de corriente y genera valores de energía, factor de potencia (cos ®) y valor en ? de dicha energía para un intervalo de tiempo determinado (generalmente 1 o 2 segundos).

Posteriormente, esta información es almacenada, de manera más duradera (1 o 2 años), en una tarjeta de memoria flash del tipo SD, micro SD o similar. Para organizar la información en la memoria en tiempo real, el microcontrolador 1 se apoya en un RTC, iniciales de Real Time Clock o reloj en tiempo real, que no es otra cosa que el reloj de un ordenador embebido en un circuito integrado que mantiene la hora actual.

La información almacenada se envía al microcontrolador 2 que gestiona y muestra, en un display LCD con interfaz serie y retroiluminación, los valores prefijados para la pantalla que el usuario haya seleccionado en cada instante. Dicho display irá incrustado en la puerta de la envolvente, de forma que pueda visualizarse mientras está cerrada. La comunicación de la circuitería con el display LCD serie se realizará a través de 3 hilos (tierra, alimentación y datos) que pasan por el lateral de la puerta que hace bisagra con el marco.

Las pantallas que muestra el display se seleccionan con la ayuda de 3 botones señalizados con los siguientes símbolos:

- ">>"

- "<<"

- "#"

El microcontrolador 2 conecta con un servidor, a través Internet, y transmite los valores de la memoria flash para su almacenamiento definitivo y posterior utilización por parte de una página web. La comunicación se realiza vía Wi-Fi (estándar 802.11b) a través de:

- El punto de acceso o router de la vivienda.

- A través de un dispositivo móvil, ya sea teléfono móvil inteligente o tableta, con conexión a Internet.

Dicho servidor gestiona la base de datos común a todos estos dispositivos.

El microcontrolador 2 también gestiona la descarga del firmware de ambos microcontroladores. La transferencia de datos se realiza de manera automática con cierta periodicidad, siempre y cuando haya conexión a Internet disponible. Sin embargo, es posible forzar la conexión a través de una de las pantallas del display para forzar el envío de datos o la descarga de una nueva versión del firmware a los microcontroladores.

Todos los circuitos se alimentan en diferentes valores de tensión continua. Estas tensiones se obtienen de una fuente de alimentación alojada con el resto de la circuitería del dispositivo. El

rectificador de la fuente tomará la energía de la salida del interruptor diferencial, al igual que el sensor de tensión.

Desde un ordenador o un dispositivo móvil y a través de una aplicación web el usuario puede obtener una auditoría energética (parámetros eléctricos, consumo, facturación, emisiones de CO2,..., así como la evolución de dichas variables con el tiempo). Al área privada de dicha aplicación web se accede:

1. Cuadro eléctrico (1) cuya principal función es la de servir de Cuadro General de Mando y Protección (CGMP) de la instalación eléctrica de una vivienda o local y que comprende:

Una envolvente (2) con forma prismática-rectangular y carriles DIN interiores (5 y 6), de un tamaño que varía en función del número de elementos de mando y protección (19, 20 y 21) que puede alojar.

Un sistema de medida, gestión, almacenamiento, monitorización y transmisión de información (3), integrado en el citada envolvente (2), cuya función es medir, transmitir los datos medidos a un servidor remoto (50) y exhibir, en un display (24) integrada en la puerta (13) de la envolvente (2), el consumo eléctrico de la vivienda, las emisiones de C02 asociadas a dicho consumo y los principales parámetros eléctricos de la instalación de la vivienda o local; además permite advertir, con diversas señales (acústicas, visuales...), los excesos de consumo realizados sobre umbrales preestablecidos por el usuario.

2. Cuadro eléctrico (1) con la función de CGMP de la instalación eléctrica de la vivienda o local, según reivindicación 1, en el que la envolvente (2) está caracterizada porque contiene:

Una caja (4) con troqueles circulares que facilitan su recorte y permiten el paso de los conductos que alojan los cables. Dichos troqueles se sitúan en los laterales y fondo de la caja (4). La caja (4) permite alojar, en cuatro compartimentos independientes (14, 15, 16 y 17) y comunicados entre sí, los siguientes elementos:

o Interruptor de control de potencia (18), sobre carril DIN (5). o Un número variable de dispositivos sensores (22) y dispositivos de mando y protección de la vivienda (19, 20 y 21). Estos elementos también van montados sobre carril DIN, aunque el de los sensores (6) es independiente del carril DIN de los dispositivos de mando y protección (5). o Circuitería electrónica de adquisición, gestión, monitorización y transmisión de datos relativos a parámetros eléctricos.

o Cableado que conecta la circuitería electrónica con los sensores de magnitudes eléctricas.

Dos tapas atornilladas (10 y 11) a la caja (4) para cubrir su contenido, con ventanas que dejan accesibles sólo las partes accionables del ICP (18) y de los dispositivos de maniobra y protección (19, 20 y 21). Una tapa (10) cubre el compartimento (14) del ICP (18) y la otra (11) el resto de la caja (15, 16 y 17).

- Un marco (12), atornillado a ambas tapas (10 y 11), y puerta (13) embellecedora opaca que abisagra en el marco (12), con display LCD (24) y 3 botones (25, 26 y 27) incrustados en la puerta (13) que sobresalen de ella.

3. Cuadro eléctrico (1) con la función de CGMP de la instalación eléctrica de la vivienda o local, según reivindicación 1, en el que el sistema de medida y gestión de información (3) está caracterizado porque contiene:

- Dispositivos sensores de tensión e intensidad de corriente (22) que detectan las variaciones de estas magnitudes y transmiten señales útiles al sistema de medida.

- Circuito electrónico que multiplexa (29) las señales analógicas (28) provenientes de los sensores para adaptar su número a las entradas analógicas del microcontrolador 1 (31). Este microcontrolador (31) muestrea y procesa las entradas, las almacena a pequeños intervalos y, de manera más duradera y a intervalos mayores, en una memoria tipo flash (32). El microcontrolador 2 (34) recoge los datos almacenados en la memoria flash (32) para mostrarlos en la display LCD (24) de la puerta (13), a petición del usuario, que selecciona la información a visualizar con la pulsación de los botones (25, 26 y 27) disponibles en la puerta (13) de la envolvente (2), ubicados junto al display (24).

- Cableado que conecta los dispositivos sensores con el circuito electrónico, el display LCD (24) y los botones (25, 26 y 27).

4. Cuadro eléctrico (1) con la función de CGMP de la instalación eléctrica de la vivienda o local, según reivindicación 1, caracterizado porque en el fondo de la caja (4) incorpora un número variable de carriles DIN (5 y 6), según tamaño del cuadro eléctrico (1), que van atornillados en una protuberancia cúbica del fondo de la caja (4) de manera tal que guardan una separación respecto al fondo para el paso de cables entre la cara exterior de dicho fondo y la interior del carril, y que se utilizan para acoplar y sostener, en posición vertical, los dispositivos sensores (22), el ICP (18) y los dispositivos de mando y protección (19, 20 y 21) de la vivienda.

5. Cuadro eléctrico (1) con la función de CGMP de la instalación eléctrica de la vivienda o local, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la separación de los compartimentos (14, 15, 16 y 17) de la caja (4) de la envolvente (2) se realiza con tabiquillos (7, 8 y 9) móviles, encarrilados en pequeños salientes prismáticos (23) de la caja (4). Todos los tabiquillos (7, 8 y 9) disponen de aberturas de tamaño suficiente que comunican los compartimentos independientes (14, 15, 16 y 17) para que los cables discurran a través de ellos.

6. Cuadro eléctrico (1) con la función de CGMP de la instalación eléctrica de la vivienda o local, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la caja (4) permite atornillar, de manera independiente, la tapa (10) del compartimento (14) del ICP (18), de la tapa (11) del resto de la caja (15, 16 y 17). Además, los tornillos de la tapa (10) del compartimento (14) del ICP (18) posibilitan su precintado para evitar la manipulación por parte de personas no autorizadas para tal fin.

7. Cuadro eléctrico (1) con la función de CGMP de la instalación eléctrica de la vivienda o local, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sensor de tensión del sistema electrónico (3) capta la tensión a la salida del interruptor diferencial (20) o a la salida de cualquier interruptor automático de protección (21) de uno de los circuitos de la vivienda. Así mismo, el número máximo de sensores de intensidad de corriente (22) es variable y es igual al número de circuitos de la vivienda incrementado en 1 y, por tanto, depende del tamaño de la envolvente (2). Los sensores de intensidad de corriente (22) son toroidales, de tecnología no invasiva, y captan la intensidad de corriente del cable de fase en cada circuito de la vivienda y del cable de fase a la salida del interruptor general automático (19).

8. Cuadro eléctrico (1) con la función de CGMP de la instalación eléctrica de la vivienda o local, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el microcontrolador 1 (31) del circuito electrónico se apoya, cada segundo, en un circuito integrado RTC (30), o Real Time Clock (Reloj en Tiempo Real), para guardar en la memoria flash (32) las magnitudes almacenadas temporalmente en el microcontrolador (31) y vincularlas al momento temporal que determina en cada instante el circuito integrado RTC (30).

9. Cuadro eléctrico (1) con la función de CGMP de la instalación eléctrica de la vivienda o local, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el microcontrolador 2 (34) conecta con un servidor (50) de través Internet (51), descarga la última versión del firmware (48) de los microcontroladores (31 y 34) y le transmite los valores almacenados (49) en la memoria flash (32) para su almacenamiento definitivo y posterior utilización por parte de una página web. La comunicación se realiza vía Wi-Fi (estándar 802.11b):

- Si la vivienda cuenta con la existencia de un router Wi-Fi (53) según estándar 802.11b, con conexión a Internet (51), éste actúa de punto de acceso y da salida al sistema electrónico (3) a Internet (51), en la parte WAN del router (53).

Si la vivienda no cuenta con la existencia de router Wi-Fi (53), la conexión con el servidor (50) se realiza a través de un dispositivo móvil (54), ya sea teléfono móvil o tableta, con comunicación Wi-Fi y conexión a Internet (51).

10. Cuadro eléctrico (1) con la función de CGMP de la instalación eléctrica de la vivienda o

local, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la transferencia de datos (49) al servidor (50) se suele realizar de manera automática con cierta periodicidad, siempre y cuando haya conexión a Internet (51) disponible. Sin embargo, es posible forzar la conexión y el envío de datos (49) o la descarga de una nueva versión del firmware (48) de los microcontroladores 10 (31 y 34) haciendo uso del display LCD (24) y los botones (25, 26 y 27) de la puerta (13).

11. Cuadro eléctrico (1) con la función de CGMP de la instalación eléctrica de la vivienda o local, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema de medida, gestión, almacenamiento, monitorización y transmisión de información (3) se alimenta en diferentes

valores de tensión continua que se obtienen de una fuente de alimentación (33) alojada en el mismo espacio (16) reservado al resto de la circuitería del sistema. Dicha fuente (33) adquiere la energía de la toma reservada a la medición de tensión.

12. Cuadro eléctrico (1) con la función de CGMP de la instalación eléctrica de la vivienda o 20 local, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los datos de su instalación

enviados (49) al servidor (50) son accesibles para los usuarios a través de una página web, previa introducción de un nombre de usuario y una contraseña. En la página web se realiza un tratamiento de los mismos y se exponen de manera clara y gráfica valores de parámetros eléctricos, consumo, facturación, emisiones de CO2,..., así como la evolución de dichas 25 variables con el tiempo.