Dispositivo de vigilancia de un conductor de tierra con medición de impedancia.

Dispositivo de vigilancia (10) de un conductor de tierra (PE),

destinado a conectarse a un conductor de fase (PH) o de neutro (N) de una red eléctrica (12) y que comprende:

- un sensor (13) de una primera magnitud eléctrica dispuesto entre el conductor de fase o de neutro y el conductor de tierra;

- un generador (14, 14') de una segunda magnitud eléctrica, distinta de la de la red eléctrica, conectado en serie con el sensor;

- un circuito de procesamiento (16) configurado para calcular la impedancia eléctrica (ZPE) del conductor de tierra a partir de la primera y de la segunda magnitudes eléctricas seleccionadas entre una tensión (V, VBF) y una corriente que circula por el conductor de tierra (I, IBF),

caracterizado porque comprende:

- un circuito (K') de conexión del generador (14, 14') al conductor de fase (PH) en un primer estado, al conductor de neutro (N) en un segundo estado y de desconexión del generador en un tercer estado; y

- un circuito (18) de reconocimiento del conductor de neutro (N) configurado para controlar el circuito de conexión (K') en el segundo estado.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12354041.

Solicitante: SCHNEIDER ELECTRIC INDUSTRIES SAS.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 35 RUE JOSEPH MONIER 92500 RUEIL-MALMAISON FRANCIA.

Inventor/es: TIAN, SIMON, VINCENT, FRANCOIS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02H5/10 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02H CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación o señalización de condiciones de trabajo indeseables G01R, p. ej. G01R 31/00, G08B; localización de defectos a lo largo de las líneas G01R 31/08; dispositivos de protección H01H). › H02H 5/00 Circuitos de protección de seguridad para desconexión automática debida directamente a un cambio indeseable de las condiciones no eléctricas normales de trabajo con o sin reconexión (que utilizan dispositivos simuladores del aparato a proteger H02H 6/00; especialmente adaptados a máquinas o aparatos eléctricos de tipos específicos o a la protección seccional de sistemas de cables o de líneas H02H 7/00). › sensibles a un deterioramiento mecánico, p. ej. ruptura de línea, ruptura de conexión de tierra.

PDF original: ES-2464097_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo de vigilancia de un conductor de tierra con medición de impedancia Campo técnico de la invención La invención se refiere a un dispositivo de vigilancia de un conductor de tierra que puede medir la impedancia de la toma de tierra.

Estado de la técnica

El conductor de tierra, también llamado conductor de protección (« protective earth » en inglés, PE) conecta la cubierta metálica de un equipo eléctrico a tierra. De este modo, garantiza la protección del usuario y del equipo cuando se produce un fallo de aislamiento.

Esta protección está garantizada si el conductor PE es continuo entre la cubierta y la tierra. En efecto, en caso de rotura del conductor PE, la cubierta puede alcanzar un potencial eléctrico peligroso para el usuario.

Se distinguen varias formas de conexión a tierra. Según el esquema de conexión a tierra « TT », la cubierta y el conductor de neutro N de la red de distribución están conectados a diferentes tomas de tierra. Según el esquema « TN », la cubierta y el conductor de neutro N están conectados a una toma de tierra común.

La continuidad del conductor PE entre la toma de corriente y la carga se verifica por lo general por medio de un protocolo de comunicación. En caso de rotura del conductor, se interrumpe la comunicación, lo que acciona la apertura del disyuntor. La conexión entre el conductor PE y la tierra no se verifica de forma permanente en las instalaciones eléctricas. Esta conexión se puede controlar de forma empírica midiendo la tensión entre el conductor de neutro N y el conductor de tierra PE. Si la tensión N-PE es cercana a 0 V, esto significa que la conexión está garantizada.

Por otra parte, es importante verificar que la impedancia del conductor PE no supera un valor umbral. En efecto, la impedancia de conexión a tierra puede aumentar con el paso del tiempo y representa un riesgo para el usuario más allá de un determinado valor.

El documento GB 2167618 describe un circuito de protección eléctrica provisto de unos medios de determinación de la impedancia del conductor PE.

La figura 1A representa una parte del esquema eléctrico de dicho circuito de protección. Un tiristor 2 y una resistencia de medición RM están conectados en serie entre el conductor de fase PH de un transformador 4 y el conductor de tierra PE (representado con líneas más gruesas) .

La impedancia del conductor PE, con la referencia ZPE en la figura 1A, se determina midiendo la tensión VM en los bornes de la resistencia RM, cuando se inyecta una señal de excitación en el conductor PE. La tensión VM se suministra a un circuito de tratamiento 6, que controla la apertura de un disyuntor de corriente residual 8 cuando la impedancia ZPE supera los 100 Ω

La figura 1B representa con una línea de puntos la señal en la fase PH de la red eléctrica, es decir la tensión alterna procedente del transformador 4, y con una línea continua la tensión de excitación VE aplicada a la resistencia de medición RM para la determinación de la impedancia ZPE.

La tensión de excitación VE corresponde a una porción descendente de la tensión PH de la red, comprendida entre 0 V y 10 V. Esta se obtiene activando el tiristor 2 durante un corto periodo (100 μs) , lo que provoca una corriente de excitación IE en la resistencia RM y la impedancia ZPE. El tiristor se controla mediante un circuito de retardo de fase (no representado) .

Este circuito de protección utiliza, por lo tanto, la fase de la red como fuente de excitación para la medición de la impedancia ZPE. La tensión de excitación VE experimenta entonces variaciones bruscas, a causa de las fluctuaciones de la red. Ahora bien, esta inestabilidad es perjudicial para la medición de la impedancia ZPE. La tensión VE también depende de la precisión del circuito de retardo de fase que controla al tiristor 2. Dicho circuito de control es complicado de implementar.

Por otra parte, el documento US 2003/156367 describe un dispositivo de protección eléctrica provisto de un ohmímetro conectado para medir la impedancia de bucle en el conductor de neutro y el conductor de tierra de un circuito de alimentación. El ohmímetro dispone de su propia fuente de tensión y de una impedancia de acoplamiento. La impedancia de bucle medida se compara con un umbral para provocar, si fuera necesario, una señal de alerta.

Resumen de la invención La invención se refiere a un dispositivo de vigilancia de un conductor de tierra fácil de implementar y que permite una medición precisa de la impedancia del conductor de tierra.

Según la invención, se tiende hacia este objetivo por medio de un dispositivo de vigilancia de un conductor de tierra, destinado a conectarse a un conductor de fase o de neutro de una red eléctrica y que comprende un sensor de una primera magnitud eléctrica dispuesto entre el conductor de fase o de neutro y el conductor de tierra, un generador de una segunda magnitud eléctrica, diferente de la de la red eléctrica, conectado en serie con el sensor, y un circuito de procesamiento configurado para calcular la impedancia eléctrica del conductor de tierra a partir de la primera y de la segunda magnitudes eléctricas seleccionadas entre una tensión y una corriente que circula por el conductor de tierra. El dispositivo comprende, además, un circuito de conexión del generador al conductor de fase en un primer estado, al conductor de neutro en un segundo estado y de desconexión del generador en un tercer estado, y un circuito de reconocimiento del conductor de neutro configurado para controlar el circuito de conexión en el segundo estado.

Breve descripción de los dibujos Se mostrarán de forma más clara otras ventajas y características de la descripción que viene a continuación de unas formas particulares de realización que se dan a título de ejemplos no limitativos y que se ilustran por medio de los dibujos adjuntos, en los que:

-la figura 1A, anteriormente descrita, representa un circuito de protección con medición de la impedancia del conductor de tierra, según la técnica anterior;

-la figura 1B, anteriormente descrita, representa unas señales del circuito de protección según la figura 1A;

-la figura 2 representa un dispositivo de vigilancia de un conductor de tierra, según una primera forma de realización de la invención;

-la figura 3 representa una segunda forma de realización del dispositivo de vigilancia según la invención;

-la figura 4 representa una forma de realización del limitador de corriente utilizado en el dispositivo de vigilancia de las figuras 2 y 3; y

-la figura 5 representa un perfeccionamiento del dispositivo de vigilancia de las figuras 2 y 3.

Descripción de una forma preferente de realización de la invención En lugar de utilizar la red eléctrica como fuente de excitación, se prevé un generador de tensión calibrado y estable para la medición de la impedancia de un conductor de tierra. El generador está conectado entre el conductor de tierra y un conductor de fase o de neutro de una red eléctrica, de tal modo que genera una corriente de excitación a través del conductor de tierra. Al medir esta corriente de excitación, se puede calcular la impedancia del conductor de tierra.

La figura 2 representa una forma preferente de realización de un dispositivo de vigilancia con medición de la impedancia del conductor de tierra. A título de ejemplo, este dispositivo de vigilancia está destinado a controlar un disyuntor diferencial cuando la impedancia ZPE supera un valor umbral a causa del envejecimiento o de una rotura del conductor de tierra.

El dispositivo de vigilancia 10 está conectado al conductor de tierra PE de una instalación eléctrica y a una red de distribución 12 que comprende al menos dos conductores activos.

En el ejemplo de la figura 2, la red de distribución 12 es monofásica. Esta comprende un conductor de fase PH y un conductor de neutro N que proviene de un transformador 4. El neutro N y el conductor PE están todos conectados a tierra y cada uno dispone de una toma de tierra. La instalación está, por lo tanto, conectada a tierra según el régimen « TT ».

El dispositivo 10 comprende un sensor de corriente 13 y un generador de tensión 14 conectados en serie entre la fase PH y el conductor PE. De este modo el dispositivo 10 y la red 12 forman un bucle PH-PE por el cual se propaga, además de la señal de la red 12, una señal de medición procedente del generador 14. Esta señal de medición atraviesa el sensor 13, el conductor de fase PH y el conductor de tierra PE.

En esta forma de realización, el generador 14 es un generador de tensión continua V, de preferencia comprendido entre 5 V... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de vigilancia (10) de un conductor de tierra (PE) , destinado a conectarse a un conductor de fase (PH)

o de neutro (N) de una red eléctrica (12) y que comprende:

-un sensor (13) de una primera magnitud eléctrica dispuesto entre el conductor de fase o de neutro y el

conductor de tierra; -un generador (14, 14’) de una segunda magnitud eléctrica, distinta de la de la red eléctrica, conectado en serie con el sensor; -un circuito de procesamiento (16) configurado para calcular la impedancia eléctrica (ZPE) del conductor de tierra a partir de la primera y de la segunda magnitudes eléctricas seleccionadas entre una tensión (V, VBF) y una corriente que circula por el conductor de tierra (I, IBF) ,

caracterizado porque comprende:

-un circuito (K’) de conexión del generador (14, 14’) al conductor de fase (PH) en un primer estado, al conductor de neutro (N) en un segundo estado y de desconexión del generador en un tercer estado; y -un circuito (18) de reconocimiento del conductor de neutro (N) configurado para controlar el circuito de

conexión (K’) en el segundo estado.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera magnitud eléctrica es la corriente (I, IBF) que circula por el conductor de tierra y la segunda magnitud eléctrica es una tensión de medición (V, VBF) .

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el generador de tensión de medición es un generador

(14) de tensión continua (V) comprendida entre 5 V y 24 V.

4. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el generador de tensión de medición es un generador (14’) de tensión alterna (VBF) a una frecuencia comprendida entre 1 Hz y 20 Hz.

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende un filtro configurado para eliminar la tensión de la red eléctrica.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende una impedancia 25 de limitación (RM) de la corriente que circula por el conductor de tierra.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque la impedancia de limitación (RM) comprende una inductancia (L) y un condensador (C) conectados en paralelo y seleccionados de tal modo que se obtenga una frecuencia de resonancia igual a la frecuencia de funcionamiento de la red eléctrica.

8. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el circuito de conexión 30 comprende un relé de tres estados (K’) .


 

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