ES2235699T3 - Contador de electricidad. - Google Patents

Abstract

Contador de electricidad para dispositivos de cuatro conductores, con tres conductores de fase (L1, L2, L3) y un conductor neutro (N), el contador de electricidad (2) presentando al menos un sistema de medición (3) para la medición de las magnitudes de medición necesarias para la determinación del consumo de potencia aparente y/o potencia reactiva y/o potencia activa, es decir, tensiones, corrientes de fase y ángulos de fase, así como con un control automático de su capacidad operativa empleando los valores medidos generados por el sistema de medición, caracterizado por el hecho de que el sistema de medición (3) también está diseñado para la medición de la corriente (IN) que fluye en el conductor neutro (N) y su ángulo de fase, por el hecho de que dentro del sistema de medición (3) o dentro de un procesador de señales (4) accionado por este sistema de medición, para la comprobación de la aptitud funcional del contador, se forman una primera señal de control mediante una adición vectorial detodas corrientes de fase (I1, I2, I3) y la corriente del conductor neutro (IN), así como una segunda señal de control mediante una adición vectorial de las tensiones externas (U12, U23, U31) aplicadas entre los conductores de fase (L1, L2, L3), y por el hecho de que desde el procesador de señales (4) se genera una señal que indica un fallo del aparato, cuando la desviación de una de las dos señales de control respecto a un valor teórico correspondiente se encuentra fuera del margen de tolerancia prefijado.

Description

Contador de electricidad.

La invención se refiere a un contador de electricidad según el concepto principal de la reivindicación 1.

Los contadores de electricidad para medir el consumo de energía eléctrica (energía activa) así como en su caso también el consumo reactivo (energía reactiva) son conocidos en las formas de realización más variadas. El empleo de contadores de electricidad para uso comercial requiere, según la ley de metrología, sobre todo para la protección de los clientes, una calibración de cada contador para tener certeza de la exactitud y estabilidad de las mediciones. La calibración (también certificación) se realiza a través de laboratorios de ensayo estatales acreditados, con lo cual sólo aquellos contadores que disponen de una homologación de modelo, son aptos para la calibración y por tanto también para un uso comercial. La homologación de modelo determina, teniendo en cuenta los criterios técnicos de cada contador, también la duración de la validez de la calibración (validez de la calibración), es decir, la determinación del tiempo de validez de calibración para un contador de electricidad se establece dependiendo de la estabilidad de las mediciones esperadas según su modelo técnico. Una vez expirada la validez de la calibración, se deben controlar y volver a calibrar todos los contadores de electricidad usados hasta ahora para fines industriales, incluso aunque el contador sea completamente apto para el funcionamiento.

Se conoce un contador de electricidad (WO 97/04321) que está configurado para un control automático de sus canales de medición, de tal manera que las magnitudes de medición, corriente y tensión, son registradas en cada caso varias veces a través de diferentes canales de señal o de medición. A continuación, en un procesador de señales digital tiene lugar entonces una verificación de plausibilidad de los valores medidos y, en caso de aparición de errores, se genera una señal de error. El control automático se realiza en este contador de electricidad conocido registrando cada magnitud de medición (corriente y tensión), respectivamente, al menos dos veces en dos canales de medición diferentes, y comparando los resultados obtenidos. Tan solo el doble registro de cada magnitud de medición en diversos canales de señal implica un aumento del tiempo empleado.

Se conoce además un contador de electricidad (EP 0 887 650 A1), en el que se controla el campo rotatorio de un sistema de tres o cuatro conductores y se indica un campo rotatorio no correspondiente, producido por ejemplo por conexiones cambiadas.

Se conocen además dispositivos de protección (US-A-3 293 497 y US-A-3 949 272) para el registro de corrientes de fuga en elementos de instalaciones o conductores puestos a tierra. Estos dispositivos protectores eléctricos conocidos no son contadores, ni tampoco dispositivos para el control de la exactitud de la medición de un contador de electricidad.

La función de la invención es mostrar un contador de electricidad, que permite de una manera especialmente sencilla una comprobación de su aptitud funcional y, en consecuencia, también una indicación fácil y fiable de un posible fallo del aparato. Para la solución de esta tarea, se construye un contador de electricidad de acuerdo con la reivindicación 1.

En el contador de electricidad conforme a la invención se realiza un control automático. Se origina un aviso de fallo del aparato cuando al menos una de las dos señales de control difiere de un valor teórico correspondiente, más de lo admisible por un margen de tolerancia prefijado. Este margen de tolerancia es elegido, por ejemplo, de tal manera que las desviaciones que conducen a la indicación de un fallo del aparato, son mayores que aquellas causadas por errores de medición nominales del sistema de medición, es decir, errores que el sistema de medición apto para el funcionamiento presenta por naturale-
za.

En el contador de electricidad conforme a la invención se produce la generación de señales de control, por ejemplo de forma permanente o bien en momentos prefijados o preseleccionados.

Por "contador de electricidad" en el sentido de la invención se entiende fundamentalmente cualquier dispositivo, con el cual se miden las magnitudes de medición necesarias para la determinación del consumo de energía eléctrica, teniendo en cuenta los ángulos de fase entre tensiones y corrientes en un dispositivo trifásico de cuatro conductores.

Otros perfeccionamientos de la invención son objeto de reivindicaciones secundarias. A continuación se explicará la invención más en detalle mediante un ejemplo de realización y con ayuda de las figuras, en las que se muestra:

Fig. 1 una representación esquemática simplificada de un contador de electricidad trifásico para instalaciones de cuatro conductores;

Fig. 2 diagrama vectorial de las tensiones y las corrientes en las conexiones o bornes del contador de electricidad de la figura 1.

En la figura 1 se denominan por L_{1}, L_{2} y L_{3} las tres fases o conductores de fase, y por N el conductor neutro de un dispositivo trifásico de cuatro conductores. Por Z_{1}, Z_{2} y Z_{3} se denominan tres consumidores, que por ejemplo producen cargas o impedancias complejas y se encuentran cada uno entre una fase o uno de los conductores L_{1} - L_{3} y un punto neutro 1 común, que está unido a un conductor neutro
N.

En las figuras además se indican las siguientes tensiones y corrientes:

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 U _{1}  \+  - tensión de fase entre L _{1}  y N\cr  U _{2}  \+ -
tensión de fase entre L _{2}  y N\cr  U _{3}  \+ - tensión de fase
entre L _{3}  y N\cr  U _{12}  \+ - tensión externa entre L _{1}  y
L _{2} \cr  U _{23}  \+ - tensión externa entre L _{2}  y L _{3} \cr
 U _{31}  \+ - tensión externa entre L _{3}  y L _{1} \cr  I _{1} 
\+ - corriente en el conductor L _{1} , o sea por la\cr  \+ carga
Z _{1} \cr  I _{2}  \+ - corriente en el conductor L _{2} , o sea
por la\cr  \+ carga Z _{2} \cr  I _{3}  \+ - corriente en el
conductor L _{3} , o sea por la\cr  \+ carga Z _{3} \cr  IN \+ -
corriente en el conductor neutro
N.\cr}

Según muestra el diagrama vectorial de la figura 2, las tensiones U_{1}, U_{2} y U_{3} están desfasadas habitualmente en 120º. Un desfase correspondiente existe también entre las tensiones exteriores U_{12}, U_{23} y U_{31}. La magnitud de las corrientes I_{1}, I_{2} y I_{3} depende, respectivamente, de la carga Z_{1} - Z_{3} y, según la parte reactiva de esta carga con respecto a la tensión correspondiente, están desfasadas en los ángulos \phi_{1}, \phi_{2} o \phi_{3}.

Las tensiones aplicadas a las cargas Z_{1} - Z_{3} corresponden en cada caso a la tensión U_{1}, U_{2} o U_{3}.

Para la determinación del consumo de potencia activa (energía activa), y también por ejemplo para la determinación del consumo de potencia reactiva (energía reactiva) se utiliza un contador de electricidad 2, el cual es insertado con las conexiones de su sistema de medición 3 en los conductores de fase L_{1} - L_{3} así como en el conductor neutro N, es decir, estos conductores conducen hacia el sistema de medición 3, mediante el cual se miden o determinan al menos las tensiones de fase U_{1} - U_{3} y su ángulo de fase \phi, las corrientes I_{1} - I_{2} y sus ángulos de fase \phi así como la corriente IN y su relación de fase con respecto a al menos una de las tensiones U_{1} - U_{3}. A partir de las tensiones U_{1} - U_{3} y de las respectivas corrientes I_{1} - I_{3} puede entonces calcularse y registrarse, teniendo en cuenta los ángulos de fase, la potencia activa P y la potencia reactiva Q según las condiciones conocidas por el experto y, a partir de ellas, la energía activa A = \intP dt o la energía reactiva R = \intQ dt respectivamente, dentro de un microcontrolador o procesador de señales 4 del contador de electricidad, y/o indicarse en un elemento de visualización 5.

El sistema de medición 3 en la forma de realización representada es un sistema de medición electrónico, de modo que las magnitudes medidas son suministradas, en forma de mediciones tratadas a través de correspondientes convertidores analógico-digitales, al microcontrolador 4, el cual a partir de estas magnitudes determina también los ángulos de fase o la relación de fase.

Una particularidad del contador de electricidad 2 consiste en el hecho de que dentro del microcontrolador 4 se calculan también las tensiones externas U_{12}, U_{23} y U_{31}, en forma de vectores, a partir de las tensiones de fase medidas U_{1}, U_{2} y U_{3}, y que se realiza de forma continua o a intervalos de tiempo prefijados o preseleccionados una adición geométrica o vectorial de estas tensiones externas así como una adición geométrica o vectorial de las corrientes medidas I_{1}, I_{2}, I_{3} e IN. Las magnitudes son además valores digitales o procesados digitalmente.

Cada medición del sistema de medición 3 es correcta, cuando tanto la suma geométrica de todas las corrientes como la suma geométrica de todas las tensiones externas es siempre cero, es decir, si se dan las siguientes condiciones:

(I)I_{1} + I_{2} + I_{3} + IN = cero

(II)U_{12} + U_{23} + U_{31} = cero.

Si se cumplen las dos condiciones arriba citadas, se considera una prueba de un funcionamiento correcto del contador de electricidad 2, es decir no será necesario entonces un cambio y una nueva calibración del contador de electricidad.

En caso de no cumplirse las dos condiciones (I)/(II), significa que existe un fallo del aparato, lo cual se indica a través del microcontrolador 4 en el indicador 5, por ejemplo en un segmento 6 de este indicador previsto especialmente para ello. Básicamente, existe también la posibilidad de señalar este fallo del aparato mediante una transmisión de datos remota a una estación central de control, desde la cual, para la protección de los clientes, se cambiará el contador de electricidad por un nuevo contador de electricidad 2 recalibrado.

Puesto que con un diseño conforme a la invención pueden detectarse inmediatamente errores de medición del contador de electricidad 2, la validez de la calibración de este contador puede extenderse prácticamente por tiempo indefinido, es decir, hasta que surja en efecto un error de medición, el cual será indicado. No son necesarias nuevas calibraciones tras una expiración de la validez de calibración fijada de forma estricta. Además, la configuración según la invención permite también una prueba simplificada de los contadores de electricidad 2.

La invención ha sido descrita arriba en un ejemplo de realización. Se entiende que son posibles numerosas modificaciones así como variaciones, sin por ello apartarse del concepto inventivo en el que se basa la invención.

Lista de referencias

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 1 \+ Punto neutro\cr  2 \+ Contador de electricidad\cr  3 \+
Sistema de medición\cr  4 \+ Microcontrolador o procesador de\cr  \+
señales\cr  5 \+ Elemento indicador\cr  6 \+ Segmento indicador\cr 
L _{1} , L _{2} , L _{3}  \+ Conductor de fase\cr  N \+ Conductor
neutro\cr  Z _{1} , Z _{2} , Z _{3}  \+ Carga compleja\cr  U _{1} ,
U _{2} , U _{3}  \+ Tensión de fase\cr  U _{12} , U _{23} , U _{31} 
\+ Tensión externa\cr  I _{1} , I _{2} , I _{3}  \+ Corriente de
fase\cr  IN \+ Corriente del conductor
neutro\cr}

Claims (3)

1. Contador de electricidad para dispositivos de cuatro conductores, con tres conductores de fase (L_{1}, L_{2}, L_{3}) y un conductor neutro (N), el contador de electricidad (2) presentando al menos un sistema de medición (3) para la medición de las magnitudes de medición necesarias para la determinación del consumo de potencia aparente y/o potencia reactiva y/o potencia activa, es decir, tensiones, corrientes de fase y ángulos de fase, así como con un control automático de su capacidad operativa empleando los valores medidos generados por el sistema de medición, caracterizado por el hecho de que el sistema de medición (3) también está diseñado para la medición de la corriente (IN) que fluye en el conductor neutro (N) y su ángulo de fase, por el hecho de que dentro del sistema de medición (3) o dentro de un procesador de señales (4) accionado por este sistema de medición, para la comprobación de la aptitud funcional del contador, se forman una primera señal de control mediante una adición vectorial de todas corrientes de fase (I_{1}, I_{2}, I_{3}) y la corriente del conductor neutro (IN), así como una segunda señal de control mediante una adición vectorial de las tensiones externas (U_{12}, U_{23}, U_{31}) aplicadas entre los conductores de fase (L_{1}, L_{2}, L_{3}), y por el hecho de que desde el procesador de señales (4) se genera una señal que indica un fallo del aparato, cuando la desviación de una de las dos señales de control respecto a un valor teórico correspondiente se encuentra fuera del margen de tolerancia prefijado.

2. Contador de electricidad según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las señales de control se forman de tal manera que el valor teórico correspondiente es el valor cero.

3. Contador de electricidad según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que desde el sistema de medición (3) se miden las tensiones de fase (U_{1}, U_{2}, U_{3}) entre los conductores de fase (L_{1}, L_{2}, L_{3}) y el conductor neutro (N), y porque en el sistema de medición (3) o en el procesador de señales (4) se forman, a partir de estas tensiones de fase, las tensiones externas (U_{12}, U_{23}, U_{31}) mediante substracción vectorial.