ES2379103A1 - Dispositivo y procedimiento para comprobación de contadores estáticos en redes de distribución eléctrica. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo y procedimiento para comprobación de contadores estáticos en redes de distribución eléctrica.Se describe en este documento un dispositivo portátil y autónomo que permite realizar medidas en redes de distribución eléctrica para comprobar su correcto funcionamiento y la ausencia de errores y/o derivaciones en la red. Así mismo se describe un procedimiento para la rea1ización de dichas medidas en varias situaciones diferentes utilizando el dispositivo descrito.
Description
Dispositivo y procedimiento para comprobación de
contadores estáticos en redes de distribución eléctrica.
El objeto principal de la presente invención es
un dispositivo para la comprobación de contadores estáticos en redes
de distribución eléctrica y un procedimiento para la realización de
dicha comprobación utilizando dicho dispositivo.
El medidor eléctrico, medidor de consumo
eléctrico o contador eléctrico, es un dispositivo que mide el
consumo de energía eléctrica de un circuito o un servicio eléctrico,
siendo esta la aplicación usual. Existen medidores electromecánicos
y electrónicos. Los medidores electromecánicos utilizan bobinados de
corriente y de tensión para crear corrientes parásitas en un disco
que, bajo la influencia de los campos magnéticos, produce un giro
que mueve las agujas de la carátula. Los medidores electrónicos
utilizan convertidores analógico-digitales para
hacer la conversión.
El medidor electromecánico utiliza dos juegos de
bobinas que producen campos magnéticos; estos campos actúan sobre un
disco conductor magnético en donde se producen corrientes
parásitas.
La acción de las corrientes parásitas producidas
por las bobinas de corriente sobre el campo magnético de las bobinas
de voltaje y la acción de las corrientes parásitas producidas por
las bobinas de voltaje sobre el campo magnético de las bobinas de
corriente dan un resultado vectorial tal, que produce un par de giro
sobre el disco. El par de giro es proporcional a la potencia
consumida por el circuito es muy importante.
El disco está soportado en campos magnéticos y
soportes de rubí para disminuir la fricción, un sistema de engranes
transmite el movimiento del disco a las agujas que cuentan el número
de vueltas del medidor. A mayor potencia más rápido gira el disco,
acumulando más giros conforme pasa el tiempo.
Las tensiones máximas que soportan los medidores
eléctricos son de aproximadamente 600 voltios y las corrientes
máximas pueden ser de hasta 200 amperios. Cuando las tensiones y las
corrientes exceden estos límites se requieren transformadores de
medición de tensión y de corriente. Se utilizan factores de
conversión para calcular el consumo en dichos casos.
También es importante que hay una bobina de
sombra que es una chapita la cual esta cortocircuitada. Dicha bobina
posee una resistencia despreciable y por ende en esta se generará
una intensidad apreciable, la cual al estar sometida a un campo,
genera una cupla motora que eliminará el coeficiente de rozamiento
de los engranajes. El medidor comenzara a funcionar con el 1% de la
carga y entre un factor de potencia 0,5 en adelanto y atraso.
La sustitución de antiguos contadores mecánicos
o electromecánicos de energía eléctrica por nuevos contadores
estáticos conlleva además de nuevas prestaciones en la medida,
facilidades en el procedimiento de comprobación del funcionamiento
del contador.
El procedimiento actual para comprobar un
contador mecánico en campo, sin el uso de un patrón de medida,
consiste en medir el número de vueltas que da el disco en un período
de tiempo determinado, medir la intensidad que entra en el contador,
y comparar ambas magnitudes con la fórmula de cálculo adecuada, para
así comprobar la bondad de la medida en el contador.
El material necesario para realizar este
procedimiento es un cronómetro, un amperímetro y una
calculadora.
Para adaptar este procedimiento a los nuevos
contadores estáticos, que disponen de un led de impulsos ópticos en
lugar de disco móvil, se realiza el siguiente dispositivo y se
modifica el procedimiento de comprobación del contador.
El dispositivo objeto de la invención permite
simplificar el procedimiento de comprobación de los contadores
estáticos de energía eléctrica, y para ello utiliza:
- -
- Un captador de los pulsos ópticos emitidos por el contador estático (equivalentes a una fracción de energía que pasa por el contador).
- -
- Una pinza amperimétrica aislada, para medida en tensiones de hasta 400 V.
- -
- Un aparato electrónico portátil, autoalimentado, que realiza las funciones de cronómetro, contador de pulsos, amperímetro, calculadora y memoria no volátil para almacenar los datos durante el tiempo de medición necesario. Este aparato dispone de teclado numérico completo, pantalla de visualización alfanumérica, y vía de comunicaciones serie para descarga de datos y mantenimiento.
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Se describe también una versión simplificada del
dispositivo, que cuenta con un captador de pulsos ópticos emitidos
por el contador estático (equivalentes a una fracción de energía que
pasa por el contador) y un aparato electrónico portátil,
autoalimentado, que realiza las funciones de cronómetro de tiempo
prefijado, y contador de pulsos, con un visualizador numérico del
total contabilizado y un solo botón de operación.
Las funciones principales del dispositivo son
realizadas por una unidad central proceso como por ejemplo un
microcontrolador programable, para ello dispone de una memoria no
volátil para registrar los datos necesarios para llevar a cabo una
medida completa de varios días de duración (curva de carga
horaria).
El dispositivo objeto de la invención dispone
de:
- -
- Puertos de comunicaciones serie (RS-232, USB) para recogida y envío de datos medidos y carga de firmware.
- -
- Una pantalla tipo LCD retroiluminado con capacidad para 16 caracteres en 2 líneas.
- -
- Un teclado numérico completo, que permite introducir los valores necesarios para el cálculo del error, y acceder a las distintas funciones del dispositivo a través de un menú de navegación por opciones.
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La comprobación se realiza mediante la captación
de los impulsos ópticos recogidos por la sonda óptica a través de un
circuito acondicionador de la señal (polarización y amplificación de
un sensor óptico tipo fotodiodo o fototransistor a través de una
resistencia R2, comparación con umbral ajustable a través de una
resistencia R1, y formateado de la señal digital a nivel TTL/CMOS).
Posteriormente se realiza una medida de la intensidad por la pinza
amperimétrica a través del circuito acondicionador (filtro paso
bajo, amplificador de ganancia programable y detector de verdadero
valor eficaz) y de un conversor analógico digital. El calibrado de
la medida se realiza con una tabla de valores adecuados guardada en
el propio microcontrolador, de forma que pueda seleccionar la
ganancia adecuada al tipo de sonda conectada, así como el nivel de
filtrado en la entrada de éste).
El dispositivo está contenido en una caja
plástica con doble aislamiento, de dimensiones suficientemente
pequeñas para ser manejado con una sola mano y su alimentación viene
dada por una pila o batería recargable, con autonomía de
funcionamiento en modo medida de varios días.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
Figura 1.- Muestra un esquema general del
dispositivo.
Figura 2.- Muestra un esquema del circuito
acondicionador de señal óptica.
Figura 3.- Muestra un esquema de la comprobación
del contador estático desde la línea de reparto o acometida.
Figura 4.- Muestra un esquema de la comprobación
del contador estático en campo.
Figura 5.- Muestra un esquema de la comprobación
del contador estático simplificado.
Un ejemplo de realización tendría por objeto la
ejecución de comprobaciones en campo, con este dispositivo (1), el
procedimiento de comprobación del contador estático sería el
siguiente (ver figura 4):
- -
- El operario debe tomar las medidas de seguridad necesarias para entrar en contacto con el circuito de tensión/intensidad y comprobar que el dispositivo (1) dispone de medios de alimentación (7) suficientes para realizar la operación.
- -
- Colocación de la pinza amperimétrica (3) en un conductor de entrada al contador. En caso de contador con medida indirecta en baja tensión, se colocaría en el circuito primario. En caso de alta tensión, se colocaría en secundario. La señal captada pasa por un circuito acondicionador de señal intensidad (5) y es posteriormente procesada por un convertidor analógico-digital (6) para que pueda ser procesada por la unidad central de proceso (9).
- -
- Colocación del sensor óptico (2) en el contador. La señal es procesada por un circuito acondicionador de señal óptica (4) para pasar posteriormente a la unidad central de proceso (9) donde será procesada.
\newpage
- -
- Ajuste de las constantes necesarias para realizar la comprobación: peso del impulso, tensión de la instalación, relaciones de transformación (intensidad y tensión), factor de potencia, y tiempo deseado para realizar la comprobación (del orden de segundos o minutos, según la carga actual en el contador). Estos datos o bien son conocidos de antemano o bien están disponibles en la información que facilita el contador estático.
- -
- Introducción de datos utilizando los medios de introducción de datos (11).
- -
- Ejecución de la comprobación: El dispositivo (1) cuenta durante el tiempo indicado el número de impulsos ópticos recibidos, calculando la equivalencia en energía que ha pasado por el contador, a la vez que integra la intensidad medida por la pinza amperimétrica (3), convirtiéndola a su vez en energía con los datos de tensión, relaciones de transformación y factor de potencia. Se realizan en la unidad de proceso (9) todos los cálculos necesarios para la estimación de los datos deseados.
- -
- Finalmente, el aparato facilita al operario, mediante los medios de visualización de datos (10), la información de energía medida por el contador, energía medida por la pinza amperimétrica (3) y su porcentaje de diferencia, que es la estimación del error de medida que hay en el contador.
- -
- Una vez obtenidos estos datos, se procede a su almacenamiento en la memoria no volátil (8).
- -
- La memoria no volátil (8) puede ser volcada mediante el puerto serie (12) o el puerto USB (13).
- -
- Si fuera necesario actualizar el firmware o manipular los datos iniciales del dispositivo (1) se puede realizar ambas operaciones mediante el puerto serie (12) o el puerto USB (13) conectando el dispositivo (1) a un ordenador.
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La precisión de la medida esperada con este
procedimiento está supeditada a la estimación que se hace de la
tensión, del factor de potencia y del equilibrado de carga entre las
fases (en caso trifásico). Es decir, no se obtendrán precisiones
equivalentes a un patrón de medida, sino una aproximación del error
de medida total, para detectar errores de conexionado o anomalías
importantes en el contador.
En otro ejemplo de realización se utiliza el
dispositivo (1) simplificado, en este tipo de comprobación el
operario necesita disponer de un amperímetro con su correspondiente
pinza, y una calculadora. No se debe entrar en contacto con ningún
elemento en tensión siendo idóneo para la realización de mediciones
en campo.
La comprobación resulta de la siguiente forma
(ver figura 5):
- -
- Colocación del sensor óptico (2) en el contador.
- -
- Ejecución de la comprobación: El aparato cuenta durante el tiempo prefijado el número de impulsos ópticos recibidos, y los muestra en los medios de visualización de datos (10).
- -
- Colocación de la pinza amperimétrica (3) en un conductor de entrada al contador. En caso de contador con medida indirecta en baja tensión, se colocaría en el circuito primario. En caso de alta tensión, se colocaría en secundario. Obtención de la lectura de intensidad instantánea.
- -
- Estimación del error de medida \varepsilon (en %) que hay en el contador, con la siguiente operación:
donde:
P_{C}: Potencia medida por el contador.
Se calcula en base a los impulsos recibidos en un minuto, según
la
expresión2 :
expresión
- N_{I}: Impulsos recibidos en 60 s.
- K_{C}: Constante de impulsos del contador (en pulsos/kWh).
P_{A}: Potencia instantánea en la
instalación. Se calcula en base a la medida de intensidad con la
pinza amperimétrica.
En instalación de baja tensión monofásica
directa (sin trafos de intensidad):
- V_{P}: Tensión (230 V).
- V_{P}: Intensidad medida (A).
- cos\varphi: Factor de potencia.
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En instalación de alta/baja tensión trifásica
directa o indirecta:
- V_{P}: Tensión primaria (V).
- I_{P}: Intensidad medida (A) en primario (caso directo).
- cos\varphi: Factor de potencia.
- I_{S}: Intensidad medida (A) en secundario.
- R_{TI}: Relación de transformación de intensidades.
- V_{S}: Tensión secundaria (V).
- R_{TT}: Relación de transformación de tensión.
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El factor de potencia instantáneo se toma de los
datos del contador. En caso de que sea un modelo que no indique esta
magnitud, se estima como 0,85 para instalaciones en baja tensión o
0,95 para alta tensión.
En otro ejemplo de realización de la invención
se procede a describir la comprobación del contador estático desde
la línea de reparto o acometida (ver figura 3).
Con el objeto de detectar derivaciones no
controladas que supongan una pérdida no técnica de energía medida en
el contador, se propone el siguiente procedimiento, basado en el
dispositivo (1) descrito en este documento.
Se podrá aplicar este procedimiento siempre que
esté disponible un punto adecuado para instalar el dispositivo (1)
durante un período de tiempo suficiente para detectar la pérdida de
energía (varias horas, según el consumo de la instalación).
El punto a elegir debe ser la propia acometida
de la instalación a comprobar o debe contener cuantas menos
derivaciones sea posible.
El procedimiento es el siguiente:
- -
- Colocación de la pinza amperimétrica (3) del dispositivo (1) en un conductor de la acometida o derivación en el punto elegido. Activar el modo integración de la energía a partir de la intensidad medida por la pinza. El dispositivo (1) mide el tiempo y la energía estimada que pasa por la instalación, hasta que se detenga varios minutos u horas después.
- -
- Toma de lectura del contador a comprobar, cuidando que pase el menor tiempo posible desde que se ha puesto en marcha el dispositivo (1). Si del punto donde se ha colocado el dispositivo (1) cuelgan más contadores, se debe tomar lectura de todos ellos.
- -
- Después del período de tiempo deseado, se recupera el dispositivo (1), que contendrá la energía totalizada y el tiempo total de medida.
- -
- Se toma nota de la lectura del contador (o contadores) a comprobar.
- -
- Se comparan las dos energías obtenidas, por diferencia de lectura de contador (o contadores) y medida por el dispositivo (1) en el mismo tiempo. Se calcula con estos datos el error de medida y se detecta la posible pérdida de energía por derivaciones no controladas.
Claims (12)
1. Dispositivo (1) para comprobación de
contadores estáticos que comprende:
- -
- una pinza amperimétrica (3) encargada de detectar intensidad en una red eléctrica,
- -
- un convertidor analógico-digital (6) encargado de convertir señales analógicas en señales digitales,
- -
- una unidad central de proceso (9) encargada de controlar todo el dispositivo (1) y sus funciones,
- -
- una memoria no volátil (8) encargada de registrar datos necesarios para llevar a cabo medidas completas de varios días de duración,
- -
- un puerto de comunicaciones serie (12) que permite el envío y/o recepción de datos medidos y carga de firmware,
- -
- un puerto USB (13) que permite el envío y/o recepción de datos medidos y carga de firmware,
- -
- elementos de visualización de datos (10) encargados de mostrar datos al usuario,
- -
- medios de entrada de datos (11) encargados de permitir la introducción de datos necesarios para realizar cálculos de error, y
- -
- medios de alimentación (7) autónomos,
caracterizado porque adicionalmente
comprende:
- -
- un sensor óptico (2) encargado de detectar pulsos ópticos generados por el contador estático,
- -
- un circuito acondicionador de señal óptica (4) encargado de ajustar señales generadas por el sensor óptico, y
- -
- un circuito acondicionador de señal intensidad (5) encargado de ajustar señales captadas por la pinza amperimétrica (3).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Dispositivo (1) según reivindicación 1
caracterizado porque el sensor óptico (2) es un sensor óptico
tipo fotodiodo o fototransistor.
3. Dispositivo (1) según reivindicación 1
caracterizado porque el circuito acondicionador de señal
intensidad (5) comprende:
- -
- un filtro paso bajo,
- -
- un amplificador de ganancia programable, y
- -
- un detector de verdadero valor eficaz.
\vskip1.000000\baselineskip
4. Dispositivo (1) según reivindicación 1
caracterizado porque los medios de visualización (10)
comprenden una pantalla LCD.
5. Dispositivo (1) según reivindicación 4
caracterizado porque la pantalla LCD es retroiluminada.
6. Dispositivo (1) según reivindicación 1
caracterizado porque los medios de entrada de datos (11)
comprenden un teclado numérico completo.
7. Dispositivo (1) según reivindicación 1 y 6
caracterizado porque los medios de entrada de datos (11)
permiten el acceso a funciones del dispositivo que se realizan a
través de un menú de navegación por opciones.
8. Dispositivo (1) según reivindicación 1
caracterizado porque los medios de alimentación (7) autónomos
comprenden una pila o una batería recargable.
9. Procedimiento para comprobación de contadores
estáticos que hace uso del dispositivo (1) descrito en una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-8
caracterizado porque comprende las siguientes fases:
- -
- colocación de la pinza amperimétrica (3) en un conductor de entrada al contador,
- -
- conversión de la señal obtenida en el paso anterior por la pinza amperimétrica (3) a una señal digital mediante el conversor analógico-digital (6),
- -
- colocación del sensor óptico (2) en el contador,
- -
- acondicionamiento de la señal obtenida en el paso anterior por el sensor óptico (2) mediante el circuito acondicionador de señal óptica (4),
- -
- ajuste de constantes necesarias para realizar la comprobación,
- -
- ejecución de la comprobación,
- -
- representación en los medios de visualización (10) de información de energía medida por el contador, energía medida por la pinza amperimétrica (3) y porcentaje de diferencia, que es la estimación del error de medida que hay en el contador.
\vskip1.000000\baselineskip
10. Procedimiento según reivindicación 9
caracterizado porque el acondicionamiento de señal mediante
el circuito acondicionador de señal óptica (4) realiza las
siguientes operaciones:
- -
- una polarización y una amplificación a través de una resistencia R2,
- -
- una comparación con umbral ajustable a través de una resistencia R1, y
- -
- un formateado de señal digital a nivel TTL/CMOS.
\vskip1.000000\baselineskip
11. Procedimiento según reivindicación 9
caracterizado porque la ejecución de la comprobación se
realiza en las siguientes fases:
- -
- estimación del número de impulsos ópticos recibidos por el sensor óptico (2) durante el tiempo indicado,
- -
- cálculo a partir del resultado de la fase anterior de la equivalencia en energía que ha pasado por el contador,
- -
- integración de la intensidad medida por la pinza amperimétrica (3),
- -
- conversión del resultado de la fase anterior en energía con datos de tensión, relaciones de transformación y factor de potencia.
\vskip1.000000\baselineskip
12. Procedimiento según reivindicación 9
caracterizado porque la fase de ajuste de constantes
comprende el ajuste de:
- -
- peso del impulso,
- -
- tensión de la instalación,
- -
- relaciones de transformación (intensidad y tensión),
- -
- factor de potencia, y
- -
- tiempo para realizar la comprobación.
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