ES2640396T3 - Procedimiento y dispositivo de detección de arcos eléctricos para instalaciones eléctricas con fuente de corriente continua - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de detección de arcos eléctricos para instalaciones eléctricas con fuente de corriente continua, implementado por un dispositivo de detección que consta de un procesador de cálculo, dispuesto entre la fuente de corriente continua y una carga, caracterizado porque consta de las etapas de: - obtención (40, 42) de una señal temporal digital a partir de la corriente eléctrica proporcionada por la fuente de corriente continua, - para una pluralidad de intervalos de tiempo sucesivos de duración temporal predeterminada: - extracción (44) de una señal secundaria temporal digital de dicha señal temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo corriente, - aplicación (46) de un filtrado de paso de banda a dicha señal secundaria temporal digital, - cálculo (50, 52) de un valor estadístico de orden cuatro de la señal secundaria temporal digital filtrada, - comparación (54) del valor estadístico de orden cuatro calculado con un primer umbral estadístico y/o con un segundo umbral estadístico, y en el caso en el que el valor estadístico de orden cuatro sea inferior al primer umbral estadístico, o en el caso en el que el valor estadístico de orden cuatro sea superior al segundo umbral estadístico, memorización de una indicación de detección positiva para el intervalo de tiempo corriente, - detección (60) de presencia de arco eléctrico cuando el número de indicaciones de detección positiva memorizadas sobrepase un umbral de detección predeterminado.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento y dispositivo de deteccion de arcos electricos para instalaciones electricas con fuente de corriente continua
La presente invencion se refiere a un procedimiento y dispositivo de arcos electricos para instalaciones electricas con fuente de corriente contenida.
Se situa en el ambito de la proteccion de instalaciones electricas.
La invencion encuentra una aplicacion particular en el ambito de las instalaciones fotovoltaicas, que constan de paneles fotovoltaicos como fuentes de energfa electrica de corriente contenida. En las instalaciones fotovoltaicas, un dispositivo ondulador apto para transformar la corriente electrica contenida en corriente alterna que se inyectara en la red de distribucion electrica se conecta a los paneles fotovoltaicos.
De manera general, la invencion se aplica para cualquier otro tipo de instalacion electrica que conste de una o varias fuentes de corriente electrica continua, conectadas a una carga, en particular, cuando el cable de conexion entre las fuentes de corriente y las cargas es muy largo.
En tales instalaciones, es posible constatar, sobre la longitud del cable de conexion, defectos de aislamiento. Pueden producirse arcos electricos, que inducen a un riesgo de incendio y a un riesgo de seguridad para los agentes de mantenimiento. Ademas, las cargas conectadas aguas abajo corren igualmente el riesgo de danarse, lo que induce costes de reparacion y de reemplazo.
Los problemas ligados a la aparicion de arcos electricos se conocen muy bien, y existen diversos procedimientos de deteccion de presencia de arco electrico lo mas pronto posible, con el fin de realizar un corte del circuito electrico y evitar la aparicion de incendios, el accidente del agente de mantenimiento y el dano de las cargas.
Xiu Yao y col.: "The detection of DC arc fault: Experimental study and fault recognition", Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 5 de febrero de 2012, paginas 1720-1727, desvela un procedimiento de deteccion de arcos para instalaciones electricas con una fuente de corriente continua.
En el ambito de las fuentes de corriente continua de las instalaciones fotovoltaicas, es particularmente diffcil aplicar ciertos procedimientos conocidos, debido a la presencia de cambios resistentes y a la resistencia del cable de conexion de gran longitud. En ciertos casos la corriente de arco es debil y se ha observado por simulacion que el espectro de la corriente en caso de presencia de arco esta muy cerca del espectro de corriente en ausencia de arco, lo que hace la deteccion de arcos electricos muy diffcil.
La invencion tiene como objetivo proponer un procedimiento de deteccion de arco electrico para instalaciones electricas con una fuente de corriente continua, que es eficaz incluso en el caso en el que la corriente de arco electrico es debil.
Para ello, la invencion propone, segun un primer aspecto, un procedimiento de deteccion de arcos electricos para instalaciones electricas con una fuente de corriente continua, implementado por un dispositivo de deteccion que consta de un procesador de calculo, dispuesto entre la fuente de corriente continua y una carga.
El procedimiento de la invencion consta de las etapas de:
- obtencion de una senal temporal digital a partir de la corriente electrica proporcionada por la fuente de corriente continua,
- para una pluralidad de intervalos de tiempo sucesivos de duracion temporal predeterminada:
- extraccion de una senal secundaria temporal digital de dicha senal temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo corriente,
- aplicacion de un filtrado de paso de banda a dicha senal secundaria temporal digital,
- calculo de un valor estadfstico de orden cuatro de la senal secundaria temporal digital filtrada,
- comparacion del valor estadfstico de orden cuatro calculado con un primer umbral estadfstico y/o con un segundo umbral estadfstico, y en el caso en el que el valor estadfstico de orden cuatro es inferior al primer umbral estadfstico, o en el caso en el que el valor estadfstico de orden cuatro es superior al segundo umbral estadfstico, memorizacion de una indicacion de deteccion positiva para el intervalo de tiempo corriente,
- deteccion de presencia de arco electrico cuando el numero de indicaciones de deteccion positiva memorizadas sobrepasa un umbral de deteccion predeterminado.
Ventajosamente, el procedimiento de deteccion de arco electrico segun la invencion consta de la extraccion de senales secundarias temporales y el analisis de estadfsticas de cuarto orden en varios intervalos temporales para detectar la presencia de arco electrico.
El procedimiento segun la invencion es eficaz incluso cuando la corriente de arco es debil, y es rapido desde un
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punto de vista de calculo.
El procedimiento de deteccion de arcos electricos segun la invencion puede presentar igualmente una o varias de las siguientes caractensticas.
Este procedimiento consta de, para una dicha senal secundaria temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo corriente, una determinacion de un valor de suma maxima de la senal secundaria temporal digital, y una actualizacion de dicha indicacion de deteccion positiva en funcion del valor estadfstico de orden cuatro calculado y del valor de suma maximo calculado.
La determinacion de un valor de suma maximo de la senal secundaria temporal digital se efectua cuando dicho valor estadfstico de orden cuatro es superior al primer umbral estadfstico e inferior al segundo umbral estadfstico.
El procedimiento consta de, ademas, cuando el valor estadfstico de orden cuatro es superior al primer umbral estadfstico e inferior a un umbral estadfstico intermedio, una comparacion del valor de suma maximo con un primer umbral de desarrollo, y una deteccion de presencia de arco electrico si el valor maximo de la suma es superior a dicho primer umbral de suma.
Cuando el valor estadfstico de orden cuatro es superior al umbral estadfstico intermedio e inferior al segundo umbral estadfstico, el procedimiento consta de una comparacion del valor de suma maxima con un segundo umbral de suma maxima, y una deteccion de presencia de arco electrico si el valor maximo de la suma es superior a dicho segundo umbral de suma.
El procedimiento consta de un calculo de un coeficiente de variacion sobre la media y del valor estadfstico de orden dos de la senal secundaria temporal digital que corresponde al intervalo de tiempo corriente antes del filtrado de paso de banda, y una actualizacion de dicha indicacion de deteccion positiva cuando dicho coeficiente de variacion sobrepasa un umbral de variacion predeterminado.
Para cada intervalo de tiempo corriente, la memorizacion de una indicacion de deteccion de arco electrico en una memoria intermedia circular de tamano predeterminado e implementado.
Segun una caractenstica, el umbral de deteccion se calcula en funcion del tamano de la memoria intermedia circular.
Segun una caractenstica, dos intervalos de tiempo sucesivos presentan un solapamiento de una duracion de solapamiento predeterminada.
El filtrado de paso de banda se define por una primera frecuencia F1 y una segunda frecuencia F2, siendo la dicha primera frecuencia funcion de una frecuencia de corte de dicha carga, siendo la dicha segunda frecuencia funcion de una frecuencia de muestreo de un convertidor analogico-digital que permite obtener dicha senal temporal digital.
Segun un segundo aspecto, la invencion se refiere a un dispositivo de arcos electricos para instalaciones electricas con fuente de corriente contenida, que consta de un procesador de calculo, dispuesto entre la fuente de corriente continua y una carga.
El dispositivo consta de:
- un modulo de obtencion de una senal temporal digital a partir de la corriente electrica proporcionada por la fuente de corriente continua,
para aplicacion a una pluralidad de intervalos de tiempo sucesivos de duracion temporal predeterminada,
- una unidad de extraccion de una senal secundaria temporal digital de dicha senal temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo corriente,
- un modulo de paso de banda a dicha senal secundaria temporal digital,
- un modulo de un modulo calculo de un valor estadfstico de orden cuatro de la senal secundaria temporal digital filtrada,
- un modulo de decision, apto para efectuar una comparacion del valor estadfstico de orden cuatro calculado con un primer umbral estadfstico y/o con un segundo umbral estadfstico, y en el caso en el que el valor estadfstico de orden cuatro es inferior al primer umbral estadfstico, o en el caso en el que el valor estadfstico de orden cuatro es superior al segundo umbral estadfstico, una memorizacion de una indicacion de deteccion positiva para el intervalo de tiempo corriente,
- siendo el modulo de deteccion apto para detectar la presencia de arco electrico cuando el numero de indicaciones de deteccion positiva memorizadas sobrepasa un umbral de deteccion predeterminado.
El dispositivo de deteccion de arcos electricos segun la invencion puede presentar igualmente una o varias de las siguientes caractensticas.
Consta de un modulo de desencadenamiento de una unidad de seguridad en respuesta a una senal de desencadenamiento enviada por el modulo de decision.
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La unidad de extraccion de una senal secundaria temporal digital de dicha senal temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo corriente consta de un sensor de corriente electrica y un convertidor analogico-digital que tiene una frecuencia de muestreo dada.
El modulo de filtrado de paso de banda es apto para efectuar un filtrado entre una primera frecuencia F1 y una segunda frecuencia F2, siendo la dicha primera frecuencia funcion de una frecuencia de corte de dicha carga, dicha segunda frecuencia siendo funcion de la frecuencia de muestreo.
Consta de un modulo de calculo de suma de dicha senal secundaria temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo corriente, un valor de suma maxima de la senal secundaria temporal digital transmitiendose a dicho modulo de decision.
Consta de un modulo de calculo de variacion apto para calcular un coeficiente de variacion sobre la media y del valor estadfstico de orden dos de la senal secundaria temporal digital que corresponde al intervalo de tiempo corriente antes del filtrado de paso de banda, y para transmitir el coeficiente de variacion calculado al dicho modulo de decision.
Otras caractensticas y ventajas de la invencion surgiran a partir de la descripcion que se dara a continuacion, a tftulo indicativo y en ningun caso limitativo, en referencia a las figuras adjuntas, entre las cuales:
- la figura 1 representa esquematicamente una instalacion electrica que consta de un dispositivo de deteccion de presencia de arcos electricos segun un modo de realizacion de la invencion;
- la figura 2 representa esquematicamente un conjunto de bloques funcionales de un dispositivo de deteccion de arcos electricos segun un modo de realizacion de la invencion;
- a figura 3 ilustra modulos funcionales implementados por un dispositivo de calculo de un dispositivo de deteccion de arcos electricos segun la invencion;
- la figura 4 ilustra esquematicamente muestras de senales secundarias temporales digitales;
- la figura 5 es un diagrama de bloques de las principales etapas de un procedimiento de deteccion de arcos electricos segun un modo de realizacion de la invencion.
La figura 1 ilustra esquematicamente una instalacion 2 electrica en la que la invencion encuentra una aplicacion.
En el modo de realizacion ilustrado, se trata de una instalacion 2 electrica fotovoltaica, que consta de una fuente 4 de corriente continua, formada, por ejemplo, de un conjunto de paneles solares, conectado en el circuito 2 electrico con un ondulador 6.
El ondulador 6 es apto para transformar la corriente electrica continua proporcionada por la fuente 4 en corriente electrica alterna de frecuencia 50 Hz, que permite alimentar una red 8 electrica.
El circuito 2 de instalacion consta igualmente de un dispositivo de deteccion de presencia de arcos 10 electricos, cuyos bloques funcionales principales se describen mas en detalle en referencia a la figura 2.
El dispositivo de deteccion de presencia de arcos 10 electricos consta de un sensor 12 de corriente electrica que es apto para recuperar la senal correspondiente a la corriente electrica DC, y a digitalizarla para proporcionar una senal temporal digital en entrada de un dispositivo 14 de calculo apto para efectuar tratamientos de senal digital.
El dispositivo 14 de calculo es, por ejemplo, un microcontrolador o un procesador de senal digital, llamado igualmente DSP por "Digital Signal Processor". El dispositivo 14 consta, en particular, un microprocesador, memorias e interfaces 16 de entrada-salida que permite enviar ordenes de control a una unidad 18 de seguridad, apta para efectuar una abertura del circuito para eliminar la propagacion de arco electrico detectado.
El dispositivo 14 se programa para implementar modulos funcionales de decision tales como los ilustrados esquematicamente en la figura 3.
Como se ilustra en la figura 3, el sensor 12 de corriente electrica DC recupera la senal correspondiente, y la unidad 20 de conversion analogica/digital proporciona una senal S temporal digital que se memoriza a medida que se adquiere, preferentemente en una memoria intermedia (o buffer en terminologfa anglosajona) de muestras digitales.
Una unidad 22 de extraccion de senal secundaria temporal digital correspondiente a un intervalo de tiempo de deslizamiento, definido entre un instante T0 temporal y un instante T0+At temporal, se aplica para extraer una senal Sf secundaria temporal digital. Por ejemplo, At=0,2 segundos, lo que corresponde a K muestras de la senal digital.
La unidad 22 de extraccion se aplica sucesivamente aplicando el intervalo de deslizamiento, dos extracciones sucesivas que tienen preferentemente una zona de solapamiento de dt segundos que corresponde a r muestras.
Por ejemplo, la zona de solapamiento es igual a dt=0,5xAt. De manera mas general, dt esta comprendido entre 0,1xAt y 0,9xAt.
En la figura 4, las muestras Si de la senal temporal digital se memorizan en la memoria 21, y senales Sw-i, SW2
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secundarias temporales digitales, y asf sucesivamente se extraen de la memoria 21 intermedia, para intervalos W1, W2 con un solapamiento de r=2 muestras en este ejemplo.
Las senales secundarias temporales digitales se tratan seguidamente por los modulos 24 y 26 a 28 de tratamiento respectivos.
El modulo 24 de filtrado aplica un filtrado de paso banda, entre una primera frecuencia F1 y una segunda frecuencia F2, por ejemplo, F1=50 kHz (kilohercios) y f2=90 kHz.
Se pueden seleccionar otros valores de primera frecuencia y de segunda frecuencia para la definicion del filtrado de paso de banda.
De una manera mas general, la primera frecuencia se selecciona en funcion de la frecuencia de corte de la carga 6, y la segunda frecuencia se selecciona en funcion de la frecuencia de muestreo de la conversion analogica digital aplicada a la senal temporal que representa la corriente electrica. Por ejemplo, para un muestreo a 200 kHz, una segunda frecuencia de 90 kHz se selecciona.
En un primer modo de realizacion, el modulo 24 de filtrado se implementa por el dispositivo 14 de calculo tal como se describio anteriormente.
En un modo de realizacion preferente alternativo, el modulo 24 de filtrado se implementa por un circuito analogico de filtrado.
Una senal secundaria temporal digital filtrada se obtiene en la salida del modulo 24 de filtrado.
El modulo 26 de calculo estadfstico efectua un calculo de un valor estadfstico de orden 4 o curtosis, igualmente llamado coeficiente de aplanamiento, de cada senal secundaria temporal digital filtrada, y el modulo 28 de calculo de la suma efectua el calculo de la suma maxima de cada senal secundaria temporal digital filtrada, como se explica en mayor detalle a continuacion.
El modulo 30 de calculo de variacion efectua un calculo de coeficiente de variacion de la senal secundaria temporal antes del filtrado de paso de banda, para cada senal secundaria temporal digital extrafda por la unidad 22 de extraccion.
En un modo de realizacion, los modulos 26 de calculo estadfstico, de calculo 28 de la suma y de calculo 30 de variacion se implementan sustancialmente en paralelo. Cada uno de los modulos de calculo proporciona un indicador de deteccion de presencia de arco electrico, en caso de fracaso, para cada senal secundaria temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo, a un modulo 32 de decision.
En un modo de realizacion preferente alternativo, el modulo 26 de calculo se aplica en un primer tiempo, y, los modulos de calculo 28 de suma y de calculo 30 de variacion se aplican posteriormente, en funcion del resultado del modulo 26 de calculo estadfstico.
El modulo 32 de decision memoriza indicaciones de deteccion de presencia de arco para una pluralidad de senales secundarias temporales digitales que corresponde cada una a un intervalo de tiempo, y efectua una determinacion de deteccion de arco electrico en funcion de la pluralidad de las indicaciones de deteccion de arco.
En un modo de realizacion, las indicaciones de deteccion de arco se representan en forma de banderas que toman un valor binario que indica la respectivamente la deteccion de presencia o de ausencia de arco electrico para una senal secundaria temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo dado, y se memorizan en una memoria intermedia de deteccion de arco, de tipo circular y de capacidad N dada.
El modulo 32 de decision decide la presencia de un arco electrico cuando la memoria intermedia de deteccion de arco contiene, al menos, n indicaciones positivas entre las N indicaciones memorizadas.
Preferentemente, n esta comprendido entre 30 % de N y 100% de N.
En caso de decision positiva por el modulo 32 de decision, este modulo envfa una senal de desencadenamiento a un modulo 34 de desencadenamiento de la unidad 18 de seguridad, con el fin de provocar una abertura del circuito electrico.
La figura 5 es un diagrama de bloques de las principales etapas de un procedimiento de deteccion de arcos electricos para instalaciones electricas con una fuente de corriente continua segun un modo de realizacion de la invencion.
En una primera etapa 40 de adquisicion de la senal electrica, la senal temporal que representa la corriente electrica continua emitida por la fuente de corriente continua se adquiere.
Esta senal temporal se digitaliza por un conversor analogico/digital en el momento de la etapa 42 de digitalizacion, y
las muestras de la senal temporal digital obtenidas se memorizan en una memoria intermedia de muestras digitales. En un ejemplo de realizacion, una digitalizacion de 200 kHz se efectua.
Una senal temporal digital se extrae en el momento de la etapa 44 de extraccion de la senal secundaria, para in intervalo de tiempo corriente comprendido entre un instante To inicial y un instante To+At final dados.
5 La senal temporal digital se filtra en el momento de una etapa 46 de filtrado de paso de banda, por ejemplo, por un filtro Butterworth de orden 6 entre una primera frecuencia 50 kHz y una segunda frecuencia de 90 kHz.
El conjunto de las muestras digitales de la senal secundaria digital temporal digital extrafda se proporciona igualmente en la entrada de una etapa de calculo 48 de coeficiente de variacion.
Para una senal Sw secundaria temporal digital compuesta de muestras Sw(1) a Sw(K), el coeficiente Cv(Sw) de 10 variacion se da por:
CV(SW) = 100*
M(SW)
(Eq1)
<7(SW)
Donde p(Sw) es la media de la senal Sw secundaria temporal digital, o estadfstica de primer orden:
E[x] designando el valor matematico de una viable X.
15 Y o(Sw) es la desviacion estandar de la senal Sw secundaria temporal digital, o estadfstica de segundo orden:
Despues del filtrado de la senal secundaria temporal digital en el momento de la etapa 46 de filtrado de paso de banda, la media y la varianza de la senal Swf secundaria temporal digital filtrada se calculan en la etapa 50 del calculo de las estadfsticas de orden 1 y 2 despues del filtrado:
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El valor estadfstico de orden 4 o curtosis del tiempo de la senal Swf secundaria temporal digital filtrada se calcula en el momento de la etapa 52 de calculo de estadfstica de orden superior, efectuado despues del calculo de las estadfsticas de orden 1 y 2.
25 El curtosis se define, para una senal Swf secundaria temporal digital filtrada, por:
Para una senal Swf secundaria temporal digital filtrada dada, se obtiene de esta manera un valor de curtosis. Cuando la distribucion de las muestras de la senal Swf secundaria temporal digital filtrada es un gaussiana normalizada, el valor de curtosis es K=3.
30 El valor de curtosis obtenido por una senal Swf secundaria temporal digital se proporciona a una etapa 54 de deteccion para un intervalo de tiempo dado.
La etapa 54 de deteccion implementa pruebas de deteccion de arco que proporciona cada una un indicador de
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deteccion de presencia o ausencia de arco electrico, para la senal secundaria temporal digital que corresponde al intervalo de tiempo corriente.
Se ha constatado, despues de las pruebas experimentales realizados por los inventores, que cuando el valor K(Swf) del curtosis calculado para una senal Swf secundaria temporal digital filtrada dada es inferior a un primer umbral K1 estadfstico, o es superior a un segundo umbral K2 estad^stico, la deteccion de presencia de arco electrico es positiva.
Preferentemente, el primer umbral estadfstico es Ki=2,1 y el segundo umbral estadfstico es K2=5.
De manera general Ki=2,i±AKi y K2=5±AK2 aqu AKi y AK2 se definen para que la deteccion del arco sea siempre optima, con AKi=0,1 y AK2=0,1.
Una primera prueba efectuada en la etapa 54 de deteccion consiste en comprar el valor del curtosis K(Swf) calculado en el primer umbral Ki y el segundo umbral K2.
Si la primera prueba indica que K(Swf) < Ki o que K(Swf) s K2, un primer indicador Indi binario se pone entonces a i.
De manera mas general, un primer indicador Indi se pone a un valor que indica una deteccion de arco electrico positivo para la senal Sw secundaria temporal digital considerada.
El procedimiento comprende igualmente una etapa 56 de calculo de una senal de suma de la senal Sw temporal digital considerada y una etapa 58 de calculo de suma maxima de esta senal secundaria.
La etapa 56 se efectua sustancialmente en paralelo con la etapa 52 de calculo de estadfstica de orden superior o tras la etapa de calculo de la estadfstica 52 de orden superior.
Consta del calculo de una senal de suma a partir de la senal Swf secundaria temporal digital filtrada:
Donde j es la unidad de ambito imaginario y H(X) es la transformada de Hilbert de una senal X.
Despues, en el momento de la etapa 58, el maximo en valor absoluto de la senal Y(i) analttica se calcula. La suma maxima, senalada como MaxEnv(SwF), se calcula como sigue:
Donde MAX (•) es la funcion maxima y Y(/)| es el valor absoluto de la amplitud de la senal Y(i).
El valor maximo de suma obtenido se proporciona igualmente en la etapa 54 de deteccion.
En la etapa 54 de deteccion, el valor MaxEnv(SwF) de suma maximo se utiliza con el valor K(Swf) de curtosis calculado para la senal secundaria temporal digital filtrada corriente para efectuar una segunda prueba de deteccion de presencia de arco electrico.
Si el valor de K(Swf) esta comprendido entre el primer umbral Ki estadfstico es un valor Kint de umbral estadfstico intermedio y, si el valor de suma maxima de la senal MaxEnv(Swf) secundaria es superior a un primer umbral MEi a un primer umbral, entonces, un segundo indicador Ind2 se pone a un valor que indica una deteccion de arco electrico positivo para la senal SW secundaria temporal digital considerada.
Preferentemente Kint=3,3 a MEi=0,3
Si el valor de K(Swf) esta comprendido entre el valor Kint de umbral estadfstico intermedio y el segundo umbral K2 estadfstico, y si el valor de la suma MaxEnv(Swf) maxima es superior a un segundo umbral ME2 de suma, entonces, el segundo indicador Ind2 se pone a un valor que indica una deteccion de arco electrico positivo para la senal SW secundaria temporal digital considerada.
Preferentemente Kint=3,3 a ME2=0,03
Se senalara igualmente que K2>Ki.
Por ultimo, en la etapa 54 de deteccion, el valor del coeficiente de variacion calculado en el momento de la etapa 48 de calculo de coeficiente de variacion se utiliza para efectuar una tercera prueba de deteccion de presencia de formacion de arco electrico.
El valor del coeficiente de variacion calculado se compara a un valor V de umbral de variacion, por ejemplo, igual a
5
10
15
20
25
30
35
40
45
15, y preferentemente comprendido entre 15 % y 100 %.
En caso de sobrepasar el umbral de variacion, entonces se Cv(Sw) > V, entonces un tercer indicador Ind3 se pone a un valor que indica una deteccion de arco electrico positivo para la senal Swf secundaria considerada.
Finalmente, en el momento de la etapa 54 de deteccion, varios valores calculados para la senal secundaria temporal digital que corresponden al intervalo de tiempo corriente se comparan a unos umbrales, y tres indicadores de deteccion de presencia de arco electrico se actualizan.
Los tres indicadores que permiten proporcionar una indicacion de deteccion de arco electrico, positivo o negativo, para el intervalo de tiempo corriente.
Si uno de los tres indicadores Indi, Ind2 e Ind3 actualizados es positivo, entonces se indica una deteccion positiva de presencia de arco electrico, entonces, la indicacion de deteccion de arco electrico para el intervalo de tiempo corriente es positivo.
Si los tres indicadores Indi, Ind2 et Ind3 son negativos, entonces la indicacion de deteccion de arco electrico para el intervalo de tiempo corriente es negativa.
Si la indicacion de deteccion de arco electrico para el intervalo de tiempo corriente es positiva, entonces, la etapa 54 de deteccion se sigue de la etapa 60 de decision de presencia de arco en funcion de las pruebas efectuadas para una pluralidad de senales secundarias temporales digitales extrafdas.
Segun un modo de realizacion, la indicacion de deteccion de arco electrico para el intervalo de tiempo corriente se actualiza en una memoria intermedia circular, llamada memoria intermedia de deteccion de arco, que permite almacenar los resultados de las pruebas de deteccion para un numero N predeterminado de senales secundarias temporales digitales, extrafdas sucesivamente utilizando un intervalo de tiempo de deslizamiento en el tiempo de duracion AT predeterminada.
En la practica, la indicacion de deteccion de arco electrico para el intervalo de tiempo corriente se realiza por la puesta a 1 de un bit que corresponde a la memoria intermedia de deteccion de arco, mientras que una indicacion de deteccion negativa se traduce por la puesta a 0 del bit correspondiente.
Por ejemplo, el tamano N de la memoria intermedia de deteccion de arco se da por la formula:
Donde ||x|| es el redondeo numerico del valor x, fs es la frecuencia de muestreo, AT es la duracion del intervalo de tiempo y dt la duracion de solapamiento entre dos intervalos temporales sucesivos.
Se determina, en el momento de la etapa 60 de decision de presencia de arco si el numero n de indicaciones de deteccion positiva por la senal secundaria temporal digital es superior o igual a un umbral de deteccion calculado en funcion N, por ejemplo 0,3xN.
De manera general, un coeficiente P representativo de una tasa de indicaciones de detecciones positivas entre las N ultimas detecciones de presencia de arco efectuadas se utiliza y se verifica si n > PxN.
En la practica, cuando la indicacion de deteccion de arco electrico es un bit igual a 1, es suficiente con sumar el conjunto de los valores memorizados en la memoria intermedia de deteccion de arco para calcular el valor n.
Cuando la decision es positiva, una senal de desencadenamiento de la unidad de seguridad se envfa a la etapa 62 de desencadenamiento de seguridad, para inducir una abertura del circuito.
En caso de decision negativa, la etapa 60, asf como la etapa 54 de deteccion en caso de deteccion negativa para el conjunto de pruebas efectuadas, se sigue de la etapa 44 de extraccion de muestras de una senal secundaria temporal digital para un nuevo intervalo de tiempo corriente, comprendido entre T0+dt y T0+dt+AT.
En una variante, solo la primera prueba de deteccion basada en la estadfstica de orden cuatro calculada para cada senal secundaria temporal digital extrafda se utiliza. Esta variante es mas rapida desde el punto de vista computacional.
En otra variante, la etapa 48 solo se efectua si el valor de curtosis calculado para una senal secundaria temporal digital considerada esta comprendido entre el primer umbral y el segundo K1 umbral K2. Despues, las etapas 56 y 58 solo se efectuan si el valor de curtosis calculado para una senal secundaria temporal digital filtrada considerada esta comprendido entre el primer umbral K1 y el segundo umbral y el valor de coeficiente de variacion es inferior al umbral K2 de variacion. En esta variante, la primera, segunda y tercera prueba de deteccion no se efectuan
sistematicamente, se efectuan de manera separada y condicionalmente al resultado de una prueba anterior. El tiempo y los recursos computacionales se ahorran en esta variante de realizacion.
En el caso en el que tres pruebas de deteccion de presencia de arcos se efectuen, es posible detectar diversos tipos de arcos electricos, controlando diversas caractensticas de la senal electrica.
Claims (16)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Procedimiento de deteccion de arcos electricos para instalaciones electricas con fuente de corriente continua, implementado por un dispositivo de deteccion que consta de un procesador de calculo, dispuesto entre la fuente de corriente continua y una carga, caracterizado porque consta de las etapas de:- obtencion (40, 42) de una senal temporal digital a partir de la corriente electrica proporcionada por la fuente de corriente continua,- para una pluralidad de intervalos de tiempo sucesivos de duracion temporal predeterminada:- extraccion (44) de una senal secundaria temporal digital de dicha senal temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo corriente,- aplicacion (46) de un filtrado de paso de banda a dicha senal secundaria temporal digital,- calculo (50, 52) de un valor estadfstico de orden cuatro de la senal secundaria temporal digital filtrada,- comparacion (54) del valor estadfstico de orden cuatro calculado con un primer umbral estadfstico y/o con un segundo umbral estadfstico, y en el caso en el que el valor estadfstico de orden cuatro sea inferior al primer umbral estadfstico, o en el caso en el que el valor estadfstico de orden cuatro sea superior al segundo umbral estadfstico, memorizacion de una indicacion de deteccion positiva para el intervalo de tiempo corriente,- deteccion (60) de presencia de arco electrico cuando el numero de indicaciones de deteccion positiva memorizadas sobrepase un umbral de deteccion predeterminado.
- 2. Procedimiento de deteccion de arcos electricos segun la reivindicacion 1, caracterizado porque consta de, para una dicha senal secundaria temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo corriente, una determinacion (56, 58) de un valor de suma maximo de la senal secundaria temporal digital, y una actualizacion de dicha indicacion de deteccion positiva en funcion del valor estadfstico de orden cuatro calculado y del valor de suma maximo calculado.
- 3. Procedimiento de deteccion de arcos electricos segun la reivindicacion 2, caracterizado porque la determinacion de un valor de suma maximo de la senal secundaria temporal digital se efectua cuando dicho valor estadfstico de orden cuatro es superior al primer umbral estadfstico e inferior al segundo umbral estadfstico.
- 4. Procedimiento de deteccion de arcos electricos segun una de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado porque consta de:- cuando el valor estadfstico de orden cuatro es superior al primer umbral estadfstico e inferior a un umbral estadfstico intermedio, una comparacion del valor de suma maximo con un primer umbral de desarrollo, y una deteccion de presencia de arco electrico si el valor maximo de la suma es superior a dicho primer umbral de suma.
- 5. Procedimiento de deteccion de arcos electricos segun la reivindicacion 4, caracterizado porque consta de:- cuando el valor estadfstico de orden cuatro es superior al umbral estadfstico intermedio e inferior al segundo umbral estadfstico, una comparacion del valor de suma maximo con un segundo umbral de desarrollo, y una deteccion de presencia de arco electrico si el valor maximo de la suma es superior a dicho segundo umbral de suma.
- 6. Procedimiento de deteccion de arcos electricos segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque consta de un calculo (48) de un coeficiente de variacion sobre la media y del valor estadfstico de orden dos de la senal secundaria temporal digital que corresponde al intervalo de tiempo corriente antes del filtrado de paso de banda, y una actualizacion de dicha indicacion de deteccion positiva cuando dicho coeficiente de variacion sobrepasa un umbral de variacion predeterminado.
- 7. Procedimiento de deteccion de arcos electricos segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque consta, para cada intervalo de tiempo corriente, de la memorizacion de una indicacion de deteccion de arco electrico en una memoria intermedia circular de tamano predeterminado.
- 8. Procedimiento de deteccion de arcos electricos segun la reivindicacion 7, caracterizado porque dicho umbral de deteccion se calcula en funcion del tamano de la memoria intermedia circular.
- 9. Procedimiento de deteccion de arcos electricos segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dos intervalos de tiempo sucesivos presentan un solapamiento de una duracion de solapamiento predeterminada.
- 10. Procedimiento de deteccion de arcos electricos segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el filtrado (46) de paso de banda se define por una primera frecuencia F1 y una segunda frecuencia F2, siendo la dicha primera frecuencia funcion de una frecuencia de corte de dicha carga, siendo la dicha segunda frecuencia funcion de una frecuencia de muestreo de un convertidor analogico-digital que permite obtener510152025303540dicha senal temporal digital.
- 11. Dispositivo de deteccion de arcos electricos para instalaciones electricas con fuente de corriente continua, que consta de un procesador de calculo, dispuesto entre la fuente de corriente continua y una carga, caracterizado porque consta de:- un modulo de obtencion de una senal temporal digital a partir de la corriente electrica proporcionada por la fuente de corriente continua,para aplicacion a una pluralidad de intervalos de tiempo sucesivos de duracion temporal predeterminada,- una unidad (22) de extraccion de una senal secundaria temporal digital de dicha senal temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo corriente,- un modulo (24) de paso de banda a dicha senal secundaria temporal digital,- un modulo (26) de calculo de un valor estadfstico de orden cuatro de la senal secundaria temporal digital filtrada,- un modulo (32) de decision apto para efectuar una comparacion del valor estadfstico de orden cuatro calculado con un primer umbral estadfstico y/o con un segundo umbral estadfstico, y en el caso en el que el valor estadfstico de orden cuatro sea inferior al primer umbral estadfstico, o en el caso en el que el valor estadfstico de orden cuatro sea superior al segundo umbral estadfstico, una memorizacion de una indicacion de deteccion positiva para el intervalo de tiempo corriente,- siendo el modulo (32) de deteccion apto para detectar la presencia de arco electrico cuando el numero de indicaciones de deteccion positiva memorizadas sobrepase un umbral de deteccion predeterminado.
- 12. Dispositivo de deteccion de arcos electricos segun la reivindicacion 11, caracterizado porque consta de un modulo (34) de desencadenamiento de una unidad de seguridad en respuesta a una senal de desencadenamiento enviada por el modulo (32) de decision.
- 13. Dispositivo de deteccion de arcos electricos segun una cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado porque la unidad (22) de extraccion de una senal secundaria temporal digital de dicha senal temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo corriente consta de un sensor de corriente electrica y un convertidor analogico- digital que tiene una frecuencia de muestreo dada.
- 14. Dispositivo de deteccion de arcos electricos segun la reivindicacion 13, caracterizado porque el modulo (24) de filtrado de paso de banda es apto para efectuar un filtrado entre una primera frecuencia F1 y una segunda frecuencia F2, siendo la dicha primera frecuencia funcion de una frecuencia de corte de dicha carga, dicha segunda frecuencia siendo funcion de la frecuencia de muestreo.
- 15. Dispositivo de deteccion de arcos electricos segun una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque consta de un modulo (28) de calculo de suma de dicha senal secundaria temporal digital que corresponde a un intervalo de tiempo corriente, un valor de suma maxima de la senal secundaria temporal digital transmitiendose a dicho modulo (32) de decision.
- 16. Dispositivo de deteccion de arcos electricos segun una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque consta de un modulo (30) de calculo de variacion apto para calcular un coeficiente de variacion sobre la media y del valor estadfstico de orden dos de la senal secundaria temporal digital que corresponde al intervalo de tiempo corriente antes del filtrado de paso de banda, y para transmitir el coeficiente de variacion calculado al dicho modulo (32) de decision.
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