ES2713002T3 - Método y sistema para detectar ruido en una red eléctrica - Google Patents

Abstract

Un metodo para detectar una fuente del ruido en una red de distribucion de red electrica que implementa comunicaciones mediante linea de potencia, PLC, comprendiendo dicha red de distribucion de red electrica una pluralidad de medidores (51, 61, 71) conectados respectivamente a una pluralidad de redes de usuario final, en donde dicha fuente del ruido a detectar se origina en un dispositivo que pertenece a una de dichas redes de usuario final, en donde cada uno de dichos medidores (51, 61, 71) esta conectado a al menos un par de cables correspondientes a al menos una fase de las 3 fases de la red electrica (R, S, T), comprendiendo dicho al menos un par de cables un primer cable (RA, SA, TA, NA) que pertenece a dicha red de distribucion y un segundo cable (RB, SB, TB, NB) que pertenece a una red de usuario final correspondiente, estando el metodo caracterizado por que comprende: - en cada uno de dichos medidores (51, 61, 71), disponer un elemento (30, 40) que se comporta como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de PLC, y que se comporta como un elemento no resistivo en la frecuencia de la red electrica, CC, 50-60 Hz, entre dicho primer cable que pertenece a la red de distribucion (RA, SA, TA) y dicho segundo cable que pertenece a la red de usuario final (RB, SB, TB); - medir la diferencia en el potencial electrico entre los dos extremos (A, B) de cada elemento (30, 40) dispuesto entre dicho primer cable que pertenece a la red de distribucion (RA, SA, TA) y dicho segundo cable que pertenece a la red de usuario final (RB, SB, TB); - a partir de dicha al menos una medicion, determinar si un dispositivo que pertenece a la red de usuario final y esta conectado a dicho medidor (51, 61, 71) esta provocando o no una perturbacion de ruido.

Description

DESCRIPCION

Metodo y sistema para detectar ruido en una red electrica

Campo tecnico

La presente invencion se refiere al campo de suministro de energia. Mas precisamente, se refiere a metodos y sistemas para detectar y monitorizar los fallos de comunicacion usando las comunicaciones PLC.

Estado de la tecnica

La figura 1 ilustra una arquitectura de la red electrica. La electricidad se genera en las estaciones centrales 11 y en los recursos energeticos distribuidos que producen energia electrica. La energia electrica de las estaciones centrales se transporta a traves de estaciones de transformacion 12, las lineas de transmision 13 y las subestaciones 15. A continuacion, la energia electrica se distribuye a traves de subestaciones secundarias 16 para llegar a los consumidores finales 17. La energia electrica de los recursos energeticos distribuidos puede entregarse a la red electrica o puede gastarse por el propio consumidor.

La red electrica esta sufriendo un proceso de modernizacion con el fin de implementar la denominada infraestructura de medicion avanzada (AMI) que, a diferencia de la lectura automatica de contadores tradicional (AMR), permite la comunicacion bidireccional entre el centro de control y un aparato de medicion inteligente (tambien llamado medidor inteligente) asignado a cada punto de suministro electrico. Un medidor inteligente suele ser un dispositivo electronico que registra el consumo o la generacion de energia electrica a pequenos intervalos (por ejemplo, cada hora o incluso con mayor frecuencia) y comunica esa informacion al centro de control para su monitorizacion y facturacion. Cada usuario de punto final (abonado de punto final) tiene su propio medidor inteligente.

En otras palabras, el sistema AMI esta orientado principalmente a la facturacion y el control del consumo o la generacion de los usuarios finales. Como una cuestion de ejemplo, la solicitud de patente de Estados Unidos US2012/0166004A1 desvela un sistema de gestion de energia que comprende un aparato de gestion de energia para gestionar el consumo de energia. Sin embargo, puede usarse para multiples aplicaciones de alto valor para las empresas de distribucion (empresas de servicios publicos) y minoristas, que pueden ofrecer nuevos servicios gracias a las potentes especificaciones de los medidores inteligentes y gracias a la comunicacion bidireccional entre cada medidor inteligente y el centro de control. Por ejemplo, la solicitud de patente de Estados Unidos US2014/0278162A1 se refiere a un metodo para detectar y localizar cortes de energia a traves del mapeo de la red de baja tension.

Las comunicaciones mediante linea de potencia (PLC) se usan en varios paises para la comunicacion entre el medidor inteligente y el centro de control. Por lo general, se usa una unidad de concentrador de datos (CCU) en una subestacion secundaria para recopilar los datos relacionados con docenas o cientos de medidores electricos inteligentes. PLC usa el sistema de suministro de energia, ya instalado, sin tener que desplegar cables dedicados o utilizar el espectro de radio. A medida que las lineas electricas atraviesan pisos y paredes en edificios, es posible en principio lograr comunicaciones a lo largo de las mismas. Se han desarrollado varias tecnologias en este sentido durante los ultimos anos para usarse con el sistema AMI.

Sin embargo, la red de distribucion de electricidad es compleja y los entornos de ruidos electricos pueden provocar diversas formas de interferencia en la tecnologia PLC, resultando en comunicaciones inestables. Los factores que inducen interferencias incluyen, entre otros: a) grandes variaciones de impedancia de carga: los cambios de impedancia de carga afectan a las tensiones de senal de PLC acopladas a las lineas de alimentacion, que afectan directamente en la distancia de transmision. Los cambios en el factor de potencia y la localization de las cargas de potencia cambian dinamicamente las impedancias de carga a lo largo del tiempo; b) atenuacion en las frecuencias de portadora de PLC selectivas: la conmutacion aleatoria de dispositivos electricos en una red de distribucion de potencia puede provocar cambios en los parametros de potencia, lo que resulta en una atenuacion de las senales de PLC en las frecuencias selectivas. En el mismo lugar e instantaneo, este impacto puede variar a traves de diferentes frecuencias de portadora de PLC. Cuando ciertas frecuencias no son adecuadas para el PLC, el cambio a diferentes frecuencias para la comunicacion podria producir mejores resultados; c) fuerte interferencia de ruido: los equipos electricos en la red electrica, tales como las fuentes de alimentacion de modo conmutado y los inversores, pueden producir cantidades significativas de interferencia en multiples frecuencias que varian aleatoriamente. En la red electrica, estos factores se combinan y cambian continuamente.

Debido a la interferencia producida por estos factores, los medidores inteligentes pueden comunicarse como es deseable, es decir, de una manera continua en el tiempo. Cuando falla la comunicacion, los servicios asociados no pueden proporcionarse. Ademas, la detection de la fuente del ruido que provoca el fallo es extremadamente complicada, debido a que, como cientos de medidores estan interconectados, el ruido se acopla a todos los medidores dentro de una cierta distancia del medidor que origina el fallo.

La figura 2 muestra un medidor inteligente convencional 1. Como los medidores tradicionales, un medidor inteligente esta conectado a 4 pares de cables o alambres, identificandose cada par en la figura con una letra: las letras R, S y T se refieren cada una al par de cables o alambres para cada una de las tres fases de un sistema de potencia electrica trifasico, mientras que la letra N se refiere al par de cables neutros (generalmente conectados a tierra). En cada par de cables R, S, T, N, el cable de la izquierda representa la conexion a la red de distribucion (denominada como R^a , S^a , T^a , N^a) y el cable de la derecha representa la conexion domestica (red de usuario final) (denominada como R^b, S^b, T^b, N^b). Los medidores inteligentes, en general, se instalan en la entrada de una casa.

El ruido en la red electrica es cualquier senal que no es la senal de potencia adecuada (generalmente CC o 50 o 60 Hz, aunque otras frecuencias pueden usarse en su lugar) o la senal de comunicaciones (portador de comunicaciones PLC). El ruido puede iniciarse en cualquier instalacion, ya sea una carga (dispositivo de consumo) o un generador. Cuando se genera ruido en una instalacion de una red de usuario final (en una carga o en un generador de una red de usuario final), se transmite instantaneamente a traves de los medidores inteligentes mas cercanos a lo largo de la red electrica. Como el medidor esta conectado a una barra de bus comun, se transmite instantaneamente al resto de los medidores conectados a la misma barra de bus. Cuando el ruido esta fuera de las bandas de frecuencia de PLC, la comunicacion no se ve afectada. Sin embargo, cuando el ruido esta en las bandas de frecuencia de PLC, la comunicacion se interrumpe y, a veces, puede perderse por completo. Las bandas de frecuencia de PLC tipicas pueden variar de un pais a otro. Por ejemplo, en Europa, las portadoras de PLC varian desde 30 kHz hasta 500 kHz, en funcion del pais. Ademas, pueden asignarse nuevas bandas de frecuencia en el futuro y/o las actuales pueden no usarse nunca mas. El ruido afecta principalmente a la fase a la que esta conectado el dispositivo (carga o generador) que provoca el ruido “generador de ruido" (R, S o T). Se observa que la mayoria de las cargas (dispositivos de consumo) estan conectadas a una de las tres fases de la senal de potencia). Los dispositivos y metodos de medicion convencionales son capaces de medir el ruido entre el alambre de fase afectado (R, S o T en la figura 2) y el alambre neutro (N en la figura 2). Las mediciones convencionales se realizan en general en un medidor inteligente entre un cable o alambre de fase (R, S, T) y el cable o alambre neutro (N), midiendo de este modo una tension instantanea. Entre esos puntos (un cable de fase y un cable neutro) puede verse la senal medida con un nivel de tension en el mismo orden de magnitud que el nivel de senal de comunicacion.

Ademas, cuando el ruido se inicia en una determinada red de usuario final, no solo afecta a su medidor (el medidor del usuario final en el que se ha iniciado el ruido de red), sino que tambien se transmite a otros medidores. El ruido puede transmitirse a otros medidores por muchas razones diferentes. En general, se puede afirmar que el ruido se transmite a un segundo medidor si la atenuacion de senal entre el medidor del usuario final en el que se inicio el ruido de la red y el segundo medidor es lo suficientemente baja. Por lo tanto, el ruido puede medirse en muchos medidores dentro de un area determinada. Debido a que el ruido se mide con niveles similares en esta area, es muy dificil detectar la fuente del ruido. Este es un gran problema para los proveedores de energia electrica porque no pueden detectar el origen del ruido simplemente midiendo; por el contrario, deben apagar los medidores para detectar el problema: cuando se apaga un medidor, se interrumpe el servicio de energia electrica a la red de usuario final asociado. Por lo tanto, si una red de usuario final tiene un dispositivo (carga o generador) que provoca ruido, apagar su medidor implica que el dispositivo ya no provoca mas ruido. Por lo tanto, otros medidores dentro de la red de distribucion pueden funcionar correctamente, sin verse afectados por el dispositivo que provoca las perturbaciones. Sin embargo, esto requiere apagar, uno por uno, todos los medidores dentro de un area determinada, hasta que se aisle la problematica (el ruido). Esto provoca molestia a los usuarios y una perdida de tiempo y dinero para los proveedores de energia electrica.

Por lo tanto, existe una necesidad de desarrollar un nuevo metodo y sistema para detectar y medir las fuentes de ruido en el lado del usuario final de la red de energia electrica.

Descripcion de la invencion

Es un objetivo de la invencion proporcionar un nuevo metodo para detectar una fuente del ruido en el lado del usuario final de la red de energia electrica. En particular, el metodo permite identificar la fuente exacta del ruido (el usuario domestico o final en el que se origino el ruido).

Aunque en cada uno de los cuatro pares de cables o alambres R, S, T, N en la figura 2, se considera que el cable de la izquierda o conexion a la red de distribucion (por ejemplo, R^a), desde el punto electrico, es el mismo punto electrico que el cable a la derecha o conexion a la red de usuario final (por ejemplo, R^b), los medidores inteligentes estan disenados en general para tener un elemento entre estos dos puntos A-B (en cada fase) que crea una pequena impedancia. Ejemplos de un elemento de este tipo son un interruptor interior en cada fase (R, S, T) para desconectar la fuente de alimentacion si es necesario, u otros elementos. En general, el elemento puede ser cualquier elemento que se comporte como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de las comunicaciones de p Lc (por ejemplo, actualmente en Europa entre 30 kHz y 500 kHz), y que se comporte como un elemento no resistivo en la frecuencia de fuente de alimentacion (generalmente CC o 50Hz o 60Hz, aunque pueden usarse otras frecuencias en su lugar). El elemento esta dispuesto en cada fase (R, S, T), entre el cable que pertenece a la red de distribucion y el cable que pertenece a la red de usuario final. Opcionalmente, ademas de un elemento en cada fase (R, S, T), puede haber un elemento similar en el cable neutro. Aunque la diferencia de la tension en los extremos de este elemento es nula en la frecuencia de fuente de alimentacion (CC o 50 Hz o 60 Hz u otras frecuencias, en funcion del pais), en las frecuencias de las comunicaciones de PLC hay una diferencia electrica que representa el ruido que provoca las perturbaciones.

En un primer aspecto de la invencion, se proporciona un metodo para detectar una fuente del ruido en una red de distribucion de red electrica que implementa comunicaciones mediante lmea de potencia (PLC), comprendiendo dicha red de distribucion de red electrica una pluralidad de medidores, conectados respectivamente a una pluralidad de redes de usuario final, en el que dicha fuente del ruido a detectar se origina en un dispositivo que pertenece a una de dichas redes de usuario final, en el que cada uno de dichos medidores esta conectado a al menos un par de cables correspondientes a al menos una fase de las 3 fases de la red electrica (R, S, T), comprendiendo dicho al menos un par de cables un primer cable que pertenece a dicha red de distribucion y un segundo cable que pertenece a una red de usuario final correspondiente. El metodo comprende: en cada uno de dichos medidores, disponer un elemento que se comporta como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de PLC, y que se comporta como un elemento no resistivo en la frecuencia de la red electrica, entre dicho primer cable que pertenece a la red de distribucion y dicho segundo cable que pertenece a la red de usuario final; medir la diferencia en el potencial electrico entre los dos extremos de cada elemento dispuesto entre dicho primer cable que pertenece a la red de distribucion y dicho segundo cable que pertenece a la red de usuario final; a partir de dicha al menos una medicion, determinar si un dispositivo que pertenece a la red de usuario final y esta conectado a dicho medidor esta provocando o no una perturbacion de ruido.

En una realizacion especifica, el metodo comprende ademas: en cada uno de dichos medidores, disponer otro elemento que se comporta como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de PLC, y que se comporta como un elemento no resistivo en la frecuencia de la red electrica, entre el cable neutro que pertenece a la red de distribucion y el cable neutro que pertenece a la red de usuario final; medir la diferencia de potencial electrico entre los dos extremos de dicho elemento; a partir de dicha medicion, determinar si un dispositivo que pertenece a la red de usuario final y esta conectado a dicho medidor esta provocando o no una perturbacion de ruido.

En una realizacion preferida, el elemento es un interruptor configurado para desconectar, si es necesario, la fuente de alimentacion. Como alternativa, el elemento puede ser un cable, un empalme, una resistencia y un fusible, o cualquier elemento que se comporte como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de PLC, y se comporte como un elemento no resistivo en la frecuencia de la red electrica.

En una realizacion especifica, la al menos una medicion en la diferencia de potencial electrico entre los dos extremos de dicho elemento se realiza dentro de dicho medidor. En este caso, la medicion se realiza dentro de dicho medidor por medio de un analizador de espectro dispuesto dentro del medidor y configurado para medir la respuesta espectral en la frecuencia de la red de PLC entre los dos extremos de dicho elemento.

En una realizacion alternativa, la medicion en la diferencia en el potencial electrico entre los dos extremos de dicho elemento se realiza en un dispositivo de medicion fuera de dicho medidor. En este caso, la medicion se realiza por medio de un dispositivo de medicion externo a dicho medidor. El dispositivo de medicion puede comprender un analizador de espectro configurado para medir la respuesta espectral en la frecuencia de la red de PLC entre los dos extremos de dicho elemento, los cables blindados y una sonda de aislamiento. En una implementacion especifica, el dispositivo de medicion esta comprendido dentro de una cubierta de terminal configurada para cubrir dicho medidor.

En otro aspecto de la invencion, se proporciona un sistema para detectar una fuente del ruido en una red de distribucion de red electrica que implementa comunicaciones mediante linea de potencia, PLC, comprendiendo dicha red electrica una pluralidad de medidores conectados respectivamente a una pluralidad de redes de usuario final, en el que dicha fuente del ruido a detectar se origina en un dispositivo que pertenece a una de dichas redes de usuario final, en el que cada uno de dichos medidores esta conectado a al menos un par de cables correspondientes a al menos una fase de las 3 fases de la red electrica (R, S, T), comprendiendo dichos al menos un par de cables un primer cable que pertenece a dicha red de distribucion y un segundo cable que pertenece a una red de usuario final correspondiente. Cada uno de dichos medidores comprende un elemento que se comporta como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de PLC, y que se comporta como un elemento no resistivo en la frecuencia de la red electrica, estando dicho elemento dispuesto entre dicho primer cable que pertenece a la red de distribucion y dicho segundo cable que pertenece a la red de usuario final. El sistema comprende unos medios para medir, en cada medidor, la diferencia en el potencial electrico entre los dos extremos de cada elemento dispuesto entre dicho primer cable que pertenece a la red de distribucion y dicho segundo cable que pertenece a la red de usuario final y para determinar, a partir de dicha al menos una medicion, si un dispositivo que pertenece a la red de usuario final y esta conectado a dicho medidor esta provocando o no una perturbacion de ruido.

En una realizacion especifica, dichos medios para medir comprenden un analizador de espectro configurado para medir la respuesta espectral en la frecuencia de la red de PLC entre los dos extremos de dicho elemento. En una implementacion especifica, los medios para medir estan comprendidos dentro de dicho medidor. Como alternativa, dichos medios de medicion son externos a dicho medidor. En este caso, los medios para medir comprenden ademas cables blindados y una sonda de aislamiento. Mas especificamente, los medios para medir estan comprendidos dentro de una cubierta de terminal configurada para cubrir dicho medidor.

Ventajas y caracteristicas adicionales de la invencion se haran evidentes a partir de la descripcion detallada siguiente y se senalaran especificamente en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripcion de los dibujos

Para completar la descripcion y con el fin de proporcionar una mejor comprension de la invencion, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman parte integral de la descripcion e ilustran una realizacion de la invencion, que no deberia interpretarse como que restringe el alcance de la invencion, sino solo como un ejemplo de como puede realizarse la invencion. Los dibujos comprenden las siguientes figuras:

La figura 1 ilustra una arquitectura convencional de la red electrica.

La figura 2 muestra un esquema de un medidor inteligente convencional para monitorizar la red electrica.

La figura 3 muestra un esquema de una parte interior de un medidor inteligente, de acuerdo con una realizacion de la invencion. La parte ilustrada incluye un elemento que se comporta como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de las comunicaciones de PLC y se comporta como un elemento no resistivo en la frecuencia de fuente de alimentacion. El elemento esta dispuesto en cada fase (R, S, T), entre el cable que pertenece a la red de distribution y el cable que pertenece a la red de usuario final.

La figura 4 muestra un ejemplo especifico del elemento ilustrado en la figura 3.

La figura 5 muestra un esquema para detectar la fuente del ruido en un medidor inteligente, de acuerdo con una posible realizacion de la invencion.

La figura 6 muestra un esquema para detectar la fuente del ruido con un elemento de detection de ruido, externamente al medidor, de acuerdo con una realizacion alternativa de la invencion.

La figura 7 muestra un esquema para detectar la fuente del ruido en un medidor inteligente, usando la cubierta de los cables para integrar el elemento de deteccion de ruido, de acuerdo con una realizacion alternativa de la invencion.

La figura 8 muestra un ejemplo del espectro de frecuencia medido entre los puntos A y B del elemento que se comporta como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de las comunicaciones de PLC. Este espectro se mide en un medidor afectado por el ruido (ruido alto).

La figura 9 muestra un ejemplo del espectro de frecuencia medido entre los puntos A y B del elemento que se comporta como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de las comunicaciones de PLC. Este espectro se mide en un medidor que no se ve afectado por el ruido (ruido bajo).

Descripcion de una forma de realizar la invencion

En este texto, el termino “comprende” y sus derivaciones (tales como “comprendiendo”, etc.) no deberia entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos terminos no deberian interpretarse como excluyentes de la posibilidad de que lo que se ha descrito y definido puede incluir otros elementos, etapas, etc.

En el contexto de la presente invencion, el termino “aproximadamente” y terminos de su familia (como “aproximado”, etc.) deberian entenderse como que indican valores muy cerca de aquellos que acompanan el termino mencionado anteriormente. Es decir, deberia aceptarse una desviacion dentro de limites razonables de un valor exacto, debido a que un experto en la materia entendera que tal desviacion de los valores indicados es inevitable debido a imprecisiones de medicion, etc. Lo mismo se aplica a los terminos “sobre” y “alrededor” y “sustancialmente”.

La siguiente descripcion no debe tomarse en un sentido limitativo, sino que se proporciona unicamente con el fin de describir los principios generales de la invencion. Las siguientes realizaciones de la invencion se describiran a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos mencionados anteriormente que muestran aparatos y resultados de acuerdo con la invencion.

El metodo inventivo puede implementarse ya sea dentro de un medidor inteligente convencional, por ejemplo, pero no de una manera limitante, el que se ilustra en la figura 2, o fuera de un medidor inteligente, por medio de un dispositivo de medicion adicional, como se describira a continuation.

Como ya se ha mencionado, la figura 2 representa un esquema de un medidor inteligente para monitorizar la red de energia electrica de acuerdo con una posible implementation de la invencion. Aunque para cada uno de los cuatro pares de cables o cables R, S, T, N, se considera el cable a la izquierda o la conexion a la red de distribucion (por ejemplo, R^a), para el punto de vista electrico, que es el mismo punto electrico que el cable a la derecha o la conexion a la red de usuario final (por ejemplo, R^b), los medidores inteligentes se disenan en general para que un elemento se comporte como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de las comunicaciones de PLC y se comporte como un elemento no resistivo en las frecuencias de fuente de alimentacion, dispuesto en cada fase (R, S, T), entre el cable que pertenece a la red de distribucion (R^a , S^a , T^a) y el cable que pertenece a la red de usuario final (R^b, S^b, T^b). Es de^d r, en los medidores inteligentes como el que se ejemplifica en la figura 2, en general hay tres elementos, uno por fase (R, S, T). Este elemento puede usarse para desconectar la fuente de alimentacion si es necesario. Opcionalmente, un elemento similar puede estar localizado en el cable neutro, entre el cable que pertenece a la red de distribution (NA) y el cable que pertenece a la red de usuario final (NB). La figura 3 ilustra este elemento 30 dispuesto dentro del medidor inteligente, entre el cable R, S, T o N que pertenece a la red de distribucion y el cable correspondiente R, S, T o N que pertenece a la red de usuario final. Se observa que otras realizaciones de la invention pueden abarcar medidores inteligentes que tienen solo una fase (normalmente R) o solo dos fases (normalmente R y S), en lugar de tres fases (R, S y T) como la de la figura 2. Un lector experto comprendera que, cuando el medidor inteligente tiene solo una fase (R), el elemento no resistivo en las frecuencias de fuente de alimentacion se dispone entre el cable que pertenece a la red de distribucion (R^a) y el cable que pertenece a la red de usuario final (R^b). Y cuando el medidor inteligente tiene solo dos fases (R, S), hay un elemento no resistivo en las frecuencias de fuente de alimentacion entre el cable que pertenece a la red de distribucion (R^a) y el cable que pertenece a la red de usuario final (R^b) de la primera fase (R) y hay otro elemento no resistivo en las frecuencias de fuente de alimentacion entre el cable que pertenece a la red de distribucion (S^a) y el cable que pertenece a la red de usuario final (S^b) de la segunda fase (S).

En realizaciones especificas, este elemento es un interruptor interior 40 dispuesto en una fase (R), dos fases (R, S) o las tres fases (R, S, T), entre el cable perteneciente a la red de distribucion (R^a , S^a , T^a) y el cable que pertenece a la red de usuario final (R^b, S^b, T^b), para desconectar la fuente de alimentacion si es necesario. Esto se muestra en la figura 4. Opcionalmente, un interruptor similar puede estar localizado en el cable neutro, entre el cable que pertenece a la red de distribucion (NA) y el cable que pertenece a la red de usuario final (NB). Las implementaciones alternativas del elemento 3040 son un cable, un empalme, una resistencia y un fusible, entre otras. En general, este elemento puede representarse como una impedancia 30. Tambien pueden instalarse otros elementos que representan pequenas impedancias entre esos dos puntos (A, B en las figuras 3 y 4).

Cuando los interruptores 40 o, en general, aquellas pequenas impedancias 30 (una por fase en el medidor inteligente mostrado en la figura 2 y, opcionalmente, otra en el cable neutro, o una pequena impedancia en la unica fase (R) si el medidor inteligente tiene solo una fase (R) o dos impedancias pequenas en las dos fases respectivas (R, S) si el medidor inteligente tiene solo dos fases (R, S)) esta encendido (conectado), los cables de la red de distribucion (R^a , S^a , T^a , N^a en la figura 2) y los cables de la red domestica o de usuario final (R^b, S^b, T^b, N^b en la figura 2) son, en teoria, el mismo punto electrico en la frecuencia (generalmente CC y 50 o 60 Hz, aunque pueden usarse otras frecuencias en su lugar) en la fuente de alimentacion. Sin embargo, los inventores han observado que los cables de la red de distribucion (R^a , S^a , T^a , N^a en la figura 2) y los cables de la red domestica o de usuario final (R^b, S^b, T^b, N^b en la figura 2) pueden ser diferentes puntos electricos en las bandas de frecuencia usados para la comunicacion (las portadoras de PLC que, por ejemplo, en Europa, varian desde 30 kHz hasta 500 kHz, en funcion del pais). En otras palabras, si el medidor inteligente esta conectado a una red de usuario final que tiene un dispositivo (carga o generador) que provoca ruido, entonces los cables de la red de distribucion (R^a , S^a , T^a , N^a en la figura 2) y los cables de la red domestica o de usuario final (R^b, S^b, T^b, N^b en la figura 2) son en realidad puntos electricos diferentes respectivamente en las bandas de frecuencia usadas para la comunicacion de PLC.

Cuando la red electrica se perturba con un ruido alto, el espectro medido en el elemento 30, 40 entre los puntos A y B (figuras 3 y 4) puede ser similar al espectro mostrado en la figura 8. En el contexto de la presente invencion, “ruido alto" significa ruido que afecta al rendimiento de las comunicaciones, mientras que “ruido bajo” significa ruido que no afecta al rendimiento de las comunicaciones. Por lo general, el ruido no puede cuantificarse en valores absolutos, ya que tanto la potencia de ruido como la potencia de comunicacion pueden variar. Ademas, un mismo valor absoluto de ruido puede considerarse alto o bajo, es decir, afectar o no al rendimiento de la comunicacion, de acuerdo con la tecnologia usada. Por ejemplo, si se usa una tecnologia de PLC de una portadora, un pico de ruido de -10 dBr (en relation con la portadora de PLC) en la frecuencia de portadora se considera perturbador (ruido alto), mientras que un pico de ruido de -60 dBr (en relacion con la portadora de PLC) no se considera perturbador (ruido bajo). Por otro lado, si se usa la tecnologia PLC multiportadora, un pico de ruido de -10 dBr (en relacion con la portadora de PLC maxima) centrado solo en una frecuencia, puede no perturbar (y, por lo tanto, no puede considerarse “ruido alto”), a menos que el rendimiento de las comunicaciones empeore debido al efecto de la senal perturbadora (en cuyo caso, dicho pico se considera perturbador (ruido alto). Otro ruido blanco (homogeneo en una banda de frecuencia) o ruido de pulso (corto en el tiempo pero alto en nivel) son ejemplos de ruido perturbador en redes electricas.

La figura 8 representa un ejemplo especifico del espectro de frecuencias de la tecnologia PLC multiportadora que funciona dentro de la banda de frecuencia de 42-88 kHz. Se observa que otras tecnologias pueden funcionar en diferentes frecuencias o bandas de frecuencia. Por ejemplo, una tecnologia de PLC de una portadora puede funcionar a una sola frecuencia (por ejemplo, a 86 kHz). Como puede observarse en la figura 8, el espectro de frecuencia entre los puntos A y B muestra dos picos, que representan el ruido que afecta al medidor. El ruido se expresa normalmente como picos en la respuesta espectral, aunque el ruido puede expresarse como alternativa en la respuesta espectral de una manera diferente a tales picos. El espectro de frecuencia mostrado en la figura 8 tambien puede denominarse como “espectro de ruido”. Cuando, por el contrario, la red electrica se perturba con poco ruido, el analisis de espectro medido en una impedancia 30, 40 puede ser similar al espectro mostrado en la figura 9. En la figura 9, el portador de PLC tambien trabaja en una banda de frecuencia entre 42-88 kHz. Como puede observarse, no hay picos que representen ruido entre los puntos A y B presentes en el espectro. Esto significa que la senal de PLC no se ve afectada sustancialmente por el ruido. Como ya ha explicado, el ruido solo puede medirse entre dos puntos A y B que tienen una impedancia entre los mismos.

En las realizaciones espedficas, el elemento 30 se selecciona/disena para tener unos requisitos muy bajos de atenuacion (valor absoluto de impedancia < 1mQ) a la frecuencia (CC y 50-60 Hz) de la fuente de alimentacion, pero no tan baja atenuacion (valor absoluto de impedancia > 1mQ) para las bandas de frecuencia de PLC. Esto significa que, en la frecuencia (generalmente CC y 50 o 60 Hz, aunque pueden usarse otras frecuencias en su lugar) de la fuente de alimentacion, la caida de tension entre los puntos A y B en las figuras 3 y 4 debe ser cercana a cero pero en la frecuencia o bandas de frecuencia de PLC, puede medirse una caida de tension (debido a que es diferente de cero) entre los puntos A y B en las figuras 3 y 4. Cuando la red electrica se ve perturbada con ruidos altos, el analisis de espectro medido en el elemento 30 es similar al espectro mostrado en la figura 8.

Volviendo a una red de distribucion, en la que el ruido esta provocando perturbaciones en un medidor inteligente (pero que el ruido se replica en muchos medidores dentro de la red de distribucion), el nivel del espectro de ruido mostrado en la figura 8 es mayor en el medidor conectado directamente a la fuente del ruido que en el resto de medidores en la misma area pero no conectados a la fuente del ruido (incluso si algunos de esos medidores estan adyacentes al medidor directamente afectado por el ruido). En un ejemplo no limitativo, la potencia de ruido puede ser 20 dB mas alta en el medidor directamente conectado a la fuente del ruido que en un medidor adyacente. Por lo tanto, es posible identificar inequivocamente y facilmente donde esta el problema (fuente del ruido). Como consecuencia, puede tomarse una decision con el fin de evitar la caida de la comunicacion. En una realizacion especifica, la caida en la comunicacion se evita instalando un filtro electrico entre el medidor inteligente y la fuente de ruido.

A continuacion, se desvelan tres realizaciones posibles de la invencion. Representan tres formas diferentes de implementar el metodo para medir/detectar ruido en la red electrica.

En una realizacion especifica, un circuito interior se implementa dentro del medidor 51. En esta primera realizacion, el ruido se mide/detecta desde el propio medidor inteligente, gracias a un circuito interior para la deteccion de ruido 5^r 5^s 5^t 5ⁿ dispuesto en el mismo. Esto se ilustra en la figura 5. Los circuitos interiores 5^r 5^s 5^t 5ⁿ dentro del medidor 51 miden el ruido electrico entre los puntos A y B (de cualquiera de las tres fases R, S, T y opcionalmente en el cable neutro) en las bandas de frecuencia de PLC. Como se muestra en la figura 5, el propio medidor 51 esta midiendo el espectro por medio de una configuracion interior que comprende un analizador 52 para medir la respuesta espectral en la frecuencia de la red de PLC entre los puntos A y B (los mismos puntos que se ilustran en las figuras 3 y 4). Otros elementos exteriores no son necesarios en esta realizacion. La medicion se controla e implementa dentro del medidor 51. El resultado de la medicion realizada gracias al circuito 5^r 5^s 5^t 5ⁿ puede mostrarse o en una pantalla incluida en el medidor (por ejemplo, un tecnico que supervisa el medidor puede verlo) o puede registrarse en una memoria interior del medidor, o en ambas. Esta solucion puede ser de interes para implementarse en nuevos medidores a desarrollar. En los medidores no mostrados que tienen una sola fase (R), solo hay un circuito interior 5^r (y opcionalmente uno 5ⁿ en el cable neutro). En los medidores no mostrados que tienen dos fases (R, S), hay dos circuitos interiores, uno por fase 5^r 5^s (y opcionalmente uno 5ⁿ en el cable neutro).

En una realizacion alternativa, se implementa un dispositivo 6^r 6^s 6^t 6ⁿ exterior al medidor 61. En medidores no mostrados que tienen una sola fase (R), solo hay un dispositivo exterior 6^r (y opcionalmente un 6ⁿ en el cable neutro). En medidores no mostrados que tienen dos fases (R, S), hay dos dispositivos exteriores, uno por fase 6^r 6^s (y opcionalmente uno 6ⁿ en el cable neutro). Por lo tanto, el ruido se mide/detecta externamente al medidor inteligente 61. Esto se ilustra en la figura 6. El dispositivo exterior 6^r 6^s 6^t 6ⁿ (uno por cable de fase y opcionalmente uno adicional para el cable neutro) mide el espectro en la banda de frecuencia de interes, accediendo a los puntos A y B (u otros puntos conectados a los mismos en las barras de bus). El elemento 30, 40 esta localizado dentro del medidor inteligente 61. Con el fin de realizar dicha medicion, el dispositivo exterior comprende un analizador 62 para medir la respuesta espectral entre los puntos A y B. Puede accederse a los puntos A y B desde la parte exterior del medidor inteligente 61. Con el fin de no sufrir otras perturbaciones, se necesitan cables blindados 6364 y una sonda aislada 65 entre los puntos A y B y el dispositivo 6^r 6^s 6^t 6ⁿ usado para la medicion. Estos cables blindados 6364 y la sonda 65 estan incluidos dentro del dispositivo exterior 6^r 6^s 6^t 6ⁿ. Esta realizacion permite realizar la medicion en puntos de otros medidores en la misma area, a diferencia de los puntos dentro del medidor inteligente 61, conectados electricamente a los puntos A y B (veanse las figuras 3 y 4), si hay perdidas en los cables (u otros elementos de conexion) son lo suficientemente bajas como para medir el mismo nivel de senal que el nivel de senal que se mediria en los puntos dentro del medidor inteligente 61. Se observa que un valor absoluto de perdida en un cable o elemento de conexion puede considerarse alto o bajo, en funcion del nivel de senal de PLC y del nivel de ruido. En un ejemplo especifico, no limitativo, en el que el nivel de ruido medido es de 15 dB sobre el ruido de fondo, las mediciones pueden realizarse en otros medidores si la perdida en el elemento de conexion es menor que 5 dB en esas frecuencias. Como se ha mencionado, el dispositivo exterior 6^r 6^s 6^t 6ⁿ comprende un analizador de espectro 62, cables blindados 6364 y una sonda de aislamiento 65. La medicion se realiza con un analizador de espectro 62 adaptado/sintonizado a las bandas de frecuencia de PLC. Esta solucion puede ser de interes para las empresas que ya han instalado una cantidad significativa de medidores, ya que no requiere modificar la arquitectura o el diseno del medidor.

En una realizacion aun alternativa, se usa una cubierta de terminal especial 77. En general, los medidores 71 tienen una cubierta de terminal para proteger a los usuarios de posibles danos electricos. En esta realizacion, la cubierta de terminal 77 con la que se cubre el medidor inteligente 71, esta configurada para usarse para la deteccion de las fuentes de ruido. Esto se ilustra en la figura 7. La cubierta de terminal 77 puede usarse con medidores ya instalados, sin necesidad de modificar su arquitectura o diseno. La cubierta 77 incluye un dispositivo de medicion 7^r 7^s 7^t 7ⁿ incorporado en la misma. El dispositivo de medicion 7^r 7^s 7^t 7ⁿ comprendido en la cubierta de terminal 77 esta conectado a los puntos A y B (veanse las figuras 3 y 4). Las mediciones se realizan de manera similar a la descrita con respecto a la realizacion en la figura 6, es decir, por medio de un dispositivo de medicion que comprende un analizador de espectro 72, cables blindados 73 74 y una sonda de aislamiento 75. Esta solucion puede aplicarse tanto a nuevos contadores como a contadores ya instalados. Nuevamente, en los medidores no mostrados que tienen una sola fase (R), solo hay un dispositivo de medicion 7^r (y opcionalmente un 7ⁿ en el cable neutro). En medidores no mostrados que tienen dos fases (R, S), hay dos dispositivos de medicion, uno por fase 7^r 7^s (y opcionalmente uno 7ⁿ en el cable neutro).

En conclusion, el metodo y sistemas propuestos permiten medir el ruido que provoca perturbaciones en una red electrica y detectar que medidor preciso (o la red de usuario final al que esta conectado el medidor) esta provocando tal perturbacion. La medicion se realiza en dos puntos de la red que tienen la misma tension en la frecuencia de fuente de alimentacion de red electrica (generalmente CC y 50 o 60 Hz, aunque en su lugar pueden usarse otras frecuencias) pero que tienen una tension diferente en las frecuencias de PLC. Gracias al metodo propuesto, no hay necesidad de apagar una pluralidad de medidores inteligentes que, a pesar de estar funcionando correctamente (no tienen una instalacion que provoca ruido conectada a los mismo) se ven afectados por el ruido generado en una instalacion conectada a otro medidor inteligente dentro de un area determinada. Por el contrario, el metodo permite aislar, sin apagar muchos medidores uno por uno, el medidor inteligente que tiene una instalacion perturbadora conectada al mismo. Por lo tanto, otros usuarios no estan molestos y, de esta manera, se ahorra, tiempo y dinero a los proveedores de energia electrica.

Por otro lado, la invencion no esta limitada obviamente a la realizacion(es) especifica descrita en el presente documento, sino que tambien abarca cualquier variacion que pueda considerarse por cualquier experto en la materia (por ejemplo, en cuanto a la eleccion de los materiales, dimensiones, componentes, configuracion, etc.), dentro del alcance general de la invencion tal como se define en las reivindicaciones.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un metodo para detectar una fuente del ruido en una red de distribucion de red electrica que implementa comunicaciones mediante lmea de potencia, PLC, comprendiendo dicha red de distribucion de red electrica una pluralidad de medidores (51, 61, 71) conectados respectivamente a una pluralidad de redes de usuario final, en donde dicha fuente del ruido a detectar se origina en un dispositivo que pertenece a una de dichas redes de usuario final, en donde cada uno de dichos medidores (51, 61, 71) esta conectado a al menos un par de cables correspondientes a al menos una fase de las 3 fases de la red electrica (R, S, T), comprendiendo dicho al menos un par de cables un primer cable (R^a , S^a , T^a , N^a) que pertenece a dicha red de distribucion y un segundo cable (R^b, S^b, T^b, N^b) que pertenece a una red de usuario final correspondiente, estando el metodo caracterizado por que comprende:

   - en cada uno de dichos medidores (51, 61, 71), disponer un elemento (30, 40) que se comporta como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de PLC, y que se comporta como un elemento no resistivo en la frecuencia de la red electrica, CC, 50-60 Hz, entre dicho primer cable que pertenece a la red de distribucion (R^a , S^a , T^a) y dicho segundo cable que pertenece a la red de usuario final (R^b, S^b, T^b);

   - medir la diferencia en el potencial electrico entre los dos extremos (A, B) de cada elemento (30, 40) dispuesto entre dicho primer cable que pertenece a la red de distribucion (R^a , S^a , T^a) y dicho segundo cable que pertenece a la red de usuario final (R^b, S^b, T^b);

   - a partir de dicha al menos una medicion, determinar si un dispositivo que pertenece a la red de usuario final y esta conectado a dicho medidor (51,61, 71) esta provocando o no una perturbacion de ruido.

   2. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas:

   - en cada uno de dichos medidores (51, 61, 71), disponer otro elemento (30, 40) que se comporta como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de PLC, y que se comporta como un elemento no resistivo en la frecuencia de la red electrica, CC, 50-60 Hz, entre el cable neutro que pertenece a la red de distribucion (N^a) y el cable neutro que pertenece a la red de usuario final (N^b);

   - medir la diferencia de potencial electrico entre los dos extremos de dicho elemento;

   - a partir de dicha medicion, determinar si un dispositivo que pertenece a la red de usuario final y esta conectado a dicho medidor (51,61, 71) esta provocando o no una perturbacion de ruido.

   3. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento (30, 40) es un interruptor (40) configurado para desconectar, si es necesario, la fuente de alimentacion.

   4. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento (30, 40) es un cable, un empalme, una resistencia y un fusible, o cualquier elemento que se comporte como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de PLC, y que se comporte como un elemento no resistivo en la frecuencia de la red electrica, CC, 50-60 Hz.

   5. El metodo de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha al menos una medicion en la diferencia del potencial electrico entre los dos extremos de dicho elemento (30, 40) se realiza dentro de dicho medidor (51).

   6. El metodo de la reivindicacion 5, en el que dicha al menos una medicion se realiza dentro de dicho medidor (51) por medio de un analizador de espectro (52) dispuesto dentro del medidor (51) y configurado para medir la respuesta espectral en la frecuencia de la red de PLC entre los dos extremos de dicho elemento (30, 40).

   7. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que dicha al menos una medicion en la diferencia del potencial electrico entre los dos extremos de dicho elemento (30, 40) se realiza en un dispositivo de medicion (6^r 6^s 6^t 6ⁿ; 7^r 7^s 7^t 7ⁿ) fuera de dicho medidor (61, 71).

   8. El metodo de la reivindicacion 7, en el que dicha al menos una medicion se realiza por medio de un dispositivo de medicion (6^r 6^s 6^t 6ⁿ) externo a dicho medidor (61), comprendiendo dicho dispositivo de medicion (6^r 6^s 6^t 6ⁿ; 7^r 7^s 7^t 7ⁿ) un analizador de espectro (62, 72) configurado para medir la respuesta espectral en la frecuencia de la red de PLC entre los dos extremos de dicho elemento (30, 40), los cables blindados (63, 64; 73, 74) y una sonda de aislamiento (65, 75).

   9. El metodo de la reivindicacion 8, en el que dicho dispositivo de medicion (7^r 7^s 7^t 7ⁿ) esta comprendido dentro de una cubierta de terminal (77) configurada para cubrir dicho medidor (71).

   10. Un sistema para detectar una fuente del ruido en una red de distribucion de red electrica que implementa comunicaciones mediante linea de potencia, PLC, comprendiendo dicha red electrica una pluralidad de medidores (51, 61, 71) conectados respectivamente a una pluralidad de redes de usuario final, en donde dicha fuente del ruido a detectar se origina en un dispositivo que pertenece a una de dichas redes de usuario final, en donde cada uno de dichos medidores (51,61, 71) esta conectado a al menos un par de cables correspondientes a al menos una fase de las 3 fases de la red electrica (R, S, T), comprendiendo dichos al menos un par de cables un primer cable (R^a , S^a , T^a , N^a) que pertenece a dicha red de distribucion y un segundo cable (R^b, S^b, T^b, N^b) que pertenece a una red de usuario final correspondiente,

   estando el sistema caracterizado por que cada uno de dichos medidores (51, 61, 71) comprende un elemento (30,

   40) que se comporta como un elemento resistivo dentro de la banda de frecuencia de PLC, y que se comporta como un elemento no resistivo en la frecuencia de la red electrica, CC, 50-60 Hz, estando dicho elemento (30, 40) dispuesto entre dicho primer cable que pertenece a la red de distribucion (R^a , S^a , T^a) y dicho segundo cable que pertenece a la red de usuario final (R^b, S^b, T^b);

   comprendiendo el sistema unos medios para medir (5^r 5^s 5^t 5ⁿ; 6^r 6^s 6^t 6ⁿ; 7^r 7^s 7^t 7ⁿ), 71), la diferencia en el potencial electrico entre los dos extremos (A, B) de cada elemento (30, 40) dispuesto entre dicho primer cable que pertenece a la red de distribucion (R^a , S^a , T^a) y dicho segundo cable que pertenece a la red de usuario final (R^b, S^b, T^b) y para determinar, a partir de dicha al menos una medicion, si un dispositivo que pertenece a la red de usuario final y esta conectado a dicho medidor esta provocando o no una perturbacion de ruido.

   11. El sistema de la reivindicacion 10, en el que dichos medios para medir (5^r 5^s 5^t 5ⁿ; 6^r 6^s 6^t 6ⁿ; 7^r 7^s 7^t 7ⁿ) comprenden un analizador de espectro (52, 62, 72) configurado para medir la respuesta espectral en la frecuencia de la red de PLC entre los dos extremos (A, B) de dicho elemento (30, 40).

   12. El sistema de las reivindicaciones 10 u 11, en el que dichos medios para medir (5^r 5^s 5^t 5ⁿ) estan comprendidos dentro de dicho medidor.

   13. El sistema de las reivindicaciones 10 u 11, en el que dichos medios para medir (6^r 6^s 6^t 6ⁿ; 7^r 7^s 7^t 7ⁿ) son externos a dicho medidor.

   14. El sistema de la reivindicacion 13, en el que dichos medios para medir (6^r 6^s 6^t 6ⁿ; 7^r 7^s 7^t 7ⁿ) comprenden ademas unos cables blindados (63, 64; 73, 74) y una sonda de aislamiento (65, 75).

   15. El sistema de cualquier reivindicacion 13 o 14, en el que dichos medios para medir (7^r 7^s 7^t 7ⁿ) estan comprendidos dentro de una cubierta de terminal (77) configurada para cubrir dicho medidor (71).