ES2713431T3 - Procedimiento de determinación de un consumo individual de potencia - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de determinación de un consumo individual de potencia en una instalación eléctrica (1) que incluye un grupo de ramas de distribución individual de electricidad (3) y una línea principal corriente arriba (2) que conecta el grupo de ramas a una alimentación eléctrica (5), incluyendo cada rama de distribución individual de electricidad un disyuntor (7), comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas: a) medir (F1) la corriente (I) que circula en la línea principal corriente arriba y la tensión (U) de la línea principal corriente arriba; b) medir (F2) la tensión (Ui) de al menos una rama de distribución individual (3), corriente abajo del disyuntor (7); c) determinar (F3) la corriente (Ii) que circula en la rama de distribución individual a partir de la diferencia (δUi) entre la tensión de la línea principal corriente arriba y la tensión de la rama de distribución individual; d) calcular (F4) el consumo individual de potencia (Pi') de la rama de distribución individual a partir de la corriente (Ii) y de la tensión (Ui) de la rama de distribución individual; e) calcular (F5) la potencia global (P) consumida por el grupo de ramas a partir de la corriente (I) y de la tensión (U) de la línea principal corriente arriba; y f) corregir (F6) el consumo individual de potencia (Pi'), de manera que una variación instantánea de consumo eléctrico observada al nivel de la rama de distribución individual sea igual a una variación instantánea de consumo eléctrico observada simultáneamente al nivel de la línea principal corriente arriba, procedimiento en el cual la etapa f) comprende las siguientes subetapas: - asignar un coeficiente de corrección individual (αi) al consumo individual de potencia (Pi'); - detectar (F61) simultáneamente una variación (ΔPi) del consumo individual de potencia corregido y una variación (ΔP) de la potencia global; - calcular (F62) un coeficiente de calibración (Ri) igual a la relación entre las variaciones (ΔPi, ΔP) de consumo individual de potencia y de potencia global; - actualizar (F63) el coeficiente de corrección individual (δi) por medio del coeficiente de calibración; y - asignar el coeficiente de corrección individual (δi) al consumo individual de potencia (Pi').
Description
DESCRIPCION
Procedimiento de determinacion de un consumo individual de potencia
Campo tecnico de la invencion
La invencion se refiere a un procedimiento de determinacion de un consumo individual de potencia en una instalacion electrica que comprende un grupo de varias ramas de distribucion individual de electricidad entre varias cargas, asf como una lmea principal corriente arriba que conecta el grupo de ramas a una alimentacion electrica. La invencion se refiere igualmente a un sistema de seguimiento de un consumo individual de potencia en una instalacion electrica.
Estado de la tecnica
Los particulares, como los otros agentes economicos, muestran un interes creciente por el dominio de sus propios consumos electricos. Un eje de este dominio se basa en un conocimiento detallado de diferentes consumos particulares en el interior de un consumo global. Por ejemplo, los habitantes de una casa pueden interesarse por su consumo electrico debido a la calefaccion, al consagrado a la iluminacion y/o al debido a tal equipo, sin quedar satisfecho con el unico conocimiento del consumo global a escala del alojamiento.
En la actualidad, los habitantes de un alojamiento pueden tener acceso a su consumo electrico global, gracias a un contador de consumo electrico que equipa la lmea de empalme a la red publica de distribucion de electricidad. Cuando se desea conocer un consumo individual, por ejemplo, de un equipo dentro de un alojamiento, se equipa con un contador de consumo electrico la rama en la que esta conectado este equipo.
La figura 1 adjunta es un esquema que representa un ejemplo actual de instalacion electrica domestica, en el que varios contadores de consumo electrico l0 l informan sobre varios consumos individuales de potencia P1, P2, P3 constitutivos de un consumo de potencia global P.
En esta figura 1, la referencia 102 designa un transformador de empalme a una red publica de distribucion de electricidad. Una llegada corriente arriba 103 conecta este transformador 102 a varias salidas o ramas 104 de distribucion de electricidad. En el ejemplo de la figura 1, solo se han representado tres ramas. Las ramas 104 alimentan unas cargas 105 que corresponden a los equipos del alojamiento.
La llegada corriente arriba 103 esta equipada con un contador de consumo electrico 106. Cada rama de distribucion de electricidad 104 esta equipada ademas con un contador de consumo electrico 101, identico o semejante al contador 106. Cada contador 101 o 106 determina un consumo de potencia (individual o global), midiendo la corriente (I; I1, I2, I3) y la tension (U; U1, U2, U3) de la lmea que este equipa. Una red alambrica esta prevista para encaminar los diferentes recuentos a una central electronica de medicion 107, que reune estos recuentos.
Un contador de consumo electrico es a la vez costoso y voluminoso. Cuando se desea poder seguir varios consumos individuales en el interior de una instalacion, el sobrecoste que resulta de la multiplicacion de los contadores de consumo electrico se hace consecuente y puede constituir un verdadero freno para una colocacion de un sistema de seguimiento de consumos individuales. La posibilidad de una multiplicacion de contadores de este tipo puede, ademas, toparse con la falta de espacio disponible en un numero de cuadros generales electricos actualmente en servicio en casa de los particulares.
Por lo tanto, existe una necesidad de prever un sistema de seguimiento de consumos individuales compacto y economico.
La solicitud de patente FR2984516 describe una central de medicion de las potencias individuales, que responde en parte solamente a esta necesidad. Este tipo de solucion se comercializa por la sociedad solicitante bajo la designacion BCPM (para "Branch Circuit Power Meter" en ingles).
La figura 2 representa esquematicamente la central de medicion de ramas multiples BCPM descrita en la solicitud mencionada anteriormente.
Como en la figura 1, un contador de consumo electrico 106 equipa la llegada corriente arriba 103. Este contador mide la tension global de alimentacion U, asf como los valores de intensidad y de desfase de la corriente global de alimentacion I. Por otro lado, cada rama de distribucion 104 cuyo consumo se desea determinar esta equipada a partir de ahora con un sensor de corriente o ampenmetro 201, mas bien que otro contador de consumo.
Finalmente, una central de medicion 202 recoge y registra en el tiempo los datos que provienen del contador 106 y de los ampenmetros 201, y calcula los diferentes consumos de potencia, globales o individuales, a partir de estos datos.
El inconveniente de esta solucion es su coste todavfa elevado (aunque un sensor de corriente sea menos costoso que un contador de consumo electrico), y la necesidad de instalar un sensor de corriente en cada salida. En efecto,
cuando se utilizan sensores de corriente toroidales, esta instalacion requiere desmontar el cuadro electrico del alojamiento, para deslizar un sensor de corriente torico alrededor de cada salida. Ademas, el lugar disponible en el cuadro no es siempre suficiente para instalar los sensores toroidales. La utilizacion de sensores de apertura no es mas satisfactoria, porque son aun mas caros y voluminosos que los sensores toroidales.
Resumen de la invencion
La invencion tiene como finalidad reducir el coste de acceso al conocimiento de un consumo electrico individual constitutivo de un consumo electrico global, dentro de una instalacion electrica.
Segun la invencion, se tiende a este objetivo gracias a un procedimiento de determinacion de un consumo de potencia como se describe en la reivindicacion 1, comprendiendo las etapas siguientes:
a) medir la corriente que circula en la lmea principal corriente arriba y la tension de la lmea principal corriente arriba;
b) medir la tension de al menos una rama de distribucion individual, corriente abajo de un disyuntor que equipa la rama;
c) determinar la corriente que circula en la rama de distribucion individual a partir de la diferencia entre la tension de la lmea principal corriente arriba y la tension de la rama de distribucion individual;
d) calcular el consumo individual de potencia de la rama de distribucion individual a partir de la corriente y de la tension de la rama de distribucion individual;
e) calcular la potencia global consumida por el grupo de ramas a partir de la corriente y de la tension de la lmea principal corriente arriba; y
f) corregir el consumo individual de potencia, de manera que una variacion instantanea de consumo electrico observada al nivel de la rama de distribucion individual sea igual a una variacion instantanea de consumo electrico observada simultaneamente al nivel de la lmea principal corriente arriba.
La invencion tiene igualmente como finalidad un sistema de seguimiento de un consumo individual simplificado, como se describe en la reivindicacion 9, con el fin de reducir el coste y el volumen, y facilitar su instalacion en un cuadro electrico.
Segun la invencion, se tiende a este objetivo teniendo en cuenta:
• un aparato de medicion de la corriente y de la tension al nivel de la lmea principal corriente arriba, y de medicion de la tension de al menos una rama de distribucion individual corriente abajo del disyuntor,
• un contador de la potencia global consumida por el grupo de rama, a partir de la corriente y de la tension de la lmea principal corriente arriba;
• un dispositivo calculador configurado para calcular el consumo individual de potencia de la rama de distribucion individual a partir de una corriente que circula en la rama de distribucion individual y de la tension de la rama de distribucion individual; y
• unos medios de correccion del consumo individual de potencia, por correlacion de las variaciones instantaneas de consumo electrico observadas simultaneamente al nivel de la rama de distribucion individual y de la lmea principal corriente arriba.
El dispositivo calculador se configura para calcular la corriente de la rama de distribucion individual, a partir de la diferencia entre la tension de la lmea principal corriente arriba y la tension de la rama de distribucion individual. Ademas, el procedimiento y el sistema incluyen unas etapas o medios complementarios de correccion.
Breve descripcion de los dibujos
Otras ventajas y caractensticas se desprenderan mas claramente de la descripcion que va a seguir de modos particulares de realizacion dados a tttulo de ejemplos no limitativos e ilustrados con la ayuda de los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1, descrita anteriormente, es un esquema electrico simplificado de una instalacion electrica equipada con un sistema de seguimiento de los consumos de potencia segun la tecnica anterior;
- la figura 2, descrita anteriormente, representa esquematicamente otro sistema de seguimiento de los consumos de potencia segun la tecnica anterior, en la instalacion electrica de la figura 1;
- la figura 3 representa esquematicamente un sistema de seguimiento de un consumo de potencia individual segun
la invencion;
- la figura 4 representa un modo de realizacion preferente del sistema de seguimiento segun la invencion;
- la figura 5 representa las etapas del procedimiento implementado por el sistema de seguimiento segun la invencion, para determinar el consumo de potencia de una rama de distribucion individual de electricidad;
- la figura 6 representa un algoritmo de correccion implementado en el sistema de seguimiento de la figura 4, para afinar el calculo del consumo individual de potencia;
- la figura 7 representa otro algoritmo de correccion de los consumos individuales de potencia; y
- la figura 8 representa una variante del algoritmo de correccion de la figura 7; y
- la figura 9 representa un procedimiento para determinar la resistencia de contacto de un disyuntor que equipa cada rama de distribucion individual de electricidad.
Descripcion de un modo de realizacion preferente de la invencion
En la figura 3 se representa una instalacion electrica 1 adaptada para el seguimiento de los consumos individuales de electricidad. En interes de la claridad, la figura 3 esta simplificada y ciertos constituyentes tradicionales de la instalacion se han omitido en ella. En particular, solo se representa un conductor de fase, mientras que el conductor del neutro no lo esta.
La instalacion electrica 1 puede pertenecer a un consumidor final de electricidad y encontrarse en un edificio, tal como un alojamiento de particulares o un inmueble de oficinas, donde existen varias cargas distintas a alimentar y donde cabe efectuar una distribucion de energfa electrica.
La instalacion electrica 1 comprende tradicionalmente una lmea principal corriente arriba o llegada 2 y un grupo de ramas 3 de distribucion individual de electricidad conectadas a la llegada 2. Las ramas 3 alimentan con electricidad unas cargas 4 que corresponden a los equipos del edificio.
La instalacion 1 esta conectada a una alimentacion electrica 5 en corriente alterna o corriente continua por la llegada 2. La alimentacion 5 puede ser particularmente una red publica de distribucion de electricidad.
La llegada 2 desemboca en un cuadro general de baja tension 6, donde estan conectadas varias salidas a la llegada 2. Cada uno de ellos forma parte de una de las ramas de distribucion 3 que se dispersan en el edificio. En el ejemplo de la figura 3, estas ramas 3 estan en un numero de tres. Ni que decir tiene que su numero puede ser diferente de tres.
Cada salida 3 esta equipada con un disyuntor 7 que permite interrumpir la alimentacion de la carga 4, especialmente en caso de sobretension o de ruptura del conductor del neutro. En posicion cerrada, este disyuntor presenta una impedancia debil, principalmente resistiva, del orden de 10 mQ.
Con el fin de minimizar los aparatos necesarios para la determinacion de un consumo electrico en una de las ramas de distribucion individual 3, se propone explotar la cafda de tension que aparece en los bornes del disyuntor 7 que equipa esta rama.
En efecto, se ha observado que el disyuntor 7 se comporta como una resistencia "shunt" en posicion cerrada. La cafda de tension en el disyuntor 7 vana practicamente de manera lineal con la corriente que lo atraviesa. Por consiguiente, la medicion de las tensiones corriente arriba y corriente abajo del disyuntor 7 permite estimar la corriente que circula en la rama 3, y despues la potencia electrica consumida por esta rama.
La figura 3 representa esquematicamente un sistema de seguimiento 8 de los consumos individuales de potencia, que aplica este principio en la instalacion electrica 1. Las ramas se numeran en este caso de 1 a 3. Ui y Ii designan respectivamente la tension y la corriente de una rama de rango i (i teniendo un valor de 1 a 3).
En regimen alterno, cabe distinguir la potencia activa Pi y la potencia reactiva Qi consumida por la rama de distribucion individual de rango i. El sistema de seguimiento 8 descrito a continuacion es capaz de medir una u otra de estas magnitudes que caracterizan la energfa electrica proporcionada por la rama, incluso las dos simultaneamente. En regimen continuo, esta distincion no existe y el sistema determinara la potencia electrica Pi de una o varias ramas.
El sistema de seguimiento 8 incluye unos aparatos 8a para medir la corriente I que circula en la llegada 2, la tension U de esta llegada 2 y la tension Ui de al menos una rama de distribucion 3, corriente abajo del disyuntor 7. Estos aparatos de medicion se componen por lo tanto de al menos un sensor de corriente, un voltimetro y dos cables que unen el voltimetro a la lmea principal 2 y a una de estas ramas 3 corriente abajo del disyuntor 7.
Como se representa en la figura 3, los aparatos de medicion 8a incluyen ventajosamente tantos cables de conexion
como ramas 3 que hay presentes, con el fin de medir la tension de todas las ramas. En este ejemplo, se dispone entonces de tres valores de tension U1, U2 y U3. Comparados con la tension global de alimentacion U, estos valores permitiran calcular las corrientes Ii, I2 y I3 de las tres ramas de distribucion, y a continuacion sus consumos de potencia respectivos P1/Q1, P2/Q2 y P3/Q3.
El sistema 8 incluye ademas un dispositivo calculador 8b, configurado para calcular la potencia activa Pi y/o reactiva Qi consumida por una rama de mdice i a partir de los valores de tension U, Ui y de corriente I. Ademas de la potencia activa Pi y reactiva Qi, el dispositivo calculador 8b es capaz de calcular el factor de potencia PFi (en regimen alterno solamente) de la rama i y un valor medio iMi de la corriente que circula en esta rama (regimen alterno o continuo). La figura 4 representa con detalle un modo de realizacion preferente del sistema de seguimiento 8 de los consumos individuales de potencia. En este modo de realizacion preferente, una parte de los instrumentos de medicion y el calculador se reagrupan en una misma electronica para formar un dispositivo 9 unico, llamado central de medicion de los consumos de potencia BCPM ("Branch Circuit Power Meter").
La llegada 2 esta equipada con un sensor de corriente, de tal manera que se mide la corriente I que circula por el mismo. Gracias a la corriente I y la tension U de la llegada 2, la central 9 determina la potencia global P consumida por el grupo de ramas. un contador de consumo electrico 10, como el que se utiliza en las soluciones de la tecnica anterior, puede estar previsto para este efecto.
En este modo de realizacion preferente, el contador de consumo electrico 10 esta integrado en la central de medicion 9. De este modo, dos de las entradas de la central 9 estan previstas para la tension U y la corriente I de la llegada 2 y conectadas al contador 10.
En el ejemplo de la figura 4, la central 9 tiene otras tres entradas, que corresponden a las tomas de tension U1, U2 y U3 en las tres ramas de distribucion 3. En cada una de estas entradas se conecta un comparador 11. Hay por lo tanto tantos comparadores 11 como ramas de distribucion 3.
Cada comparador 11 esta configurado para calcular la cafda de tension AUi en los bornes del disyuntor 7 de la rama 3 a la que esta asociado. Esta cafda de tension es igual a la diferencia entre la tension "corriente arriba" U de la llegada 2 y la tension "corriente abajo" Ui de la rama 3. De este modo, cada comparador 11 recibe en la entrada la tension U y una de las tensiones U1, U2 y U3. A tftulo de ejemplo, el comparador 11 asociado con la rama de rango 1 calcula la cafda de tension AU1 a partir de las tensiones U y U1 (AU1 = U - U1). La cafda de tension AU es globalmente proporcional a la corriente Ii que circula en una rama. Cada comparador 11 suministra en la salida una imagen Ii' de la corriente que circula en la rama asociada, dividiendo la cafda de tension AU por un valor tfpico de la resistencia shunt del disyuntor 7. Las corrientes imagen de las tres ramas se indican I1', I2 ' y I3 ' en la figura 4.
En la salida de cada comparador 11 se conecta una unidad de calculo 12 de potencia electrica. Cada unidad de calculo 12 recibe la tension Ui y la corriente imagen Ii' de la rama de la cual se quiere determinar el consumo individual de potencia Pi'. Tres unidades de calculo 12 estan previstas de esta manera para calcular los consumos de potencia P1', P2 ' y P3 ' de las tres ramas de distribucion 3.
Preferentemente, las unidades de calculo 12 son, en su realizacion, identicas o semejantes al contador de consumo electrico 10.
Los valores de potencia electrica P1', P2 ' y P3 ' en las salidas de las unidades de calculo 12 son aproximadas, ya que se basan en una estimacion de la corriente (Ii') en las ramas de distribucion 3, y mas particularmente sobre la resistencia equivalente de los disyuntores 7. Ahora bien, esta resistencia evoluciona en el tiempo, particularmente a causa de las aberturas/cierres sucesivos del disyuntor, del desgaste de los contactos del disyuntor a lo largo del tiempo y de recalentamiento por efecto Joule de estos contactos.
Para tener en cuenta esta evolucion y volver mas preciso el calculo del consumo individual de potencia, el sistema de seguimiento 8 realiza una correlacion entre los valores aproximados de potencia individual P1', P2 ', P3 ' y la medicion precisa de la potencia global P efectuada por el contador 10.
Los consumos de potencia P, Pi' calculados por el contador 10 y las unidades de calculo 12 alimentan un microprocesador pP. El microprocesador pP esta, preferentemente, equipado con una memoria, en la que registra, entre otros, varios valores de estas potencias y corrientes difundidas en el tiempo.
Se almacenan igualmente unos algoritmos de calibracion en la memoria. Como se describira mas adelante, el microprocesador pP implementa estos algoritmos para corregir los valores aproximados de los consumos individuales de potencia P1', en valores precisos Pi.
Ademas de la central 9 y de los sensores de corriente/tension que equipan la llegada 2, el sistema de seguimiento 8 no requiere mas que una toma de tension al nivel de la rama de distribucion individual 3, para determinar su consumo de potencia. Ahora bien, una toma de tension es mucho menos restrictiva que el uso de un sensor de corriente. Se resume a un solo cable, mientras que una toma de corriente necesita al menos dos cables, un sensor y unas operaciones de cableado.
Los aparatos de medicion del sistema de seguimiento 8 se simplifica, por lo tanto, con respecto a los sistemas de seguimiento clasicos, que emplean un contador de consumo o un sensor de corriente en cada rama de distribucion. Su colocacion en una instalacion electrica se facilita enormemente.
Ademas, el cable utilizado para una toma de tension es de seccion mas debil que los cables de un sensor de corriente. Por consiguiente, este sistema de seguimiento es compacto y adaptado a los cuadros electricos en los que el espacio disponible es escaso.
De este modo, el sistema de seguimiento de la figura 4 es mucho menos costoso y voluminoso que los sistemas de seguimiento clasicos. A tftulo de ejemplo, en una instalacion electrica trifasica de ocho ramas de distribucion, el sistema de seguimiento 8 no requiere mas que un unico aparato (central 9), tres sensores de corriente (1 por fase de llegada corriente arriba) y 27 tomas de tension (3 corriente arriba y 24 corriente abajo). El sistema de la solicitud FR2984516 requiere tres sensores de tension (corriente arriba) y 27 sensores de corriente (3 corriente arriba y 24 corriente abajo), ademas de la central de medicion BCPM. Finalmente, al multiplicar los contadores de consumo electrico, se necesitanan nueve contadores (1 por lmea/rama), 27 sensores de corriente y 27 sensores de tension (3 por lmea/rama).
El sistema de seguimiento descrito anteriormente esta adaptado para todo tipo de instalacion electrica, en particular, de corriente continua o corriente alterna (sinusoidal, por ejemplo), monofasica o trifasica. En modo alterno, tiene en cuenta el desfase entre la corriente y la tension, con el fin, en particular, de determinar los consumos de potencia activa y reactiva.
Ademas del consumo de potencia, el sistema puede dar una indicacion sobre el estado del disyuntor de una rama: abierto o cerrado. En efecto, si la diferencia de tensiones corriente arriba-corriente abajo AUi es escasa, del orden de 100 mV, el disyuntor esta en el estado cerrado. Esta diferencia de tension corresponde a la resistencia "shunt" del disyuntor. Cuando el disyuntor se abre, por ejemplo, a causa de un disparo, la tension AUi medida en los bornes del disyuntor se vuelve igual a la tension nominal de alimentacion, por ejemplo, 230 V. En este segundo caso, la imagen de corriente Ii' proporcionada por el comparador 11 sera evidentemente falsa. No obstante, como la tension corriente abajo Ui es nula, la potencia individual calculada Pi' sera igualmente nula, lo que constituye un resultado coherente. La figura 5 resume las etapas F1 a F6 del procedimiento implementado por el sistema de seguimiento de la figura 4, para determinar uno o varios consumos individuales de potencia.
Durante una primera etapa F1, se miden la tension U y la corriente I de la lmea principal 2 corriente arriba de la instalacion.
Luego, durante una etapa F2, se mide corriente abajo del disyuntor 7 la tension Ui de la rama de distribucion 3 de la cual se desea determinar el consumo.
En la etapa F3, el sistema de seguimiento determina un valor aproximado de la corriente Ii que circula en el disyuntor 7 y la rama de distribucion 3, a partir de la diferencia de los valores U y Ui.
En F4, se determina un valor aproximado Pi' de la potencia electrica consumida por la rama 3, conociendo la tension Ui y la corriente Ii.
En la etapa F5, se determina la potencia global P consumida por el grupo de ramas 3 a partir de la corriente global I y de la tension global de alimentacion U (medidas en la etapa F1).
Finalmente, la etapa F6 consiste en corregir individualmente cada consumo de potencia Pi' para compensar la falta de precision debida a la imagen de la corriente. Para ello, se define, para cada rama de distribucion, un coeficiente de correccion ai que multiplica el consumo de potencia Pi' de la rama.
Pt = P[ x at
Este coeficiente de correccion ai es espedfico de cada rama de distribucion 3. En el primer arranque del sistema de seguimiento, su valor es igual 1. Luego, a lo largo del tiempo, se actualiza por el microprocesador pP. Los valores iniciales y actuales del coeficiente de correccion ai se almacenan, para cada rama, en la memoria del microprocesador pP.
El valor actual del coeficiente ai se determina por un algoritmo, que compara unas variaciones instantaneas de consumo electrico observadas simultaneamente al nivel de la lmea principal corriente arriba 2 y al nivel de la rama de distribucion 3. Se calcula el coeficiente corrector ai, de modo que una variacion de potencia en la rama de distribucion 3 sea igual a la variacion de potencia en la lmea principal corriente arriba 2.
La figura 6 representa, en forma de un organigrama, el algoritmo implementado por el microprocesador, para determinar el valor del coeficiente corrector ai que se debe aplicar en la etapa F6.
El algoritmo de la figura 6 incluye tres etapas F61 a F63 que se implementan, preferentemente, despues de cada cierre del disyuntor 7, es decir, a partir de que una corriente electrica se restablezca en la rama de distribucion 3. De
este modo, se puede tener en cuenta la evolucion de la resistencia de contacto del disyuntor en el calculo del consumo de potencia.
Durante una etapa F61, el sistema de seguimiento vigila el conjunto de potencias individuales Pi corregidas en la etapa F6, hasta detectar una variacion APi de una de las ramas de distribucion. Una variacion APi de la potencia individual se detecta, preferentemente, desde que sobrepasa un umbral de deteccion, por ejemplo, 5 % de la potencia nominal consumida por esta rama. Simultaneamente, el sistema detecta una variacion de la potencia global P, indicada AP.
Esta vigilancia se efectua, preferentemente, de manera continua por el microprocesador j P, ya que este registra en el tiempo unos valores de potencia global P e individual(es) corregido(s) Pi.
En la etapa F62, un coeficiente de calibracion Ri se calcula por el microprocesador j P. Este coeficiente Ri es igual a la relacion de la variacion de potencia individual APi sobre la variacion de potencia global AP:
En F63, el coeficiente de correccion individual se actualiza por medio del coeficiente de calibracion Ri calculado en la etapa F62. Se calcula un nuevo valor a del coeficiente, dividiendo el valor existente ai por el coeficiente Ri calculado en la etapa F62:
Finalmente, el nuevo valor ai' del coeficiente corrector reemplaza el antiguo valor ai en memoria.
Por supuesto, despues de la actualizacion del coeficiente de correccion ai en la etapa F63, el valor estimado Pi' de la potencia individual se corrige nuevamente:
El algoritmo de la figura 6 permite, de cierta manera, calibrar la resistencia de shunt de un disyuntor, suponiendo que una variacion de potencia global este causada por una variacion identica de la potencia de una rama de distribucion. Este algoritmo, por lo tanto, solo es aplicable si solo una de las ramas cambia su consumo en un instante dado. Si las potencias de las dos ramas vanan simultaneamente, ya no es posible diferenciarlas y atribuirlas a la variacion de potencia global. En este caso, las etapas F62 a F63 se ponen en espera, hasta que una rama se distingue del resto del grupo.
Dado que se efectua en cada variacion de potencia en la rama de distribucion individual, esta calibracion puede ser calificada como dinamica.
El algoritmo de la figura 6 se puede implementar una vez para cada rama de distribucion a la inicializacion del sistema de seguimiento, despues de que este se haya unido a la instalacion electrica. Los disyuntores de todas las ramas se abren entonces, y despues se vuelven a cerrar, uno despues del otro para forzar unas variaciones de potencia. Entonces, el algoritmo se inicia para cada rama. Tambien se puede esperar que aparezcan unas variaciones espontaneas.
En un modo de realizacion preferente, cada actualizacion del coeficiente ai en la etapa F63 va seguida de otro algoritmo de calibracion. Este segundo algoritmo se representa en la figura 7 y comprende las etapas F71 y F72. Utiliza, para cada rama de distribucion, el mismo coeficiente de correccion ai que el que se utiliza para el algoritmo de la figura 6.
A diferencia de la de la figura 6, la calibracion de la figura 7 se efectua a la escala del grupo de ramas. Los coeficientes de correccion ai se modifican de una misma manera, para que el consumo de potencia global P corresponda bien a la suma de los consumos individuales de potencia Pi.
Esta nueva manera de determinar los coeficientes de correccion ai supone por lo tanto conocer todos los consumos individuales de potencia del grupo. De este modo, las etapas F1 a F4 del procedimiento de determinacion de la figura 6 se habran aplicado al conjunto de las ramas del grupo.
En la etapa F71, un coeficiente de correccion global ag se calcula despues de la siguiente ecuacion:
El coeficiente ag es igual a la suma de las potencias individuales Pi de todas las ramas de distribucion (n ramas), que se han corregido en la etapa F6, dividida por la potencia global P.
Los coeficientes de correccion individual ai se actualizan a continuacion (etapa F72), por el coeficiente de correccion
global ag. El nuevo valor a de los coeficientes se calcula de la siguiente manera:
Como anteriormente, en cada modificacion de los coeficientes ai, los valores correctos Pi de las potencias individuales se calculan de nuevo, teniendo en cuenta los valores de los coeficientes modificados en la etapa F72.
Al final de esta nueva correccion, el sistema de seguimiento se equilibra globalmente, es decir, que la suma de los consumos de potencia individual Pi equivale al consumo de potencia global P.
De este modo, en este modo de realizacion preferente, los coeficientes de correccion ai se modifican conjuntamente por los dos algoritmos a traves de las relaciones (1) y (2) anteriores.
Preferentemente, el algoritmo de la figura 7 se pone en marcha igualmente despues de la instalacion del sistema de seguimiento 8.
En una variante de implementacion representada en la figura 8, la activacion del segundo algoritmo puede estar condicionada ademas por una etapa F70 que verifica si la potencia global P medida por el contador de consumo 10 supera un umbral, por ejemplo, el 20 % de la potencia nominal Prp del grupo de rama. Esto permite evitar lanzar el algoritmo demasiado a menudo, para variaciones muy escasas.
Si la potencia global P es superior al umbral (salida Si), tiene lugar la calibracion global de la figura 7, es decir, que se procede a las etapas F71 y F72 como se ha indicado anteriormente. Si la potencia global P es inferior al umbral (salida NO), no sucede nada: los coeficientes ai no se actualizaran por el momento. Entonces, se regresa a la entrada de la etapa F70, para verificar posteriormente si se ha cumplido ahora la condicion.
Se constata que otros parametros electricos se pueden calcular, desde que se dispone de los valores precisos Pi de los consumos individuales de potencia. En particular, es posible calcular el factor de potencia PFi ligado a cada rama de distribucion y, esta vez de manera precisa, la corriente de la rama, o mas exactamente un valor medio iMi de esta corriente.
El factor de potencia PFi de la rama i se escribe de la siguiente manera:
La corriente media IMi que circula en la rama i se escribe:
Como se ha indicado anteriormente, la correccion dinamica de la figura 6 tiene como finalidad compensar las variaciones de la resistencia de contacto del disyuntor en el calculo de los consumos de potencia, ya que los contactos del disyuntor pueden usarse o desplazarse ligeramente despues de cada ciclo de apertura/cierre.
De hecho, es posible ir mas lejos aun y calcular directamente esta resistencia de contacto. Esto permite vigilar el desgaste de los contactos en el tiempo y activar, en caso de necesidad, unas operaciones de mantenimiento del disyuntor. Ademas, el valor de la resistencia de contacto obtenido podra servir para el calculo de las imagenes de corriente Ii' a partir de la diferencia de tensiones corriente arriba-corriente abajo, en la etapa F3 del procedimiento de la figura 5.
La figura 8 representa un tercer algoritmo, que se implementa de manera ventajosa en el microprocesador pP de la central, con los algoritmos de calibracion de las figuras 6 y 7.
Este algoritmo constituye un medio simple y rapido de determinar la resistencia de contacto RCi de un disyuntor. Al igual que para la determinacion de los consumos de potencia Pi', el calculo de la resistencia de contacto se basa en la diferencia de tensiones corriente arriba-corriente abajo, medida en los bornes del disyuntor. Esta funcion complementaria puede obtenerse por lo tanto con los mismos aparatos de medicion y el mismo dispositivo calculador, que los descritos anteriormente.
Este tercer algoritmo comprende, preferentemente, unas etapas F81 a F83 relativas a la determinacion de un valor inicial de la resistencia de contacto del disyuntor, si un tal valor no se ha registrado anteriormente en la memoria del microprocesador pP. Las etapas F81 a F83 se implementan ventajosamente cuando el disyuntor se cierra por primera vez despues de la instalacion del sistema. Este valor inicial podra servir como referencia, con el fin de
controlar la deriva de la resistencia de contacto a lo largo del tiempo.
De este modo, en F81, el microprocesador verifica si dispone de un valor inicial de la resistencia de contacto, indicado RCi(ini). Si el valor RCi(ini) no existe (salida NO), el microprocesador pasa a una etapa F82 de calculo de este valor, y lo registra en su memoria durante una etapa F83.
El calculo, preferentemente, se realiza utilizando la ecuacion siguiente:
en la cual U es la tension de la lmea principal corriente arriba, Ui es la tension de la rama de distribucion individual y iMi la corriente media que circula en esta rama (que se calcula tambien por el microprocesador pP).
Si el valor inicial RCi(ini) existe (salida SI en F81), el algoritmo salta las etapas F82-F83 y pasa directamente a una fase de espera F84. La etapa de espera F84 define una periodicidad en la cual se calculan nuevos valores de la resistencia de contacto RCi. A tftuio de ejemplo, puede durar entre 10 minutos y 1 hora.
Transcurrida esta fase de espera, el microprocesador pP procede en F85 al calculo de un nuevo valor de la resistencia de contacto RCi, con la ayuda de los nuevos valores de tension U, Ui y de corriente media IMi proporcionados por el sistema:
En la etapa F86, este valor RCi se compara a un umbral representativo de un defecto del disyuntor. Este umbral es, preferentemente, un multiple del valor inicial RCi(ini), por ejemplo, tres veces el valor inicial RCi(ini).
Si el valor RCi es superior al umbral (salida SI en F86), se activa una alarma en F87 para indicar que el disyuntor esta defectuoso. Un cambio del disyuntor de la rama podra tener lugar entonces. Si en cambio el valor RCi es inferior al umbral (salida NO), el disyuntor se supone fiable y no tendra lugar ninguna operacion de mantenimiento. El algoritmo de la figura 8 regresa a la etapa F84, para efectuar posteriormente un nuevo control de la resistencia de contacto (F85-F86).
En una variante de implementacion (no representada), despues de la fase de espera F84 o como sustitucion de la misma, el calculo F85 de un nuevo valor puede activarse cuando la corriente media IMi de la rama supera un umbral. De este modo, los calculos de resistencia de contacto son mas significativos. Este umbral es, preferentemente, un porcentaje de la corriente nominal de la rama, por ejemplo, 20 % de esta corriente nominal. La corriente nominal se define como la corriente a la que se calibra el disyuntor, es decir, el umbral de corriente que hace que la rama se dispare.
Claims (9)
1. Procedimiento de determinacion de un consumo individual de potencia en una instalacion electrica (1) que incluye un grupo de ramas de distribucion individual de electricidad (3) y una lmea principal corriente arriba (2) que conecta el grupo de ramas a una alimentacion electrica (5), incluyendo cada rama de distribucion individual de electricidad un disyuntor (7),
comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:
a) medir (F1) la corriente (I) que circula en la lmea principal corriente arriba y la tension (U) de la lmea principal corriente arriba;
b) medir (F2) la tension (Ui) de al menos una rama de distribucion individual (3), corriente abajo del disyuntor (7); c) determinar (F3) la corriente (Ii) que circula en la rama de distribucion individual a partir de la diferencia (AUi) entre la tension de la lmea principal corriente arriba y la tension de la rama de distribucion individual;
d) calcular (F4) el consumo individual de potencia (Pi') de la rama de distribucion individual a partir de la corriente (Ii) y de la tension (Ui) de la rama de distribucion individual;
e) calcular (F5) la potencia global (P) consumida por el grupo de ramas a partir de la corriente (I) y de la tension (U) de la lmea principal corriente arriba; y
f) corregir (F6) el consumo individual de potencia (Pi'), de manera que una variacion instantanea de consumo electrico observada al nivel de la rama de distribucion individual sea igual a una variacion instantanea de consumo electrico observada simultaneamente al nivel de la lmea principal corriente arriba,
procedimiento en el cual la etapa f) comprende las siguientes subetapas:
- asignar un coeficiente de correccion individual (ai) al consumo individual de potencia (Pi');
- detectar (F61) simultaneamente una variacion (APi) del consumo individual de potencia corregido y una variacion (AP) de la potencia global;
- calcular (F62) un coeficiente de calibracion (Ri) igual a la relacion entre las variaciones (APi, AP) de consumo individual de potencia y de potencia global;
- actualizar (F63) el coeficiente de correccion individual (ai) por medio del coeficiente de calibracion; y
- asignar el coeficiente de correccion individual (ai) al consumo individual de potencia (Pi').
2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que la etapa f) se efectua en cada cierre del disyuntor (7).
3. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que las etapas b) a d) se implementan para todas las ramas de distribucion individual de electricidad (3).
4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, comprendiendo ademas la etapa siguiente:
g) corregir (F7) el consumo individual de potencia (Pi') de cada rama de consumo individual (3), de tal manera que la suma de los consumos individuales de potencia corregidos (Pi) sea igual a la potencia global (P).
5. Procedimiento segun la reivindicacion 4, en el que la etapa g) comprende las siguientes subetapas:
- asignar un coeficiente de correccion individual (ai) al consumo individual de potencia (Pi') de cada rama de distribucion individual (3);
- calcular (F71) un coeficiente de correccion global igual a la relacion entre la suma de los consumos individuales de potencia corregidos y la potencia global (P);
- actualizar (F72) el coeficiente de correccion individual (ai) de cada rama por medio del coeficiente de correccion global (ag); y
- asignar el coeficiente de correccion individual (ai) al consumo individual de potencia (Pi') de cada rama.
6. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual el calculo del consumo individual de potencia comprende el calculo de la potencia activa individual (Pi) y de la potencia reactiva individual (Qi).
7. Procedimiento segun la reivindicacion 6, comprendiendo unas etapas de calculo de un factor de potencia (PFi) de la rama de distribucion individual y de un valor medio (U) de la corriente que circula en la rama de distribucion individual (3).
8. Procedimiento segun la reivindicacion 7, comprendiendo las etapas siguientes:
- calcular (F85) la resistencia de contacto (RCi) del disyuntor (7) de la rama individual, a partir de la diferencia entre la tension (U) de la lmea principal corriente arriba (2) y la tension (Ui) de la rama de distribucion individual (3), y del valor medio (U) de la corriente que circula en la rama de distribucion individual;
- comparar (F86) la resistencia de contacto con un valor umbral; y
- activar (F87) una alarma cuando la resistencia de contacto es superior al valor umbral.
9. Sistema de seguimiento de un consumo individual de potencia en una instalacion electrica (1) que incluye un grupo de ramas de distribucion individual de electricidad (3) y una lmea principal corriente arriba (2) que conecta el grupo de ramas a una alimentacion electrica (5), incluyendo cada rama de distribucion individual de electricidad un
disyuntor (7),
incluyendo el sistema de seguimiento
• un aparato de medicion (8a) de la corriente (I) y de la tension (U) al nivel de la lmea principal corriente arriba, y de medicion de la tension (Ui) de al menos una rama de distribucion individual corriente abajo del disyuntor, • un contador (10) de la potencia global (P) consumida por el grupo de rama, a partir de la corriente (I) y de la tension (U) de la lmea principal corriente arriba;
• un dispositivo calculador (9) configurado para calcular el consumo individual de potencia (Pi', Qi') de la rama de distribucion individual (3) a partir de una corriente (Ii) que circula en la rama de distribucion individual y de la tension (Ui) de la rama de distribucion individual; y
• unos medios de correccion (pP) del consumo individual de potencia (Pi'), por correlacion de las variaciones instantaneas de consumo electrico observadas simultaneamente al nivel de la rama de distribucion individual (3) y de la lmea principal corriente arriba (2);
sistema de seguimiento caracterizado porque el dispositivo calculador (9) esta configurado para calcular la corriente (Ii) de la rama de distribucion individual, a partir de la diferencia entre la tension (U) de la lmea principal corriente arriba y la tension (Ui) de la rama de distribucion individual, y porque los medios de correccion (pP) estan configurados para:
- asignar un coeficiente de correccion individual (ai) al consumo individual de potencia (Pi');
- detectar (F61) simultaneamente una variacion (APi) del consumo individual de potencia corregido y una variacion (AP) de la potencia global;
- calcular (F62) un coeficiente de calibracion (Ri) igual a la relacion entre las variaciones (APi, AP) de consumo individual de potencia y de potencia global;
- actualizar (F63) el coeficiente de correccion individual (ai) por medio del coeficiente de calibracion; y
- asignar el coeficiente de correccion individual (ai) al consumo individual de potencia (Pi').
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