ES2894139T3 - Procedimiento de funcionamiento de un aparato eléctrico en una red de corriente alterna - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de funcionamiento de un aparato eléctrico en una red de corriente alterna, estando conectado el aparato con la red de corriente alterna a través de una línea de conexión monofásica o multifásica, detectándose de forma continua corrientes de falla y/o de fuga en la línea de conexión como valor de sensor i(t) mediante un sensor de corriente asignado a la línea de conexión dentro del aparato , caracterizado por que a partir de los valores de sensor i(t) detectados se forman un valor medio temporal (IAV) y un valor eficaz (IRMS), por que a partir del cociente (Q) del valor medio (IAV) y del valor eficaz (IRMS) se forma un criterio para apagar el aparato, y por que el aparato se desconecta de la red de corriente alterna cuando el criterio se cumple.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de funcionamiento de un aparato eléctrico en una red de corriente alterna
La invención se refiere a un procedimiento de funcionamiento de un aparato eléctrico en una red de corriente alterna, estando conectado el aparato con la red de corriente alterna a través de una línea de conexión monofásica o multifásica, detectándose de forma continua corrientes de falla y/o de fuga en la línea de conexión como valor de sensor mediante un sensor de corriente asignado a la línea de conexión dentro del aparato.
Durante el funcionamiento de aparatos eléctricos en una red de corriente alterna pueden aparecer debido a fallos dentro de estos aparatos o también debido a circunstancias condicionadas por la construcción del correspondiente aparato, las llamadas corrientes de falla o corrientes de fuga, que pueden representar un riesgo para personas en el entorno del aparato.
En relación con la presente invención se hace referencia en este caso como aparatos eléctricos en particular a convertidores de potencia e inversores, que se usan en el curso de la introducción progresiva de conceptos de energías alternativas cada vez más en redes eléctricas domésticas convencionales.
De este modo se convierte, por ejemplo, en el caso de las instalaciones fotovoltaicas domésticas ahora ya muy extendidas, la corriente continua generada por los módulos solares instalados sobre un tejado mediante un inversor en corriente alterna, que puede ser usada directamente en el hogar o que puede ser alimentada a la red eléctrica pública. En las llamadas centrales de cogeneración se genera por el contrario corriente alterna mediante un generador accionado, por ejemplo, mediante un motor de combustión. La frecuencia de la corriente alterna generada por el generador se convierte entonces mediante un convertidor de frecuencia en una corriente alterna con la frecuencia de red doméstica habitual de 50 o 60 hercios.
Durante el funcionamiento de este tipo de convertidores de frecuencia e inversores pueden darse, tal como ya se ha mencionado, corrientes de falla o corrientes de fuga. Las corrientes de falla tienen a este respecto en gran medida carácter óhmico. La causa son generalmente fallos de aislamiento entre partes conductoras de tensión y tierra en un aparato. También en caso de que una persona entre en contacto con un conductor de red activo, fluye una corriente de falla óhmica hacia tierra. Las corrientes de fuga son por el contrario corrientes condicionadas por el funcionamiento predominantemente de tipo capacitivo y fluyen, por ejemplo, debido a medidas de supresión de interferencias por condensadores a filtros EMV o a través de la capacidad de conducciones apantalladas largas a tierra. Las corrientes de falla y corrientes de fuga bien es cierto que se diferencian con respecto a su origen, sin embargo no en sus efectos en particular en personas o instalaciones medición, de manera que en lo sucesivo se usa debido a motivos de simplicidad ya solo el término general corriente de falla, incluso cuando ésta debiese denominarse debido a su origen realmente como corriente de fuga.
Dado que las corrientes de falla pueden poner en riesgo a personas en redes de corriente alterna al entrar en contacto con medios de funcionamiento eléctricos, se usan como medida de protección en instalaciones eléctricas, en particular en redes de corriente domésticas, instalaciones de protección, las cuales están instaladas por regla general en un lugar central, generalmente en la distribución principal de la red de corriente alterna eléctrica. Habitualmente se trata a este respecto de los llamados interruptores diferenciales del tipo A, cuyo modo de actuación se basa en que durante el funcionamiento libre de fallos de una instalación eléctrica, la suma vectorial de las corrientes es igual a cero en todos los conductores de guía de corriente de una línea de alimentación y de este modo no existe tampoco ningún campo magnético en el entorno de la línea de alimentación. En caso de resultar, por ejemplo, debido a un fallo de aislamiento una corriente de falla, que fluye fuera de la línea de alimentación a través de un cuerpo o a través de tierra, resulta una corriente diferencial entre los diferentes conductores de la línea de alimentación. El campo magnético cambiante provocado por esta corriente diferencial induce en el interruptor diferencial de modo secundario una corriente, la cual da lugar a un elemento de conmutación, que desconecta por su parte la línea de alimentación defectuosa.
Este tipo de interruptores diferenciales del tipo A en principio solo son capaces de detectar corrientes de falla alternas sinusoidales y en determinada medida también aquellas corrientes de falla, las cuales presentan un desarrollo no puramente sinusoidal, sino uno temporal pulsante.
Las corrientes de falla que hacen su aparición durante el funcionamiento de aparatos eléctricos, como en particular convertidores de frecuencia e inversores, pueden contener también, no obstante, componentes de corriente continua puros, que no pueden ser detectados por interruptores diferenciales del tipo A. Estos componentes de corriente continua tienen además de ello también, no obstante, la propiedad fatal de que pueden influir negativamente en un interruptor diferencial del tipo A instalado en la red de corriente alterna en lugar central en su funcionamiento, de tal modo que éste ya no puede cumplir con su función de protección tampoco en lo que se refiere a todos los demás aparatos en la correspondiente red de corriente alterna.
El documento DE 102014221 658 A1 muestra un procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, en cuyo caso la instalación diferencial es sensible tanto a corrientes de falla en forma de CA, como también en forma de CC. A este respecto se detectan los componentes CA en la corriente de falla mediante un transformador de corriente de suma, cuya tensión inducida es en su bobina secundaria una medida de la corriente de falla. Los componentes CC se detectan en cuanto que se detecta una saturación del imán convertidor del transformador de corriente de suma mediante medición de impedancia.
El documento DE 102007031 342 A1 muestra un procedimiento, en cuyo caso la forma de desarrollo de la corriente de falla se determina mediante análisis estadístico. Basándose en este análisis se adapta un valor umbral para activar el interruptor de corriente de falla.
En el caso del procedimiento de acuerdo con el documento WO 2008/009903 A1 se evalúa la forma de curva de la corriente de falla, en cuanto que se comparan entre sí valores RMS de los componentes de curva positivos y negativos.
El procedimiento de acuerdo con la presente invención se basa en el objetivo de poder hacer funcionar un aparato eléctrico, el cual funciona dentro de una red de corriente alterna asegurada por un interruptor diferencial del tipo A instalado en lugar central, de tal modo que la función del interruptor diferencial del tipo A no quede influida negativamente, pero que al mismo tiempo se dé también una alta disponibilidad del aparato eléctrico.
Esto se logra de acuerdo con la invención debido a que a partir de los valores de sensor detectados se forman un valor medio temporal y un valor eficaz, a que a partir del cociente del valor medio y del valor eficaz se forma un criterio para apagar el aparato, y a que el aparato se desconecta de la red de corriente alterna cuando el criterio se cumple.
La invención aprovecha de este modo el conocimiento de que incluso cuando corrientes de falla contienen componentes de corriente continua en la línea de conexión, que influirían negativamente por sí solas la función del interruptor diferencial del tipo A, la aparición simultánea de componentes de CA puede neutralizar esta influencia negativa. Debido a ello puede continuar haciéndose funcionar el aparato en determinados casos en la red de corriente alterna, en los cuales, en el caso de los procedimientos usados hasta el momento, que se basan en una observación separada de los componentes de corriente continua y corriente alterna, sería obligatoriamente necesario apagar el aparato.
Un criterio muy fácil de manejar para la práctica para apagar el aparato puede definirse en cuanto que el cociente a partir del valor medio y el valor eficaz de los valores de sensor detectados se calcula y se fija para este cociente un valor límite superior. En caso de superar el cociente este valor límite, entonces se desconecta el aparato de la red de corriente alterna. El nivel del valor límite se fija con conocimiento de la estructura concreta del aparato y de las posibles formas de curva de las corrientes de falla de tal modo que se dé el mejor ajuste posible entre disponibilidad y seguridad del aparato.
Un valor límite superior en el intervalo de entre 0,6 y 0,8 para el cociente a partir del valor medio y el valor eficaz de los valores de sensor detectados ofrece en este sentido en la mayoría de los casos buenos resultados.
A continuación se explica la invención mediante un ejemplo de realización del desarrollo del procedimiento de acuerdo con la invención.
En primer lugar, se detecta en un sensor de corriente presente dentro del aparato eléctrico, que comprende como sensor de corriente diferencial todos los conductores activos de la línea de conexión eléctrica del aparato, la corriente diferencial provocada por corrientes de falla y/o de fuga en la línea de conexión, de forma continua como valor de sensor i(t).
A partir de los valores de sensor i(t) se forman por una parte un valor medio temporal Iav y por otra parte un valor eficaz Irms. A este respecto el valor medio temporal Iav está definido como valor medio aritmético por un periodo Tp, es decir,
Figure imgf000003_0001
El valor eficaz Irms está definido como valor medio cuadrático por un periodo Tp, es decir,
Figure imgf000003_0002
Los dos valores medios Iav e Irms se actualizan continuamente y a partir de los valores medios respectivamente formados prácticamente de forma simultánea se calcula el cociente
Figure imgf000003_0003
En dependencia de como de altos son ahora respectivamente los componentes de corriente continua y de corriente alterna, el cociente Q puede adoptar valores entre " 0" y "1".
El cociente Q calculado de este modo se utiliza teniéndose en consideración el siguiente enfoque representado para la formación de un criterio para apagar el aparato.
En caso de una corriente de falla sin componente de corriente continua, en el caso ideal una corriente de falla puramente sinusoidal, el valor medio aritmético Iav es igual a cero y el valor eficaz Irms tiene un valor mayor a cero, de modo que el cociente Q en este caso adopta el valor "0".
En caso de superponerse ahora a una corriente de falla puramente sinusoidal un componente de corriente continua, entonces aumenta el valor medio temporal Iav en correspondencia con este componente de corriente continua. De este modo aumenta también, no obstante, el valor eficaz Irms y por consiguiente también el cociente Q. En el caso de una corriente de falla con un componente de corriente alterna insignificantemente pequeño con respecto al componente de corriente continua, Q se acerca al valor "1".
En el caso general, en el cual existen tanto componentes de corriente continua, como también componentes de corriente alterna de la corriente de falla en una magnitud no insignificante, ha podido verse que en el caso de un valor del cociente Q entre 0 y un valor límite superior Gq de entre 0,6 y 0,8, en el caso de una pluralidad de aparatos y posibles formas de curva de las corrientes de falla, los componentes de corriente alterna son lo suficientemente grandes con respecto a los componentes de corriente continua para poder compensar una posible influencia negativa de un interruptor diferencial del tipo A por parte del componente de corriente continua.
Se define por lo tanto para el fin del presente procedimiento como criterio para apagar el aparato, que se produzca una desconexión del aparato de la red de corriente alterna cuando el cociente Q adopte un valor mayor o igual a un valor límite fijado Gq del intervalo mencionado.
En la implementación práctica del procedimiento de acuerdo con la invención, los cálculos descritos tienen lugar dentro de un microcontrolador. Los valores de sensor i(t) detectados de forma continua, se transforman entonces mediante un convertidor analógico-digital en valores de sensor discretos en el tiempo i(t), y estos se suministran al microcontrolador para la continuación de su procesamiento.
En un perfeccionamiento ventajoso del procedimiento de acuerdo con la invención pueden definirse para el aumento de la seguridad criterios adicionales para apagar el aparato. De este modo corrientes de falla de aumento brusco indican, por ejemplo, la formación de un fallo o el contacto de partes activas por parte de una persona. Se definen por lo tanto, para la ampliación del presente procedimiento, criterios adicionales para apagar el aparato. Para la mejora de la protección de personas está previsto el reconocimiento de un cambio brusco de la corriente de falla de al menos 30 miliamperios y una desconexión resultante de ello del aparato de la red de corriente alterna en menos de 0,3 segundos. A este respecto puede considerarse un cambio de la corriente de falla como brusco cuando, por ejemplo, se ajusta en un tiempo de menos de 5 milisegundos.
El procedimiento de acuerdo con la invención se usa ventajosamente durante el funcionamiento de un convertidor de frecuencia o inversor en una red de corriente alterna, que está asegurada por un interruptor diferencial del tipo A instalado en un lugar central.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de funcionamiento de un aparato eléctrico en una red de corriente alterna, estando conectado el aparato con la red de corriente alterna a través de una línea de conexión monofásica o multifásica, detectándose de forma continua corrientes de falla y/o de fuga en la línea de conexión como valor de sensor i(t) mediante un sensor de corriente asignado a la línea de conexión dentro del aparato , caracterizado por que a partir de los valores de sensor i(t) detectados se forman un valor medio temporal (Iav) y un valor eficaz (Irms), por que a partir del cociente (Q) del valor medio (Iav) y del valor eficaz (Irms) se forma un criterio para apagar el aparato, y por que el aparato se desconecta de la red de corriente alterna cuando el criterio se cumple.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el aparato se desconecta de la red de corriente alterna cuando el cociente (Q) adopta un valor superior o igual a un valor límite (Gq) fijado.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que el valor límite (Gq) está fijado para el cociente (Q) en un valor de entre 0,6 y 0,8.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el aparato se desconecta de la red de corriente alterna en menos de 0,3 segundos, cuando el valor de sensor i(t) cambia bruscamente a razón de al menos 30 miliamperios.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que los valores de sensor i(t) detectados de forma continua se transforman mediante un convertidor analógico-digital en valores de sensor i(t) discretos en el tiempo, y éstos se suministran a un microcontrolador, en el cual se llevan a cabo entonces los correspondientes cálculos.
6. Uso de un procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores durante el funcionamiento de un aparato eléctrico en una red de corriente alterna asegurada por un interruptor diferencial de tipo A instalado en lugar central.
7. Uso según la reivindicación 6, caracterizado por que el aparato eléctrico comprende un convertidor de frecuencia y/o un inversor.
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