ES2640687T3 - Procedimiento de medición del consumo energético de las ramas de una red eléctrica y equipo de medición que utiliza dicho procedimiento - Google Patents

Procedimiento de medición del consumo energético de las ramas de una red eléctrica y equipo de medición que utiliza dicho procedimiento Download PDF

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ES2640687T3 ES15719788.0T ES15719788T ES2640687T3 ES 2640687 T3 ES2640687 T3 ES 2640687T3 ES 15719788 T ES15719788 T ES 15719788T ES 2640687 T3 ES2640687 T3 ES 2640687T3
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Abstract

Procedimiento de medición del consumo energético de las ramas (11, 12, 13, N) de una red eléctrica (10), procedimiento en el que se miden las tensiones de dicha red de manera centralizada mediante un dispositivo de medición de las tensiones (2) único unido aguas arriba de las ramas de la red, se mide la corriente en por lo menos una de las ramas de la red mediante un dispositivo de medición de la corriente (3) dedicado, se comunican a través de un enlace de comunicación dichas mediciones de tensión a dicho dispositivo de medición de la corriente (3), y se calcula en dicho dispositivo de medición de corriente (3) por lo menos dicho consumo energético de dicha rama de la red analizada, caracterizado por que se procede a las mediciones de las tensiones de dicha red mediante dicho dispositivo de medición de las tensiones (2) único por muestreo de las tensiones en un instante (Tv.n) a una primera frecuencia de muestreo, se transmiten las muestras de tensión a dicho dispositivo de medición de la corriente (3) a través del enlace de comunicación en el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n), se procede a las mediciones de la corriente de la rama de la red mediante dicho dispositivo de medición de la corriente (3) dedicado por muestreo de las corrientes en un instante (Ti,n) a una segunda frecuencia de muestreo, se compara la diferencia existente entre el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n) y el instante de muestreo de las corrientes (Ti,n) dado que dichos dispositivos de medición de las tensiones (2) y de la corriente (3) funcionan de manera asíncrona, y se ajusta por lo menos una frecuencia de muestreo con respecto a la otra para llevar la diferencia existente entre el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n) y el instante de muestreo de las corrientes (Ti,n) hacia cero.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de medicion del consumo energetico de las ramas de una red electrica y equipo de medicion que utiliza dicho procedimiento.
Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un procedimiento de medicion del consumo energetico de las ramas de una red electrica, procedimiento en el que se miden las tensiones de dicha red de manera centralizada mediante un dispositivo de medicion de las tensiones unico unido aguas arriba de las ramas de la red, se mide la corriente en por lo menos una de las ramas de la red mediante un dispositivo de medicion de corriente dedicado, se comunican a traves de un enlace de comunicacion dichas mediciones de tension a dicho dispositivo de medicion de la corriente, y se calcula en dicho dispositivo de medicion de corriente por lo menos dicho consumo energetico de dicha rama de la red analizada.
La presente invencion se refiere asimismo a un equipo de medicion que utiliza el procedimiento de medicion anterior, y que comprende un dispositivo de medicion de las tensiones unico unido aguas arriba de las ramas de la red a analizar para medir las tensiones de dicha red de manera centralizada, por lo menos un dispositivo de medicion de corriente dedicado unido a una de las ramas de la red para medir las corrientes en dicha rama de red, estando dichos dispositivos de medicion conectados entre si por lo menos por un enlace de comunicacion que permite la comunicacion de dichas mediciones de tension a dicho dispositivo de medicion de la corriente, el cual comprende por lo menos una unidad de tratamiento para calcular dicho consumo energetico de dicha rama de la red analizada.
Tecnica anterior
La demanda creciente de reducciones de los consumos electricos unida a los problemas de eficacia energetica conlleva la colocacion casi obligatoria de una instrumentacion muy detallada de redes electricas con el fin de poder identificar los orfgenes de los consumos electricos, seguir la evolucion de estos consumos, tomar medidas para reducir estos consumos y evaluar el impacto de las acciones de reduccion de los consumos. La medicion de un consumo de energfa electrica en una rama de una red electrica impone la medicion simultanea de las tensiones y de las corrientes que circulan en esta rama. La multiplicacion de las tomas de tension adolece de dos inconvenientes principales:
- el volumen y el precio de las protecciones necesarias para las tomas de medicion de tension, y
- el volumen y el precio de los circuitos de medicion de tension en los dispositivos de medicion.
Estos dos inconvenientes representan un freno importante a la multiplicacion de los equipos de analisis de energfa.
Ahora bien, cuando se limita a un cuadro de distribucion electrico, se constata que la tension es mas o menos la misma en todos los puntos de este cuadro. En consecuencia, parece interesante compartir o centralizar la toma de tension aguas arriba para analizar los consumos de todas las ramas de la red distribuidas por este cuadro electrico.
Incluso aunque la precision de las mediciones de potencia en una optica de analisis de distribucion de los consumos no necesita ser muy buena, es sin embargo importante que las variaciones de potencia consumida esten correctamente evaluadas, lo cual implica un bajo desfase entre las mediciones de corriente y las mediciones de tension. Por ejemplo, si se constata que un motor electrico esta sobredimensionado y funciona con un factor de potencia muy bajo generando un fuerte consumo energetico, y que se sustituye por un motor de mas baja potencia que funciona con un factor de potencia mucho mas elevado, un error de fase demasiado importante sobre las mediciones puede conducir a constatar una disminucion de los consumos mucho mas baja que la prevista. A tftulo de ejemplo, un error de fase de 0,3° representa un error de medicion de potencia del orden del 1% para un factor de potencia de 0,50.
La multiplicacion de las cargas electronicas no lineales induce tambien a la presencia de potencias unidas a los armonicos de la corriente y de la tension. De este modo, el analisis preciso de estas potencias armonicas impone una calidad de sincronizacion todavfa superior a la exigida para la medicion de potencia sobre la red. Un sistema de analisis de los consumos de energfa debe por lo tanto presentar un error de fase entre corrientes y tensiones lo mas bajo posible, tfpicamente del orden de 0,1° a 50 Hz, lo cual representa aproximadamente 5 ps a 50 Hz.
Finalmente, la realizacion de tal equipo de medicion debe ser la mas simple posible, en particular a nivel del cableado, asf como la asociacion correcta entre los circuitos de medicion de las tensiones y los circuitos de medicion de las corrientes en el ambito de una red trifasica y de la integracion de estas mediciones en unidades de supervision existentes.
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La solucion utilizada mas habitualmente para analizar los consumos de multiples ramas de una red electrica consiste en instalar unos dispositivos de medicion que comprenden al mismo tiempo unos circuitos de medicion de las tensiones y unos circuitos de medicion de corrientes. Estos dispositivos de medicion estan generalmente unidos entre si por un enlace de comunicacion, unido a su vez a una unidad de supervision. El inconveniente principal de esta solucion es la necesidad de realizar multiples conexiones destinadas a la medicion de las tensiones sobre todas las ramas de la red, debiendo estas conexiones ademas estar protegidas por unos fusibles por razones de seguridad. Estos fusibles son frecuentemente casi tan voluminosos como el dispositivo de medicion en si. Por otro lado, estos circuitos de medicion de las tensiones ocupan un sitio relativamente importante en el dispositivo de medicion debido a las distancias de aislamiento a respetar entre las partes conductoras bajo tension peligrosas, al mismo tiempo entre las polaridades diferentes y con respecto a las partes conductoras accesibles a un usuario.
La publicacion US n° 6.330.516 B1 describe una solucion que propone una toma de tension unica y un numero relativamente importante de sensores de corriente. Este enfoque responde parcialmente a los problemas planteados anteriormente, ya que se realiza solo una conexion de tension. Sin embargo, el dispositivo de medicion se vuelve relativamente voluminoso debido al gran numero de entradas para los sensores de corriente y para la electronica asociada. Por otro lado, la electronica de acondicionamiento y de tratamiento debe estar dimensionada para poder tratar el numero maximo de sensores de corrientes previstos para ser conectados, lo cual reduce el interes economico de esta solucion si no se utilizan todas las vfas de medicion. Por otro lado, la concentracion de los multiples cables de conexion de los sensores de corriente como unico punto hace que el cableado, asf como su verificacion, resulten muy complicados.
La publicacion EP 0 853 364 A2 describe un equipo provisto de un dispositivo de medicion de tension y de multiples dispositivos de medicion de corriente unidos entre si por un enlace de comunicacion. En este equipo, el dispositivo de medicion de tension transmite regularmente las amplitudes y la fase de las tensiones medidas, y los dispositivos de medicion de corriente calculan la potencia a partir de la relacion P=UxixCosO. El inconveniente de este metodo es que no se toman en cuenta los armonicos.
La publicacion EP 1 010 015 B1 describe un equipo del mismo tipo, sin precisar de manera clara que tipo de informacion, ademas de la tension, se transmite a los dispositivos de medicion de corriente.
Estas soluciones existentes no son por lo tanto satisfactorias.
Descripcion de la invencion
La presente invencion tiene como objetivo paliar estos inconvenientes proponiendo una solucion economica, adaptada a las necesidades reales de la red electrica a analizar, particularmente simple de realizar gracias a un cableado muy simplificado, que permite una sincronizacion de las muestras de tension y de corriente medidas del orden de 1 ps, es decir que garantizan una excelente calidad metrologica a pesar de la presencia eventual de armonicos.
Con este objetivo, la invencion se refiere a un procedimiento del tipo indicado en el preambulo, caracterizado por que se procede a las mediciones de las tensiones de dicha red mediante muestreado de las tensiones a una primera frecuencia de muestreo, se procede a las mediciones de la corriente de la rama de la red por muestreo de las corrientes a una segunda frecuencia de muestreo, se compara la diferencia existente entre los instantes de muestreo de las tensiones y de las corrientes y se ajusta por lo menos una frecuencia de muestreo con respecto a la otra para llevar la diferencia existente entre los instantes de muestreo de las tensiones y de las corrientes hacia cero.
En una forma preferida, el dispositivo de medicion de las tensiones transmite las muestras de tension sobre el enlace de comunicacion en un instante de muestreo Tv,n utilizando una trama de informaciones de duracion D, el dispositivo de medicion de la corriente recibe estas muestras de tension y detecta el instante del final de recepcion de dicha trama de informaciones Trec,c, y despues calcula el instante de muestreo Tv,n de las muestras de tension y la diferencia ATn entre el instante de muestreo de las corrientes Tin y el instante de muestreo de las tensiones Tv,n para ajustar su propia frecuencia de muestreo con el fin de llevar esta diferencia hacia 0 aumentando la frecuencia de muestreo si la diferencia ATn es positiva y disminuyendola si la diferencia ATn es negativa.
Ventajosamente, el dispositivo de medicion de las tensiones transmite las muestras de tension sobre el enlace de comunicacion con un retraso fijo R con respecto al instante de muestreo de las tensiones Tv,n utilizando una trama de informaciones de duracion conocida D. En este caso, el dispositivo de medicion de corriente calcula el instante de muestreo de las tensiones Tv,n a partir de los datos conocidos D y R segun la formula: Tv,n=Trec,n-D-R, y calcula la diferencia ATn entre el instante de muestreo de las corrientes Tin y el instante de muestreo de las tensiones Tv,n segun la formula ATn =Ti,n-Tv,n=Trec,n-D-R.
Se puede utilizar el enlace de comunicacion para transmitir de dicho dispositivo de medicion de las tensiones a
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dicho dispositivo de medicion de corriente unas informaciones adicionales seleccionadas de entre el grupo que comprende el tipo de red monofasica o trifasica, con o sin neutro, la tension nominal de la red, la frecuencia nominal de la red, la fecha y la hora, unos topes de sincronizacion de las mediciones de valores eficaces y de potencia, unos topes de captura de eventos.
Segun el caso, se pueden transmitir las muestras de las mediciones de tension por paquete de N muestras. Se puede tambien seleccionar una frecuencia de muestreo, unas mediciones de tension fija o dependiente de la frecuencia de la red electrica analizada.
Preferentemente, se transmiten las muestras de las mediciones de tension en forma digital en un cable conectado al dispositivo de medicion de la corriente, comprendiendo este cable de red por lo menos un primer par de hilos conductores denominados par de comunicacion unidireccional.
Se puede utilizar ventajosamente el mismo cable de red para llevar una alimentacion electrica a dichos dispositivos de medicion en un segundo par de hilos conductores dedicado denominado par de alimentacion.
Se puede utilizar tambien el mismo cable de red para conectar los dispositivos de medicion a una unidad de vigilancia mediante un tercer par de hilos conductores dedicado denominado par de comunicacion bidireccional.
En una primera aplicacion, se pueden medir las tensiones de la red electrica con respecto a un potencial de referencia constituido por la tierra de dicha red. En este caso, se puede inyectar una corriente de falla a tierra en la red analizada, se puede medir dicha corriente de falla inyectada y se puede asf determinar la impedancia de fuga a tierra de por lo menos unas ramas de dicha red analizada.
En una segunda aplicacion, el dispositivo de medicion de la corriente puede proporcionar una senal auxiliar representativa de la tension del conductor sobre el cual se mide la corriente, siendo dicha senal de tension auxiliar en este caso utilizada para poner en correspondencia la medicion de tension con la medicion de corriente efectuada en un mismo conductor de dicha red electrica y paliar automaticamente los errores de conexion.
En una tercera aplicacion, el dispositivo de medicion de la corriente puede tambien medir la tension local en dicha rama de la red para calcular localmente por lo menos dicho consumo de energfa y compararlo con dicho consumo de energfa calculada a partir de las mediciones de tension centralizadas que permiten evaluar asf las perdidas energeticas en dicha red.
En una cuarta aplicacion, se puede utilizar por lo menos otro dispositivo de medicion de las tensiones conectado a otra red electrica a analizar. En este caso, se transmite a uno de los dispositivos de medicion de las tensiones, las muestras de medicion de tension obtenidas por el otro dispositivo de medicion de las tensiones sobre dicho enlace de comunicacion, y se compara en amplitud y en fase las dos redes electricas analizadas para conectarlas juntas cuando dichas diferencias son suficientemente bajas.
Cuando las dos redes electricas se conectan juntas, cualquiera de los dispositivos de medicion de las tensiones toma el control del enlace de comunicacion y se utiliza para medir las tensiones de dicha red correspondiente.
Tambien con este objetivo, la invencion se refiere a un equipo del tipo indicado en el preambulo, caracterizado por que el dispositivo de medicion de las tensiones comprende unos medios para efectuar las mediciones de tension por muestreo de las tensiones a una primera frecuencia de muestreo, por que el dispositivo de medicion de la corriente comprende unos medios para efectuar las mediciones de la corriente por muestreo de corrientes a una segunda frecuencia de muestreo, unos medios para comparar la diferencia existente entre los instantes de muestreo de las tensiones y de las corrientes, y por que dichos dispositivos de medicion de las tensiones y de la corriente comprenden unos medios para ajustar por lo menos una frecuencia de muestreo con respecto al otro para llevar la diferencia existente entre los instantes de muestreo de las tensiones y de las corrientes hacia cero.
En una forma preferida de la invencion, el dispositivo de medicion de las tensiones comprende por lo menos un oscilador ajustable dispuesto para definir la frecuencia de muestreo de las mediciones de tension y por lo menos una unidad de tratamiento dispuesta para tratar por lo menos dichas muestras de tension.
El dispositivo de medicion de las tensiones puede comprender ademas un modulo de frecuencia dispuesto para medir la frecuencia de la red analizada, estando la unidad de tratamiento dispuesta para tratar tambien las mediciones de frecuencia de la red. En este caso, el oscilador ajustable puede depender de la unidad de tratamiento en funcion de la frecuencia de la red.
En la forma de realizacion preferida, el dispositivo de medicion de la corriente comprende por lo menos un oscilador ajustable dispuesto para definir dicha frecuencia de muestreo de las mediciones de corriente y por lo menos una unidad de tratamiento dispuesta para calcular por lo menos la energfa consumida por dicha rama de la red a partir de las muestras de tension recibidas por el enlace de comunicacion y de las muestras de corriente medidas en dicha rama.
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El dispositivo de medicion de la corriente puede comprender ademas un modulo de desfasado dispuesto para medir la diferencia existente entre los instantes de muestreo de las tensiones y los instantes de muestreo de las corrientes y para el servo-control del oscilador ajustable con el fin de ajustar la frecuencia de muestreo de las mediciones de corriente para sincronizarla sobre la frecuencia de muestreo de las mediciones de tension.
El enlace de comunicacion puede estar constituido por lo menos por un par de hilos conductores, denominados par de comunicacion unidireccional, previstos en un cable de red para transmitir las muestras de tension en forma digital, estando este cable de red dispuesto para conectar dicho dispositivo de medicion de las tensiones centralizado a dicho dispositivo de medicion de la corriente dedicado por medio de conectores adaptados.
Como complemento, el cable de red puede comprender un segundo par de hilos conductores dedicado, denominado par de alimentacion, dispuesto para proporcionar una alimentacion electrica a dichos dispositivos de medicion.
El cable de red puede tambien comprender un tercer par de hilos conductores dedicado, denominado par de comunicacion bidireccional dispuesto para conectar dichos dispositivos de medicion a una unidad de vigilancia.
En una primera variante de realizacion, el equipo de medicion puede comprender unos medios para inyectar una corriente de falla a tierra en la red analizada. En este caso, el dispositivo de medicion de la corriente comprende un sensor dispuesto para medir dicha corriente de falla a tierra y la unidad de tratamiento esta dispuesta para determinar la impedancia de fuga a tierra de dicha rama de dicha red analizada a partir de las muestras de tension recibidas por el par de comunicacion unidireccional y de las muestras de corriente de fuga a tierra medidas localmente.
En una segunda variante de realizacion, el dispositivo de medicion de la corriente puede comprender un sensor de tension auxiliar dispuesto para medir una senal auxiliar representativa de la tension del conductor sobre el cual dicho dispositivo mide la corriente, comprendiendo la unidad de tratamiento entonces un modulo de correlacion dispuesto para poner en correspondencia la medicion de tension con la medicion de corriente efectuada en un mismo conductor de dicha red electrica.
En una tercera variante de realizacion, el dispositivo de medicion de la corriente puede comprender ademas un sensor de tension para medir la tension local en dicha rama de la red analizada, estando la unidad de tratamiento en este caso dispuesta para calcular localmente por lo menos dicho consumo de energfa y compararlo con dicho consumo de energfa calculado a partir de las mediciones de tension centralizadas para evaluar las perdidas energeticas en los cables de dicha red.
En una cuarta variante de realizacion, el equipo de medicion puede comprender por lo menos otro dispositivo de medicion de las tensiones conectado a otra red electrica a analizar, siendo este otro dispositivo de medicion de las tensiones conectado a dicho dispositivo de medicion de las tensiones de la red principal por dicho enlace de comunicacion.
De manera ventajosa, el equipo de medicion comprende un numero N de dispositivos de medicion de corriente dedicados que corresponde al numero N de ramas de la red electrica a analizar, estando todos los dispositivos de corriente conectados a dicho dispositivo de medicion centralizado de las tensiones.
Este equipo de medicion comprende ventajosamente por lo menos un dispositivo de terminacion de lfnea dispuesto al final de dicho par de comunicacion unidireccional, y por lo menos un dispositivo de conexion dispuesto aguas arriba de las ramas de la red electrica a analizar y dispuesto para hacer la interfaz electrica entre dichos dispositivos de medicion por un lado y por lo menos una alimentacion electrica y una unidad de vigilancia por otro lado.
Breve descripcion de los dibujos
La presente invencion y sus ventajas apareceran mejor en la descripcion siguiente de un modo de realizacion dado a tftulo de ejemplo no limitativo, en referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 representa esquematicamente una vista de conjunto de un equipo de medicion segun la invencion para una red electrica que comprende varias ramas,
- la figura 2 es un diagrama que muestra la sincronizacion del muestreo de las mediciones de tension y de corriente en una escala de tiempo,
- la figura 3 es una vista esquematica que muestra los diferentes enlaces de alimentacion y de comunicacion entre un dispositivo de medicion de las tensiones y un dispositivo de medicion de la corriente que entra en el equipo de medicion de la figura 1,
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- la figura 4 es un esquema de principio del dispositivo de medicion de las tensiones y de dos dispositivos de medicion de la corriente que entran en el equipo de medicion de la figura 1,
- la figura 5 es un esquema de principio de un dispositivo de conexion que entra en el equipo de medicion de la figura 1,
- las figuras 6A y 6B ilustran dos ejemplos de realizacion del equipo de medicion de la figura 1 respectivamente en una red trifasica y en una red monofasica, y
- la figura 7 es un diagrama de las senales de tension de la red trifasica de la figura 6A y de la senal de tension auxiliar medida por un dispositivo de medicion de la corriente provisto de un modulo de correlacion que busca automaticamente la via de tension que corresponde lo mejor posible a la tension auxiliar medida.
Ilustraciones de la invencion y mejor manera de realizarla
En referencia a las figuras y mas particularmente a la figura 1, el equipo de medicion 1 segun la invencion comprende cuatro componentes principales:
- un dispositivo de medicion de las tensiones 2 de una red electrica 10,
- uno o varios dispositivos de medicion de la corriente 3 de las ramas 11-N de esta red 10, alimentando cada rama por lo menos una carga (no representada),
- un dispositivo de conexion 4 que asegura la conexion del equipo de medicion 1 con su entorno exterior, tal como, por ejemplo, una alimentacion electrica 8, un bus de comunicacion 7, etc., y
- un dispositivo de terminacion de lfnea 5 que permite garantizar la calidad de la transmision de las senales asegurando la terminacion de las lfneas de comunicacion.
Este equipo de medicion 1 puede pertenecer o no a un sistema mas completo que comprende en particular una unidad de vigilancia S y uno o varios aparatos A conectados al bus de comunicacion 7. Este bus de comunicacion 7 permite transportar unas informaciones en forma de senales digitales segun un protocolo de comunicacion definido y normalizado. Asf, puede estar constituido por un bus de comunicacion estandar de tipo RS485 y por un protocolo de comunicacion de tipo JBUS/MODBUS o similar, y puede estar unido directamente a la unidad de vigilancia S o a traves de una red de comunicacion RC de tipo Internet o similar. Los demas aparatos A conectados deben ser compatibles con el protocolo de comunicacion utilizado. Pueden estar constituidos, a tftulo de ejemplo no limitativo, por un contador de energfa, por una central de medicion de los parametros de la red electrica, por modulos de entrada y de salida analogicas y/o digitales que aseguran la interfaz con unos sensores, unos dispositivos mecanicos, unos aparatos de corte o similares, por sensores de temperatura, por sensores de presion, asf como cualquier otro aparato comunmente conectado a un bus de terreno, etc.
Ventajosamente, pero no exclusivamente, los diferentes dispositivos 2-5 estan conectados entre si, en serie, por una cadena de cables de red 6. Estos cables de red 6 pueden estar constituidos por un cable de red estandar, normalizado, tfpicamente un cable de red UTP categorfa 3, compuesto por cuatro pares trenzados, formados cada uno por dos hilos conductores enrollados en helice, uno alrededor del otro. Por supuesto, puede convenir cualquier otro tipo de cable de red. Cada dispositivo 2-5 dispone, en consecuencia, de dos conectores de ocho posiciones y ocho contactos, un conector de entrada 60 y un conector de salida 61, de acuerdo con las figuras 3 y 5. Estos conectores pueden ser unos conectores estandares, normalizados, denominados comunmente conectores RJ45, que permiten una conexion simple, rapida, en serie de los diferentes dispositivos entre si, siendo este tipo de conexion denominada comunmente "daisy chain". Por supuesto, puede convenir cualquier otro tipo de conectores compatibles con el cable de red.
Como se ha evocado anteriormente, puede convenir cualquier otro tipo de cables de red 6 en la hipotesis en la que el numero de pares trenzados es por lo menos igual a dos. En efecto, el interes de estos cables de red 6 es poder transportar varios tipos de senales en un mismo cable para simplificar al maximo el cableado. El equipo de medicion 1 necesita, en consecuencia, por lo menos:
- un primer par trenzado para asegurar la alimentacion electrica de los dispositivos 2-5 a partir de la red, en baja tension, por ejemplo 24V, denominada a continuacion "par de alimentacion 62", y
- un segundo par trenzado para asegurar la comunicacion unidireccional de las senales de tension del dispositivo de medicion de las tensiones 2 hacia los dispositivos de medicion de la corriente 3, denominado a continuacion "par de comunicacion unidireccional 63".
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Se puede completar, como se representa en las figuras, por un tercer par trenzado para asegurar la comunicacion bidireccional entre los dispositivos 2-5 del equipo de medicion 1 y la unidad de vigilancia S denominado a continuacion "par de comunicacion bidireccional 64".
En el caso ventajoso descrito anteriormente de la utilizacion de un cable de red 6 de cuatro pares trenzados, el cuarto par trenzado (no representado en las figuras) puede ser utilizado en paralelo al par de alimentacion 62 para duplicar la potencia de la alimentacion electrica.
Para permitir que los diferentes dispositivos 2-5 se comuniquen entre si a traves de esta conexion de red, cada uno esta equipado con conectores 60, 61 de tipo RJ45 adaptados a los mismos conectores previstos en los extremos de los cables de red 6. Comprenden ademas unos medios de transmision de datos en forma de emisores 65 y de receptores 66 asociados al par de comunicacion unidireccional 63, y de emisores/receptores 71 asociados con el par de comunicacion bidireccional 64. La figura 3 representa un dispositivo de medicion de las tensiones 2 y un dispositivo de medicion de corriente 3 conectados el uno al otro por un cable de red 6 a traves de los conectores 60, 61. Los cables de red 6 representados en las figuras se ilustran con tres pares trenzados 62, 63, 64. El dispositivo de medicion de las tensiones 2 comprende una alimentacion electrica 8 desde el par de alimentacion 62, un emisor 65 conectado al par de comunicacion unidireccional 63 para transmitir las senales de tensiones medidas a los dispositivos de medicion de la corriente 3, y un emisor/receptor 71 conectado al par de comunicacion bidireccional 64. Y el dispositivo de medicion de la corriente 3 comprende una alimentacion electrica 8 desde el par de alimentacion 62, un receptor 66 conectado al par de comunicacion unidireccional 63 para recibir las senales de tensiones medidas del dispositivo de medicion de las tensiones 2, y un emisor/receptor 71 conectado al par de comunicacion bidireccional 64. La figura 5 representa el dispositivo de conexion 4 provisto de un conector 80 conectado a una alimentacion electrica 8 de la red para alimentar el par de alimentacion 62, de un conector 70 conectado al bus de comunicacion 7 para unir el par de comunicacion bidireccional 64 por medio de dos emisores/receptores 71 separados por un aislamiento galvanico 72. El dispositivo de terminacion de lfnea 5 no esta representado como tal ya que esta constituido por un elemento conocido y estandar formado por una combinacion de resistencias conectadas permanentemente a los pares de comunicacion 63 y 64. Este dispositivo de terminacion de lfnea 5 tiene como funcion adaptar la impedancia de cada uno de los dos pares de comunicacion 63 y 64 con el fin de evitar las reflexiones sobre los cables de red 6 y asegurar asf una buena calidad de transmision de la senal.
La figura 4 representa el principio de funcionamiento de los dispositivos de medicion 2 y 3 en forma de esquemas de bloques.
El dispositivo de medicion de las tensiones 2 comprende en particular:
- un convertidor analogico/digital 21 que transforma los valores analogicos de las tensiones medidas por unos sensores de tension, representados por unos puntos en las figuras 6A y 6B, en senales digitales para comunicarlas a una unidad de tratamiento 23,
- un modulo de medicion de frecuencia 22 que mide la frecuencia de las tensiones medidas para comunicarlas a la unidad de tratamiento 23,
- la unidad de tratamiento 23 que trata las senales de las tensiones medidas y de la frecuencia medida para comunicar unas senales tratadas sobre el par de comunicacion unidireccional 63 de un cable de red 6 por un emisor 20, y
- un oscilador ajustable 24 que proporciona la frecuencia de muestreo al convertidor analogico/digital 21 y cuya frecuencia de muestreo es ajustada por la unidad de tratamiento 23 en funcion de la medicion de la frecuencia de red proporcionada por el modulo de medicion de frecuencia 22.
Los dispositivos de medicion de la corriente 3 comprenden cada uno, en particular:
- un convertidor analogico/digital 31 que transforma los valores analogicos de las corrientes medidas por unos sensores de corriente, representados por unos cfrculos en las figuras 6A y 6B, en senales digitales para comunicarlas a una unidad de tratamiento 33.
- la unidad de tratamiento 33 que trata las senales de las corrientes medidas con las senales de tensiones y de frecuencia recibidas a traves del par de comunicacion unidireccional 63 del cable de red 6 por un receptor 30, para calcular unos valores de medicion explotables por un operario y/o una unidad de vigilancia S, tales como unos valores de potencia, de energfa consumida, de factor de potencia, un analisis harmonico de las corrientes, etc.
- un oscilador ajustable 34 que proporciona la frecuencia de muestreo al convertidor analogico/digital 31 y cuya frecuencia de muestreo se ajusta mediante la unidad de tratamiento 33 en funcion de la medicion de
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desfasado proporcionada por una unidad de medicion de desfasado 35, y
- la unidad de medicion del desfasado 35 que recibe unos datos del oscilador 34 y del receptor 30 para comunicar con la unidad de tratamiento 33 y modificar, llegado el caso, la frecuencia de muestreo de las mediciones de la corriente.
En referencia mas particularmente a las figuras 1, 6A y 6B, el dispositivo de medicion de las tensiones 2 esta instalado aguas arriba de las ramas 11, 12, 13, N de la red electrica 10 que puede ser polifasica (figura 6A) o monofasica (figura 6B). Efectua la medicion de las tensiones V1, V2, V3, VN sobre los conductores de fase P1, P2, P3, y sobre el conductor neutro N si existe, de la red electrica 10, mediante cualquier sensor de tension existente que permite proporcionar una senal representativa de la tension medida, pudiendo este sensor de tension ser con o sin contacto, tal como unas tomas de tension directas, de sensores capacitivos, unos sensores de campo electrico, o similar.
Los dispositivos de medicion de corriente 3 estan instalados cada uno en una de las ramas 11, 12, 13, N de la red electrica 10 y efectuan la medicion de la corriente I sobre cada conductor de fase P1, P2, P3 de la red electrica 10. La medicion de las corrientes se puede efectuar mediante cualquier sensor de corriente existente que permita suministrar una senal representativa de la corriente medida, tal como por ejemplo unos transformadores de corriente como se ilustran en las figuras 6A y 6B, unos bucles de Rogowski, unos sensores a base de medicion de campo magnetico tal como el efecto Hall o unos magnetometros de tipo fluxgate o similar.
Las mediciones de las tensiones y de las corrientes se efectuan periodicamente por muestreo para transmitir unas tramas de informaciones explotables digitalmente sobre el par de comunicacion unidireccional 63 de los cables de red 6. La figura 2 permite ilustrar este procedimiento de medicion que tiene como objetivo alcanzar un grado de sincronizacion entre las muestras de tension y las muestras de corriente muy elevado con respecto a los sistemas conocidos. La lfnea superior del diagrama representa la actividad del dispositivo de medicion de las tensiones 2, la lfnea inferior del diagrama representa la actividad de los dispositivos de medicion de la corriente 3 y la lfnea mediana del diagrama representa las muestras de tension transportadas sobre el par de comunicacion unidireccional 63.
La frecuencia de muestreo de las mediciones de tension se determina mediante el oscilador 24 y es ventajosamente, pero no necesariamente, dependiente de la frecuencia de la red electrica 10 a analizar, por ejemplo igual a 50 Hz. Esta dependencia es particularmente ventajosa si se necesita efectuar simultaneamente un analisis armonico de las tensiones y de las corrientes medidas, de ahf el interes del modulo de frecuencia 22 que comunica la medicion de la frecuencia de la red a la unidad de tratamiento 23, que le permite ajustar la frecuencia de muestreo actuando sobre el oscilador 24.
El dispositivo de medicion de las tensiones 2 muestrea las tensiones en el instante Tv,n, y emite, con un retraso de emision fijo R con respecto al instante de muestreo de las tensiones Tv,n, una trama de informaciones de una duracion D sobre el par de comunicacion unidireccional 63 de los cables de red 6 que unen el dispositivo de medicion de las tensiones 2 a los dispositivos de medicion de corriente 3 a traves del emisor 20 y los receptores 30.
Simultaneamente, los dispositivos de medicion de corriente 3 muestrean las corrientes en el instante Ti,n, y reciben todos al mismo tiempo, en retraso despues de la propagacion en los cables de red 6, la trama de informaciones del dispositivo de medicion de las tensiones 2. Disponen tambien de medios para determinar el instante de recepcion Trecn de la trama de informaciones de las muestras de tension en la unidad de tratamiento 33.
Preferentemente, pero no exclusivamente, el instante de recepcion Trec,n de la trama de datos de las muestras de tension corresponde al ultimo cambio de estado de la trama de informaciones, es decir el final de su transmision. Conociendo la duracion D de la trama de informaciones que es generalmente un dato conocido por los dispositivos de medicion de corriente 3, los dispositivos de medicion de corriente 3 calculan la diferencia ATn entre el instante de muestreo de las tensiones Tv,n y el instante de muestreo Tin correspondiente para las corrientes. Esta diferencia ATn se evalua mediante:
AT n_T I,n-Tv,n_T I,n-T rec,n+R+D
Si la diferencia ATn es positiva, como se ilustra en la figura 2, esto significa que el muestreo de las corrientes esta retardado con respecto al muestreo de tensiones y que se necesita por lo tanto acelerar la frecuencia de muestreo de las corrientes para disminuir este retardo. A la inversa, si la diferencia ATn es negativa, se necesita disminuir la frecuencia de muestreo de las corrientes. De manera preferida, el ajuste de la frecuencia de muestreo se calcula mediante un corrector de tipo proporcional/integral integrado a la unidad de tratamiento 33 en funcion de los datos proporcionados por el modulo de cambio de fase 35. La unidad de tratamiento 33 controla, en consecuencia, el oscilador ajustable 34 que oscilara a la frecuencia de muestreo impuesta por la unidad de tratamiento 33.
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Para asegurar que la duracion D entre el principio y el final de la trama de informaciones de las muestras de tension es fija, la trama de informaciones puede terminarse siempre por un bit de fin de mensaje. Este metodo esta particularmente adaptado a la utilizacion de microcontroladores modernos que incluyen unos receptores en serie asfncronos rapidos, denominados generalmente UART, unos sistemas de transferencias directas de datos hacia la memoria, denominados generalmente DMA, y unas unidades de medicion de duracion. Se puede conocer la duracion D de la trama de informaciones incluyendo esta informacion en la trama en si, permitiendo asf unas tramas de duracion variable. Sin embargo, en este caso, los tratamientos de las informaciones en las unidades de tratamiento 33 son entonces mas complejos y pueden conducir a la utilizacion de microcontroladores mas potentes de lo necesario.
Cada dispositivo de medicion de corriente 3 efectua entonces, a partir de las muestras de tensiones recibidas del dispositivo de medicion de las tensiones 2 por el par de comunicacion unidireccional 63 y de las muestras de corriente obtenidas localmente en unos instantes casi identicos, los mismos calculos de potencia, de energfa, etc. que si las muestras de corriente y de tension fuesen todas obtenidas de manera sincronica localmente por un dispositivo de medicion combinado clasico. Asf, desde el punto de vista de una unidad de supervision, nada distingue el equipo de medicion 1 de un dispositivo de medicion combinado clasico que mide directamente las tensiones y las corrientes sobre cada fase de la red.
Los intereses de una estructura de este tipo son multiples:
- la potencia de calculo necesaria se reparte en funcion del numero real de circuitos de corriente a tratar,
- los dispositivos de medicion de corriente 3 pueden estar posicionados lo mas cerca posible de la carga a analizar, reduciendo asf las longitudes de cableado entre el sensor y el dispositivo de medicion, lo cual asegura una mejor inmunidad contra las perturbaciones electromagneticas, y
- la realizacion y el control del cableado se simplifican en gran medida.
La frecuencia de muestreo esta por supuesto adaptada a la banda pasante del analisis armonico, siendo esta generalmente del orden de 2 a 3 kHz. A tftulo indicativo, el intervalo de frecuencia de muestreo puede estar comprendido entre 1 kHz y 20 kHz, con una precision de regulacion ATn del orden de 1 ps. Una frecuencia de muestreo del orden de 5 kHz a 10 kHz es razonable. En aplicaciones mas basicas, se puede considerar una frecuencia de muestreo del orden de 2 kHz, que permite incluir los armonicos hasta aproximadamente 750 Hz.
Para conservar una buena precision de medicion, se necesita transmitir las muestras de tension con una resolucion suficiente. Con el fin de simplificar los tratamientos, se selecciona en general un numero entero de octetos para la representacion de los datos, lo cual lleva a representar de manera preferida las tensiones sobre 8 o 16 bits. Pero se pueden tambien considerar unos tamanos de representacion intermedios para optimizar la utilizacion de la banda pasante de los pares de comunicacion unidireccional 63.
En funcion de las necesidades de la aplicacion considerada, se puede tambien seleccionar transmitir los valores de tensiones en fase y neutro, ya sea este neutro medido o virtual, o las tensiones de las fases y del neutro con respecto a un potencial de referencia de la red electrica, siendo este potencial en general, pero no necesariamente, la tierra de la instalacion.
A continuacion, se centrara el interes en una aplicacion que permite un analisis armonico de hasta aproximadamente 3 kHz y una representacion de los datos de tension sobre 16 bits, con una transmision de las tensiones con respecto a un potencial de referencia. Sin embargo, se pueden efectuar otras elecciones en funcion de la aplicacion considerada.
La banda pasante necesaria para la transmision de las muestra de tension de una red 10 trifasica con neutro (figura 6A) con respecto al potencial de referencia, es decir cuatro valores de tension por instante de muestreo, con una representacion sobre 16 bits, y una frecuencia de muestreo de 10 kHz, compatible con una banda pasante de 3 kHz, representa un volumen bruto de datos del orden de 640 kbit/s. Para asegurar una cierta fiabilidad en la transmision, es costumbre anadir unas informaciones de control, por ejemplo un numero de secuencia sobre un octeto y una suma de control sobre un octeto tambien, lo cual conduce a un caudal bruto del orden de 800 kbit/s. Al ser asfncrono el funcionamiento de los diferentes dispositivos 2-5, se recomienda la utilizacion de un enlace de tipo asfncrono, caracterizado por la presencia de por lo menos un bit de puesta en marcha y un bit de detencion sobre cada octeto, lo cual lleva el caudal de la union a aproximadamente 1 Mbit/s. Este caudal es, en la actualidad, facilmente accesible a coste reducido utilizando unos circuitos integrados especializados de acuerdo con la norma RS485 y unos microcontroladores potentes de bajo coste capaces de tratar de manera eficaz unos caudales de esta naturaleza, permitiendo al mismo tiempo una longitud total del par de comunicacion unidireccional 63 de los cables de red 6 superior a 100 m. En funcion de las aplicaciones, se puede, no obstante, considerar reducir este caudal para aumentar la distancia permitida para el par de comunicacion unidireccional 63, reduciendo el tamano de las muestras de tension, por ejemplo de 16 bits a 8
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bits, o reduciendo la frecuencia de muestreo, o tambien combinando estas dos soluciones. Para limitar un poco la banda pasante o reducir la carga en tiempo real relacionada con la recepcion de las muestras de tension, se puede tambien transmitir las muestras por paquetes de N instantes de muestreo, teniendo N el valor de 1 hasta algunas decenas. Sin embargo, cuanto mas elevado sea el valor de N, mas lento sera el sistema para reaccionar a los cambios de frecuencia de muestreo.
En un equipo de medicion 1 de este tipo, se necesita conocer un cierto numero de informaciones adicionales relacionadas con la configuracion de la red y del equipo de todos los dispositivos 2-5 conectados, por ejemplo y de manera no exhaustiva, la tension nominal de la red 10, la frecuencia nominal de la red 10, el tipo de union de la red: con o sin neutro, el tipo de red: monofasica o trifasica, etc. Estas informaciones adicionales se transmiten ventajosamente en el mismo par de comunicacion unidireccional 63 que las muestras de tension. Por otro lado, es interesante poder sincronizar las muestras de las mediciones de tension y de corriente para facilitar su analisis. Estas informaciones de sincronizacion, denominadas topes de sincronizacion, se transmiten tambien ventajosamente en este mismo par de comunicacion unidireccional 63. Puede tratarse de topes de sincronizacion de las mediciones de valores eficaces y de potencia, unos topes de captura de eventos. Por evento, se entienden unas formas de onda que pueden ser o bien una sucesion de muestras de los valores de corriente o una sucesion de valores eficaces de corriente, de manera que los dispositivos de medicion de la corriente 3 efectuen todos las mediciones de valores eficaces y de potencia sobre los mismos intervalos de tiempo y capturan todos las formas de ondas sobre el mismo intervalo de tiempo. Finalmente, si el dispositivo de medicion de las tensiones 2 dispone de un reloj, la fecha y la hora son tambien ventajosamente transmitidas sobre este mismo par de comunicacion unidireccional 63.
Teniendo en cuenta el caudal relativamente elevado para la transmision de las muestras de tension sobre el par de comunicacion unidireccional 63 y de las longitudes de cableado consideradas (algunas decenas de metros), es indispensable controlar la topologfa de este cableado, que debe presentar una forma de tipo bus, con vfas de acceso de longitud lo mas reducida posible. Es la razon por la que la invencion recomienda una cadena simple de los dispositivos 2-5 entre si por unos cables de red 6 y unos conectores 60, 61 adaptados como se ha explicado anteriormente.
Sin embargo, en una primera variante de realizacion, se puede agrupar solo la alimentacion electrica y la comunicacion unidireccional rapida prevista para la transmision de las muestras de tension en un mismo cable de red 6. La union de comunicacion bidireccional estandarizada utiliza en este caso un cableado separado. Este enfoque es interesante si las caracterfsticas electricas exigidas por la union de comunicacion bidireccional difieren demasiado de las requeridas para la union de comunicacion unidireccional prevista para las muestras de tension. En este caso, la union de comunicacion bidireccional se afsla galvanicamente de la alimentacion electrica y del enlace de comunicacion unidireccional de las muestras de tension en cada dispositivo de medicion de la corriente 3. La tension de alimentacion se seleccionara suficientemente baja para permitir la realizacion de alimentaciones no aisladas, compactas y suficientemente elevadas para permitir transportar una potencia razonable en unos cables de red 6, permitiendo al mismo tiempo una distancia entre el punto de conexion de la alimentacion y los dispositivos 2-5 del orden de 100 m. Una tension nominal de alimentacion de 24V constituye un buen compromiso, pero se puede considerar cualquier tension compatible con los criterios anteriores.
En una segunda variante de realizacion, se simplifica al maximo el cableado combinando en un mismo cable de red 6 todas las funciones que unen los dispositivos 2-5 entre si, a saber la alimentacion electrica en baja tension, la union de comunicacion bidireccional estandarizada y la union de comunicacion unidireccional prevista para la transmision de las muestras de tension. Son entonces necesarios tres pares de hilos conductores 62, 63, 64. Pero como los cables de red 6 mas extendidos de tipo UTP comprenden cuatro pares de hilos conductores, esta ultima configuracion se elige como preferida, como se ha expuesto anteriormente. En este caso, la alimentacion electrica puede ser transportada sobre dos pares de hilos conductores, lo cual permite duplicar la potencia transportable. Ya no es necesario entonces el aislamiento galvanico entre la alimentacion electrica y el enlace de comunicacion bidireccional en cada dispositivo 2-5 del equipo 1. Este aislamiento galvanico 72 es unicamente necesario en un solo punto, a saber en el dispositivo de conexion 4 que asegura la interconexion electrica entre el equipo de medicion 1 y la unidad de supervision S. De esta manera, el equipo de medicion 1 se inserta sin problema en un sistema de supervision existente.
Posibilidades de aplicacion industrial
La eleccion de la transmision de las mediciones de tension entre las fases P1, P2, P3 y neutro N o entre fases P1, P2, P3, sirviendo el neutro de potencial de referencia, depende de la aplicacion considerada. La transmision de las mediciones de tension con respecto a un potencial de referencia permite siempre por diferencia encontrar todas las tensiones utiles, pero ocupa ligeramente mas banda pasante. Una aplicacion en particular obtiene una ventaja de la transmision de las mediciones de tension con respecto a un potencial de referencia, en este caso la tierra de la red electrica. Se trata de la busqueda de un defecto de aislamiento en regimen neutro aislado. En este tipo de aplicacion, un dispositivo adicional (no representado) permite inyectar en la red 10 una corriente de falla a tierra a una frecuencia muy inferior a la frecuencia de la red denominada corriente de localizacion. Este dispositivo adicional puede ser a tftulo de ejemplo un generador de tension con limitacion de corriente. Se puede
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tambien crear voluntariamente un defecto entre la red y la tierra para forzar la circulacion de una corriente de defecto. Existen asf diferentes tecnicas para inyectar o crear una corriente de fallo a tierra que tendra tendencia a repartirse entre todas las ramas de la red en funcion de las impedancias de defecto respectivas de cada rama.
Aunque los dispositivos de medicion de corriente 3 estan disenados para recibir las senales que provienen de un sensor de corriente diferencial a tierra, denominado en general localizacion toroidal, dichos dispositivos de medicion de corriente 3 pueden, en este caso, determinar la impedancia de fuga a tierra a partir de la medicion de la tension en cualquiera de los conductores de fase P1, P2, P3 activos, con respecto a tierra, y de la corriente de fuga a tierra. En esta aplicacion particular, es particularmente interesante hacer depender la frecuencia de muestreo a la frecuencia de la red medida. En efecto, la utilizacion de simples filtros de media movil permite eliminar totalmente las senales a la frecuencia de la red y de los multiplos de esta frecuencia que son en general de gran amplitud con respecto a las senales de muy baja frecuencia utilizadas para la determinacion de la impedancia de fuga a tierra.
Otra ventaja de la transmision de las mediciones de tension con respecto a un potencial de referencia reside en la posibilidad de detectar automaticamente sobre que fase P1, P2, P3 de la red 10 esta unido el sensor de corriente de un dispositivo de medicion de la corriente 3, y eso incluso en ausencia de cualquier corriente de carga. Esto es posible con la condicion de que el dispositivo ce medicion de la corriente 3 proporcione una senal de tension auxiliar que reproduce fielmente la forma de la tension del conductor de fase controlada. Para esta funcion de deteccion automatica, la senal de tension auxiliar Vaux no debe superar un desfase maximo del orden de algunos grados con respecto a la frecuencia de la red, mientras que su amplitud no tiene importancia. Esta senal de tension auxiliar Vaux se puede obtener por un sensor de tension sin contacto (no representado), particularmente impreciso en amplitud, como un acoplamiento capacitivo o una medicion de campo electrico. En esta condiciones, el dispositivo de medicion de corriente 3, equipado con un sensor de tension de este tipo, comprende un modulo de correlacion (no representado) que permite detectar automaticamente cual es la via de tension que corresponde al sensor de corriente buscando cual de las tensiones nominales V1, V2, V3 conectadas a la unidad de tratamiento presenta el maximo de correlacion con la senal de tension auxiliar Vaux. El diagrama de la figura 7 muestra, a tttulo de ejemplo, la correlacion que existe entre la senal de tension auxiliar Vaux obtenida por un sensor de tension integrado en el dispositivo de medicion de corriente 3 y la via de tension V1 que corresponde a la fase P1 de la red electrica 10 sobre la cual esta instalado el sensor de corriente. De la misma manera, este metodo de correlacion se efectua sobre las otras fases P2 y P3.
El equipo de medicion 1 segun la invencion puede tambien tener por funcion evaluar las perdidas energeticas de los cables de la red. En este caso, los dispositivos de medicion de la corriente 3 comprenden un sensor de tension (no representado) adicional para medir la tension local efectiva sobre las ramas de la red analizada, tal como una toma de tension directa. La unidad de tratamiento 33 puede calcular localmente el consumo de energfa y compararlo con el consumo de energfa calculado a partir de las mediciones de tension centralizadas, y esto con el fin de evaluar las perdidas energeticas en los cables de dicha red.
Otra aplicacion mas del equipo de medicion 1 segun la invencion, se refiere al caso de una red electrica de emergencia, tal como, por ejemplo, un grupo electrogeno, previsto para sustituir la red electrica principal en caso de avena. En este caso, el equipo de medicion 1 se complementa por otro dispositivo de medicion de las tensiones 2 que esta unido a la red de emergencia (no representada) y conectado por el cable de red 6 al dispositivo de medicion de las tensiones 2 de la red principal para transmitir a este otro dispositivo de medicion de las tensiones 2, las muestras de mediciones de tension obtenidas por el primer dispositivo de medicion de las tensiones 2 o a la inversa. Las unidades de tratamiento 23 permiten comparar en amplitud y en fase las dos redes con el objetivo de unir las dos redes juntas cuando las diferencias son suficientemente reducidas, permitiendo pasar de una a la otra sin interrupcion. En esta configuracion, el dispositivo de medicion de las tensiones dedicado en la red de emergencia puede volverse principal y proporcionar a los dispositivos de medicion de la corriente 3 las muestras de tension necesarias.
Se desprende claramente de esta descripcion que la invencion permite alcanzar los objetivos fijados, a saber un equipo de medicion 1 del consumo de las ramas de una red electrica 10 particularmente simple de realizar, capaz de integrarse en un sistema de supervision existente, configurado para alcanzar unas precisiones de medicion muy elevadas y para ofrecer una flexibilidad de utilizacion en funcion de las aplicaciones consideradas.
La presente invencion no esta limitada al ejemplo de realizacion descrito, sino que se extiende a cualquier modificacion y variante evidentes para un experto en la materia, permaneciendo al mismo tiempo en el alcance de la proteccion definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (28)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de medicion del consumo energetico de las ramas (11, 12, 13, N) de una red electrica (10), procedimiento en el que se miden las tensiones de dicha red de manera centralizada mediante un dispositivo de medicion de las tensiones (2) unico unido aguas arriba de las ramas de la red, se mide la corriente en por lo menos una de las ramas de la red mediante un dispositivo de medicion de la corriente (3) dedicado, se comunican a traves de un enlace de comunicacion dichas mediciones de tension a dicho dispositivo de medicion de la corriente (3), y se calcula en dicho dispositivo de medicion de corriente (3) por lo menos dicho consumo energetico de dicha rama de la red analizada, caracterizado por que se procede a las mediciones de las tensiones de dicha red mediante dicho dispositivo de medicion de las tensiones (2) unico por muestreo de las tensiones en un instante (Tv.n) a una primera frecuencia de muestreo, se transmiten las muestras de tension a dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) a traves del enlace de comunicacion en el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n), se procede a las mediciones de la corriente de la rama de la red mediante dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) dedicado por muestreo de las corrientes en un instante (Tin) a una segunda frecuencia de muestreo, se compara la diferencia existente entre el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n) y el instante de muestreo de las corrientes (Tin) dado que dichos dispositivos de medicion de las tensiones (2) y de la corriente (3) funcionan de manera asfncrona, y se ajusta por lo menos una frecuencia de muestreo con respecto a la otra para llevar la diferencia existente entre el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n) y el instante de muestreo de las corrientes (Ti,n) hacia cero.
  2. 2. Procedimiento de medicion segun la reivindicacion 1, caracterizado por que dicho dispositivo de medicion de las tensiones (2) transmite las muestras de tension sobre el enlace de comunicacion en el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n) utilizando un tramo de informaciones de duracion (D), por que el dispositivo de medicion de la corriente (3) recibe estas muestras de tension y detecta el instante de fin de recepcion de dicha trama de informaciones (Trec,n), por que el dispositivo de medicion de la corriente (3) calcula el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n), por que el dispositivo de medicion de corriente (3) calcula la diferencia (ATn) entre el instante de muestreo de las corrientes (Tin) y el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n), y por que el dispositivo de medicion de corriente (3) ajusta su propia frecuencia de muestreo de manera que esta diferencia vaya hacia cero aumentando la frecuencia de muestreo si la diferencia (ATn) es positiva y disminuyendola si la diferencia (ATn) es negativa.
  3. 3. Procedimiento de medicion segun la reivindicacion 2, caracterizado por que dicho dispositivo de medicion de las tensiones (2) transmite las muestras de tension sobre el enlace de comunicacion con un retraso fijo (R) con respecto al instante de muestreo de las tensiones (Tv,n) utilizando una trama de informaciones de duracion conocida (D), por que el dispositivo de medicion de corriente (3) calcula el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n) a partir de los datos conocidos (D) y (R) segun la formula: Tv,n=Trec.n-D-R, y por que el dispositivo de medicion de corriente (3) calcula la diferencia (ATn) entre el instante de muestreo de las corrientes (Tin) y el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n) segun la formula ATn=Ti,n-Tv,n=Ti,n-(Trec,n+D+R).
  4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se utiliza dicho enlace de comunicacion para transmitir de dicho dispositivo de medicion de las tensiones (2) a dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) unas informaciones adicionales seleccionadas de entre el grupo que comprende el tipo de red monofasica o trifasica, con o sin neutro, la tension nominal de la red, la frecuencia nominal de la red, la fecha y la hora, unos topes de sincronizacion de las mediciones de valores eficaces y de potencia, unos topes de captura de eventos.
  5. 5. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se transmiten dichas muestras de las mediciones de tension por paquete de N muestras.
  6. 6. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se selecciona una frecuencia de muestreo de las mediciones de tension fija.
  7. 7. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se condiciona la frecuencia de muestreo de las mediciones de tension a la frecuencia de la red electrica (10) analizada.
  8. 8. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se transmiten las muestras de las mediciones de tension en forma digital en un cable de red (6) conectado a dicho dispositivo de la corriente (3), comprendiendo este cable de red (6) por lo menos un primer par de hilos conductores denominado par de comunicacion unidireccional (63).
  9. 9. Procedimiento segun la reivindicacion 8, caracterizado por que se utiliza el mismo cable de red (6) para llevar una alimentacion electrica a dichos dispositivos de medicion (2, 3) en un segundo par de hilos conductores dedicado denominado par de alimentacion (62).
  10. 10. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 8 o 9, caracterizado por que se utiliza el mismo cable de red (6) para conectar dichos dispositivos de medicion (2, 3) a una unidad de vigilancia (S) por un tercer par de hilos conductores dedicado denominado par de comunicacion bidireccional (64).
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  11. 11. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se miden las tensiones de dicha red electrica (10) con respecto a un potencial de referencia constituido por la tierra de dicha red, por que se inyecta una corriente de falla a tierra en la red analizada, por que se mide dicha corriente de falla inyectada, y por que se determina la impedancia de fuga a tierra de por lo menos unas ramas de dicha red analizada.
  12. 12. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) proporciona una senal auxiliar representativa de la tension del conductor sobre el cual se mide la corriente, siendo dicha senal de tension auxiliar utilizada para poner en correspondencia la medicion de tension con la medicion de corriente efectuada en un mismo conductor de dicha red electrica (10) y paliar automaticamente los errores de la conexion.
  13. 13. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) mide tambien la tension local en dicha rama de la red para calcular localmente por lo menos dicho consumo de energfa y compararlo con dicho consumo de energfa calculado a partir de las mediciones de tension centralizadas para evaluar las perdidas energeticas en dicha red.
  14. 14. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se utiliza por lo menos otro dispositivo de medicion de las tensiones (2) conectado a otra red electrica a analizar, por que se trasmite a uno de los dispositivos de medicion de las tensiones (2), las muestras de las mediciones de tension obtenidas por el otro dispositivo de medicion de las tensiones (2), sobre dicho enlace de comunicacion, y por que se compara en amplitud y en fase las dos redes electricas analizadas para conectarlas juntas cuando dichas diferencias son suficientemente debiles.
  15. 15. Procedimiento segun la reivindicacion 14, caracterizado por que, cuando las dos redes electricas (10) se conectan juntas, cualquiera de los dispositivos de medicion de las tensiones (2) toma el control del enlace de comunicacion y se utiliza para medir las tensiones de dicha red correspondiente.
  16. 16. Equipo de medicion del consumo energetico de las ramas (11, 12, 13, N) de una red electrica (10), que utiliza el procedimiento de medicion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo dicho equipo un dispositivo de medicion de las tensiones (2) unico unido aguas arriba de las ramas de la red a analizar para medir las tensiones de dicha red de manera centralizada, por lo menos un dispositivo de medicion de la corriente (3) dedicado unido en una de las ramas de la red para medir las corrientes en dicha rama de la red, estando dichos dispositivos de medicion (2, 3) conectados entre si por lo menos por un enlace de comunicacion que permite la comunicacion de dichas mediciones de tension a dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) el cual comprende por lo menos una unidad de tratamiento (33) para calcular dicho consumo energetico de dicha rama de la red analizada, caracterizado por que dicho dispositivo de medicion de las tensiones (2) unico comprende unos medios (21, 24) para efectuar dichas mediciones de tension de la red por muestreo de las tensiones en un instante (Tv,n) a una primera frecuencia de muestreo, por que dicho dispositivo de medicion de las tensiones (2) comprende unos medios para transmitir las muestras de tension a dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) a traves del enlace de comunicacion en el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n), por que dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) dedicado comprende unos medios (31, 34) para efectuar dichas mediciones de la corriente de la rama de la red por muestreo de las corrientes en un instante (Tin) a una segunda frecuencia de muestreo, por que dicho equipo de medicion comprende unos medios (35) para comparar la diferencia existente entre el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n) y el instante de muestreo de las corrientes (Ti,n), dado que dichos dispositivos de medicion de las tensiones (2) y de la corriente (3) funcionan de manera asfncrona, y por que dichos dispositivos de medicion de las tensiones (2) y de la corriente (3) comprenden unos medios (23, 33) para ajustar por lo menos una frecuencia de muestreo con respecto al otro para llevar la diferencia existente entre el instante de muestreo de las tensiones (Tv,n) y el instante de muestreo de las corrientes (Ti,n) hacia cero.
  17. 17. Equipo de medicion segun la reivindicacion 16, caracterizado por que dicho dispositivo de medicion de las tensiones (2) comprende por lo menos un oscilador ajustable (24) dispuesto para definir dicha frecuencia de muestreo de las mediciones de tension, un modulo de frecuencia (22) dispuesto para medir dicha frecuencia de la red analizada, y por lo menos una unidad de tratamiento (23) dispuesta para tratar por lo menos dichas muestras de tension y las mediciones de frecuencia de dicha red, estando dicho oscilador ajustable (24) condicionado por la unidad de tratamiento (23).
  18. 18. Equipo de medicion segun la reivindicacion 16, caracterizado por que dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) comprende por lo menos un oscilador ajustable (34) dispuesto para definir dicha frecuencia de muestreo de las mediciones de corriente, por lo menos una unidad de tratamiento (33) dispuesta para calcular por lo menos la energfa consumida por dicha rama de la red a partir de las muestras de tension recibidas por el enlace de comunicacion y de las muestras de corriente medidas en dicha rama, y un modulo de desfase (35) dispuesto para medir la diferencia existente entre los instantes de muestreo de las tensiones (Tv,n) y los instantes de muestreo de las corrientes (Tin) y para condicionar dicho oscilador ajustable (34) con el fin de ajustar la frecuencia de muestreo de las mediciones de corriente para sincronizarla sobre la frecuencia de muestreo de las
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    mediciones de tension.
  19. 19. Equipo de medicion segun cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado por que dicho enlace de comunicacion esta constituido por lo menos por un par de hilos conductores, denominado par de comunicacion unidireccional (63), previsto en un cable de red (6) para transmitir las muestras de tension en forma digital, y por que dicho cable de red (6) esta dispuesto para conectar dicho dispositivo de medicion de las tensiones (2) centralizado a dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) dedicado por medio de conectores adaptados (60, 61).
  20. 20. Equipo de medicion segun la reivindicacion 19, caracterizado por que dicho cable de red (6) comprende un segundo par de hilos conductores dedicado denominado par de alimentacion (62) dispuesto para llevar una alimentacion electrica a dichos dispositivos de medicion (2, 3).
  21. 21. Equipo de medicion segun una de las reivindicaciones 19 o 20, caracterizado por que dicho cable de red (6) comprende un tercer par de hilos conductores dedicado denominado par de comunicacion bidireccional (64) dispuesto para conectar dichos dispositivos de medicion (2, 3) a una unidad de vigilancia (S).
  22. 22. Equipo de medicion segun la reivindicacion 19, caracterizado por que comprende unos medios para inyectar una corriente de falla a tierra en la red analizada, por que dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) comprende un sensor dispuesto para medir dicha corriente de falla a tierra, y por que dicha unidad de tratamiento (33) esta dispuesta para determinar la impedancia de fuga a tierra de dicha rama de dicha red analizada a partir de las muestras de tension recibidas por el par de comunicacion unidireccional (63) y de las muestras de corriente de fuga a tierra medidas localmente.
  23. 23. Equipo de medicion segun la reivindicacion 18, caracterizado por que dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) comprende un sensor de tension auxiliar dispuesto para medir una senal auxiliar representativa de la tension del conductor sobre el cual dicho dispositivo (3) mide la corriente, y por que dicha unidad de tratamiento (33) comprende un modulo de correlacion dispuesto para poner en correspondencia la medicion de tension con la medicion de corriente efectuada en un mismo conductor de dicha red electrica (10).
  24. 24. Equipo de medicion segun la reivindicacion 18, caracterizado por que dicho dispositivo de medicion de la corriente (3) comprende ademas un sensor de tension para medir la tension local en dicha rama de la red analizada, y por que dicha unidad de tratamiento (33) esta dispuesta para calcular localmente por lo menos dicho consumo de energfa y compararlo con dicho consumo de energfa calculado a partir de las mediciones de tension centralizadas para evaluar las perdidas energeticas en los cables de dicha red.
  25. 25. Equipo de medicion segun cualquiera de las reivindicaciones 16 a 24, caracterizado por que comprende por lo menos otro dispositivo de medicion de las tensiones (2) conectado a otra red electrica (10) a analizar, y por que este otro dispositivo de medicion de las tensiones (2) esta conectado a dicho dispositivo de medicion de las tensiones (2) de la red principal por dicho enlace de comunicacion.
  26. 26. Equipo de medicion segun la reivindicacion 16, caracterizado por que comprende un numero N de dispositivos de medicion de corriente (3) dedicados que corresponden al numero N de ramas de la red electrica (10) a analizar, estando todos los dispositivos de medicion de la corriente (3) conectados a dicho dispositivo de medicion de las tensiones (2) centralizado.
  27. 27. Equipo de medicion segun la reivindicacion 19, caracterizado por que comprende por lo menos un dispositivo de terminacion de lfnea (5) dispuesto al final de dicho par de comunicacion unidireccional (63).
  28. 28. Equipo de medicion segun la reivindicacion 16, caracterizado por que comprende por lo menos un dispositivo de conexion (4) dispuesto aguas arriba de las ramas de la red electrica a analizar y dispuesto para hacer la interfaz electrica entre dichos dispositivos de medicion (2, 3) por un lado y por lo menos una alimentacion electrica (8) y una unidad de supervision (S) por otro lado.
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