ES2565005T3 - Determinación de la parte de corriente de falta de una corriente diferencial - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la determinación de una parte de corriente de falta (FI) de una corriente diferencial (DI), en que la corriente diferencial (DI) es captada como suma de corriente sobre líneas (L, N; 29, 30) que conducen la corriente de un generador de corriente alterna (1), en que una señal eléctrica (27), que depende de las tensiones en el generador de corriente alterna (1) respecto a tierra (PE) y está en fase con una parte de corriente de fuga (AI) de la corriente diferencial (DI), es generada y restada de la corriente diferencial (DI), caracterizado porque la señal eléctrica (27) es multiplicada antes de restarla de la corriente diferencial (DI) por un factor de escala, en que el factor de escala es ajustado continuamente de tal modo que el valor efectivo de la corriente diferencial (DI), tras restar la señal eléctrica escalada (28), tiene un mínimo para el valor actual del factor de escala.
Description
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DESCRIPCION
Determinacion de la parte de corriente de falta de una corriente diferencial Campo tecnico de la invencion
La presente invencion se refiere a un procedimiento para la determinacion de la parte de corriente de falta de una corriente diferencial, que es detectada como suma de corriente sobre lmeas que conducen la corriente de un generador de corriente alterna, con las caractensticas del preambulo de la reivindicacion independiente 1, asf como a un dispositivo correspondiente para la determinacion de la parte de corriente de falta de una corriente diferencial con las caractensticas del preambulo de la reivindicacion independiente 13.
En cuanto al generador de corriente alterna se trata en particular de uno en el que esta previsto un inversor, que convierte una corriente continua, puesta a disposicion por una fuente de energfa electrica, en una corriente alterna. En cuanto a la fuente de corriente alterna puede tratarse en particular de una instalacion fotovoltaica, que ya solo debido a su extension espacial tiene una capacidad no insignificante de fuga hacia tierra. A partir de esta corriente de fuga y a partir de desplazamientos de potencial respecto a tierra, que se producen durante el funcionamiento del inversor, resultan corrientes de fuga hacia tierra. Estas corrientes de fuga se encuentran en una corriente diferencial, que es vigilada muchas veces para un reconocimiento rapido de la aparicion de corrientes de falta. Corrientes de fuga elevadas llevan sin embargo a que se reduzca la sensibilidad en el reconocimiento de corrientes de falta por vigilancia de la corriente diferencial. Por ello es de interes determinar la parte real de corriente de falta de la corriente diferencial.
Con la expresion “lmeas que conducen la corriente del generador de corriente alterna” se hace referencia a cualquier grupo de lmeas del generador de corriente alterna, que conducen conjuntamente toda la corriente del generador de corriente alterna, es decir la corriente que sale y la que retorna. Aqu puede tratarse de las lmeas de salida del generador de corriente alterna, pero tambien de cualesquiera otras lmeas en el generador de corriente alterna.
Estado de la tecnica
Las normas VDE 0126 y VDE 0126-1-1 requieren que un inversor sea cortado de la red en funcion del valor efectivo de una corriente diferencial que aparece repentinamente, a traves de sus conexiones a red dentro de unos tiempos de desconexion prefijados. Como ya se ha mencionado, esta corriente diferencial esta compuesta ademas de por una corriente de falta resistiva por una corriente de fuga capacitiva adicional, que son sumadas vectorialmente para obtener la corriente diferencial. De las especificaciones de la estructura de prueba y del proceso de prueba normativos para el cumplimiento de las normas citadas se deduce que solo un aumento repentino de la corriente de falta - tambien en caso de una corriente de fuga elevada existente - debe llevar a cortar de la red el inversor. La corriente diferencial es medida regularmente con un convertidor de corriente de suma, cuya senal de tension es una medida para la corriente diferencial entre las fases y el conductor neutro del inversor. Para garantizar la deteccion, requerida en las citadas normas, de un salto de la corriente de falta, la corriente de falta debe ser determinada a partir de la corriente diferencial. Debido a la tendencia al desarrollo de inversores sin transformador con potencias crecientes y dimensiones mas grandes de las instalaciones fotovoltaicas, aumentan las capacidades respecto a tierra y con ello las corrientes de fuga que aparecen. Empleando determinados materiales para las instalaciones fotovoltaicas se refuerza adicionalmente esta tendencia. Para la captacion suficientemente sensible de un salto en la corriente de falta, la corriente de fuga debe ser por ello separada primeramente de la corriente diferencial. Ademas, la deteccion de un salto en la corriente de falta es dificultada crecientemente por el hecho de que la sensibilidad del convertidor de corriente de suma se reduce fundamentalmente por corrientes de fuga elevadas y con ello tambien se reduce fuertemente para corrientes de falta.
Para separar corrientes de fuga de la senal de tension de un convertidor de corriente de suma es conocido definir todas las corrientes de variacion lenta, que no son tenidas en cuenta por el convertidor de corriente de suma, como corrientes de fuga y compensarlas mediante un software de valoracion. Los saltos de la corriente de falta que aparecen pueden ser calculados entonces vectorialmente y son detectables hasta el lfmite de resolucion de la digitalizacion de la senal de tension del convertidor de corriente de suma. En este modo de proceder, saltos en la corriente de fuga son interpretados sin embargo falsamente como corrientes de falta. Ademas de ello, la resolucion de la digitalizacion limita la corriente de fuga maxima admisible, para la que son detectados aun saltos de la corriente de falta.
A partir del documento EP 1 229 629 A2 es conocido para la determinacion de la parte de corriente de falta de una corriente diferencial filtrar con ayuda de un circuito electrico la corriente diferencial a traves de las entradas de un inversor conectado a una instalacion fotovoltaica. Especialmente, deben ser eliminados por filtrado componentes de frecuencia del inversor con frecuencias tfpicas de la corriente de fuga provocada por el funcionamiento del inversor, para limpiar de corriente de fuga la corriente diferencial. En particular con la limitacion, llevada a cabo con ello, a dos frecuencias principales, este procedimiento conocido se revela en la practica sin embargo como insuficiente, para suprimir efectivamente la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial.
A partir del documento EP 1 229 629 A2 son conocidos ademas un procedimiento y un dispositivo para la determinacion de la parte de corriente de falta de una corriente diferencial con las caractensticas del preambulo de la reivindicacion independiente 1 o respectivamente de la reivindicacion independiente 13. A partir de medidas de las tensiones entre las lmeas de entrada del inversor y tierra, mas precisamente de la parte de tension alterna de estas 5 tensiones, es captada la fuerza motriz de la corriente de fuga contenida en la corriente diferencial. A partir de esta senal de tension y las capacidades de fuga conocidas es calculada la corriente de fuga y restada de la corriente diferencial, para determinar la corriente de falta. Por ejemplo, para una instalacion fotovoltaica como fuente de corriente continua del generador de corriente alterna, las capacidades de fuga no son sin embargo constantes, sino que vanan entre otras cosas por precipitaciones sobre los paneles fotovoltaicos. Por ello, empleando un valor 10 constante para las capacidades de fuga no es posible determinar la corriente de fuga actual a partir de las tensiones de la lmea de entrada respecto a tierra.
A partir del documento DE 198 26 410 A1 es conocido un procedimiento y una disposicion para la vigilancia del aislamiento y de corrientes de falta en una red electrica de corriente alterna, en los cuales es captada una corriente diferencial formada por suma vectorial entre al menos dos conductores de red y en que se determinan la parte de 15 corriente alterna de la corriente diferencial y el angulo de fase 9 que expresa la potencia activa de la parte de
corriente alterna. Una desconexion de carga se produce no solo cuando la corriente diferencial supera un
determinado valor de reaccion, sino tambien cuando el producto entre la amplitud de la parte de corriente alterna de la corriente diferencial y el coseno del angulo de fase 9 supera un determinado valor de reaccion. Este documento no proporciona unas instrucciones practicas para captar de forma sencilla toda la parte de corriente de falta de la 20 corriente diferencial.
Tarea de la invencion
La invencion tiene como base la tarea de mostrar un procedimiento y un dispositivo para la determinacion de la parte de corriente de falta de una corriente diferencial con las caractensticas del preambulo de la reivindicacion independiente 1 o respectivamente de la reivindicacion independiente 13, con los cuales la parte de corriente de falta 25 de la corriente diferencial, independientemente de la magnitud de un componente de corriente continua y un
componente de corriente alterna de la corriente de falta y de la medida en la que vanen las capacidades de fuga relevantes, sea determinada, es decir separada de la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial.
Solucion
La tarea de la invencion es resuelta mediante un procedimiento para la determinacion de la parte de corriente de 30 falta de una corriente diferencial con las caractensticas de la reivindicacion independiente 1 y mediante un dispositivo para la determinacion de la parte de corriente de falta de una corriente diferencial con las caractensticas de la reivindicacion independiente 13. Formas de realizacion preferidas del nuevo procedimiento y del nuevo dispositivo son definidas en las reivindicaciones dependientes.
Descripcion de la invencion
35 En la presente invencion, la senal electrica que, debido a su dependencia de las tensiones en el generador de corriente alterna respecto a tierra, refleja la distribucion de frecuencia de la fuerza motriz para la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial y que esta en fase con la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial, es multiplicada, para tener en cuenta la magnitud actual de las capacidades de fuga, por un factor de escala que es ajustado continuamente, para reproducir la parte de corriente de fuga actual. Aqrn, el ajuste se produce de tal modo 40 que el valor efectivo de la corriente diferencial tenga un mmimo tras la resta de la senal electrica escalada para el valor actual del factor de escala. Una sobrecompensacion, es decir el empleo de un factor de escala demasiado grande, que corresponde a una parte de corriente de fuga superior a la real, lleva entonces tras la resta de la senal electrica escalada a un valor efectivo, aumentado respecto a su mmimo, de la corriente diferencial al igual que una infracompensacion, es decir el empleo de un factor de escala demasiado pequeno, que corresponde a una parte de 45 corriente de fuga menor que la real. Dicho de otro modo, el mmimo del valor efectivo de la corriente diferencial es
alcanzado tras la resta de la senal electrica escalada exactamente cuando el factor de escala tiene en cuenta de
forma optima las capacidades de fuga actuales. Esto tiene su base en que la parte de corriente de falta de la corriente diferencial tiene una frecuencia y/o fase distintas que la parte de corriente de fuga, y por ello al restar la senal electrica escalada no existe ningun riesgo de ocultar fracciones de la parte de corriente de falta. Antes bien, la
50 parte de corriente de falta se conserva siempre al restar la senal escalada, y el valor efectivo de la corriente
diferencial tras la resta de la senal electrica escalada depende solo de la adecuacion de la compensacion de la parte de corriente de fuga.
La expresion de que la senal electrica es “multiplicada por un factor de escala” incluye en particular que sea amplificada linealmente - de forma analogica o digital -, en que el factor de amplificacion corresponde al factor de 55 escala. La expresion incluye sin embargo tambien que la senal electrica, tras una amplificacion basica, sea detrafda varias veces de la corriente diferencial durante su resta siguiente. El factor de escala resulta entonces del producto del factor de amplificacion y del numero de veces que se realiza la detraccion.
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La expresion de que la senal electrica escalada es “restada de la corriente diferencial” o tambien de^da, incluye cualquier modo de proceder en el que la corriente diferencial o un valor correspondiente a ella es reducido, de forma correcta en cuanto a fase, en la senal electrica multiplicada por el factor de escala conforme a la definicion precedente o en un valor correspondiente a esta senal.
En la presente invencion se prefiere que la senal electrica, que depende de las tensiones respecto a tierra y esta en fase con la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial y que forma la base para la compensacion de la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial, sea tomada directamente del generador de corriente alterna. Preferentemente, no se trata por lo tanto de una senal con las caractensticas conforme a la invencion que es generada artificialmente en funcion de las tensiones en el generador de corriente alterna, sino de una senal que se origina en el propio generador de corriente alterna. Para que se origine directamente la senal electrica en el generador de corriente alterna puede ser sin embargo conveniente crear determinadas condiciones. Concretamente, la senal electrica puede ser generada por una corriente de fuga, que es provocada por las tensiones en el generador de corriente alterna a traves de condensadores de medida hacia tierra. La senal electrica puede ser aqrn la propia corriente de fuga que fluye. Esta corriente de fuga es una imagen de toda la parte de corriente de fuga en la corriente diferencial, es decir tiene su fase y su distribucion de frecuencia, ya que para una conexion en paralelo de condensadores como los condensadores de medida a la capacidad de fuga restante, las corrientes alternas que fluyen se distribuyen entre los condensadores con igualdad de fase y de forma proporcional a sus capacidades para todas las frecuencias. La diferencia entre la pequena capacidad de los condensadores de medida y la capacidad de fuga total mucho mayor es compensada mediante el factor de escala para la senal electrica, lo que corresponde a una amplificacion electronica de la capacidad de los condensadores de medida. Con una fijacion conforme a la invencion del factor de escala para la senal electrica, la corriente de fuga, multiplicada por este factor de escala, a traves de los condensadores de medida hacia tierra es exactamente la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial.
Cuando en el generador de corriente alterna existen ya por otros motivos condensadores, a traves de los que fluye hacia tierra una corriente de fuga apropiada, estos pueden ser empleados como los condensadores de medida anteriormente indicados, de modo que para la realizacion de la presente invencion no hay que prever condensadores de medida adicionales.
El proceso de restar vectorialmente la senal electrica, escalada, de la corriente diferencial puede producirse de modo sencillo mediante el recurso de que es conducida como corriente, por ejemplo en forma de la corriente de fuga escalada a traves de los condensadores de medida, con sentido de flujo opuesto a traves de un convertidor de corriente de suma que capta la corriente diferencial. Este modo de proceder, que es denominado aqrn “compensacion directa de corriente”, corresponde a la compensacion de la parte de corriente de fuga en la corriente diferencial con ayuda de una senal desplazada 180° en fase con igual frecuencia y amplitud.
Ciertamente, el empleo de una corriente de fuga escalada para la compensacion de la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial implica entonces tambien una potencia perdida no insignificante, cuando la corriente de fuga es conducida varias veces a traves del convertidor de corriente de suma para la realizacion de un escalamiento basico. Sin embargo, es ventajoso en esta compensacion directa de corriente que el convertidor de corriente de suma, independientemente de la magnitud de la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial, ya que esta es compensada directamente, siempre opera en el mismo punto de trabajo, es decir que tampoco es afectado por partes de corriente de fuga grandes en la corriente diferencial.
Una potencia perdida solo pequena aparece en la realizacion de la presente invencion por el contrario cuando como senal electrica se emplea una tension proporcional a la corriente de fuga que fluye a traves de los condensadores de medida. Esta tension, tras su escalamiento, puede ser restada por ejemplo de una senal de tension de un convertidor de corriente de suma que capta la corriente diferencial. Tambien este modo de proceder, que es denominado aqrn “compensacion directa de tension”, corresponde a la compensacion de la parte de corriente de fuga en la corriente diferencial mediante una senal desplazada 180° en fase con igual frecuencia y amplitud. Cuando aqrn se emplea como senal electrica una tension, que cae en una resistencia de medida, que es atravesada por la corriente de fuga que fluye a traves de los condensadores de medida hacia tierra, se entiende que la resistencia conectada en serie con los condensadores de medida solo puede ser pequena, para que la corriente de fuga que fluye a traves de los condensadores de medida no sufra ningun filtrado indeseado de frecuencia, tras el cual ya no tendna la distribucion de frecuencia de la parte de corriente de fuga en la corriente diferencial. Un pequeno error en la distribucion de frecuencia de la corriente de fuga a traves de los condensadores de medida respecto a la parte de corriente de fuga a compensar se demuestra insignificante, sin embargo.
La compensacion directa de tension antes de una digitalizacion de la corriente diferencial o respectivamente de su parte de corriente de falta tiene la ventaja de que la resolucion de la digitalizacion puede ser ajustada totalmente a la corriente de falta. Fundamentalmente es sin embargo tambien posible digitalizar la senal electrica tras su escalamiento o tambien antes, y restar la senal electrica escalada de la corriente diferencial digitalizada. A traves de ello puede reducirse el esfuerzo de hardware para la realizacion de la presente invencion. Un rendimiento igual
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requiere entonces sin embargo una resolucion mas alta del o respectivamente de los convertidores de analogico a digital empleados.
Se entiende que la senal electrica escalada conforme a la invencion no esta solo en disposicion de compensar la parte de corriente de fuga en la corriente diferencial, sino que documenta directamente la corriente de fuga actual.
En la forma de realizacion mas sencilla del procedimiento conforme a la invencion, la senal electrica es generada como senal sinusoidal con al menos una frecuencia principal de las tensiones en el generador de corriente alterna respecto a tierra. Esta senal sinusoidal es multiplicada entonces por el factor de escala para adaptar su amplitud, segun el criterio conforme a la invencion de que el valor efectivo de la corriente diferencial tras la resta de la senal electrica escalada para el valor actual del factor de escala tenga un mmimo, a la amplitud de la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial para esta frecuencia.
Para asegurar que la senal sinusoidal no solo dependa, a traves de sus frecuencias principales, de las tensiones en el generador de corriente alterna respecto a tierra, sino que tambien este en fase con la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial, puede ser ajustada tambien la fase de la senal sinusoidal para cada frecuencia principal de las tensiones en el generador de corriente alterna (1) respecto a tierra (PE) a un valor para el que la magnitud de la corriente diferencial llega a un mmimo tras la resta de la senal electrica escalada. La necesidad de una adaptacion de fase asf existe sin embargo por regla general solo una vez, es decir no continuamente como es necesaria la adaptacion del factor de escala. Ademas de ello, desaparece la necesidad de una adaptacion asf de la fase de la senal electrica en todas las formas de realizacion del procedimiento conforme a la invencion, en las que la senal electrica es generada por una corriente de fuga, que es provocada por las tensiones en el generador de corriente alterna a traves de condensadores de medida hacia tierra. Esta corriente de fuga es, como ya se ha hecho notar, una imagen fiel en cuanto a frecuencia y fase de la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial, que ya solo tiene que ser escalada en lo relativo a su amplitud, para reproducir la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial, es decir toda la corriente de fuga del generador de corriente alterna.
El ajuste continuo conforme a la invencion del factor de escala puede llevarse a cabo mediante un procedimiento de seguimiento. Aqrn, el factor de escala es variado en pequenos pasos, y son observadas las modificaciones que aparecen con ello del valor efectivo de la corriente diferencial, de la que ha sido restada la senal electrica escalada. Cuando el valor efectivo baja, el factor escala es modificado otra vez en el mismo sentido y se comprueba que efecto tiene esto sobre el valor efectivo de la corriente diferencial. Se sigue avanzando en este sentido hasta que el valor efectivo crece. Entonces puede ser desechada la modificacion, llevada a cabo a modo de prueba, del factor de escala. Como mmimo es invertido el sentido de la modificacion del factor de escala. Cuando con el factor de escala se halla el mmimo de la corriente diferencial efectiva, el factor de escala permanece constante u oscila solo mmimamente. Se entiende que un procedimiento de seguimiento asf es ajustable tanto en lo referente a la secuencia temporal de los pasos de seguimiento como en lo referente al alcance de los pasos de seguimiento, y es optimizable de este modo. Ha demostrado ser conveniente que una corriente de falta que aparece deje aumentar el valor efectivo de la corriente diferencial independientemente del sentido de variacion de factor de escala y congele a este respecto el factor de escala. El procedimiento de seguimiento no perturba con ello la captacion sensible de una corriente de falta. Sin embargo, es posible sin mas llevar a cabo el procedimiento de seguimiento con pasos suficientemente grandes que se suceden tan rapidamente que todas las variaciones reales de las capacidades de fuga del generador de corriente alterna son representadas de forma suficientemente rapida como para no deducir erroneamente la aparicion de una corriente de falta.
En el nuevo procedimiento se prefiere que la deteccion de la corriente diferencial, tal como es habitual en la vigilancia de generadores de corriente alterna con un inversor, se produzca por las salidas del inversor del generador de corriente alterna, mientras que se tienen en cuenta las tensiones que aparecen en las entradas del inversor respecto a tierra. Esto significa que los condensadores de medida conforme a la invencion para la generacion de una corriente de fuga, como base para la senal electrica para la compensacion de la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial, son conectados preferentemente a las lmeas de entrada del inversor.
El dispositivo conforme a la invencion incluye una disposicion de escalamiento, que multiplica la senal electrica, antes de restarla de la corriente diferencial, por el factor de escala, ajustando el factor de escala para la senal electrica continuamente de tal modo que el valor efectivo de la corriente diferencial tras la resta de la senal electrica escalada tenga un mmimo para el valor actual del factor de escala. En este punto hay que hacer notar que para el dispositivo conforme a la invencion es suficiente, al igual que para el procedimiento conforme a la invencion, que el valor del factor de escala alcance esencialmente el mmimo correspondiente del valor efectivo de la corriente diferencial. Asf son insignificantes desviaciones incluso de algunos pasos de un procedimiento de seguimiento para el ajuste del factor de escala, ya que para pasos de seguimiento suficientemente pequenos el error restante se mantiene bajo, al oscilar en cualquier caso el factor de escala que corresponde exactamente al mmimo absoluto actual del valor efectivo de la corriente diferencial.
Con respecto a otras particularidades del dispositivo conforme a la invencion, se hace referencia a la descripcion del procedimiento conforme a la invencion.
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Otros perfeccionamientos de la invencion resultan de las reivindicaciones, la descripcion y los dibujos. Las ventajas, citadas en la introduccion de la descripcion, de caractensticas y de combinaciones de varias caractensticas estan simplemente a modo de ejemplo y pueden llevarse a cabo alternativa o acumulativamente, sin que las ventajas tengan que ser conseguidas forzosamente a partir de formas de realizacion conforme a la invencion. Otras caractensticas pueden deducirse de los dibujos - en particular de las geometnas representadas y de las dimensiones relativas de varios componentes entre sf asf como de su disposicion relativa y conexion operativa -. La combinacion de caractensticas de formas de realizacion diferentes de la invencion o de caractensticas de reivindicaciones diferentes es posible igualmente desviandose de las relaciones de dependencia seleccionadas de las reivindicaciones, y es incentivada aqrn. Esto se refiere tambien a aquellas caractensticas que estan representadas en dibujos separados o son citadas en su descripcion. Estas caractensticas pueden ser combinadas tambien con caractensticas de diferentes reivindicaciones. Igualmente, caractensticas expuestas en las reivindicaciones pueden eliminarse para otras formas de realizacion de la invencion.
Breve descripcion de las figuras
En lo que sigue, la invencion es explicada y descrita mas detalladamente con ayuda de ejemplos de realizacion con referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1 La figura 2 La figura 3
La figura 4
La figura 5 La figura 6 la figura 7
muestra un generador de corriente alterna con una instalacion fotovoltaica y un inversor, en que se esbozan los motivos para una corriente diferencial que aparece a traves de las salidas del inversor.
ilustra la composicion vectorial de la corriente diferencial a partir de una corriente de falta y una corriente de fuga.
aclara una primera forma de realizacion del procedimiento conforme a la invencion, en la que se produce una compensacion directa de corriente de la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial en un convertidor de corriente de suma.
aclara una forma de realizacion del procedimiento conforme a la invencion, en la que se produce una compensacion directa de tension de una tension provocada por la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial en un convertidor de corriente de suma.
aclara una compensacion asistida por software de la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial.
aclara la compensacion de la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial con una senal sinusoidal; y
esboza un procedimiento de seguimiento para el ajuste continuo de un factor de escala para una senal electrica para llevar a cabo las diversas compensaciones conforme a la invencion de la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial.
Descripcion de las figuras
El generador de corriente alterna 1 esbozado en la figura 1 tiene como fuente de corriente continua una instalacion fotovoltaica 2 y un inversor 3 que convierte la corriente continua de la instalacion fotovoltaica 2 en una corriente alterna. El generador de corriente alterna 1 suministra corriente a una red de corriente alterna 4 a traves del inversor 3. Aqrn, una corriente diferencial, que aparece a traves de las salidas del inversor 3, aqrn unifasico, es decir a traves de la fase L y el conductor neutro N, es captada con un convertidor de corriente de suma 5. Alternativamente, la corriente diferencial podna ser captada tambien a traves de las lmeas de entrada 29 y 30 del inversor 3, en las cuales estan aplicadas las tensiones de salida Upv+ y Upv- de la instalacion fotovoltaica 2, como se indica mediante otro convertidor de corriente de suma 5' representado en lmea discontinua. Una corriente diferencial asf tiene esencialmente dos causas. Por un lado una corriente de fuga, que tiene como base las capacidades de fuga 6 y 7 de la instalacion fotovoltaica 2 respecto a tierra, las cuales estan indicadas en la figura 1 entre las entradas del inversor 3 para Upv+ y Upv- y el potencial de tierra PE. A ello se anade una parte de corriente de falta de la corriente diferencial, que en la figura 1 por resistencias 8 y 9 entre las entradas del inversor 3 y el potencial de tierra PE, que representan las resistencias del aislamiento de estas entradas. Para un aislamiento intacto, las resistencias 8 y 9 son muy grandes, y correspondientemente es pequena la parte de corriente de falta de la corriente diferencial. Un aumento de la parte de corriente de falta de la corriente diferencial esta ligado a un error de aislamiento. Un aumento asf debe ser detectado, ya que cada fallo de aislamiento representa una fuente de riesgo. La deteccion del aumento de la parte de corriente de falta de la corriente diferencial debe producirse tambien de forma fiable cuando se produce en presencia de una parte elevada de corriente de fuga de la corriente diferencial, que no indica ningun estado de fallo.
La figura 2 esboza la composicion de la corriente diferencial DI a partir de la parte de corriente de falta FI y la parte de corriente de fuga AI, en que la parte de corriente de falta Fl y la parte de corriente de fuga AI se suman
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vectorialmente formando la corriente diferencial DI, ya que la parte de corriente de falta FI es una corriente resistiva y la parte de corriente de fuga AI es una corriente capacitiva. A partir de la figura 2 resulta que al aumentar la parte de corriente de fuga AI, un aumento de la parte de corriente de falta FI en un determinado valor tiene un efecto cada vez menor sobre el valor de la corriente diferencial DI y con ello sobre su valor efectivo. Es por ello de interes para la observacion de la parte de corriente de falta FI separar la parte de corriente de fuga AI de la corriente diferencial DI o compensarla en la corriente diferencial DI.
Para este fin sirve el dispositivo 10 esbozado en la figura 3 para la determinacion de la parte de corriente de fuga de la corriente diferencial. En paralelo a las capacidades 6 y 7 conforme a la figura 1 estan conectados condensadores de medida 11 y 12, y una corriente que fluye a traves de estos condensadores 11 y 12 hacia tierra (potencial de tierra) PE es medida con un ampenmetro 13. El valor del ampenmetro es multiplicado en una disposicion de escalamiento 14 mediante multiplicacion por un factor de escala, para tener en cuenta que los condensadores de medida 11 y 12 solo representan una fraccion de todas las capacidades de fuga de la instalacion fotovoltaica 2 conforme a la figura 1 y asf solo fluye a traves de ellos una fraccion de toda la parte de corriente de fuga AI. La corriente amplificada es guiada entonces en sentido opuesto a los conductores L y N a traves del convertidor de corriente de suma 5, de modo que es detrafda directamente de la corriente diferencial entre el conductor L y el conductor neutro. Los diversos arrollamientos en torno al convertidor de corriente de suma 5 del conductor 15 que conduce la corriente amplificada provocan aqrn un escalamiento hacia arriba de la corriente amplificada, que entra en el factor de escala eficaz de una senal electrica escalada 28. La corriente amplificada fluye por ultimo a traves de una resistencia hacia el potencial de tierra PE. La corriente diferencial DI captada por el convertidor de corriente de suma 5 esta esencialmente liberado de la parte de corriente de fuga AI y corresponde por ello a su parte de corriente de falta FI. Esto es valido sin embargo solo cuando el factor de escala, por el que la disposicion de escalamiento 14 multiplica la corriente de fuga que es medida por el ampenmetro 13, esta fijado correctamente de forma correspondiente a la magnitud actual de las capacidades de fuga. Para esta fijacion correcta del factor de escala, la corriente diferencial captada por el convertidor de corriente de suma 5 tiene un mmimo de su valor efectivo. Correspondientemente, un sistema logico 16 modifica continuamente el factor de escala de tal modo que el valor efectivo de la corriente diferencial alcanza un mmimo. De este modo es compensada automaticamente cualquier variacion de las capacidades de fuga de la instalacion fotovoltaica 2 conforme a la figura 1 debida a precipitacion, desgaste o similares.
En una modificacion del dispositivo 10 conforme a la figura 3, la disposicion de escalamiento 14 puede amplificar tambien directamente la corriente de fuga que fluye a traves de los condensadores de medida 11 y 12 hacia el potencial de tierra PE y conducirla luego al convertidor de corriente de suma 5.
Mientras que conforme a la figura 3 una compensacion directa de la parte de corriente de fuga AI de la corriente diferencial DI se produce mediante una corriente a traves del convertidor de corriente de suma 5, conforme a la figura 4 una compensacion de la parte de corriente de fuga AI se produce a traves de una tension. Esta es realizada aqrn mediante el recurso de que la tension que cae a traves de una resistencia de medida 17, debido a la corriente de fuga que fluye a traves de los condensadores de medida 11 y 12 hacia el potencial de tierra, es captada con un voltfmetro 18. Esta tension es multiplicada mediante la disposicion de escalamiento 14 por el factor de escala y como senal electrica escalada 28 es restada luego en un nudo de resta 19 de la senal de tension del convertidor de corriente de suma 5. Tambien en este caso, para un factor de escala optimamente ajustado, al sistema logico 16 solo llega la parte de corriente de falta FI de la corriente diferencial DI, y mediante minimizacion del valor efectivo de esta corriente diferencial DI reducida a la parte de corriente de falta FI puede optimizarse el ajuste del factor de escala.
Conforme a la figura 5, la senal del dispositivo de medida 13 es conducida directamente al sistema logico 16, que la digitaliza y escala de modo adecuado, para restarla de la senal digitalizada del convertidor de corriente de suma 5. Tambien aqrn es seleccionado el factor de escala de tal modo que el valor efectivo de la corriente diferencial DI restante, que corresponde a su parte de corriente de falta FI, alcanza un mmimo.
La ventaja de las formas de realizacion del dispositivo 10 conforme a las figuras 3 a 5 estriba en que mediante la corriente de fuga a traves de los condensadores de medida 11 y 12 hacia potencial de tierra o mediante las tensiones provocadas por ello esta a disposicion una senal electrica que tiene la misma fase y distribucion de frecuencia que la parte de corriente de fuga AI de la corriente diferencial DI. La corriente de fuga a traves de los condensadores de medida 11 y 12 se diferencia de la parte de corriente de fuga AI de la corriente diferencial DI solo en lo relativo a su amplitud. Esta puede ser adaptada sin embargo con ayuda del factor de escala, que satisface el criterio de minimizacion del valor efectivo de la corriente diferencial DI tras restar la corriente de fuga escalada. Esto es valido independientemente de que partes de frecuencia tenga la corriente de fuga para el modo de operacion actual del inversor 3 conforme a la figura 1 o debido a otros factores de influencia.
La figura 6 esboza la compensacion de solo un componente principal de la parte de corriente de fuga AI en la corriente diferencial DI mediante una senal sinusoidal generada por un generador sinusoidal 20 con una frecuencia principal de la corriente de fuga. Aqrn, el sistema logico 16 lleva a cabo una minimizacion del valor efectivo de la corriente diferencial DI restante tras el nudo de resta 19, adaptando tanto la amplitud como la fase de la senal
5
10
15
20
25
30
35
40
45
sinusoidal. Cuando la corriente de fuga tiene esencialmente una frecuencia, de este modo puede reducirse la parte de corriente de fuga AI en la corriente diferencial DI de modo practico.
La figura 7 esboza un procedimiento de seguimiento para la fijacion del factor de escala optimo, en el que el valor efectivo de la corriente diferencial DI alcanza un mmimo. Aqrn, con lmea continua entre la disposicion de escalamiento 14 y el convertidor de corriente de suma 5 esta indicado el caso de la compensacion directa de corriente (conforme a la figura 3) y con lmea discontinua hacia el nudo de resta 19 esta indicado el caso de la compensacion directa de tension (conforme a la figura 4). El sistema logico 16 comprende aqu primeramente un formador de valores efectivos 21, a cuya salida esta conectada una etapa de muestreo y retencion (sample&hold) 22. Esta etapa de muestreo y retencion 22 permite comparar el valor efectivo actual de la corriente diferencial DI con un valor efectivo previo. Si la variacion del valor efectivo es negativa, es decir se observa una disminucion del valor efectivo de la corriente diferencial, el procedimiento de seguimiento se aproxima al valor efectivo mmimo de la corriente diferencial, y el integrador 25 que determina la amplitud de la senal de compensacion retroacoplada conserva su sentido. Si la variacion del valor efectivo determinada por el comparador 23 es positiva, es decir el valor efectivo ha aumentado en comparacion con el valor efectivo mas antiguo, el procedimiento de seguimiento se aleja del mmimo deseado. Para contrarrestar esta tendencia, es variado el sentido de integracion del integrador 25 por conmutacion de un circuito biestable JK 24. Un factor de escala que ha aumentado anteriormente disminuye, un factor de escala que ha disminuido anteriormente aumenta. En el estado estacionario, el factor de escala oscila dentro de lfmites estrechos, de forma que el valor efectivo, dependiente de el, de la corriente diferencial oscila en torno a su mmimo. Para fijar el comportamiento temporal del procedimiento de seguimiento conforme a la figura 7, pueden ser adaptados los siguientes parametros:
a) la constante temporal de la formacion de valor efectivo en el formador de valor efectivo 21;
b) una temporizacion 26, que es suministrada a la etapa de muestreo y retencion 22 y al circuito biestable JK 24, y
c) una constante temporal de integracion del integrador 25,
en que estos parametros determinan conjuntamente la frecuencia de paso de seguimiento y el alcance de paso de seguimiento del procedimiento de seguimiento.
Lista de numeros de referencia
1 Generador de corriente alterna
2 Instalacion fotovoltaica
3 Inversor
4 Red
5 Convertidor de corriente de suma
6 Capacidad de fuga
7 Capacidad de fuga
8 Resistencia de aislamiento
9 Resistencia de aislamiento
10 Dispositivo
11 Condensador de medida
12 Condensador de medida
13 Ampenmetro
14 Disposicion de escalamiento
15 Conductor
16 Sistema logico
17 Resistencia de medida
18 Voltfmetro
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
DI
AI
FI
Up
Up
PE
L
N
Nodo de resta
Generador sinusoidal
Formador de valor efectivo
Etapa de muestreo y retencion
Comparador
Circuito biestable JK
Integrador
Temporizacion
Senal electrica
Senal electrica escalada
Lmea de entrada
Lmea de entrada
Corriente diferencial
Parte de corriente de fuga
Parte de corriente de falta
Tension de salida positiva
Tension de salida negativa
Potencial de tierra
Fase
Conductor neutro
Claims (15)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Procedimiento para la determinacion de una parte de corriente de falta (FI) de una corriente diferencial (DI), en que la corriente diferencial (DI) es captada como suma de corriente sobre lmeas (L, N; 29, 30) que conducen la corriente de un generador de corriente alterna (1), en que una senal electrica (27), que depende de las tensiones en el generador de corriente alterna (1) respecto a tierra (PE) y esta en fase con una parte de corriente de fuga (AI) de la corriente diferencial (DI), es generada y restada de la corriente diferencial (DI), caracterizado porque la senal electrica (27) es multiplicada antes de restarla de la corriente diferencial (DI) por un factor de escala, en que el factor de escala es ajustado continuamente de tal modo que el valor efectivo de la corriente diferencial (DI), tras restar la senal electrica escalada (28), tiene un mmimo para el valor actual del factor de escala.
- 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la senal electrica (27) dependiente de las tensiones respecto a tierra (PE) es tomada en el generador de corriente alterna (1).
- 3. Procedimiento segun la reivindicacion 2, caracterizado porque la senal electrica (27) es generada por una corriente de fuga, que es provocada por las tensiones en el generador de corriente alterna (1) a traves de condensadores de medida (11, 12) hacia tierra (PE).
- 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado porque la senal electrica (27) es la corriente de fuga que fluye.
- 5. Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones precedentes 1 a 4, caracterizado porque la senal electrica escalada (28) es restada de la corriente diferencial (DI) con un convertidor de corriente de suma (5) que capta la corriente diferencial (DI).
- 6. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado porque la senal electrica (27) es una tension proporcional a la corriente de fuga que fluye.
- 7. Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado porque la senal electrica escalada (28) es restada de una senal de tension de un convertidor de corriente de suma (5) que capta la corriente diferencial (DI).
- 8. Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones precedentes 1 a 4, 6 y 7, caracterizado porque la senal electrica (27) es digitalizada antes o despues de la multiplicacion por el factor de escala y la senal electrica escalada digitalizada (28) es restada de la corriente diferencial digitalizada (DI).
- 9. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la senal electrica (27) es generada como senal sinusoidal con al menos una frecuencia principal de las tensiones en el generador de corriente alterna (1) respecto a tierra (PE), en que opcionalmente la fase de la senal sinusoidal para cada frecuencia principal de las tensiones en el generador de corriente alterna (1) respecto a tierra (PE) es ajustada a un valor para el que el valor efectivo de la corriente diferencial (DI) alcanza un mmimo tras la resta de la senal electrica escalada (28).
- 10. Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque son reproducidas variaciones de una capacidad de fuga (6, 7) del generador de corriente alterna (1).
- 11. Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el factor de escala es ajustado continuamente segun un procedimiento de seguimiento.
- 12. Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se tienen en cuenta las tensiones en el generador de corriente alterna (1) respecto a tierra (PE) antes y la corriente diferencial (DI) despues de un inversor (3) del generador de corriente alterna (1).
- 13. Dispositivo (10) para la determinacion de la parte de corriente de falta (FI) de una corriente diferencial (DI), con un convertidor de corriente de suma (5), que capta la corriente diferencial (DI) como suma de corriente sobre todas las lmeas (L, N) que conducen la corriente de un generador de corriente alterna (1), con una disposicion de compensacion, que genera una senal electrica (27), que depende de tensiones en el generador de corriente alterna (1) respecto a tierra (PE) y esta en fase con una parte de corriente de fuga (AI) de la corriente diferencial (DI), y la resta de la corriente diferencial (DI), caracterizado porque la disposicion de compensacion incluye una disposicion de escalamiento (14), que multiplica la senal electrica (27) antes de restarla de la corriente diferencial (DI) por un factor de escala, en que esta disposicion ajusta continuamente el factor de escala de tal modo que el valor efectivo de la corriente diferencial (DI) tras la resta de la senal electrica escalada (28) tiene un mmimo para el valor actual del factor de escala.
- 14. Dispositivo segun la reivindicacion 13, caracterizado porque estan previstos condensadores de medida (11 y 12) entre el generador de corriente alterna (1) y tierra (PE).
- 15. Dispositivo segun la reivindicacion 14, caracterizado porque la disposicion de escalamiento (14) escala una tension que cae en una resistencia de medida (17), que es atravesada por una corriente de fuga que fluye a travesde los condensadores de medida (11 y 12) hacia tierra (PE), y porque la disposicion de compensacion resta la tension escalada de una senal de tension del convertidor de corriente de suma (5).
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