ES2620253T3 - Dispositivo de conexión a tierra - Google Patents

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ES2620253T3 ES10856166.3T ES10856166T ES2620253T3 ES 2620253 T3 ES2620253 T3 ES 2620253T3 ES 10856166 T ES10856166 T ES 10856166T ES 2620253 T3 ES2620253 T3 ES 2620253T3
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Abstract

Un aparato de conexión a tierra que comprende: una fuente (PV1) de alimentación de CC; un acondicionador (3) de energía configurado para recibir energía de CC de la fuente (PV1) de alimentación de CC a través de un bus (11) positivo de CC y un bus (12) negativo de CC y para convertir la energía de CC a energía de CA; un transformador (10) aislado conectado a un lado de salida del acondicionador (3) de potencia; un interruptor (21) de circuito conectado al bus (11) positivo de CC y el bus (12) negativo de CC y configurado para abrir una trayectoria de corriente entre la fuente (PV1) de alimentación de CC y el acondicionador (3) de energía; y una línea (25) de tierra que conecta el bus (11) positivo de CC o del bus (12) negativo de CC que se proporciona entre el acondicionador (3) de energía y el interruptor (21) de circuito, a tierra; caracterizado por un detector (23) de corriente configurado para detectar una corriente que fluye en la línea (25) de tierra; un fusible (22) insertado en serie en una parte de la línea (25) de tierra, configurado para al menos uno de: fundirse cuando la corriente que fluye en la línea de tierra excede un primer valor de ajuste de protección, no destruyendo el detector (23) de energía, provocando un fallo de conexión a tierra completo, y no fundirse cuando la corriente que fluye en la línea (25) de tierra es menor que o igual al primer valor de ajuste de protección, no destruyendo el detector (23) de corriente y provocando un fallo de conexión a tierra incompleto; y un dispositivo (24) de determinación configurado para dar una orden de apertura al interruptor (21) de circuito cuando la corriente detectada por el detector (23) de corriente excede un segundo valor de ajuste de protección, que es menor que el primer valor de ajuste de protección.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de conexion a tierra Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un aparato de conexion a tierra para su uso en un sistema en el que un acondicionador de energfa convierte la energfa de CC generada en una fuente de alimentacion de CC, por ejemplo, una celula solar, a una energfa de CA para ser suministrada a un sistema de energfa de CA, el aparato de conexion a tierra se proporciona entre el tierra y el bus positivo de CA o bus negativo de CA conectando la celula solar y el acondicionador de energfa.
Antecedentes
La literatura de patente 1 divulga un aparato de suministro de energfa configurado para suministrar la energfa de CC de, por ejemplo, una celula solar a una carga conectada a tierra. El aparato de la fuente de alimentacion tiene un medio de suministro de energfa, un primer conmutador de salida, un circuito de deteccion de fallos de conexion a tierra, y un medio de control. Los medios de energfa tienen un terminal de entrada y de salida de energfa no aislados para el suministro de energfa a la carga conectada a tierra. El primer conmutador de salida esta configurado para conectar o desconectar los medios de suministro de energfa hacia o desde la carga a tierra. Se proporciona el medio de impedancia entre el potencial de tierra y un punto cerca del terminal de entrada de potencia del aparato de suministro de energfa. El circuito de deteccion de fallos a tierra tiene medios de deteccion de tension o de corriente y un conmutador de tierra. Los medios de control estan configurados para controlar el primer conmutador de salida y el circuito de deteccion de fallos de conexion a tierra. Si los medios de control abren el primer conmutador de salida y cierran el conmutador de tierra, el circuito de deteccion de fallos de conexion a tierra detecta un cambio en la tension principal en un punto distinto de la carga conectada a tierra, detectando asf un fallo de conexion a tierra, de la tension o de la corriente detectada por los medios de deteccion de corriente.
Asf configurado como se describe anteriormente, el aparato descrito en la literatura de patente 1 puede detectar el fallo de conexion a tierra sin conexion a la carga conectada a tierra.
La literatura de patente 2 divulga un inversor de interconexion en el que un circuito convertidor y un circuito inversor, no aislados entre sf en la salida del primero y la entrada de este ultimo, convierten la energfa de CC a energfa de CA, y que da salida a la energfa de CA a una sistema conectado a la misma. El inversor de interconexion comprende un medio de deteccion de fallos de conexion a tierra de CC para la deteccion de la avena de conexion a tierra de la celula solar. El inversor de interconexion comprende ademas un medio de control para controlar ya sea la tension de entrada o la tension intermedia entre el circuito convertidor y el circuito inversor es controlado, ya sea aumentando o reduciendo el tension, fijando de ese modo el potencial de tierra de la celula solar a un valor distinto de un potencial casi cero. Por lo tanto, el fallo de conexion a tierra detectado es un cambio en la corriente principal.
En la interconexion inversor divulga en la literatura de patente 2, descrita anteriormente, el medio de control controla la tension de entrada o la tension intermedia, subiendo o bajando la tension, en ultima instancia, estableciendo el potencial de tierra de la celula solar a un valor que no sea un potencial casi cero. Por lo tanto, cualquier fallo de conexion a tierra de la celula solar se puede detectar de forma fiable.
El documento WO 2008/108770 A1 que forma el preambulo de la reivindicacion 1, describe un convertidor de energfa electrica para la conversion de energfa de una fuente de CC bipolar para suministrar una carga de CA. Para una de tales realizaciones la fuente de CC bipolar es una matriz fotovoltaica y la energfa de CA tiene su origen en una red de energfa electrica. El generador fotovoltaico bipolar tiene potenciales de tension positivos y negativos con respecto a tierra. El convertidor es un inversor interactivo de utilidad que no requiere un transformador de aislamiento en la interfaz de red de energfa electrica.
El documento WO 2008/061357 A1 describe un interruptor detector de falla a tierra (GFDI). El GFDI esta configurado para su uso con una fuente de alimentacion de CC y comprende los siguientes elementos. Se proporciona una trayectoria de corriente a tierra para acoplar un terminal de tierra de la fuente de alimentacion de cC y una tierra del sistema. Un conmutador de conexion a tierra se coloca en la trayectoria de la corriente de tierra. Un detector de corriente esta configurado para detectar una corriente de tierra en la trayectoria de la corriente de tierra. Un controlador esta configurado para comparar la corriente de tierra con un punto de ajuste de corriente predefinido y emitir una senal de indicacion de fallo si la corriente de tierra excede el punto de ajuste de corriente predefinido. Los resultados de la senal de indicacion de fallo a tierra en que el conmutador se abra.
Lista de citas
Literatura de Patente
Literatura de Patente 1: Solicitud de patente japonesa. Publicacion KOKAI n.° 2001-169561 Literatura de Patente 2: Solicitud de patente japonesa. Publicacion KOKAI n.° 2001-275259
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Sumario de la invencion
Problema tecnico a resolver en la invencion
Supongamos que el bus de entrada de CC de una celula solar debe conectarse a tierra en vista de las condiciones de uso y la especificacion de la celula solar. A continuacion, se proporciona un bus de tierra entre el bus de entrada de CC y la tierra, y se proporciona un transformador de aislamiento entre el sistema de energfa de CA (es decir, el terminal de salida) y la tierra, lo que logra el aislamiento. Si esta conectada a tierra una lmea del bus de entrada de CC, cualquier otra lmea del mismo puede someterse a un fallo de tierra resultando en cortocircuitos. Si esto sucede, una corriente de cortocircuito fluye en la lmea de tierra. Un fusible se puede utilizarse con el fin de cortar la trayectoria de la corriente de cortocircuito. Sin embargo, no se puede predecir cuando se produce un fallo de conexion a tierra incompleto (si la impedancia sale de entre el punto de fallo de conexion a tierra y la lmea de tierra). Tampoco se puede anticipar lo grande que es la corriente de cortocircuito a partir de caractenstica de la corriente- tension (I - V) dela celula solar, que depende de la intensidad de los rayos solares y la temperatura. Por lo tanto, un fusible de una capacitancia espedfica, si se utiliza, puede no fundirse en algunos casos, y la trayectoria de la corriente de cortocircuito no se puede cortar.
En cambio, un detector de corriente puede estar dispuesto en la lmea de tierra. En este caso, la corriente de tierra se puede detectar, y se puede detectar si se ha producido un fallo de conexion a tierra completo (sin impedancia existente entre el punto de fallo de conexion a tierra y la lmea de tierra) o si se ha producido un error de conexion a tierra incompleta. Sin embargo, el fallo de conexion a tierra diffcilmente puede ser detectado con precision, en funcion de la magnitud de la corriente del cortocircuito, y la trayectoria de la corriente del cortocircuito entre el punto de fallo de conexion a tierra y la lmea de tierra no se puede cortar. Ademas, la lmea de tierra debe ser un conductor que permita la trayectoria de la corriente del cortocircuito.
Es un objeto de la presente invencion proporcionar un aparato de conexion a tierra capaz de abrir instantaneamente el trayecto de la corriente cuando se produce un fallo de conexion a tierra completo entre el punto de tierra y la lmea de tierra, o de abrir la trayectoria de corriente cuando un fallo de conexion a tierra incompleto se produce entre ellos, o generar una alarma mientras se mantiene el funcionamiento.
Solucion al problema
Con el fin de lograr el objeto, la invencion correspondiente a la reivindicacion 1 se proporciona un aparato de conexion a tierra que comprende: una fuente de alimentacion de CC; un poder acondicionador configurado para recibir energfa de CC de la fuente de alimentacion de CC a traves de un bus positivo de CC y un bus negativo de CC y para convertir la energfa de CC a energfa de CA; un transformador de aislamiento conectado a un lado de salida del acondicionador de energfa; un interruptor de circuito conectado al bus positivo de CC y al bus negativo de CC y configurado para abrir una trayectoria de corriente entre la fuente de alimentacion de CC y el acondicionador de energfa; y una lmea de tierra que conecta el bus positivo de CC o el bus negativo de CC que se proporciona entre el acondicionador de energfa y el interruptor automatico, a tierra; un detector de corriente configurado para detectar una corriente que fluye en la lmea de tierra; un fusible insertado en serie en una parte de la lmea de tierra, configurado para al menos uno de: fundirse cuando la corriente que fluye en la lmea de tierra excede un primer valor de ajuste de proteccion, no destruir el detector de corriente y, a continuacion superar el primer valor de ajuste de proteccion, causando un fallo de conexion a tierra completo, y no fundirse cuando la corriente que fluye en la lmea de tierra es menor que o igual al primer valor de proteccion, no destruir el detector de corriente y provocar un fallo de conexion a tierra incompleto; y un dispositivo de determinacion configurado para dar una orden de apertura al interruptor de circuito cuando la corriente detectada por el detector de corriente excede un segundo valor de ajuste de proteccion, que es menor que el primer valor de ajuste de proteccion.
Efectos ventajosos de la invencion
Segun la presente invencion, es posible proporcionar un aparato de conexion a tierra capaz de abrir instantaneamente el trayecto de la corriente cuando se produce un fallo de conexion a tierra completo entre el punto de tierra y la lmea de tierra, o de abrir la trayectoria de corriente cuando un fallo de conexion a tierra incompleto se produce entre ellos, o de generar una alarma (y evitar un error de funcionamiento) mientras se mantiene el funcionamiento.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquematico para explicar un aparato de conexion a tierra de acuerdo con una primera realizacion de la presente invencion;
La figura 2 es un diagrama que explica un primer modo de funcionamiento del aparato de conexion a tierra de la figura 1;
La figura 3 es un diagrama que explica un segundo modo de funcionamiento del aparato de conexion a tierra de la figura 1; y
La figura 4 es un diagrama que explica un tercer modo de funcionamiento del aparato de conexion a tierra de la figura 1.
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Realizacion de la invencion
Las realizaciones de la presente invencion se describiran con referencia a la figura 1 a la figura 4. Un acondicionador de energfa, por ejemplo, el inversor 3, convierte la energfa de CA, o la energfa de salida de una celula 1 solar (PV), a la CA. La energfa de CA es suministrada a un sistema 8 de ene^a de CA. Un transformador 10 de aislamiento esta provisto en un bus 13 de conexion que conecta el inversor 3 al sistema 8 de energfa de CA.
Un condensador 4 de filtrado esta conectado entre el bus 11 positivo de CC (P) y bus 12 negativo de CC (N) del inversor 3. Un circuito amortiguador compuesto por un reactor 5 y un condensador 6 esta conectado al bus 13 de conexion, que conecta la salida del inversor 3 al transformador 10 de aislamiento. Un conmutador 7 se proporciona en el bus 13 de conexion que se extiende entre el circuito de proteccion y el transformador 10 de aislamiento. Ademas, se proporciona un diodo 9 de prevencion de flujo inverso en una parte del bus 11 positivo de CC, al que estan conectados la salida de la celula 1 solar y un interruptor 21 de circuito que tiene una funcion de disparo.
Un aparato 2 de conexion a tierra de acuerdo con la presente invencion se proporciona en el bus 11 positivo de CC y el bus 12 negativo de CC que se extienden entre la salida de la celula 1 solar y el condensador 4 de filtrado. El aparato 2 de conexion a tierra comprende un interruptor 21 de circuito, una lmea 25 de tierra, un detector 23 de corriente, un fusible 22, y un dispositivo 24 de determinacion. El interruptor 21 de circuito esta conectado en serie con el bus 11 de CC positivo y el bus 12 negativo de CC y configurado para realizar una accion de disparo cuando su valor de ajuste de proteccion (ajuste de corriente) excede un valor prescrito. La lmea 25 de tierra conecta, por ejemplo, el bus 12 negativo de cC al que estan conectados el interruptor 21 de circuito y el condensador 4 de filtrado, a la tierra 26. El detector 23 de corriente mide la corriente que fluye en la lmea 25 de tierra. El fusible 22 se proporciona en una parte de la lmea 25 de tierra, o conectado en serie a la misma. El fusible 22 se funde cuando la corriente que fluye en la lmea 25 de tierra supera un nivel de deteccion de corriente, sin destruir el detector 23 de corriente, y supera un primer valor de ajuste de proteccion (por ejemplo, 5 A) causando un fallo de conexion a tierra completo. El fusible no se funde cuando la corriente que fluye en la lmea 25 de tierra tiene un nivel de deteccion de corriente (por ejemplo, un nivel que es menor que o igual a 10 A) causando un error de conexion a tierra incompleta. El dispositivo de determinacion 24 se describira a continuacion.
El dispositivo 24 de determinacion da al interruptor 21 de circuito un comando de apertura (orden de disparo) cuando la corriente Ig (por ejemplo, 1000 A) detectada por el detector 23 de corriente, excede el primer valor de ajuste de proteccion (por ejemplo, 5 A). Ademas, el dispositivo 24 de determinacion da al interruptor 21 de circuito un comando de apertura cuando la corriente Ig (por ejemplo, 5 A) detectada por el detector 23 de corriente, tiene un segundo valor de ajuste de proteccion (por ejemplo, 5 A), que es igual al primer valor de proteccion de ajuste (por ejemplo, 5 A). Aun mas, el dispositivo 24 de determinacion genera una alarma a un lado de control (no mostrada) cuando la corriente Ig (por ejemplo, 1 A) detectada por el detector 23 de corriente, tiene un segundo valor de ajuste de proteccion (por ejemplo, 0,5 A) que es menor que el valor de ajuste de proteccion del fusible 22.
Como se muestra en la figura 2, el fusible 22 se inserta en serie en una parte de la lmea 25 de tierra. El fusible 22 se funde cuando la corriente que fluye en la lmea 25 de tierra excede un nivel de deteccion de corriente (por ejemplo, 10 A), sin destruir el detector 23 de corriente, y excede el primer valor de ajuste de proteccion (por ejemplo, 5 A), causando un fallo de conexion a tierra completo. El fusible 22 no se funde cuando la corriente que fluye en la lmea 25 de tierra tiene un nivel de deteccion de corriente (por ejemplo, un nivel que es menor que o igual a 10 A), como se muestra en la figura 3, sin destruir el detector 23 de corriente y generando un fallo de conexion a tierra incompleta.
El detector 23 de corriente es, por ejemplo, una sala de CT, y nunca se satura con una corriente continua. El detector 23 de corriente puede, por supuesto, detectar no solo un componente de CA, sino tambien una componente de CC.
El detector 23 de corriente y el fusible 22 han sido seleccionados para tener la siguiente relacion. Es decir, el detector 23 de corriente es uno pequeno que puede medir una corriente de fallo a tierra tan pequena como unos pocos amperios, y el fusible 22 se funde a una corriente superior a un valor de ajuste de proteccion (por ejemplo, 5 A), que no destruina el detector 23 de corriente.
El dispositivo 24 de determinacion da al disyuntor 21 un mando de apertura (orden de disparo) si el primer valor de ajuste de proteccion A es igual a la corriente Ig detectada (A = Ig). Si el segundo valor de ajuste de proteccion B es menor que la corriente Ig detectada, y la corriente Ig es menor que el primer valor de ajuste de proteccion A (B < Ig < A), el dispositivo 24 de determinacion dara solamente una alarma al lado de supervision antes mencionado.
Como opera el aparato de conexion a tierra 2 se explicara con referencia de la figura 2 a la figura 4.
En primer lugar, el fallo de conexion a tierra completo (en cortocircuito) se describira con referencia a la figura 2. Supongamos que una corriente de 1000 A fluye entre la salida de la celda 1 solar y el inversor 3. A continuacion, el fusible 22 se funde instantaneamente, abriendo el circuito de tierra conectado al fusible 22 y el detector 23 de corriente. Al mismo tiempo, el dispositivo 24 de determinacion da una orden de disparo al disyuntor 21 de circuito, abriendo el disyuntor 21 de circuito, debido a que el valor de ajuste de proteccion se establece en 5 A y el detector 23 de corriente detecta una energfa de 1000 A.
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El fallo de conexion a tierra incompleto se explicara con referencia a la figura 3. Supongamos que una corriente de 5 A fluye entre la salida de la celda 1 solar y el inversor 3. Esta corriente es igual al valor de ajuste de proteccion de 5 A, y el fusible 22 no se funde. El valor de ajuste de la proteccion es de 5 A, y la corriente que detecta el 23 tambien es 5 A. El dispositivo 24 de determinacion, por tanto, da una orden de disparo al interruptor 21 de circuito, abriendo el interruptor 2l de circuito.
El caso en el que el dispositivo 24 de determinacion solo se describira una alarma al lado de vigilancia antes mencionado, con referencia a la figura 4. Si el detector 23 de corriente detecta una corriente de 1 A, el dispositivo 24 de determinacion percibe la relacion de 0,5 A <1 A <5 A. El dispositivo 24 de determinacion por lo tanto solo da una alarma al lado de supervision mencionada.
El fallo a tierra completa y el fallo a tierra incompleta seran definidos aqrn. El fallo de conexion a tierra completa es un estado en el que el bus 11 de CC positivo y el bus 12 negativo de CC estan conectados el uno al otro, mientras que no existe ninguna impedancia entre el bus 11 de CC positivo y el bus 12 negativo de CC.
Por el contrario, el fallo de conexion a tierra incompleto es un estado en el que bus 11 positivo de CC y el bus 12 negativo de CC estan conectados, mientras que la impedancia existe entre el bus 11 positivo de CC y el bus 12 negativo de CC.
Segun el aparato de conexion a tierra descrito anteriormente, es posible abrir instantaneamente la trayectoria de corriente cuando un fallo de conexion a tierra completo se produce entre el punto de tierra y la lmea de tierra, o abrir la trayectoria de corriente cuando un fallo de conexion a tierra incompleto se produce entre ellos, o generar una alarma (y evitar un error de funcionamiento) mientras se mantiene la operacion.
El aparato de conexion a tierra descrito anteriormente es por lo tanto util en un acondicionador de energfa disenado para su uso en la generacion de energfa solar, en particular en el caso en que la conexion a tierra N o la conexion a tierra P debe ser alcanzada en el acondicionador de energfa.
En las realizaciones descritas anteriormente, el dispositivo 24 de determinacion tiene todas las funciones especificadas en la figura 2, la figura 3 y la figura 4, para explicar el funcionamiento de la presente invencion. No hace falta decir, el dispositivo 24 de determinacion puede tener solamente una de estas funciones en la presente invencion, sin embargo.
Lista de signos de referencia
1 Celula solar
2 Aparato de conexion a tierra
3 Inversor
4 Condensador de filtrado
5 Reactor
6 Condensador
7 Conmutador
8 Sistema de energfa de CA
9 Diodo
10 T ransformador aislado
11 Bus positivo de CC
12 Bus negativo de CC
21 Interruptor de circuito
22 Fusible
23 Detector de corriente
24 Dispositivo de determinacion
25 Lmea de tierra
26 Tierra

Claims (3)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un aparato de conexion a tierra que comprende:
    una fuente (PV1) de alimentacion de CC;
    un acondicionador (3) de ene^a configurado para recibir energfa de CC de la fuente (PV1) de alimentacion de CC a traves de un bus (11) positivo de CC y un bus (12) negativo de CC y para convertir la energfa de CC a energfa de CA;
    un transformador (10) aislado conectado a un lado de salida del acondicionador (3) de potencia; un interruptor (21) de circuito conectado al bus (11) positivo de CC y el bus (12) negativo de CC y configurado para abrir una trayectoria de corriente entre la fuente (PV1) de alimentacion de CC y el acondicionador (3) de energfa; y
    una lmea (25) de tierra que conecta el bus (11) positivo de CC o del bus (12) negativo de CC que se proporciona entre el acondicionador (3) de energfa y el interruptor (21) de circuito, a tierra; caracterizado por
    un detector (23) de corriente configurado para detectar una corriente que fluye en la lmea (25) de tierra; un fusible (22) insertado en serie en una parte de la lmea (25) de tierra, configurado para al menos uno de:
    fundirse cuando la corriente que fluye en la lmea de tierra excede un primer valor de ajuste de proteccion, no destruyendo el detector (23) de energfa, provocando un fallo de conexion a tierra completo, y no fundirse cuando la corriente que fluye en la lmea (25) de tierra es menor que o igual al primer valor de ajuste de proteccion, no destruyendo el detector (23) de corriente y provocando un fallo de conexion a tierra incompleto; y
    un dispositivo (24) de determinacion configurado para dar una orden de apertura al interruptor (21) de circuito cuando la corriente detectada por el detector (23) de corriente excede un segundo valor de ajuste de proteccion, que es menor que el primer valor de ajuste de proteccion.
  2. 2. El aparato de conexion a tierra segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el dispositivo de determinacion esta configurado para generar una alarma cuando la corriente detectada por el detector (23) de corriente es menor que el segundo valor de ajuste de proteccion.
  3. 3. El aparato de conexion a tierra segun la reivindicacion 2, caracterizado porque el dispositivo (24) de determinacion no genera una alarma cuando la corriente detectada no esta mas alla de un valor de desplazamiento para evitar una deteccion erronea.
ES10856166.3T 2010-08-20 2010-08-20 Dispositivo de conexión a tierra Active ES2620253T3 (es)

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ES2620253T3 true ES2620253T3 (es) 2017-06-28

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