ES2967058T3 - Aparato de detección de cortocircuito - Google Patents

Abstract

Un aparato de detección de cortocircuitos (1) para la detección de una corriente de cortocircuito eléctrico que fluye en al menos una ruta de corriente monitoreada desde una fuente de voltaje (2) a una carga eléctrica (3), en el que el aparato de detección de cortocircuitos (1) está conectado al camino de corriente monitoreado y comprende un circuito de evaluación (8) que incluye al menos una unidad aritmética programable o preprogramada (8A) adaptada para realizar al menos una operación de combinación aritmética, ACOP, en un primer voltaje, VR, proporcionado por un elemento resistivo (6) del camino de corriente monitoreado y siendo proporcional a la corriente eléctrica, I, que fluye a través del camino de corriente monitoreado y a un segundo voltaje, VL, proporcionado por un elemento inductivo (7) del camino de corriente monitoreado y dependiendo de una derivada de la corriente eléctrica, dI/dt, que fluye a través de la ruta de corriente monitoreada para proporcionar un voltaje de sensor combinado e incluyendo un comparador (8D) adaptado para comparar el voltaje de sensor combinado proporcionado por la unidad aritmética programable o preprogramada (8A) con un valor preestablecido o un voltaje umbral ajustable para generar una señal de detección de cortocircuito (SCDS) si el voltaje combinado del sensor excede el voltaje umbral. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato de detección de cortocircuito

La invención se relaciona con un aparato de detección de cortocircuito para detección de una corriente de cortocircuito eléctrico que fluye en una trayectoria de corriente monitorizada de un sistema desde una fuente de voltaje hasta una carga eléctrica.

El documento US 3593124 A describe un método y dispositivo para detectar y localizar fallas de fase a fase y de fase a tierra que tiene un ordenador adaptado para disparar un cortacircuito.

El documento US 6724597 B1 describe un dispositivo de protección para redes de bajo voltaje que tiene un comparador adaptado para controlar un conmutador de red en respuesta a un producto de la corriente y la tasa de corriente.

Las cargas que se conectan a una fuente de voltaje en general requieren protección contra sobrecarga y/o sobrecorriente. La fuente de voltaje puede comprender una fuente de voltaje de AC tal como un sistema de suministro de potencia o sistema de distribución de potencia o una fuente de voltaje de DCtal como una batería. La sobrecorriente eléctrica que fluye a través de un conductor eléctrico puede provocar una generación excesiva de calor y consecuentemente dañar el equipo o carga eléctrica. Hay diferentes escenarios para provocar una sobrecorriente incluyendo cortocircuitos, un diseño de circuito incorrecto o fallas a tierra. Los dispositivos de protección contra sobrecorriente convencionales incluyen fusibles, cortacircuitos electromecánicos o conmutadores de potencia de estado sólido. Los fusibles se funden solo en amplitudes de corriente relativamente altas de tal manera que se transfiere mucha energía eléctrica a la carga conectada antes de que el fusible respectivo se funda aumentando de este modo el riesgo de dañar componentes de la carga respectiva. De hecho se requiere una energía mínima de fusión/formación de arco.

Esto hace que fluyan corrientes altas y puede tomar un tiempo significativo.

Otros dispositivos de protección eléctrica convencionales incluyen sensores de corriente para medir una corriente eléctrica que fluye hacia la carga conectada para detectar una situación crítica y activar automáticamente un conmutador electrónico o electromecánico en caso de que se produzca la situación crítica. Algunos circuitos de protección convencionales usan conmutadores semiconductores tales como MOSFETs para proteger cargas conectadas contra sobrecorrientes. La mayoría de los circuitos de protección convencionales funcionan comparativamente lento y requieren un alto nivel de corriente para activar el conmutador conectado. Hay muchos casos de uso y escenarios diferentes donde se requiere detección de cortocircuito de una corriente de cortocircuito eléctrico que fluye a lo largo de una trayectoria de corriente. Debido a la alta variedad de diferentes tipos de fuentes de voltaje y cargas conectadas hay muchos casos de uso diferentes que requieren diferentes características del aparato de detección de cortocircuito. Por consiguiente, un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato de detección de cortocircuito que pueda adaptarse de manera flexible a diferentes requisitos de aplicación y que proporcione una detección fiable y efectiva de una corriente de cortocircuito que fluye en una trayectoria de corriente desde una fuente de voltaje a una carga conectada.

Este objetivo se logra de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención mediante un aparato de detección de cortocircuito que comprende las características de la reivindicación 1.

El aparato de detección de cortocircuito se usa para detección de una corriente de cortocircuito eléctrico que fluye en al menos una trayectoria de corriente monitorizada desde una fuente de voltaje hasta una carga eléctrica.

El aparato de detección de cortocircuito está conectado a la trayectoria de corriente monitorizada y comprende un circuito de evaluación, incluyendo dicho circuito de evaluación al menos una unidad aritmética programable o preprogramada adaptada para realizar al menos una operación de combinación aritmética en un primer voltaje proporcionado por un elemento resistivo de la trayectoria de corriente monitorizada y que es proporcional a la corriente eléctrica que fluye a través de la trayectoria de corriente monitorizada y en un segundo voltaje proporcionado por un elemento inductivo de la trayectoria de corriente monitorizada y que depende de una derivada de la corriente eléctrica que fluye a través de la trayectoria de corriente monitorizada para proporcionar un voltaje de sensor combinado y que incluye un comparador adaptado para comparar el voltaje de sensor combinado proporcionado por la unidad aritmética programable con un voltaje umbral preestablecido o uno ajustable para generar una señal de detección de cortocircuito si el voltaje de sensor combinado excede el voltaje umbral.

El primer voltaje y/o el segundo voltaje se amplifican mediante un amplificador asociado del circuito de evaluación para proporcionar voltajes amplificados.

Cada amplificador del circuito de evaluación comprende una ganancia ajustable y una compensación ajustable.

La primera salida de voltaje amplificado por un primer amplificador del circuito de evaluación y la segunda salida de voltaje amplificado por un segundo amplificador del circuito de evaluación se suministran ambas como entrada a la unidad aritmética programable o preprogramada del circuito de evaluación que está adaptada para realizar la al menos una operación aritmética sobre los voltajes amplificados de entrada para proporcionar el voltaje de sensor combinado aplicado al comparador del circuito de evaluación.

Si la corriente eléctrica que fluye en la al menos una trayectoria de corriente monitorizada comprende una corriente AC proporcionada por una fuente de voltaje de AC un signo de la primera salida de voltaje amplificado por un primer amplificador del circuito de evaluación y un signo de la segunda salida de voltaje amplificado por un segundo amplificador del circuito de evaluación ambos se determinan y evalúan, en donde si el primer y segundo signo no son iguales la operación de combinación aritmética realizada por la unidad aritmética programable se inhibe automáticamente para evitar una activación falsa del comparador del circuito de evaluación.

La programación de la unidad aritmética puede ser hecha por un usuario o durante la fabricación del propio producto. La posibilidad de programación por usuario permite aún más flexibilidad incluyendo el aprendizaje automático o ajuste automático de parámetros.

En una posible realización del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, la unidad aritmética programable o preprogramada del circuito de evaluación está adaptada para realizar la al menos una operación de combinación aritmética en el primer voltaje y el segundo voltaje realizando al menos una operación de suma aritmética.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, la unidad aritmética programable o preprogramada del circuito de evaluación está adaptada para realizar la al menos una operación de combinación aritmética en el primer voltaje y el segundo voltaje realizando una operación de multiplicación aritmética.

En todavía una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, la unidad aritmética programable o preprogramada del circuito de evaluación está adaptada para realizar la al menos una operación de combinación aritmética en el primer voltaje y el segundo voltaje realizando una operación de potencia o exponenciación aritmética.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, la señal de detección de cortocircuito emitida por el comparador del circuito de evaluación se suministra a una lógica de control adaptada para controlar el al menos un conmutador u otro accionador proporcionado en la trayectoria de corriente monitorizada.

En una posible realización del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, el conmutador de la trayectoria de corriente monitorizada comprende un conmutador semiconductor, en particular un MOSFET, o un conmutador electromecánico, en particular un relé electromagnético.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, el conmutador semiconductor de la trayectoria de corriente monitorizada comprende o forma el elemento resistivo de la trayectoria de corriente monitorizada.

En todavía una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, el elemento inductivo de la trayectoria de corriente monitorizada comprende una bobina conectada en serie con el elemento resistivo en la trayectoria de corriente monitorizada.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, el elemento inductivo comprende una inductancia de un transformador que tiene un devanado primario proporcionado en la trayectoria de corriente monitorizada y que tiene un devanado secundario conectado a la unidad aritmética del circuito de evaluación, en donde la inductancia del transformador comprende una inductancia parásita y una inductancia magnetizante y en donde la resistencia del devanado primario del transformador forma el elemento resistivo de la trayectoria de corriente monitorizada.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, la fuente de voltaje conectada al aparato de detección de cortocircuito comprende una fuente de voltaje de un sistema de suministro de potencia o de un sistema de distribución de potencia que incluye una fuente de voltaje de AC que proporciona una corriente AC que fluye en la trayectoria de corriente monitorizada hacia la carga eléctrica.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, la fuente de voltaje conectada al aparato de detección de cortocircuito comprende una fuente de voltaje de DC que proporciona una corriente DC que fluye a través de la trayectoria de corriente monitorizada hasta la carga eléctrica.

En todavía una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, la unidad aritmética programable del circuito de evaluación comprende un dispositivo de hardware programable, en particular un arreglo de puerta programable en campo, un procesador de señalización digital, un ASIC u otro circuito cableado adaptado para realizar la al menos una operación de combinación aritmética.

La unidad aritmética se puede establecer con un dispositivo lógico asincrónico rápido/en tiempo real con el fin de mantener el tiempo de reacción corto. Esto proporciona un tiempo de cálculo corto.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, el circuito de evaluación de dicho aparato de detección de cortocircuito comprende además un microcontrolador adaptado para establecer parámetros de operación de la unidad aritmética programable o preprogramada, parámetros de operación de los amplificadores y parámetros de operación del comparador del circuito de evaluación.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, el microcontrolador del circuito de evaluación tiene acceso a una memoria no volátil de dicho aparato de detección de cortocircuito, en donde la memoria no volátil almacena múltiples ajustes de configuración seleccionables de parámetros de operación.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, el aparato de detección de cortocircuito comprende además un convertidor de analógico a digital adaptado para convertir el primer voltaje proporcionado por el elemento resistivo de la trayectoria de corriente monitorizada, adaptado para convertir el segundo voltaje proporcionado por el elemento inductivo de la trayectoria de corriente monitorizada y/o adaptado para convertir la primera salida de voltaje amplificado por el primer amplificador del circuito de evaluación y la segunda salida de voltaje amplificado por el segundo amplificador del circuito de evaluación para proporcionar valores de voltaje digitales correspondientes suministrados por el convertidor de analógico a digital al microprocesador del circuito de evaluación adaptado para procesar los valores de voltaje digitales recibidos para determinar un valor de corriente de carga real y/o analizar en tiempo real un comportamiento de operación regular del sistema de suministro de potencia o sistema de distribución de potencia.

Un bucle de control clásico comprende la provisión de datos de sensores, una amplificación de errores prevista en una unidad de evaluación y un actor. Este actor puede comprender por ejemplo un relé o un dispositivo semiconductor.

Un ejemplo sencillo de una carga conectada al aparato de detección de cortocircuito es un calentador. En tal caso, el bucle de control se puede implementar realizando las etapas de proporcionar una corriente nominal al sistema, medir una corriente de carga efectiva y suministrar una señal de control PWM al actor de carga de tal forma que la corriente efectiva y la corriente nominal se vuelvan iguales.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, al menos una operación de combinación aritmética ejecutada por la unidad aritmética programable o preprogramada del circuito de evaluación se selecciona en respuesta a una señal de control de selección generada por el microprocesador del circuito de evaluación, en donde el microprocesador está conectado a través de una interfaz de programación y/o interfaz de datos a un controlador remoto o local y/o a una interfaz de usuario local del aparato de detección de cortocircuito.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, el circuito de evaluación del aparato de detección de cortocircuito comprende un lado de alto voltaje conectado a la trayectoria de corriente monitorizada y comprende un lado de bajo voltaje que está aislado galvánicamente desde el lado de alto voltaje del circuito de evaluación.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, el lado de alto voltaje del circuito de evaluación comprende la unidad aritmética programable o preprogramada, el comparador, el convertidor de analógico a digital y el microcontrolador.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, el aparato comprende además un primer divisor de voltaje adaptado para dividir el voltaje suministrado por la fuente de voltaje a la trayectoria de corriente monitorizada para generar una medición de voltaje de fuente y un segundo circuito divisor de voltaje adaptado para dividir el voltaje suministrado a la carga para generar una medición de voltaje de carga, en donde la medición de voltaje de fuente generada y la medición de voltaje de carga generada se suministran como entrada al lado de alto voltaje del circuito de evaluación.

En una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, el microprocesador está adaptado para realizar en tiempo real un análisis de FFT para determinar armónicos dentro de la corriente de carga eléctrica.

En todavía una posible realización adicional del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, el microprocesador está adaptado además para calcular en tiempo real un valor I2t de la corriente de carga eléctrica como un indicador de estrés.

A continuación, se describen con más detalle posibles realizaciones del aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención con referencia a las figuras adjuntas.

La figura 1 muestra un diagrama para ilustrar una posible realización de un aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención;

La figura 2 muestra un diagrama de circuito para ilustrar una posible realización de ejemplo de un aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención;

La figura 3 muestra un diagrama de circuito adicional para ilustrar una posible realización de ejemplo de un aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención;

La figura 4 muestra un diagrama de circuito adicional para ilustrar una posible realización de ejemplo de un aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención;

La figura 5 muestra un diagrama de circuito adicional para ilustrar una posible realización de ejemplo de un aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención;

La figura 6 muestra un diagrama de circuito adicional para ilustrar una posible realización de ejemplo de un aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención;

La figura 7 muestra una posible implementación de un conmutador provisto dentro de una trayectoria de corriente monitorizada y controlado por un aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención;

La figura 8 muestra un diagrama de circuito adicional para ilustrar una posible realización de ejemplo de un aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención.

Como se puede ver a partir del diagrama de circuito ilustrado en la figura 1, el aparato 1 de detección de cortocircuito está previsto para la detección de una corriente de cortocircuito eléctrico que fluye en al menos una trayectoria de corriente monitorizada desde una fuente 2 de voltaje hasta una carga 3 eléctrica. El aparato 1 de detección de cortocircuito tiene un terminal 4 de entrada conectado a la fuente 2 de voltaje y un terminal 5 de salida conectado a la carga 3.

La carga 3 puede comprender diferentes tipos de cargas incluyendo una carga resistiva tal como un calentador, una carga capacitiva o una carga inductiva tal como un motor eléctrico. Entre la entrada 4 y la salida 5, se proporciona una trayectoria de corriente que tiene un elemento 6 resistivo y un elemento 7 inductivo como se ilustra en la figura 1. El aparato 1 de detección de cortocircuito comprende un circuito 8 de evaluación conectado a la trayectoria de corriente monitorizada como se muestra en la figura 1. El aparato 1 de detección de cortocircuito comprende un alojamiento con un circuito 8 de evaluación integrado.

El circuito 8 de evaluación como se ilustra en la figura 2 comprende una unidad 8A aritmética rápida programable o una preprogramada/cableada, adaptada para realizar al menos una operación de combinación aritmética ACOP en un primer voltaje V<r>proporcionado por el elemento 6 resistivo de la trayectoria de corriente monitorizada y que es proporcional a la corriente eléctrica I que fluye a través de la trayectoria de corriente monitorizada y en un segundo voltaje V<l>proporcionado por el elemento 7 inductivo de la trayectoria de corriente monitorizada y dependiendo de una derivada de la corriente eléctrica dI/dt que fluye a través de la trayectoria de corriente monitorizada para proporcionar un voltaje de sensor combinado.

El circuito 8 de evaluación comprende además un comparador 8D adaptado para comparar el voltaje de sensor combinado proporcionado por la unidad 8A aritmética programable o preprogramada con un voltaje umbral preestablecido o con uno ajustable Uth para generar una señal de detección de cortocircuito SCDS si el voltaje de sensor combinado excede el voltaje umbral Uth. La señal de detección de cortocircuito SCDS emitida por el comparador 8D del circuito 8 de evaluación se puede suministrar en una posible realización a una lógica de control que está adaptada para controlar al menos un conmutador u otro accionador 9 como se ilustra en la figura 6 proporcionada en la trayectoria de corriente monitorizada entre el terminal 4 de entrada y el terminal 5 de salida del aparato 1 de detección de cortocircuito. El conmutador 9 puede comprender en una posible implementación un conmutador semiconductor, en particular un MOSFET. En una realización alternativa, el conmutador 9 también puede comprender un conmutador electromecánico, en particular un relé electromagnético. En una posible realización, un canal de fuente de drenaje de un conmutador semiconductor de la trayectoria de corriente monitorizada puede formar el elemento 6 resistivo de la trayectoria de corriente monitorizada. El elemento 7 inductivo de la trayectoria de corriente monitorizada puede comprender en una posible realización una bobina conectada en serie con el elemento 6 resistivo de la trayectoria de corriente monitorizada. El elemento 7 inductivo también puede estar formado por una inductancia parásita de un componente.

La fuente 2 de voltaje conectada al terminal 4 de entrada del aparato 1 de detección de cortocircuito puede comprender en una posible realización una fuente de voltaje de un sistema de distribución de potencia o de un sistema de suministro de potencia que incluye una fuente de voltaje de AC que proporciona una corriente AC que fluye en la trayectoria de corriente monitorizada a la carga eléctrica.

El terminal 4 de entrada se puede conectar a una barra colectora de un sistema de distribución de potencia o sistema de suministro de potencia. La barra colectora está prevista para suministrar el voltaje de AC o un voltaje de DC generado por la fuente de voltaje de DC a un terminal 4 de entrada del aparato 1 de detección de cortocircuito. En posible realización el aparato 1 de detección de cortocircuito comprende varios terminales 4 de entrada conectados a través de trayectorias de corriente asociadas a un número correspondiente de terminales 5 de salida.

En una realización alternativa, la fuente 2 de voltaje conectada a el al menos un terminal 4 de entrada del aparato 1 de detección de cortocircuito también puede comprender una fuente de voltaje de DC tal como una batería que proporciona una corriente DC que fluye en la trayectoria de corriente monitorizada hacia la carga 3 eléctrica. El aparato 1 de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención está ubicado entre la fuente 2 de voltaje y la carga 3 como se ilustra en la figura 1. El elemento 6 resistivo y el elemento 7 inductivo pueden comprender componentes discretos tales como una resistencia y una bobina. También es posible que el elemento 6 resistivo y el elemento 7 inductivo estén formados por elementos parásitos ya disponibles en la respectiva aplicación o caso de uso. En una posible realización, el elemento 6 resistivo puede estar formado por la resistencia óhmica de un cable de carga que conecta la carga 3 a la fuente 2 de voltaje.

La figura 2 muestra un diagrama de circuito para ilustrar una posible realización de ejemplo del aparato 1 de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención. La figura 2 muestra un aparato 1 de detección de cortocircuito que puede usarse para una aplicación de DC no aislada. En la realización ilustrada, el circuito 8 de evaluación comprende una unidad 8A aritmética programable. Además, el circuito 8 de evaluación comprende un primer amplificador 8B y un segundo amplificador 8C usados para amplificar voltajes aplicados. Como se ilustra en la figura 2, el voltaje a lo largo del elemento 6 resistivo es amplificado por el primer amplificador 8B y el voltaje a lo largo del elemento 7 inductivo es amplificado por el segundo amplificador 8C. La provisión de los amplificadores 8B, 8C es opcional. La unidad 8A aritmética programable del circuito 8 de evaluación está adaptada para realizar al menos una operación de combinación aritmética ACOP en el primer voltaje V<r>a lo largo del elemento 6 resistivo y en el segundo voltaje Vl a lo largo del elemento 7 inductivo. En la realización ilustrada en la figura 2, la unidad 8A aritmética programable realiza la operación de combinación aritmética ACOP en los voltajes amplificados emitidos por el primer y segundo amplificador 8<b>, 8C.

La unidad 8A aritmética programable está adaptada para realizar al menos una operación de combinación aritmética ACOP que puede comprender en una posible implementación una operación de suma aritmética (ACOP1) donde ambos voltajes suministrados a la unidad 8A aritmética se suman entre sí para proporcionar un voltaje de sensor combinado. La operación de combinación aritmética realizada por la unidad 8A aritmética programable también puede comprender una operación de multiplicación aritmética (ACOP2) en donde los voltajes aplicados se multiplican entre sí para proporcionar la salida de voltaje de sensor combinado por la unidad aritmética programable. En todavía una posible realización adicional, la operación de combinación aritmética realizada por la unidad 8A aritmética programable también puede comprender una operación de potencia o exponenciación aritmética (ACOP3).

Las operaciones de combinación aritmética ACOP realizadas por la unidad 8A aritmética pueden ser preprogramadas/cableadas o programables y son adecuadas para el caso de uso respectivo y requisitos de seguridad del sistema o carga 3 conectada, en particular requisitos de sensibilidad y requisitos de desconexión tales como períodos de desconexión y o tipo de carga de la carga 3 conectada.

En una posible realización el aparato 1 de detección de cortocircuito comprende una memoria de configuración volátil o no volátil que traduce los requisitos o parámetros de sistema en una operación de combinación aritmética ACOP coincidente adecuada realizada por la unidad 8A aritmética durante la operación del sistema. Los requisitos o parámetros de sistema pueden recibirse desde un controlador de sistema del sistema o ingresarse por un usuario a través de una interfaz de usuario del sistema monitorizado o del propio aparato 1 de detección de cortocircuito. Por ejemplo si el usuario ingresa a través de una interfaz de usuario que la fuente 2 de voltaje del sistema es una fuente de a C se usa otra operación de combinación aritmética ACOP que si el usuario ingresa que la fuente 2 de voltaje del sistema es una fuente de voltaje de DC.

En todavía una realización adicional varias unidades 8A-1,8A-2, ..8A-N de operación aritmética preprogramadas están integradas en paralelo en una alojamiento resiliente al fuego del aparato 1 de detección de cortocircuito y pueden activarse o habilitarse en respuesta a una señal de control de habilitación interna recibida HABILITAR generada por un microcontrolador 8H del aparato 1 de detección de cortocircuito dependiendo de los ajustes de entrada de usuario actuales o una configuración almacenada en la memoria de configuración. Solo una unidad 8-i de operación está habilitada al mismo tiempo. Se puede realizar una conmutación desde una primera unidad 8A-i de operación aritmética integrada a otra unidad 8A-j de operación aritmética integrada en una posible realización del aparato 1 de detección de cortocircuito en tiempo real durante la operación del sistema monitorizado o carga 3. Por ejemplo en un modo de operación de alta seguridad del aparato 1 o sistema de detección de cortocircuito se aplica una operación de combinación aritmética ACOP que proporciona una mayor sensibilidad a las pendientes de corriente dI/dt y con valores umbral más bajos Uth para el comparador 8D que se puede usar que en un modo de operación normal del aparato 1 o sistema de detección de cortocircuito, por ejemplo se podría usar una operación de combinación aritmética ACOP3 en lugar de la operación de combinación aritmética ACOP1.

El voltaje de sensor combinado generado por la unidad 8A aritmética programable se suministra a un comparador 8D del circuito 8 de evaluación de dicho aparato 1 de detección de cortocircuito. El comparador 8D está adaptado para comparar el voltaje de sensor combinado recibido proporcionado por la unidad 8A aritmética programable o preprogramada con un voltaje umbral preestablecido o uno ajustable Uth para generar la señal de detección de cortocircuito SCDS si el voltaje de sensor combinado excede el voltaje umbral Uth. La señal de detección de cortocircuito SCDS emitida por el comparador 8D del circuito 8 de evaluación se puede suministrar a una lógica de control o controlador. Esta lógica de control puede comprender por ejemplo un microcontrolador, un PLC o un sistema PC. La lógica de control a su vez puede adaptarse para controlar al menos un conmutador u otro accionador 9 proporcionado en la trayectoria de corriente monitorizada. Este conmutador o accionador 9 puede proporcionarse para separar, es decir apagar, la carga 3 en caso de que la señal de detección de cortocircuito SCDS sea emitida por el comparador 8D a la lógica de control. En una posible realización también se puede usar un conmutador 9 de dos posiciones en donde en una primera posición la fuente 2 de potencia está conectada a la carga 3 y en donde en una segunda posición la fuente 2 de potencia está desconectada y la carga 3 está conmutada a tierra.

En una posible realización, la trayectoria de corriente monitorizada puede comprender un conmutador semiconductor, en particular un MOSFET, o un conmutador electromecánico, en particular un relé electromagnético, que son controlados por la lógica de control en respuesta a la señal de detección de cortocircuito SCDS recibida emitida por el comparador 8D. La unidad 8A aritmética del circuito 8 de evaluación ilustrado en la figura 2 puede adaptarse para realizar una operación lógica o algebraica en los valores de salida o señales de salida recibidas desde los amplificadores 8B, 8C de señal. La salida de la unidad aritmética o bloque 8A aritmético puede compararse mediante el comparador 8D con el voltaje umbral ajustable o preestablecido Uth. Si la señal procesada excede un valor umbral Uth esta señal se pasa a la lógica de control de sistema.

Desde un amplio rango de posibles operaciones de combinación aritmética ACOPs, en los siguientes tres ejemplos se describen con más detalle. En estos casos, una señal procesada Ucompjn emitida por bloque 8A aritmético y aplicada al comparador 8D es siempre mayor que la señal de entrada. Esto es relevante para asegurar que el impacto de los voltajes recibidos desde el elemento 6, 7 resistivo e inductivo no pueda despreciarse ni filtrarse.

La comparación de la señal procesada emitida por la unidad 8A aritmética Ucompjn con el voltaje umbral Uth se describe como:

_ r Lógica alta paraUcomp in > Uth

<salida - ( L ó g ic a b a j a p a ra>Ucomp in < Uth‘ ’

En una posible realización, la operación de combinación aritmética comprende una operación de suma aritmética ACOP 1 donde ambas señales de entrada emitidas por los amplificadores 8B, 8C se suman por la unidad 8A aritmética como sigue:

en donde ambos amplificadores 8B, 8C comprenden una compensación y una ganancia. La compensación no es obligatoria y puede ser cero (Compensación^ CompensaciónR = 0). Los términos de GananciaL, GananciaR de la ecuación permiten un ajuste fino de cuál información de la señal de entrada (amplitud o pendiente de la corriente eléctrica I) tiene el mayor impacto en la salida de voltaje de sensor combinado por la unidad 8A aritmética al comparador 8D. El aparato 1 de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención permite que se elijan o configuren los valores del elemento 6 resistivo y del elemento 7 inductivo de acuerdo con las demandas de aplicación y no dependiendo del rango de señal requerido para una evaluación adecuada. En una posible implementación, la resistencia R del elemento 6 resistivo y la inductividad L del elemento 7 inductivo también son ajustables o sintonizables dependiendo del caso de uso. El elemento 6 resistivo y el elemento 7 inductivo también pueden estar formados por elementos parásitos.

En una posible realización adicional, la operación de combinación aritmética realizada por la unidad 8A aritmética programable también puede comprender una operación de multiplicación ACOP2. Si se programa esta operación de combinación aritmética ambas señales de entrada se multiplican entre sí:

En este escenario, es ventajosa una provisión de un valor de compensación de al menos 1 debido a que de lo contrario la señal de carga ligera podría volverse muy pequeña.

En todavía una posible realización adicional, la operación de combinación aritmética realizada por la unidad 8A aritmética programable comprende una operación de potencia o exponenciación aritmética ACOP3. Colocar el valor de la señal recibida desde el elemento 7 inductivo en el exponente permite proporcionar un aparato 1 de detección de cortocircuito que es muy sensible a la pendiente de corriente dl/dt de la corriente eléctrica I que fluye a través de la trayectoria monitorizada.

El bloque aritmético o unidad 8A aritmética del aparato 1 de detección de cortocircuito se implementa como un circuito de hardware para cumplir los requisitos de respuesta en tiempo real. En una realización preferida, el tiempo de respuesta de la unidad aritmética preprogramada o programable 8A es menor que 1 milisegundo. En una realización preferida, el tiempo de respuesta del bloque 8A aritmético es menor que 10 microsegundos. El tiempo de respuesta del bloque 8A aritmético depende en cierta medida de la plataforma de hardware usada para el bloque 8A aritmético. La unidad 8A aritmética programable puede comprender en una posible realización un arreglo de puerta programable en campo FPGA. En una posible realización adicional, la unidad 8A aritmética programable del circuito 8 de evaluación comprende un procesador de señal digital DSP. En todavía una posible realización adicional, la unidad 8A aritmética programable del circuito 8 de evaluación está implementada en un ASIC (Circuito Integrado de Aplicación Específica). También se puede implementar en un FPGA de señal mixta. En una posible realización, la operación de combinación aritmética ACOP programable realizada por la unidad 8A aritmética se puede seleccionar desde un conjunto o grupo de operaciones de combinación aritmética ACOPs preprogramadas en respuesta a una señal de control de selección SEL-ACOP-CRTL recibida por la unidad 8A aritmética o por el microcontrolador 8H a través de una interfaz desde una unidad de control local o remota o recibida como un comando de usuario CMD desde una interfaz de usuario. En todavía una realización adicional la unidad 8A aritmética preprogramada está cableada y puede ser intercambiada por un usuario dependiendo del caso de uso en el campo o durante la producción del circuito 1 de detección de cortocircuito. En esta realización la unidad 8A aritmética está integrada en un chip u otro alojamiento y puede conectarse en un receptáculo receptor correspondiente de una placa de circuito impreso PCB del aparato 1 de detección de cortocircuito. La operación de combinación aritmética ACOP (SUM =ACOP1, MULT=ACOP2, EXP=ACOP3) realizada por la unidad 8A aritmética conectada puede visualizarse en una posible implementación a través de una interfaz de usuario a un usuario y/o señalizarse a través de una interfaz de control a un controlador local o remoto del sistema. La figura 3 muestra un diagrama de circuito para ilustrar una posible realización de ejemplo adicional de un aparato 1 de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención. El aparato 1 de detección de cortocircuito como se ilustra en la figura 3 se puede usar para aplicaciones de AC. Para aplicaciones de AC, se tiene en cuenta el signo de los componentes de voltaje individuales U<l>, U<r>proporcionados por el elemento 6 resistivo y elemento 7 inductivo. Esto proporciona también la posibilidad de detectar inmediatamente cambios de pendiente de la corriente de carga eléctrica I. Esto es especialmente de interés en cualquier tipo de sistema donde sea posible una retroalimentación desde la carga 3 a la fuente 2. En tal caso, el signo del voltaje UR proporcionado por el elemento 6 resistivo podría todavía ser positivo mientras que el voltaje Ul proporcionado por el elemento 7 inductivo ya es negativo. Dependiendo de la aplicación específica o caso de uso, esto ayuda a detectar estados peligrosos antes. En la realización ilustrada en la figura 3, el circuito 8 de evaluación comprende además un primer bloque 8E de cálculo y un segundo bloque 8F de cálculo. Los bloques 8E, 8F toman el valor absoluto de Ur, Ul antes de alimentarlo en la unidad 8A aritmética. Si ambos signos U<r>, U<l>son iguales, la unidad 8A aritmética realiza la operación y evaluación de combinación aritmética programada como se describió anteriormente. Sin embargo, si ambos signos Ur, Ul son desiguales, la operación de combinación de Ur, Ul está inhibida para evitar una activación falsa del comparador 8D. En este caso, la información de signos individuales se puede sobrepasar a la lógica de control de sistema. En la realización de la figura 3, la corriente eléctrica I que fluye en la al menos una trayectoria de corriente monitorizada desde el terminal 4 de entrada al terminal 5 de salida del aparato 1 de detección de cortocircuito comprende una corriente AC proporcionada por una fuente 2 de voltaje de AC. Un primer signo del primer voltaje amplificado VRamp emitido por el primer amplificador 8B del circuito 8 de evaluación y un signo del segundo voltaje amplificado VLamp emitido por el segundo amplificador 8C del circuito 8 de evaluación ambos se determinan y evalúan. Si el primer y segundo signo no son iguales, la operación de combinación aritmética realizada por la unidad 8A aritmética programable se inhibe automáticamente para evitar una activación falsa del comparador 8D del circuito 8 de evaluación.

La figura 4 muestra una posible realización de ejemplo adicional de un aparato 1 de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención. En la realización ilustrada, una memoria 8G no volátil está incluida en el circuito 8 de evaluación. Además, el circuito 8 de evaluación comprende en la realización ilustrada un microcontrolador 8H que tiene acceso a la memoria 8G no volátil para una operación de lectura o escritura. En la realización ilustrada de la figura 4, el aparato 1 de detección de cortocircuito comprende además un convertidor 8I de analógico a digital conectado en la implementación ilustrada a la salida del primer y segundo amplificador 8B, 8C. El microprocesador 8H puede adaptarse para establecer parámetros de operación de la unidad 8A aritmética programable, parámetros de operación de los amplificadores 8B, 8C así como parámetros de operación del comparador 8D del circuito 8 de evaluación. El microcontrolador 8H tiene acceso a la memoria 8G no volátil que almacena en una posible realización múltiples ajustes de configuración seleccionables de parámetros de operación. El convertidor 8I de analógico a digital del circuito 8 de evaluación puede adaptarse para convertir un primer voltaje amplificado VRamp emitido por el primer amplificador 8B y el segundo voltaje amplificado VLamp emitido por el segundo amplificador 8C para proporcionar valores de voltaje digitales correspondientes que son suministrados por el convertidor 8I de analógico a digital al microprocesador 8H como se ilustra en la figura 4. El microprocesador 8H del circuito 8 de evaluación está adaptado para procesar los valores de voltaje digitales recibidos generados por el convertidor 8I de analógico a digital para determinar un valor de corriente de carga real y/o analizar en tiempo real un comportamiento de operación regular del sistema respectivo.

La al menos una operación de combinación aritmética ACOP programable ejecutada por la unidad 8A aritmética del circuito 8 de evaluación se selecciona en una posible realización en respuesta a una señal de control de selección generada por el microprocesador 8H del circuito 8 de evaluación. El microprocesador 8H se puede conectar a través de una interfaz de programación o una interfaz de datos a un controlador remoto o uno local y/o a una interfaz de usuario local del aparato 1 de detección de cortocircuito. En una posible realización, el microprocesador 8H se puede adaptar para realizar en tiempo real un análisis de FFT para determinar armónicos dentro de la corriente de carga eléctrica I. En una posible realización adicional, el microprocesador 8H también se puede adaptar para calcular en tiempo real un valor I2t de la corriente de carga eléctrica I que fluye hacia la carga 3 eléctrica como un indicador de estrés. Por ejemplo, el valor I2t calculado durante un período de tiempo de evaluación específico se puede comparar con los valores limitantes asociados con fusibles o cortacircuitos integrados en el sistema. De esta forma, se puede informar a un usuario en caso de que se haya fundido un fusible o esté a punto de fundirse. El análisis de FFT de la corriente de carga I realizado por el microcontrolador 8H puede revelar información armónica. Sumando el convertidor 8I de analógico a digital a los valores brutos proporcionados por las salidas de los amplificadores 8B, 8C, se establece una segunda trayectoria de señal. Esta trayectoria es más lenta que el bloque 8A aritmético de hardware pero permite evaluaciones adicionales por el microcontrolador 8H. Si se integra un convertidor 8I de analógico a digital en el circuito 8 de evaluación, el valor de corriente de carga real se conoce y se puede procesar además para proporcionar información adicional al usuario u otro equipo del sistema. En otras palabras, el circuito 8 de evaluación en la realización ilustrada de la figura 4 también es capaz de analizar la operación regular del sistema global y no solo un estado de error. Se puede acceder a las funciones del microcontrolador 8H mediante una interfaz de programación PINT conectada a un sistema PC, donde una interfaz gráfica de usuario GUI puede ayudar y guiar a un usuario a través del ajuste de circuito de evaluación del circuito 8 de evaluación. También, los datos medidos se pueden proporcionar al sistema PC para un análisis extendido.

La figura 5 muestra un diagrama de circuito adicional para ilustrar una posible realización adicional de un aparato 1 de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención. En la realización ilustrada en la figura 5, el circuito 8 de evaluación está dividido en un lado 8-1 de alto voltaje y un lado 8-2 de bajo voltaje. El lado 8-1 de alto voltaje del circuito 8 de evaluación está conectado a la trayectoria de corriente monitorizada que incluye el elemento 6 resistivo y el elemento 7 inductivo. El lado 8-1 de alto voltaje está aislado galvánicamente con un límite de aislamiento desde el lado 8-2 de bajo voltaje como se ilustra en la figura 5. El aparato 1 de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención se puede usar típicamente para un sistema de distribución de potencia. En un sistema de distribución de potencia, normalmente es necesario que se analicen múltiples fases y pueden producirse altas diferencias de voltaje de fase a fase o de fase a neutro. En la realización, ilustrada en la figura 5, el aparato 1 de detección de cortocircuito por lo tanto integra aislamiento galvánico y un suministro de potencia auxiliar. Para evitar cualquier pérdida de precisión, solo se intercambian datos digitales desde el lado 8-1 de alto voltaje al lado 8-2 de bajo voltaje. El lado 8-1 de alto voltaje puede comprender en una posible realización la unidad 8A aritmética programable, un comparador 8D y el convertidor 8I de analógico a digital así como el microcontrolador 8H. Cualquier información o datos que se originen desde el lado 8-1 de alto voltaje se pueden transferir a través de una interfaz digital (interfaz de datos) al lado 8-2 de bajo voltaje. En el lado 8-2 de bajo voltaje, esta información de datos puede dirigirse a una interfaz de datos generales o a una interfaz de programación como se ilustra en la figura 5. El ajuste ilustrado en la figura 5 representa una única fase en una aplicación de múltiples fases. En una aplicación de múltiples fases, el aparato 1 de detección de cortocircuito se puede usar para monitorizar varias trayectorias de corriente monitorizadas simultáneamente. En esta realización, el circuito 8 de evaluación como también se ilustra en la figura 1 puede conectarse por ejemplo a tres trayectorias de corriente monitorizadas en paralelo teniendo cada una un terminal 4 de entrada y un terminal 5 de salida en donde cada trayectoria de corriente puede transportar una fase de corriente L. El aislamiento galvánico proporcionado por la realización ilustrada en la figura 5 facilita la conexión al equipo de control estándar. Algunas cargas 3 trifásicas, tales como electromotores trifásicos son muy sensibles a la pérdida de una fase L. Esto puede producirse si la conexión de una fase L se interrumpe por ejemplo por un cortacircuito accidentalmente o después de un mal funcionamiento en una fase L. Si un motor de inducción de AC típico como una carga 3 se opera en dos fases L, el torque pierde su dirección predefinida. Si la carga fuerza al motor 3 de inducción de AC a detenerse ahora, la corriente de motor alcanza su valor de arranque, siendo una magnitud mayor que el valor de operación. Si no se interrumpe la corriente eléctrica en las fases restantes L, el devanado de motor fallará.

La figura 6 ilustra una realización de ejemplo adicional de un aparato 1 de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención. Mientras que el aislamiento galvánico facilita la conexión al equipo de control estándar, la adición de un contactor de carga o conmutador 9 dentro de la trayectoria de corriente monitorizada aumenta las posibles funciones proporcionadas por el aparato 1 de detección de cortocircuito. Con el fin de lograr un rendimiento de conmutación óptimo del conmutador 9, se pueden agregar dos trayectorias de medición de voltaje como se ilustra en la figura 6. En la realización mostrada en la figura 6, el aparato 1 de detección de cortocircuito comprende un primer circuito 10 divisor de voltaje y un segundo circuito 11 divisor de voltaje. El primer circuito 10 divisor de voltaje comprende dos resistencias 10A, 10B conectadas al terminal 4 de entrada del aparato 1 de detección de cortocircuito como se muestra en la figura 6. El segundo circuito 11 divisor de voltaje también comprende dos resistencias 11A, 11B conectadas al terminal 5 de salida del aparato 1 de detección de cortocircuito como se muestra en la figura 6. El primer circuito 10 divisor de voltaje está adaptado para dividir el voltaje suministrado por la fuente 2 de voltaje a través del terminal 4 de entrada a la trayectoria de corriente monitorizada para generar una medición de voltaje de fuente aplicada al lado 8-1 de alto voltaje del circuito 8 de evaluación como se muestra en la figura 6. El segundo circuito 11 divisor de voltaje está adaptado para dividir el voltaje suministrado a la carga 3 en el terminal 5 de salida para generar una medición de voltaje de carga como también se muestra en la figura 6. La medición de voltaje de fuente generada proporcionada por el primer circuito 10 divisor de voltaje y la medición de voltaje de carga generada proporcionada por el segundo circuito 11 divisor de voltaje se suministran ambas como entrada al lado 8-1 de alto voltaje del circuito 8 de evaluación. El lado 8-1 de alto voltaje del circuito 8 de evaluación está adaptado para generar una señal de control CRTL suministrada a una entrada de control del conmutador 9 como se muestra en la figura 6.

El conmutador 9 se puede implementar de diferentes formas, mientras que a continuación se describen dos realizaciones con más detalle. Una forma efectiva de implementar el conmutador 9 es usar un contactor. Esto proporciona las ventajas de bajas pérdidas de conducción y un amplio rango de corrientes de carga nominales. Sin embargo, un contactor actúa con bastante lentitud. Por consiguiente, debe elegirse para resistir la corriente de error máxima deseada.

Otra posible realización puede usar como un conmutador 9 un conmutador semiconductor, en particular un MOSFET de carburo de silicio. El uso de un MOSFET de carburo de silicio como el conmutador 9 permite un accionamiento casi en tiempo real. En esta realización, una corriente de cortocircuito se puede desconectar en un breve tiempo de desconexión de menos de 10 microsegundos antes de que alcance una amplitud alta, es decir antes de exceder un umbral de amplitud predefinido. Las ventajas de usar MOSFETs de carburo de silicio son que una baja resistencia RDSon entre los terminales de drenaje y fuente está en un rango de 10 mOhm mientras que se mantiene un alto voltaje de bloqueo de más de 1200 voltios. El RDSon es la resistencia óhmica efectiva entre el terminal de drenaje (D) y el terminal de fuente (S) mientras el transistor está encendido. Tal transistor todavía se ajusta a alojamientos D2PAK típicos para facilitar la integración de PCB (placa de circuito impreso).

La figura 7 muestra una posible implementación donde el conmutador 9 de AC se implementa mediante dos transistores de MOSFET que tienen terminales de puerta controlados por la señal de control CRTL del lado 8-1 de alto voltaje del circuito 8 de evaluación. La información sobre una corriente de carga regular o corriente de cortocircuito está disponible debido a la evaluación de la pendiente de la corriente de carga eléctrica. La señal de control de conmutación CRTL puede ser proporcionada por dos fuentes diferentes. Una primera fuente de control puede ser un comando de conmutación CMD iniciado por usuario que se supera a través de una interfaz de datos al lado 8-1 de alto voltaje del circuito 8 de evaluación ilustrado en la figura 6. El microcontrolador 8H local proporcionado en el lado 8-1 de alto voltaje del circuito 8 de evaluación puede verificar automáticamente si no hay errores presentes y puede encender o apagar el conmutador 9 dependiendo de las condiciones ajustables por usuario. Por ejemplo, una carga 3 inductiva se desconectará en el cruce por cero de corriente y se conectará en el valor pico de voltaje. Se puede establecer cualquier condición arbitraria dado que toda la información de voltaje y corriente está disponible para el microcontrolador 8H local proporcionado en el lado 8-1 de alto voltaje del circuito 8 de evaluación.

El estado real del conmutador 9 se puede monitorizar además usando la medición de voltaje de carga proporcionada por el segundo circuito 11 divisor de voltaje. El voltaje de carga se puede establecer en correlación con la señal de control de conmutación programada real. Por consiguiente, esto permite un tipo de autodiagnóstico del estado de conmutación del conmutador o accionador 9 y de la caída de voltaje durante el tiempo de conexión. El aparato 1 de detección de cortocircuito forma un bloque de construcción de un sistema de conmutación que puede monitorizar permanentemente también su propio estado y la corriente de carga y voltaje de carga. Por consiguiente agregar tal tipo de bloques de conmutación inteligentes en lugar de conmutadores estándar da a cualquier aplicación mucha más transparencia y conocimiento en su estado actual. Además, esto también permite que se planifique el mantenimiento - se conocen los ciclos de estrés y conmutación que ha visto un elemento específico y se pueden usar para determinar si se requiere o no un servicio de mantenimiento. En un sistema convencional los ciclos de conmutación permitidos de un contactor están codificados dentro de un PLC. Si un contador alcanza por ejemplo 900 ciclos permitidos se planifica un servicio. Esto no tiene en cuenta los errores que se produjeron anteriormente ni el reemplazo de dispositivos todavía completamente funcionales. En contraste el sistema de acuerdo con la presente invención que incluye aparatos 1 de detección de cortocircuito es capaz de monitorizar continuamente todos los parámetros y puede indicar una necesidad de un servicio dependiendo de una demanda real. Esto es más eficiente y ahorra recursos.

En caso de que el circuito 8 de evaluación detecte cualquier estado anormal, se puede activar el comparador 8D del circuito 8 de evaluación. Se puede usar una señal de salida de comparador para forzar el apagado de conmutador 9 independientemente de un comando de control CMD iniciado por usuario. En una posible realización, el estado de apagado del conmutador se puede cerrar hasta que se borre mediante otro comando de usuario de un usuario.

En una posible realización, una trayectoria de señal especial en hardware paramétrico como se describe permite una operación casi en tiempo real. Como un compromiso entre amplitudes bajas de corriente de cortocircuito y la provisión de alguna inmunidad contra activación falsa, se puede implementar un tiempo de respuesta de 10 microsegundos a 20 microsegundos. En una posible realización adicional, se puede realizar una medición de temperatura del conmutador de carga para proporcionar características de autodiagnóstico adicionales.

La figura 8 ilustra una realización de ejemplo adicional de un aparato 1 de detección de cortocircuito de acuerdo con la presente invención que usa un transformador de corriente TR. El transformador puede comprender un transformador sin pérdidas. En la realización ilustrada, el elemento 7 inductivo puede comprender una inductancia del transformador que tiene un devanado primario proporcionado en la trayectoria de corriente monitorizada y que tiene un devanado secundario conectado a la unidad 8A aritmética del circuito 8 de evaluación. La inductancia del transformador TR puede comprender una inductancia parásita y una inductancia magnetizante. En la realización de ejemplo ilustrada, la resistencia del devanado primario del transformador TR puede formar el elemento resistivo de la trayectoria de corriente monitorizada.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato (1) de detección de cortocircuito para detección de una corriente de cortocircuito eléctrico que fluye en al menos una trayectoria de corriente monitorizada desde una fuente (2)de voltaje hasta una carga (3) eléctrica,

en donde el aparato (1)de detección de cortocircuito está conectado a la trayectoria de corriente monitorizada y comprende un circuito (8)de evaluación que incluye

al menos una unidad (8A) aritmética programable o preprogramada adaptada para realizar al menos una operación de combinación aritmética ACOP, sobre un primer voltaje, V<r>, proporcionado por un elemento (6) resistivo de la trayectoria de corriente monitorizada y que es proporcional a la corriente eléctrica, I, que fluye a través de la trayectoria de corriente monitorizada y en un segundo voltaje, Vl, proporcionado por un elemento (7) inductivo de la trayectoria de corriente monitorizada y dependiendo de una derivada de la corriente eléctrica, dI/dt, que fluye a través de la trayectoria de corriente monitorizada para proporcionar un voltaje de sensor combinado y que incluye

un comparador (8D) adaptado para comparar el voltaje de sensor combinado proporcionado por la unidad (8A) aritmética programable o preprogramada con un voltaje umbral preestablecido o uno ajustable para generar una señal de detección de cortocircuito (SCDS) si el voltaje de sensor combinado excede el voltaje umbral,

en donde el primer voltaje, V<r>, y/o el segundo voltaje, V<l>, son amplificados por un amplificador (8B, 8C)asociado del circuito (8) de evaluación para proporcionar voltajes amplificados, en donde cada amplificador del circuito (8) de evaluación comprende una ganancia ajustable y una compensación ajustable,

en donde el primer voltaje amplificado VRamp, emitido por un primer amplificador (8B) del circuito (8) de evaluación y el segundo voltaje amplificado, VLAmp, emitido por un segundo amplificador (8C) del circuito (8) de evaluación se suministran ambos como entrada a la unidad (8A) aritmética programable o preprogramada del circuito (8) de evaluación que está adaptada para realizar la al menos una operación de combinación aritmética, ACOP, en los voltajes amplificados de entrada para proporcionar el voltaje de sensor combinado aplicado al comparador (8D) del circuito (8) de evaluación,

en donde si la corriente eléctrica que fluye en la al menos una trayectoria de corriente monitorizada comprende una corriente AC proporcionada por una fuente de voltaje de AC un primer signo del primer voltaje amplificado VRamp, emitido por un primer amplificador (8B) del circuito (8)de evaluación y un signo del segundo voltaje amplificado, VLAmp, emitido por un segundo amplificador (8C) del circuito (8) de evaluación ambos se determinan y evalúan, en donde si el primer y segundo signo no son iguales la operación de combinación aritmética, ACOP, realizada por la unidad (8A) aritmética programable o preprogramada se inhibe automáticamente para evitar una activación falsa del comparador (8D)del circuito (8) de evaluación.

2. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la unidad (8A) aritmética programable del circuito (8) de evaluación está adaptada para realizar la al menos una operación de combinación aritmética,ACOP, en el primer voltaje, V<r>, y el segundo voltaje, V<l>, realizando al menos una operación de suma aritmética,ACOP1,

una operación de multiplicación aritmética ,ACOP2,y/o una operación de potencia o exponenciación aritmética,ACOP3.

3. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 en donde la señal de detección de cortocircuito (SCDS) emitida por el comparador (8D) del circuito(8) de evaluación se suministra a una lógica de control adaptada para controlar al menos un conmutador u otro accionador (9) proporcionado en la trayectoria de corriente monitorizada, en donde el conmutador (9)de la trayectoria de corriente monitorizada comprende un conmutador semiconductor, en particular un MOSFET, o un conmutador electromecánico, en particular un relé electromagnético.

4. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la reivindicación 3 en donde el conmutador (9) semiconductor de la trayectoria de corriente monitorizada comprende el elemento (6) resistivo de la trayectoria de corriente monitorizada.

5. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde el elemento (7) inductivo de la trayectoria de corriente monitorizada comprende una bobina conectada en serie con el elemento (6) resistivo en la trayectoria de corriente monitorizada.

6. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 4 en donde el elemento inductivo comprende una inductancia de un transformador (TR) que tiene un devanado primario proporcionado en la trayectoria de corriente monitorizada y que tiene un devanado secundario conectado a la unidad (8A)aritmética del circuito (8) de evaluación, en donde la inductancia del transformador (TR) comprende una inductancia parásita, Ls, y una inductancia magnetizante, Lm, en donde la resistencia del devanado primario del transformador (TR) forma el elemento resistivo de la trayectoria de corriente monitorizada.

7. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde la fuente (2) de voltaje comprende una fuente de voltaje de un sistema de distribución de potencia o de un sistema de suministro de potencia que incluye una fuente de voltaje de AC que proporciona una corriente AC que fluye en la trayectoria de corriente monitorizada hacia la carga (3) eléctrica o

que incluye una fuente de voltaje de DC que proporciona una corriente DC que fluye en la trayectoria de corriente monitorizada hacia la carga (3) eléctrica.

8. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 7 en donde la unidad (8A) aritmética programable o preprogramada del circuito (8)de evaluación comprende un dispositivo de hardware programable, en particular un arreglo de puerta programable en campo (FPGA), un procesador de señalización digital, DSP, un ASIC u otro circuito cableado adaptado para realizar la al menos una operación de combinación aritmética, ACOR

9. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 8 en donde el circuito (8)de evaluación de dicho aparato (1) de detección de cortocircuito comprende además un microcontrolador (8H) adaptado para establecer parámetros de operación de la unidad (8A) aritmética programable o preprogramada, parámetros de operación de los amplificadores (8B, 8C)y parámetros de operación del comparador (8D) del circuito (8)de evaluación y que tiene acceso a una memoria (8G)no volátil de dicho aparato (1) de detección de cortocircuito, en donde la memoria (8G)no volátil almacena múltiples ajustes de configuración seleccionables de parámetros de operación.

10. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la reivindicación 9 en donde el circuito (8)de evaluación de dicho aparato (1)de detección de cortocircuito comprende además un convertidor de analógico a digital, ADC, (8I) adaptado para convertir el primer voltaje, VR, proporcionado por el elemento (6)resistivo de la trayectoria de corriente monitorizada, el segundo voltaje, VL, proporcionado por el elemento (7) inductivo de la trayectoria de corriente monitorizada y/o adaptado para convertir el primer voltaje amplificado VRamp, emitido por el primer amplificador (8B)del circuito (8)de evaluación y el segundo voltaje amplificado, VLAmp, emitido por el segundo amplificador (8C) del circuito (8)de evaluación para proporcionar valores de voltaje digitales correspondientes suministrados por el convertidor de analógico a digital, ADC, (8I)para el microprocesador (8H)del circuito (8)de evaluación adaptado para procesar los valores de voltaje digitales recibidos para determinar un valor de corriente de carga real y/o para analizar en tiempo real un comportamiento de operación regular del sistema de suministro de potencia o del sistema de distribución de potencia.

11. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la reivindicación 9 o 10 en donde al menos una operación de combinación aritmética ejecutada por unidad (8A) aritmética programable o preprogramada del circuito (8)de evaluación se selecciona en respuesta a una señal de control de selección generada por el microprocesador (8H) del circuito (8) de evaluación, en donde el microprocesador (8H)está conectado a través de una interfaz de programación y/o interfaz de datos a un controlador remoto o local y/o a una interfaz de usuario local del aparato (1) de detección de cortocircuito.

12. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 11 en donde el circuito (8) de evaluación de dicho aparato (1) de detección de cortocircuito comprende un lado (8-1)de alto voltaje conectado a la trayectoria de corriente monitorizada y que comprende un lado (8-2) de bajo voltaje que está aislado galvánicamente del lado (8-1)de alto voltaje del circuito (8) de evaluación, en donde el lado (8-1) de alto voltaje del circuito (8) de evaluación comprende la unidad (8A) aritmética programable o preprogramada, el comparador (8D), el convertidor de analógico a digital, ADC, (8I)y el microcontrolador (8H).

13. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con la reivindicación 12 que comprende además un primer divisor (10) de voltaje adaptado para dividir el voltaje suministrado por la fuente (2) de voltaje a la trayectoria de corriente monitorizada para generar una medición de voltaje de fuente y un segundo circuito (11) divisor de voltaje adaptado para dividir el voltaje suministrado a la carga (3) conectada para generar una medición de voltaje de carga, en donde la medición de voltaje de fuente generada y la medición de voltaje de carga generada se aplican como entrada al lado (8-1)de alto voltaje del circuito(8) de evaluación .

14. El aparato de detección de cortocircuito de acuerdo con las reivindicaciones 9 a 13 en donde el microcontrolador (8H)está adaptado para realizar en tiempo real un análisis de FFT para determinar armónicos dentro de la corriente de carga eléctrica y/o está adaptado para calcular en tiempo real un valor I2t de la corriente de carga eléctrica como un indicador de estrés.

15. Un sistema que comprende al menos un aparato (1) de detección de cortocircuito de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 14 que tiene un accionador (9) y que está adaptado para realizar un autodiagnóstico del estado de conmutación momentáneo de dicho accionador (9).