MX2013007921A - Sistema y metodo para monitorizar la corriente extraida por una carga protegida en un dispositivo electronico de proteccion autoalimentado. - Google Patents

Abstract

Un circuito para medir corriente que se extrae por un dispositivo de protección electrónica auto-accionado. El circuito monitoriza la corriente en una fuente de potencia de corriente alterna (CA) polifásica al medir la corriente en un devanado secundario rectificado de un transformador de corriente acoplado a una corriente de fase de la fuente de potencia o energía. El circuito de medición incluye una carga de medición conectada entre el cátodo del rectificador del transformador de corriente y un conmutador. El cierre del conmutador referencia la caída de voltaje a través de la carga de medición a un potencial de referencia. Un controlador cierra el conmutador en tanto que recibe mediciones de la caída de voltaje. Debido a que la caída de voltaje se referencia a un potencial de referencia, se puede analizar en un controlador para detectar una condición de falla sin que se acondicione con un amplificador inversor o un amplificador de diferencia.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA MONITORIZAR LA CORRIENTE EXTRAIDA POR UNA CARGA PROTEGIDA EN ÜN DISPOSITIVO ELECTRÓNICO DE PROTECCIÓN AUTOALIMENTADO Campo de la Invención La presente descripción se refiere en general a dispositivos de protección electrónica, y más en particular, a una configuración para tomar mediciones en un dispositivo de protección electrónica, autoalimentado o auto-accionado.

Antecedentes de la Invención Las cargas conectadas a circuitos eléctricos se pueden dañar si las cargas extraen más corriente de la que están configuradas para tolerar. Por ejemplo, las cargas de motores inductivos que extraen demasiada corriente de una fuente de potencia pueden padecer de sobrecalentamiento, lo que degrada la vida del motor y puede romper potencialmente el aislamiento en los devanados de los motores. Adicionalmente, las cargas de motores inductivos trifásicos, configuradas para recibir potencia de una fuente de potencia de CA trifásica, se pueden dañar si la fuente de potencia padece de una pérdida de fase o un desequilibrio de fase. Se presenta una pérdida de fase cuando una fase de la corriente distribuida por una fuente de potencia polifásica se desconecta. Puede presentarse una falla de pérdida de fase debido a un fusible quemado o un alambre discontinuo de energía o potencia, en serie, con el conductor que transporta la fase. Se presenta una falla de desequilibrio de fase cuando una o más de las fases de la corriente caen por abajo de alguna fracción característica de sus valores nominales. Una falla de pérdida de fas y una falla de desequilibrio de fase pueden degradar la carga del motor al provocar que los devanados del motor extraigan corriente de manera desigual y se calienten de forma desigual, que es insuficiente y degrada la vida del motor y potencialmente sobrecalienta el aislamiento de los devanados de motor.

Un dispositivo de protección electrónica puede proteger una carga de eventos de falla al monitorizar la corriente extraída por la carga y al desconectar la carga de su fuente de potencia al detectar un evento de falla. El dispositivo de protección electrónica también puede estar auto-accionado, es decir, el dispositivo se puede accionar de la misma corriente que monitorea el dispositivo. Los dispositivos de protección electrónica, auto-accionados, se accionan convencionalmente de un devanado secundario rectificado de un transformador de corriente (CT), con la corriente monitorizada enviada a través de un devanado primario del CT. Los dispositivos convencionales de protección electrónica monitorizan la corriente extraída por la carga al medir la corriente que retorna un ánodo del rectificador conectado al CT secundario. Este planteamiento V 3 para medir la corriente requiere un amplificador inversor o un amplificador de diferencia para condicionar la señal de medición para análisis dentro del dispositivo.

Sin embargo, un amplificador inversor o 5 amplificador de diferencia incurre en costo adicional y en consumo de corriente. Como resultado de las restricciones de costo y de consumo de corriente, muchos dispositivos convencionales de protección electrónica incorporan solo un amplificador inversos y proporcionan una señal de medición 10 representativa de la suma de las corrientes rectificadas de todas las fases de una fuente de potencia polifásica. Esta configuración convencional no puede medir cada corriente de fase directamente sin incurrir en costo adicional y en las penalidades de consumo de corriente al adicionar 15 amplificadores inversores adicionales para condicionar las fases adicionales. La detección de la pérdida de fase o de las fallas de desequilibrio de fase se mejora al medir cada corriente de fase directamente para análisis dentro del dispositivo de protección electrónica. De este modo, se 20 fuerza a los dispositivos convencionales de protección electrónica a comprometerse al costo y consumo de corriente, por una parte y por otra parte a la sensibilidad y desempeño del dispositivo.

Breve Descripción de la Invención 25 En la presente se proporciona un circuito de medición para medir de manera separada las características eléctricas asociadas con todas las corrientes trifásicas de una fuente de potencia trifásica en un dispositivo de protección electrónica sin usar un amplificador inversor o un amplificador de diferencia. El dispositivo de protección electrónica puede ser un relé de sobrecarga, de estado sólido, auto-accionado, que proporciona funciones protectoras a una carga conectada a la fuente de potencia. El dispositivo de protección electrónica se configura para monitorizar las características eléctricas asociadas con la carga para determinar si se activa un mecanismo de desconexión, que provoca que la carga se desconecte de la fuente de potencia, por ejemplo, al provocar que un contactor desconecte la carga de la fuente de potencia. Los aspectos de la presente descripción proporcionan un circuito para medir la característica eléctrica monitorizada, tal como la corriente extraída por la carga. El dispositivo de protección electrónica es auto-accionado de una fase o fases de la corriente monitorizada a través de un devanado secundario rectificado de un transformador de corriente. Cada corriente de fase monitorizada se puede conectar a un devanado secundario rectificado.

El circuito de medición incluye una carga de medición para cada corriente de fase monitorizada por el dispositivo de protección electrónica. La carga de medición se conecta entre el cátodo del rectificador y un conmutador. El conmutador se puede cerrar para diferenciar la carga de medición a un potencial de referencia y proporcionar de este modo una señal de salida apropiadamente referenciada para análisis en un controlador. La señal de salida puede ser una caída de voltaje a través de la carga de medición, o a través de una porción de la carga de medición, y puede ser indicativa de la corriente que fluye a través del devanado secundario del transformador de corriente conectado al rectificador para cada fase. Los aspectos de la presente descripción prevén que la señal de salida no necesite ser condicionada por un amplificador inversor ni por un amplificador de diferencia, antes que se analice en un controlador, debido a que la carga de medición está conectada al lado del cátodo, o al lado alto, de rectificador, y debido a que la carga de medición se referencia al potencial de referencia durante las mediciones de la caída de voltaje a través de la carga de medición. Los aspectos de la presente descripción proporcionan la medición separada de las tres fases de una fuente de potencia trifásica con incurrir en la penalidad de costo y consumo de corriente, requerida por un amplificador inversor.

Los aspectos e implementaciones anteriores y adicionales de la presente descripción serán evidentes para aquellos expertos en la técnica en vista de la descripción detallada de las varias modalidades y/o aspectos, que se hace con referencia a las figuras, se proporciona a continuación una breve descripción de esto.

Breve Descripción de las Figuras Las ventajas anteriores y otras de la presente descripción llegarán a ser evidentes en lectura de la siguiente descripción detallada y en referencia a las figuras .

La Figura 1A es un diagrama' de bloques de un dispositivo de protección electrónica configurado para proporcionar funciones protectoras a una carga protegida conectada a una fuente de potencia.

La Figura IB es un diagrama de bloques de un dispositivo de protección electrónica, auto-accionado.

La Figura 1C es un diagrama de bloques de un circuito de medición para un dispositivo de protección electrónica, auto-accionado.

La Figura 2 es un diagrama de bloques de un circuito de medición trifásico para un dispositivo de protección electrónica, auto-accionado.

Descripción Detallada de la Invención La Figura 1A es un diagrama de bloques de un dispositivo de protección electrónica 100 configurado para proporcionar funciones protectoras a una carga protegida 140 conectada a una fuente de potencia 130. La fuente de potencia 130 puede ser una fuente de potencia de corriente alterna (CA) polifásica. La fuente de potencia 130 puede incluir tres lineas conductoras 131, 132, 133 para proporcionar tres fases de una corriente de suministro, y se puede arreglar de acuerdo a una configuración delta o en estrella. En una configuración, la carga protegida 140 puede ser una carga de motor inductivo. El dispositivo de protección electrónica 100 incluye un primer sensor 121, un segundo sensor 122, un tercer sensor 123, un controlador 110, y un mecanismo de desconexión 150. El mecanismo de desconexión 150 se configura para recibir una señal de desconexión 151 desde el controlador 110. Los tres sensores 121, 122, 123 se pueden configurar para proporcionar salidas indicativas de una característica eléctrica monitorizada por los tres sensores 121, 122, 123 al controlador 110. Por ejemplo, la característica eléctrica monitorizada puede ser una corriente que fluye a través de una o más de las tres líneas conductoras 131, 132, 133 (por ejemplo, conductores eléctricos) o un voltaje entre una o más de las tres líneas conductoras y entre sí o un potencial de referencia.

En una configuración del dispositivo de protección electrónica 100, el primer sensor 121 se conecta a una primera línea conductora 131 de la fuente de potencia 130 que transporta una primera fase de la corriente suministrada. El primer sensor 121 puede ser, por ejemplo, un sensor de corriente para monitorizar la corriente extraída por la carga protegida 140 de la primera fase de la corriente de suministrada. El segundo sensor 122 se conecta a una segunda línea conductora 132 de la fuente de potencia 130 que transporta una segunda fase de la corriente suministrada. El segundo sensor 122 puede ser, por ejemplo, un sensor de corriente para monitorizar la corriente extraída por la carga protegida 140 de la segunda fase de la corriente suministrada. El tercer sensor 123 se conecta a una tercera línea conductoras 133 de la fuente de potencia 130 que transporta una tercera fase de la corriente suministrada. El tercer sensor 123 puede ser, por ejemplo, un sensor de corriente para monitorizar la corriente extraída por la carga protegida 140 de una tercera fase de la corriente suministrada. El controlador 110 recibe las salidas de los tres sensores 121, 122, 123. En tanto que la fuente de potencia 130 se ilustra como que tiene conductores que transportan tres fases de una corriente de suministro, la presente descripción aplica a implementaciones que tienen fuentes de potencia polifásicas que suministran corrientes que tienen más de tres o menos de tres fases, tal como una fuente de potencias monofásica.

El controlador 110 se conecta al mecanismo de desconexión 150 y se configura para accionar el mecanismo de desconexión 150 en respuesta a la detección de un evento de falla. El accionamiento del mecanismo de desconexión 150 desconecta la carga protegida de la fuente de potencia 130 al activar un contactor 145. El contactor 145 se ilustra simbólicamente en el diagrama de bloques mostrado en la Figura 1 como un conjunto de tres conmutadores operables de acuerdo a una señal de control 152 del mecanismo de desconexión 150, sin embargo, la presente descripción no se limita a un contactor 145 que incluye un conmutador. El contactor 145 puede ser un aparato mecánico o electromecánico adecuado para desconectar la fuente de potencia 130 de la carga 140 de acuerdo a la señal de control 152. De manera similar, el mecanismo de desconexión 150 puede ser una aparato mecánico o electromecánico adecuado para comunicar la señal de control 152 al contactor 145 de acuerdo a las señales recibidas del controlador 110, tal como la señal de desconexión 151. En una implementación, la señal de control 152 se comunica al contactor 145 por una corriente o voltaje estable que opera para mantener los conmutadores del contactor 145 en una posición cerrada y mantener de este modo la conexión entre la fuente de potencia 130 y la carga protegida 140. Por ejemplo, la señal de control 152 puede ser una desviación aplicada a un transistor dentro del contactor 145, y la interrupción de la señal de control 152 puede provocar que se apague el transistor, que puede cesar para mantener el contactor 145 en la posición cerrada. El contactor 145 se puede configurar para abrir sus conmutadores y desconectar de este modo la carga protegida 130 de la fuente de potencia 140 cuando se interrumpe la corriente o voltaje estable recibido del mecanismo de desconexión 150.

En una implementación de la presente descripción, el mecanismo de desconexión 150 se puede accionar al enviar corriente a través de una bobina de accionador. La corriente se puede enviar a través de la bobina de accionador al descargar un almacenamiento de energía al desviar un transistor para completar un circuito que incluye el almacenamiento de energía y la bobina de accionador. La bobina de accionador puede ser una porción de un solenoide, y el movimiento mecánico debido al accionamiento del solenoide puede provocar que una palanca, varilla, articulación o elemento giratorio mecánico abra los contactos eléctricos en el mecanismo de desconexión 150, ya sea de forma directa o indirectamente. La abertura de los contactos eléctricos en el mecanismo de desconexión 150 puede provocar que la señal de control 152 se interrumpa y provocar de este modo que el contactor 145 desconecte la carga protegida 140 del suministro de energía o potencia 130. El contactor 145 puede operar para desconectar todas las fases del suministro de potencia 130 de la carga protegida 140 simultáneamente.

El controlador 110 puede ser un microcontrolador, un circuito integrado especifico de la aplicación (ASIC) , un arreglo de puertas programable en campo (FPGA) , u otro dispositivo electrónico adecuado para recibir señales indicativas de una característica eléctrica (por ejemplo, corriente o voltaje) de la fuente de potencia 130. El controlador 110 puede analizar las señales recibidas para determinar si se ha presentado una condición de falla, y hacer que el mecanismo de desconexión 150 se acciona en respuesta a la determinación si se presentó la condición de falla, por ejemplo, al emitir la señal de desconexión 151. En una implementación del dispositivo de protección electrónica 100, uno o más de los tres sensores 121, 122, 123 se puede incorporar en el controlador 110. Por ejemplo, el controlador 110 puede incluir tres entradas configuradas para recibir voltajes proporcionales a una corriente portada por las tres líneas conductoras 131, 132, 133, y los voltajes se pueden generar el medir las caídas de voltaje a través de las cargas de medición (por ejemplo, resistencia) para cada una de las líneas conductoras 131, 132, 133.

Las mediciones se pueden analizar en el controlador 110 de acuerdo a técnicas disponibles en el procesamiento de señales digitales y análisis de sistemas de potencia para detectar una condición de falla de la corriente suministrada por la fuente de potencia 130. Por ejemplo, una o más de las mediciones que exceden un valor de umbral térmico durante una duración de tiempo pueden indicar un evento de falla de corriente excesiva o un evento de falla térmica. El valor de umbral térmico se puede basar en un aspecto o característica de la carga protegida 140, en un valor nominal la característica eléctrica monitorizada, o en una entrada de usuario. El valor nominal de las características eléctricas monitorizadas se puede basar en, por ejemplo, un valor promedio o medio de la característica eléctrica. Las señales de medición también se pueden comparar entre sí y a los valores nominales para las mediciones para detectar condiciones de falla diferente de las fallas térmicas. En una implementación de ejemplo, una falla térmica se puede indicar por una medición de corriente para una fase de la corriente suministrada que excede 200% del valor de corriente nominal para la fase y que dura durante una duración de ocho minutos, como se específica en la norma 508 de Underwriter' s Laboratory (UL 508). La detección de fallas en el controlador 110 se puede implementar usando un acumulador o un integrador para medir la cantidad de corriente recibida durante una duración de tiempo y para detectar una falla cando una acumulación en proceso de corriente con el paso del tiempo excede un valor de umbral.

Las mediciones se pueden comparar entre sí para detectar una condición de falla de desequilibrio de fase. Se puede determinar si se presenta un desequilibrio de fase cuando la comparación entre múltiples fase s indica que una o más de las fases de la corriente suministrada no están en un intervalo de tolerancia. El intervalo de tolerancia se puede basar en un aspecto o característica de la carga protegida 140, en un valor nominal de la característica eléctrica monitorizada, o una entrada de usuario. Una falla de desequilibrio de fase también se puede indicar por una o más de las fases que caen por abajo de su valor nominal por un porcentaje, que puede ser, por ejemplo, 60% del valor nominal para la fase monitorizada. Se puede detectar una falla de pérdida de fase a determinar si una o más de las corrientes de fase está por abajo de un umbral de pérdida, que puede ser un umbral que corresponde a una corriente casi cero en una implementación . Adicionalmente, en una implementación, la detección y discriminación de falla se puede basar en las tendencias en las mediciones con el paso del tiempo, en comparaciones entre múltiples fases de la corriente suministrada, y en comparaciones entre las fases y uno o más valores de umbral que se pueden determinar opcionalmente de forma dinámica. La detección y discriminación de falla se puede basar en mediciones indicativa de corriente o voltaje en las líneas conductoras 131, 132, 133.

En una operación de ejemplo el dispositivo de protección electrónica 100, la fuente de potencia 130 energiza las líneas conductoras 131, 132, 133 y una o más características eléctricas de la potencia o energía (por ejemplo, corriente o voltaje) distribuida a la corriente protegida 140 se pueden detectar usando los tres sensores 121, 122, 123. El controlador 110 analiza las características eléctricas monítorizadas por los tres sensores 121, 122, 123 y determina si se ha presentado un evento de falla. En respuesta a la determinación de que se ha presentado un evento de falla, el controlador 110 causes provoca que el mecanismo de desconexión 150 se accione usando la señal de desconexión 151.

En una implementación, el dispositivo de protección electrónica 100 puede ser auto-accionado, significando que los componentes electrónicos del dispositivo de protección electrónica 100 se accionan o energizan por la misma corriente o voltaje que está monitorizando el dispositivo de protección electrónica 100. En otras palabras, por auto-accionado o auto-energizado, se quiere decir que el dispositivo de protección electrónica 100 no tiene un suministro independiente de energía o potencia, sino más bien deriva su potencia o energía de las línea o líneas conductoras 131, 132, 133 que está monitorizando. En una configuración del dispositivo de protección electrónica 100 que incorpora los aspectos accionados o energizados de energía de corriente directa (DC), tal como aspectos lógicos digitales o aspectos en estado sólido, el dispositivo de protección electrónica 100 puede ser auto-accionado o auto-energizado . Una o más de las líneas conductoras 131, 132, 133 de la fuente de potencia 130 se pueden conectar a un devanado primario de un trasformador de corriente (CT) , y un devanado secundario del CT se puede conectar a un rectificador para suministrar energía o potencia de DC al dispositivo de protección electrónica. Una configuración donde se proporcione energía o potencia al dispositivo de protección electrónica 100 de la misma línea conductora de la fuente de potencia que se monitoriza por el dispositivo de protección electrónica 100 es una configuración auto-accionada o auto-energizada . En general, los dispositivos auto-accionados no extraen energía o potencia una vez que se desconecta el dispositivo de protección electrónica 100, lo que puede provocar que se detenga el flujo de corriente a través del rectificador de corriente, ya sea de manera directa o indirectamente.

El dispositivo de protección electrónica 100 se puede configurar como un relé de sobrecarga. El relé de sobrecarga se puede configurar para monitorizar la corriente extraída por la carga protegida 140 y para desconectar la carga protegida 14 cuando la corriente monitorizada indica que se ha presentado una condición de falla. El relé de sobrecarga puede ser un relé de sobrecarga de estado sólido que incorpora elementos electrónicos independientes que tienen memoria y circuiteria lógica.

La Figura IB es un diagrama de bloques de un dispositivo de protección electrónica 100' auto-accionado. Por claridad, el dispositivo de protección electrónica 100' auto-accionado se ilustra con una conexión a la primera linea conductora 131 que transporta la primera fase de la corriente suministrada desde la linea de potencia 130. Sin embargo, en una implementación, el dispositivo de protección electrónica 100' auto-accionado puede incluir conexiones a múltiples lineas conductoras (tal como las lineas 132, 133 mostradas en la Figura FIG. 1A) que transportan múltiples fases de la corriente suministrada por la fuente de potencia o energía 130. El dispositivo de protección electrónica 100' auto-accionado incluye un devanado secundario 170 del transformador de corriente (CT) . La corriente portada por la primer línea conductoras 131 se puede configurar para fluir a través de un devanado primario del CT, tal que la corriente en el devanado secundario 170 de CT es proporcional a la corriente que fluye a través de la primera línea conductora 131. El devanado secundario de CT tiene una primer ay una segunda salida conectada a un rectificador 172. El rectificador 172 rectifica la corriente alterna del devanado secundario 170 de CT para proporcionar una fuente de potencia o energía de corriente directa (DC) a los componentes electrónicos restantes dentro del dispositivo de protección electrónica 100' auto-accionado. El rectificador 172 tiene un cátodo 176 y un ánodo 174 y proporciona corriente de DC que fluye desde el cátodo y 176 al ánodo 174. En una implementación, el ánodo 174 se puede conectar a un potencial de referencia, que puede ser opcionalmente un potencial de tierra. En una configuración, el rectificador 172 se puede implementar como un rectificador de puente.

El dispositivo de protección electrónica auto-accionado 100' incluye además una carga de medición 18 conectada al cátodo 176. La carga de medición 176 puede generar una caída de voltaje proporcional a la corriente que fluye a través de la primera línea conductora 131. La carga de medición 180 proporciona una salida de medición 188 para proporcionar una señal de medición al controlador 110. La salida de medición 188 puede ser una alambre conductor para conducir un voltaje debido a la caída de voltaje a través de la carga de medición 180 a una entrada de medición del controlador 110. En una implementación de la presente descripción, la carga de medición 180 puede ser una resistencia y la salida de medición 188 se puede conectar a un lado de la carga de medición 180 más cerca al cátodo 176.

El dispositivo de protección electrónica 100' auto-accionado incluye además un conmutador 190 para referenciar la carga de medición al potencial de referencial. El conmutador 190 se configura para opera de acuerdo a una señal de conmutación 192 emitida por el controlador 110. Por ejemplo, el conmutador 190 puede ser un transistor que tiene una terminal de puerta para recibir la señal de conmutación 192. El transistor puede tener una terminal de drenaje y una terminal de fuente conectada a la carga de medición y el potencial de referencia, respectivamente. En una implementación de la presente descripción, el controlador 110 se configura para cerrar el conmutador 190 cuando quiera que el controlador 110 lea una medición de la salida de medición 188. De acuerdo a un aspecto de la presente descripción, el cierre del conmutador 190 durante las mediciones de la carga de medición 180 referencia la caída de voltaje generada a través de la carga de medición 180 al potencial de referencia. De acuerdo a un aspecto, la referencia de la carga de medición 180 al potencial de referencia asegura que la señal de medición comunicada al controlador 110 a través de la salida de medición 188 se referencia apropiadamente al potencial de referencia del controlador 110 sin requerir acondicionamiento adicional por un amplificador inversor o un amplificador de diferencia. De acuerdo a un aspecto, la referencia apropiada de la caída de voltaje a través de la carga de medición 180 al cerrar el conmutador 190 asegura que la caída de voltaje está en un intervalo de voltajes que se puede interpretar por un convertidor de analógico a digital dentro del controlador 110. Adicionalmente, el cierre del conmutador 190 puede asegurar que la caída de voltaje esté en un intervalo de valores que corresponda de manera ventajosa al intervalo sensible del convertidor de analógico a digital.

En una implementación del dispositivo de protección electrónica 100' auto-accionado, el conmutador 190 también se puede usar para regular la energía o potencia de DC suministrada al controlador 110 y a cualquier otro componente electrónico del dispositivo de protección electrónica 100' auto-accionado que requiera una fuente de potencia de DC . El conmutador 190 se puede usar para regular el suministro de potencia de DC al redirigir periódicamente la potencia de DC para derivar el controlador 110 y componentes electrónicos asociados al cerrar el conmutador 190. El cierre del conmutador 190 provoca que la corriente DC fluya de regreso al ánodo del rectificador 174 y derive el controlador 110 y los componentes electrónicos asociados. El controlador 110 se puede configurar para cerrar y abrir periódicamente el conmutador 190 al emitir la señal de conmutación 192 para proporcionar un suministro deseado de potencia de DC al controlador 110 y componentes electrónicos asociados. La velocidad de duración de los cierres del conmutador 190 se puede determinar en base a la señal de medición portada por la salida de medición 188 de la carga de medición 180. La señal de medición puede ser una señal indicativa de la caída de voltaje a través de la carga de medición 180. El dispositivo de protección electrónica 100' auto-accionado incluye además un diodo 193 conectado entre la carga de medición 180 y el controlador 110. El diodo 193 asegura que la corriente DC no fluya hacia atrás del controlador 110 hacia el cátodo 176 durante los momentos cuando se cierra el conmutador 190 tal que el ánodo del diodo 193 está conectado al potencial de referencia.

Como se describe anteriormente, con referencia a la Figura 1A, el controlador 110 se configura para operar el mecanismo de de desconexión 150 para provocar que la carga protegida 140 se desconecte de la fuente de potencia 130 al emitir la señal de desconexión 151. El controlador 110 emite la señal de desconexión 151 cuando el controlador 110 detecta una condición de falla en la corriente suministrada por la fuente de potencia 131. La condición de falla se puede detectar en base al análisis en el controlador 110 de la señal de medición proporcionada por la salida de medición 188. Por ejemplo, el controlador 110 se puede configurar para emitir la señal de desconexión 151 al detectar una falla térmica indicada por la señal de medición que sobrepasa un valor de umbral térmico, o al detectar una pérdida de fase o al detectar una falla de pérdida de fase o de desequilibrio de fase indicada por una comparación de la señal de medición con su valor nominal o con otro valor de umbral. Adicionalmente, y de manera similar a la descripción anterior en unión con la Figura 1A, el controlador 110 puede detectar una detección de falla en base a las tendencias en la señal de medición con el paso del tiempo, o en bases a comparaciones entre la señal de medición y las señales de medición indicativas en características eléctricas de corrientes de fase adicionales de la fuente de potencia 130.

En una operación de ejemplo del dispositivo de protección electrónica 100' auto-accionado, la primera línea conductora 131 se energiza lo que provoca que la corriente fluya a través del devanado secundario 170 de CT . El rectificador 172 recibe la corriente de CA del devanado secundario 170 de CT y proporciona la corriente de CD que fluye desde el cátodo 176 al ánodo 174. El controlador 110 emite la señal de conmutación 192 para referenciar la carga de medición 180 al potencial de referencia, y la carga de medición 180 genera una caída de voltaje indicativa de la corriente que fluye a través de la primera línea conductora 131. La caída de voltaje se comunica al controlador 110 conforme la señal de medición se transmite a través de la salida de medición 188. >E1 controlador 110 entonces determina si se emite la señal de desconexión 151 en base a la señal de medición recibida. Si el controlador 110 determina que se ha presenta una condición de falla, se emite la señal de desconexión 151 y se acciona el mecanismo de desconexión 150, lo que provoca que la carga protegida 140 se desconecte de la fuente de potencia 130 al enviar la señal de control 152 al contactor 145.

La Figura 1C es un diagrama de bloques de un circuito de medición 100" para un dispositivo de protección electrónica auto-accionado. El circuito de medición 100" incluye un rectificador 172' configurado como un rectificador de puente de diodos para rectificar corriente de AC del devanado secundario 170 de CT . El rectificador 172' incluye cuatro diodos rectificadores 173a, 173b, 173c, 173d. La primera salida del devanado secundario 170 de CT se conecta al ánodo del primer diodo rectificador 173a y el cátodo del segundo diodo rectificador 173b. La segunda salida del devanado secundario 170 de CD se conecta al ánodo del tercer diodo rectificador 173c y el cátodo al cuarto diodo rectificador 173d. Los cátodos del primer diodo rectificador 173a y el tercer diodo rectificador 173c se conectan ambos al cátodo 176, y los ánodos del segundo diodo rectificador 172b y el cuarto diodo rectificador 172d se conectan ambos al ánodo 174. El rectificador 172' proporciona una fuente de potencia de DC del devanado secundario 170 de CT al controlador 110 y componentes electrónicos asociados.

El circuito de medición 100" incluye además una resistencia de carga 182 conectada entre el cátodo 176 y el conmutador 190. La resistencia de carga 182 genera una caída de voltaje indicativa de una característica eléctrica asociada con una corriente de fase portada por la primera línea conductora 131. Para reducir al mínimo los efectos de las fluctuaciones a corto plazo y el solapamiento, la carga de medición 180 puede incluir además opcionalmente una segunda resistencia 184 y un capacitor 186 configurado como un filtro pasabajos de la caída de voltaje a través de la resistencia de carga 182. La segunda resistencia 184 y el capacitor 186 se pueden conectar en serie y la resistencia de carga 182 se puede conectar en paralelo a través de la serie de la segunda resistencia 184 y el capacitor 186. La resistencia de carga 182 puede tener una primera terminar y una segunda terminal; la segunda resistencia 184 puede tener una primera terminal y una segunda terminal; y el capacitor 186 puede tener una primera terminal y una segunda terminal. La primera terminal de la resistencia de carga 182 se puede acoplar a la primera terminal de la segunda resistencia 184; la segunda terminal de la segunda resistencia 184 se puede acoplar a la primera terminal del capacitor 186; y la segunda terminal de la resistencia de carga 182 se puede acoplar a la segunda terminal del capacitor 186. La salida de medición 188 se puede acoplar entre la segunda resistencia 184 y el capacitor 186.

En una implementación, la configuración de la resistencia de carga 182, la segunda resistencia 184, y el capacitor 186 pueden proporcionar la carga de medición 180 mostrada en la Figura IB. En una implementación de la presente descripción, el capacitor 186 se puede reemplazar con múltiples capacitores como es apropiado en los campos de monitoreo de sistemas de potencia y diseño de circuitos. De manera similar, la primera resistencia 182 y la segunda resistencia 184 se pueden reemplazar con múltiples resistencias. Los valores de resistencia de las resistencias 182, 184 y la capacitancia del capacitor 186 se pueden seleccionar de acuerdo a los requisitos del controlador 110, el rectificador 172', la carga protegida 140, las características del segundo devanado 170 de CT, o de acuerdo a una entrada seleccionada de usuario. Los valores también se pueden seleccionar en base a las características de la fuente de potencia 130 y el segundo devanado 170 de CT para asegurar que la caída de voltaje generada a través de la resistencia de carga 182 corresponde a un intervalo de sensibilidad de un convertidor de analógico a digital dentro del controlador 110.

En una implementación de ejemplo de la presente descripción donde el CT tiene una relación de devanado 10,000:1 entre el devanado secundario y el devanado primario y donde la corriente máxima que se va a medir a través de la primera linea conductora 131 es 100 A, la corriente máxima a través del devanado secundario 170 de CT es aproximadamente 100 A / 10,000 = 0.01 A. Por lo tanto, la corriente máxima a través de la carga de medición es aproximadamente 0.01 A. Si el intervalo del convertidor de analógico a digital u otros componentes electrónicos de medición alojados dentro del 110 es 5 V, entonces la resistencia de carga 182 se puede seleccionar para proporcionar una caída de voltaje de 5 V que corresponde a la corriente máxima a través de resistencia de carga 182. Por ejemplo, la resistencia de la resistencia de carga 182 5 se puede seleccionar para tener un valor de 500 O. En tanto que los valores anteriores para la resistencia de la resistencia de la resistencia de carga 182 se proporcionan para propósitos de ejemplo, en una implementación real de la presente descripción la resistencia de carga 182 se puede seleccionar para tener un valor que aumenta al máximo el intervalo disponible de sensibilidad de los componentes electrónicos de medición en el controlador 110. El intervalo de sensibilidad de los componentes electrónicos de medición se puede ver influenciado por, por ejemplo, el intervalo disponible de un convertidor de analógico a digital en el controlador 110. En una implementación, el valor seleccionado para la resistencia de carga 182 puede ser aproximadamente inversamente proporcional a la relación de devanado del CT. En una implementación, la selección de un valor de resistencia para la resistencia de carga 182 también se puede ver influenciada por las caídas de voltaje de diodos dentro del rectificador 172 y por la frecuencia de corte del filtro pasabajos. En una implementación, la resistencia de la resistencia de carga 182 se puede ajustar para asegurar que el voltaje pico real transmitido en la salida de medición 188 corresponda a un voltaje máximo medible por los componentes electrónicos de medición en el controlador 110.

El circuito de medición 100" también incluye el diodo 193 para impedir el retroflujo de corriente durante los momentos cuando está cerrado el conmutador 190. La operación del controlador 110 para operar el conmutador 190 para recibir la señal de medición, apropiadamente referenciada, transmitida por la salida de medición 188, para detectar una condición de falla en base a la señal de medición, y para determinar si se emite la señal de desconexión 151 similar a las descripciones proporcionadas anteriormente en unión con las FIGS. 1A y IB.

La Figura 2 es un diagrama de bloques de un circuito de medición trifásico 200 para n dispositivo de protección electrónica auto-accionado. El circuito de medición trifásico 200 puede monitorizar las características eléctricas de cada fase de una fuente de potencia trifásica, tal como la fuente de potencia 130 mostrada en la Figura 1A. El circuito de medición trifásico 200 incluye un primer devanado secundario 201 de CT, un segundo devanado secundario 202 de CT y un tercer devanado secundario 203 de CT 203. El primer devanado secundario 201 de CT es una porción de un primer CT que tiene un devanado primario que transporta la corriente de la primera fase de la fuente de potencia 130. El segundo devanado secundario 202 de CT es una porción de un segundo CT que tiene un devanado primario que transporta la corriente de la segunda fase de la fuente de potencia 130. El tercer devanado secundario 203 de CT es una porción de un tercer CT que tiene un devanado primario que transporta la corriente de la tercera fase de la fuente de potencia 130. La corriente de CA en el primer devanado secundario 201 de CT se rectifica en un primer rectificador 211. De manera similar, la corriente CA en el segundo devanado secundarios 202 de CT se rectifica en un segundo rectificador 212 y la corriente CA en el tercer devanado secundario 203 de CT se rectifica en un tercer rectificador 213. Los rectificadores 211, 212, 213 pueden ser similares al rectificador 172' mostrado en la Figura 1C y se pueden configurar como rectificadores de puente.

El primer rectificador 211 tiene un primer cátodo 241 conectado a una primera carga de medición 221. El segundo rectificador 212 tiene un segundo cátodo 242 conectado a una segunda carga de medición 222. El tercer rectificador 213 tiene un tercer cátodo conectado a una tercera carga de medición 223. Las cargas de medición 221, 222, 223 pueden incluir resistencias para proporcionar caídas de voltaje indicativas de una característica eléctrica de las corrientes de fase de la fuente de potencia 130. Por ejemplo, la característica eléctrica puede ser corriente o voltaje.

El circuito de medición trifásico 200 incluye además un controlador 260 para controlar un conmutador 250, para controlar un mecanismo de desconexión 270, y para recibir señales de medición indicativas de las características eléctricas de las tres fases de corriente, el controlador 260 se puede implementar de manera similar al controlador 110 descrito anteriormente en unión con las Figuras 1A hasta 1C. La primera carga de medición 221 incluye una primera salida de medición 231 para transmitir una primera señal de medición indicativa de la característica eléctrica de la corriente de la primera fase al controlador 260. La segunda carga de medición 222 incluye una segunda salida de medición 232 para transmitir una segunda señal de medición indicativa de la característica eléctrica de la corriente de segunda fase al controlador 260. La tercera carga de medición 223 incluye una tercera salida de medición 233 para transmitir una tercera señal de medición indicativa de la característica eléctrica de la corriente de la tercera fase al controlador 260. El controlador 260 se puede configurar para analizar las señales de salida al hacer comparaciones entre las señales y con uno o más valores de umbral para determinar si se ha presentado una condición de falla. Adicionalmente, se puede determinar si se presenta una condición de falla en base a una tendencia de las señales de medición con el paso del tiempo. El mecanismo de desconexión 270 puede ser similar al mecanismo de desconexión 150 mostrado en las Figuras 1A hasta 1C, y se puede configurar para operar de acuerdo a una señal de desconexión 272 emitida por el controlador 260.

En una operación de ejemplo, el circuito de medición trifásico 200, los devanados secundarios 201, 202, 203 de CT energizan y los rectificadores 211, 212, 213 proporcionan un suministro de potencia de CD a través de los cátodos 241, 242, 243 y el ánodo común 245. Los cátodos se conectan cada uno a las cargas de medición 221, 222, 223. Cuando el controlador 260 sierra el conmutador 250 al emitir la señal de conmutación 252, las cargas de medición 221, 222, 223 proporcionan caídas de voltaje apropiadamente referenciadas indicativas de una característica eléctrica de múltiples fases de suministro de potencia 130. El controlador 260 puede cerrar el conmutador cuando quiera que se reciban mediciones de las salidas de medición 231, 232, 233. El diodo 254 impide que la corriente fluya hacia atrás del controlador 260 durante los momentos cuando está cerrado el conmutador 250. El controlador 260 analiza las señales de medición transmitidas por las salidas de medición 231, 232, 233 para detectar una condición de falla y determina si acciona el mecanismo de desconexión 270. El controlador 260 puede determinar, por ejemplo, accionar el mecanismo de desconexión 270 cuando se detecta una condición de falla, y puede accionar el mecanismo de desconexión 270 al emitir la señal de desconexión 272.

Los aspectos de la presente descripción proporcionan un circuito de medición para medir simultáneamente múltiples fases de corriente de una fuente de energía o potencia sin incurrir en costo adicional ni en consumo de corriente, requeridos por un amplificador inversor o de diferencia para condicionar las señales de medición. Los aspectos de la presente descripción la medición separada de múltiples fases de corriente de una fuente de potencia o energía para detectar eventos de falla de pérdida de fase y de desequilibrio de fase sin inferior las características de múltiples fases de una señal de medición que representa la suma de las múltiples corrientes de fase. Los aspectos de la presente descripción proporcionan sensibilidad y desempeño mejorado de un dispositivo de protección electrónica sin padecer de las penalidades de consumo de corriente y de costo adicional.

En tanto que se han ilustrado y descrito implementaciones y aplicaciones particulares de la presente descripción, se va a considerar que la presente descripción o se limita a la construcción precisa y a las composiciones descritas en la presente y que pueden ser evidentes varias modificaciones, cambios y variaciones a partir de las descripciones anteriores sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se define en las reivindicaciones anexas.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un circuito para medir la corriente de un devanado secundario de un transformador de corriente a través de un rectificador que tiene un ánodo y un cátodo, el circuito está caracterizado porque comprende: una carga de medición conectada al cátodo del rectificador, un ánodo del rectificador que se conecta a un potencial de referencia; una salida de medición configurada para generar una señal de salida indicativa de un voltaje a través de la carga de medición; un conmutador para referenciar la carga de medición al potencial de referencia, el conmutador configurado para que se opere de acuerdo a una señal de control; y un controlador para operar el conmutador usando la señal de control y para recibir la señal de salida de la salida de medición como una indicación de la corriente que fluye a través del transformador de corriente.

2. El circuito de conformidad con la reivindicación 1, el circuito está caracterizado porque se configura adicionalmente para medir la corriente de un devanado secundario de un segundo transformador de corriente a través de un segundo rectificador que tiene un ánodo y cátodo, el circuito que comprende además: una segunda carga de medición conectada al cátodo de un segundo rectificador, el ánodo del segundo rectificador que se conecta al potencial de referencia; y una segunda salida de medición configurada para generar una segunda señal de salida indicativa de un voltaje a través de la segunda carga de medición, y en donde el controlador se configura adicionalmente para recibir la segunda señal de salida de la segunda salida de medición como una indicación de la corriente que fluye a través del segundo transformador de corriente .

3. El circuito de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el circuito se configura adicionalmente para medir la corriente de un devanado secundario de un tercer transformador de corriente que tiene un ánodo y un cátodo, el circuito que comprende además : una tercera carga de medición conectada al cátodo de un tercer rectificador, el ánodo del tercer rectificador que se conecta al potencial de referencia; y una tercera salida de medición configuradas para generar una tercera señal de salida indicativa de un voltaje a través de la tercera carga de medición, y en donde el controlador se configura adicionalmente para recibir la tercera señal de salida de la tercera salida de medición como una indicación de la corriente que fluye a través del tercer transformador de corriente.

4. El circuito de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el conmutador se configura adicionalmente para referenciar la segunda carga de medición al potencial de referencia y la tercera carga de medición al potencial de referencia.

5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la carga de medición incluye una resistencia de carga.

6. El circuito de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la carga de medición incluye además una segunda resistencia y un capacitor conectados en serie, la segunda resistencia y el capacitor que se conectan en paralelo con la resistencia de carga para formar un filtro de pasabajos.

7. El circuito de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la carga de medición se conecta entre el cátodo y el conmutador.

8. El circuito de conformidad con reivindicación 1, caracterizado porque el circuito incluye un amplificador inversor.

9. El circuito de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de salida no se condiciona por un amplificador inversor o un amplificador de diferencia.

10. El circuito de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito se incorpora en un relé de sobrecarga, de estado sólido, auto-accionado .

11. Un circuito de medición trifásico para medir: una característica eléctrica de un primer devanado secundario de un primer transformador de corriente a través de un primer rectificador que tiene un ánodo y un cátodo, una característica eléctrica de un segundo devanado secundario de un segundo transformador de corriente a través de un segundo rectificador que tiene un ánodo y un cátodo, y una característica eléctrica de un tercer devanado secundario de un tercer transformador de corriente a través de un tercer rectificador que tiene un ánodo y un cátodo, el circuito está caracterizado porque comprende: una primera carga de medición conectada al cátodo del primer rectificador, el ánodo del primer rectificador que se conecta a un potencial de referencia; una segunda carga de medición conectada al cátodo del segundo rectificador, el ánodo del segundo rectificador que se conecta al potencial de referencia; una tercera carga de medición conectada al cátodo del tercer rectificador, el ánodo del tercer rectificador que se conecta al potencial de referencia; una primera salida de medición configurada para generar una primera señal de salida indicativa de un voltaje a través de la primera carga de medición. una segunda salida de medición configurada para generar una segunda señal de salida indicativa de un voltaje a través de la segunda carga de medición; una tercera salida de medición configurada para generar una tercera señal de salida indicativa de un voltaje a través de la tercera carga de medición; un conmutador para referenciar la primera carga de medición, la segunda carga de medición, y la tercera carga de medición a un potencial de referencia, el conmutador configurado para que se opere de acuerdo a una señal de control; y un controlador para operar el conmutador usando la señal de control y para recibir la primera señal de salida de la primera salida de medición como una indicación de la corriente que fluye a través del primer transformador de corriente, la segunda señal de salida de la segunda salida de medición como una indicación de la corriente que fluye a través del segundo transformador de corriente, y la tercera señal de salida de la tercera salida de medición como una indicación de la corriente que fluye a través del tercer transformador de corriente.

12. El circuito de medición trifásico de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el controlador se configura para accionar un mecanismo de desconexión en respuesta a un desequilibrio entre la corriente medida que fluye a través del primer transformador de corriente, la corriente medida que fluye a través del segundo transformador de corriente, y la corriente medida que fluye a través del tercer transformador de corriente, el mecanismo de desconexión que se configura para provocar que una carga se desconecte de la fuente de potencia de CA polifásica sensible a ser accionada.

13. El circuito de medición trifásico de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el controlador se configura para accionar un mecanismo de desconexión en respuesta a: la primera señal de salida, la segunda señal de salida, o la tercera señal de salida que están por abajo de un valor de umbral, el mecanismo de desconexión que se configura para provocar que una carga se desconecte de la fuente de potencia de CA polifásica en respuesta a que se accione.

14. El circuito de medición trifásico de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la primera carga de medición incluye un filtro pasabajos. La segunda carga de medición incluye un filtro pasabajos, y la tercera carga de medición incluye un filtro pasabajos.

15. El circuito de medición trifásico de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la tercera carga de medición incluye una primera resistencia de carga que tiene una primera terminal y una segunda terminal, la primera terminal que se conecta al cátodo del primer rectificador, la segunda terminal que se conecta al conmutador, y en donde la segunda carga de medición incluye: una segunda resistencia de carga que tiene una primera terminal y una segunda terminal, la primera terminal que se conecta al cátodo del segundo rectificador, la segunda terminal que se conecta al conmutado, y en donde la tercera carga de medición incluye: una tercera resistencia de carga que tiene una primera terminal y una segunda terminal, la primera terminal que se conecta al cátodo del tercer rectificador, la segunda terminal que se conecta al conmutador.

16. El circuito de medición trifásico de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la primera carga de medición incluye además: una primera resistencia de filtro que tiene una primera terminal y una segunda terminal, la primera terminal de la primera resistencia de filtro que se conecta a la primera terminal de la resistencia de carga, y un primer capacitor de filtro que tiene una primera terminal y una segunda terminal, la primera terminal del primer capacitor de filtro que se conecta a la segunda terminal de la primera resistencia de filtro y la primera salida de medición, la segunda terminal del primer capacitor de filtro que se conecta a la segunda terminal de la primera resistencia de carga; y en donde la segunda carga de medición incluye además : una segunda resistencia de filtro que tiene una primera terminal y una segunda terminal, la primera terminal de la segunda resistencia de filtro que se conecta a la primera terminal de la segunda resistencia de carga, y un segundo capacitor de filtro que tiene una primera terminal y una segunda terminal, la primera terminal del segundo capacitor de filtro que se conecta a la segunda terminal de la segunda resistencia de filtro y la segunda salida de medición, la segunda terminal del segundo capacitor de filtro que se conecta a la segunda terminal de la segunda resistencia de carga; y en donde la tercera carga de medición incluye además : una tercera resistencia de filtro que tiene una primera terminal y una segunda terminal, la primera terminal de la tercera resistencia de filtro que se conecta a la primera terminal de la tercera resistencia de carga, y un tercer filtro de capacitor que tiene una primera terminal y una segunda terminal, la primera terminal del tercer capacitor de filtro que se conecta la segunda terminal de la tercera resistencia de filtro y la tercera salida de medición, la segunda terminal del tercer capacitor de filtro que se conecta a la segunda terminal de la tercera resistencia de carga.

17. El circuito de medición trifásico de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la primera señal de salida, la segunda señal de salida, y la tercera señal de salida no se condicionan por un amplificador inversor o un amplificador de diferencia.

18. El circuito de medición trifásico de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el circuito está auto-accionado.

19. El circuito de medición trifásico de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el circuito se incorpora en un relé de sobrecarga, de estado sólido, auto-accionado.

20. Un método para medir una corriente que fluya a través de un devanado secundario de un transformador de corriente, el devanado secundario del transformador de corriente que se conecta a un rectificador que tiene un cátodo y un ánodo, una carta de medición que se conecta al cátodo del rectificador, el método está caracterizado porque comprende: cerrar un conmutador conectado entre un potencial de referencia y la carga de medición para referenciar una caída de voltaje a través de la carga de medición al potencial de referencia, la caída de voltaje a través de la carga de medición indicativa de la corriente que fluya a través del devanado secundario; y recibir una señal de salida indicativa de la caída de voltaje a través de la carga de medición en tanto que está cerrado el conmutador.