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FORO TÉCNICO => Foro Técnico => Mensaje iniciado por: juaperser1 en 26 de Septiembre de 2018, 12:01:12

Título: Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: juaperser1 en 26 de Septiembre de 2018, 12:01:12
Voy a empezar explicando que es un vigilante de aislamiento.

Los dispositivos de vigilancia de aislamiento monitorizan de forma continua la resistencia de aislamiento, normalmente en sistemas de tierra aislada IT de quirofano, aunque también en barcos, coches, veterinaria, en motores grandes, transformadores de aislamiento, etc. que para quien no lo sepa lo que es un sistema IT es esto:

(https://www.bender-latinamerica.com/fileadmin/_processed_/6/9/csm_IT-System_PRINZ_00_20061214_8d931898b7.jpg)

Como veis la tierra no esta conectada al neutro, ni debe estarlo, es por eso que se utilizan medidores del aislamiento a tierra, que no es otra cosa que un sistema que mide esa resistencia, la del sistema de alimentación con la tierra, esta resistencia "no existe fisicamente" (por decirlo de alguna manera) y pueden presentarse en una fase, en las dos, en el neutro... (mi proyecto tambien lleva un sistema para averiguar donde esta la fuga pero eso es otro tema el caso es averiguar que el sistema tiene fuga)

dentro de un sistema IT tenemos la propia tensión alterna de 230V (o 380 si es trifásica) ya a parte de esta tenemos generadores de tensiones continuas, por ejemplo de alguna maquina que no este aislada galvanicamente:

(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d4/Esquema_it.png)

imaginaos varias cargas y alguna de dc pues bien, este sistema se resume en esto:

  - Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -

y mas resumido aun en esto:

 - Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -

No es mas que eso, voy a medir esa resistencia, la tensión alterna es la del sistema y la continua la que puede existir debido a las cargas no aisladas, el condensador en paralelo es por la capacidad de la propia red.

y para no marearnos mucho mas, os digo, que las normativas dice una serie de parámetros que después de echar las cuentas se reduce en que este aparato debe medir entre 50K y 500K con un error no mayor del 5%, el peor de los casos son 5uF en paralelo y +-300 voltios de continua, todo esto para solucionar el problema no importa, solo hay que ver que es una resistencia con una alterna y continua en serie y una capacidad parásita en paralelo, no hay mas, y esto no lo puede medir un simple polímetro ni ohmetro ni nada de manera  tan simple.

La forma de medirlo es la siguiente, y no me la he inventado yo, que puede haber otras formas seguramente, ojala la encuentre yo o alguien la vea mejor, pero hasta ahora como lo hacen todos los medidores de aislamiento a tierra es el siguiente:

 - Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -

se inyecta una tensión conocida continua al sistema y se mide la intensidad resultante, pero siguiendo estos pasos para eliminar la componente de continua de la red:

-primero se inyecta 0 voltios
-se mide
-esa medida se inyecta como offset anulando asi la tensión continua de la red
-se inyectan los 12V (o lo que sea que no pase de 120 por normativa)
-se vuelve a leer con el offset dando el mismo valor que si no existiera componente de continua en la red.

para eliminar la alterna se utiliza un filtro paso de bajas.

Si quitamos la alterna con el filtro y la continua con el offset tenemos esto:

 - Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -

que conociendo las resistencias de tu circuito puedes saber cuanto mide la resistencia de fuga. Como veis no hacia falta saber nada de esto, simplemente hace falta saber que es una resistencia en serie con una alterna y una continua y una capacidad en paralelo.


Dicho esto, creo que ya esta todo claro, así que si alguien quiere ayudarme a solucionar la parte de medida se lo agradecería.
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistema IT
Publicado por: Picuino en 26 de Septiembre de 2018, 14:18:11
No veo claro la simplificación que haces del circuito.

Yo veo muchas resistencias a medir:
   Resistencia desde L1 a tierra
   Resistencia desde L2 a tierra
   Resistencia desde L3 a tierra
   Resistencia desde N a tierra

Cuando no hay fallo, son independientes. Tienes que poner una tensión entre L1 y tierra y medir la corriente que pasa. Si pasa mucha, eso significa que hay un fallo a tierra. Luego sigues con las demás líneas.
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistema IT
Publicado por: Picuino en 26 de Septiembre de 2018, 14:20:30
Tampoco termino de ver por qué vas a tener 300V de contínua en una instalación de alterna. ¿A qué se debe? ¿una capacidad parásita cargada?
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistema IT
Publicado por: Picuino en 26 de Septiembre de 2018, 14:26:31
Un documento interesante de Schneider Electric

https://download.schneider-electric.com/files?p_enDocType=Cahier+Technique&p_File_Name=CT178.pdf&p_Doc_Ref=CT-178-Z002
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistema IT
Publicado por: juaperser1 en 26 de Septiembre de 2018, 15:33:38
No veo claro la simplificación que haces del circuito.

Yo veo muchas resistencias a medir:
   Resistencia desde L1 a tierra
   Resistencia desde L2 a tierra
   Resistencia desde L3 a tierra
   Resistencia desde N a tierra

Cuando no hay fallo, son independientes. Tienes que poner una tensión entre L1 y tierra y medir la corriente que pasa. Si pasa mucha, eso significa que hay un fallo a tierra. Luego sigues con las demás líneas.



La resistencia se mide de manera global, ya que el fallo puede ser simétrico o asimétrico en las distintas fases, pero a la hora de detección y de que suene la alarma no importa por donde sea la fuga el caso es saber que hay fuga.

Si utilizamos un sistema de medida pasivo, no podemos detectar las componentes de continua por eso se usa la medida activa.

Aqui puedes ver un resumen, de los dos tipos de fallos y una presentación de lo que ellos llaman "AMP" que es su método de medida propio.

http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=2695&edi=136&xit=vigilancia-del-aislamiento-electrico-en-linea

Mira aqui hay una imagen que resume muy bien lo que es un vigilante:

(http://www.microbyte.cl/elec/picarti/201601/art2b.jpg)

Como ves, da igual que la resistencia de fuga sea solo de una o de varias fases, por que tu mides la común en tu shunt luego se bifurcara através de la red dependiendo de las resistencias que vaya encontrando.
Luego para detectar donde esta la fuga se hace de otra forma, pero eso es otro tema que es totalmente a parte.

Citar
Tampoco termino de ver por qué vas a tener 300V de contínua en una instalación de alterna. ¿A qué se debe? ¿una capacidad parásita cargada?

En las instalaciones de alterna puede haber sistemas no aislados galvanicamente, por ejemplo una fuente capacitiva o baterías. o algo por el estilo, que hace que aparezcan componentes de continua, estas componentes van a ser muy pequeñas la mayoria de las veces por no decir siempre pero la norma (para uso medico) dice que debe ser capaz de medir redes con componentes de continua de hasta X% (mas del 100%) de la tensión de red y eran unos 270 voltios o así, si te fijas en los monitores de aislamiento médicos del mercado puedes ver que el parámetro de continua es de 300 voltios.

 - Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -

PD: He cambiado el titulo creo que así se entiende mejor, pero no puedo cambiar tu titulo picuino, si eres tan amable de ponerlo igual pare que quede acorde. además creo que seria mejor que no se vea tan claramente cual es el sistema que intento replicar.

un saludo.
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: Picuino en 26 de Septiembre de 2018, 15:40:34
¿Por qué no compráis un "vigilante de tierra" comercial?
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: juaperser1 en 26 de Septiembre de 2018, 15:42:27
¿Por qué no compráis un "vigilante de tierra" comercial?

La finalidad del proyecto es modernizar un monitor de aislamiento comercial que ha quedado obsoleto con la normas y ahora no cumple las normativas, de debe adaptar el proyecto para comercializarlo de nuevo. Es un desarrollo nuevo.
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: Yoshua en 26 de Septiembre de 2018, 16:05:15
¿Vale medir la corriente del cable de tierra y compararla con los voltajes de entrada ?
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: juaperser1 en 26 de Septiembre de 2018, 16:14:38
Voy a ir migrando aquí todas las cuestiones, creo que lo mejor seria empezar por lo primero que tuve que resolver que fue la eliminación de la componente alterna, ahora mismo para ello tengo un filtro bessel de noveno orden, pero no me termina de convencer, creo que debe de haber un método mas sencillo para filtrarla:

esta es la respuesta del filtro:

 - Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -

 - Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -

tiene una frecuencia de corte de 30Hz y paso de banda de 4Hz, elegí estos valores después de mucho probar por ser los que mejor respuesta temporal me daban

Se consigue el mismo nivel de atenuación con filtros mucho mas sencillos pero se dispara el tiempo, y teniendo en cuenta que la medida debe ser inferior a 5 segundos y que necesito hacer 3 mediciones como mínimo, el filtro no puede ser muy lento.
¿ha alguien se le ocurre una solución mejor?

tambien estuve mirando los filtros integrados, como este:

https://www.maximintegrated.com/en/products/analog/analog-filters/MAX291.html

Aunque no me acuerdo por que los descarte la verdad, quizá debería echarles otro vistazo creo que fue por que no podia simularlos o probarlos.

¿Vale medir la corriente del cable de tierra y compararla con los voltajes de entrada ?

Puedo conectar al cable de tierra pero no puedo cortarlo para poner el sistema en serie, creo que no seria posible, si puedes concretar mas tu idea podriamos analizarla.

un saludo
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: Yoshua en 26 de Septiembre de 2018, 16:48:10
Se me ocurría de medir la corriente con algún sensor de los que vienen tipo pinza y de ahi podes analizar que señal de fuga tenes.

EDITO: Tendrias que ver la manera de registrar la corriente continua, me parece haber leido en algun datasheet de microchip como hacerlo.
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: Picuino en 26 de Septiembre de 2018, 18:41:09
Lo que escribe aquí queda publicado con licencia libre. Eso no lo puedes patentar ni ocultar.

Creo que deberías preguntar dudas más concretas y mantener el sistema algo oculto.

Ya sé que es lo contrario de lo que dije antes, pero esto hay que tenerlo en cuenta.

Un saludo.
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: Yoshua en 27 de Septiembre de 2018, 11:50:02
¿Seria algo como esto si mal no entendí?

 - Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: Picuino en 27 de Septiembre de 2018, 13:23:58
Si mides la fuga en las líneas una a una conectándoles 12V, te quitas la señal de alterna.

De todas formas, no deberías tener señal de alterna en el centro de las resistencias de sensado. Al menos mientras no haya fugas.


Una opción que puedes probar es hacer un filtro digital. Puedes programar el grado que quieras o eliminar una frecuencia concreta con mucha selectividad.

En estos casos se suele duplicar todos los circuitos por seguridad.
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: juaperser1 en 28 de Septiembre de 2018, 03:18:26
Citar
Una opción que puedes probar es hacer un filtro digital. Puedes programar el grado que quieras o eliminar una frecuencia concreta con mucha selectividad.

Si pero, cuanta potencia de calculo necesitaría, no quiero irme a una FPGA, dsp o micro muy gordo.


De todas formas, voy a dejar mi método de medida, que funciona bien y tiene buena resolución (0,5% de error de medida en simulación con componentes "reales"), las condiciones que he probado son 250VAC de 40-60Hz, componente de continua de +-300V y capacidad de 0 a 7uF. Quizá mas adelante o para gamas mas altas buscaré otro método de medida o me pasaré al mundo digital con DSP o algo, pero como por ahora la medida de la capacidad de la red es opcional (debe funcionar hasta 5uF pero no medirlos) pues así esta bien.

Citar
En estos casos se suele duplicar todos los circuitos por seguridad.

el sistema cuenta con autodiagnóstico y el micro tiene  tanto niveles hardware de diagnosis como librerías que pasan certificaciones de seguridad funcional.

¿Seria algo como esto si mal no entendí?

 - Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -

Si, mas o menos eso podria ser un ejemplo de red, aunque la mayoria de las veces no existe neutro y despues del transformador de aislamiento, salen 230V aunque sea trifásica.

Voy a pasar ha hacer preguntas mas concretas sobre otras tareas secundarias del sistema.
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: Picuino en 28 de Septiembre de 2018, 14:58:04
Potencia de cálculo:
He visto proyectos de analizadores de espectro con un simple Arduino (8bit 16MIPS).
Arduino Spectrum Analyzer | 16x32 RGB LED-matrix

Calcular un filtro es más simple.
https://www.luisllamas.es/arduino-paso-banda/
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: juaperser1 en 29 de Septiembre de 2018, 16:31:05
Pensaba yo que se necesitaba algo mas de potencia de cálculo para hacer filtros digitales, podria ser interesante cambiar el filtro paso de baja hardware por uno software.

Sin embargo he visto en lo que has pasado y algun sitio mas que el filtro digital también mete un retraso considerable, no se que sistema podria ser mejor, cual podria dar mejores caracteristicas.
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: Picuino en 29 de Septiembre de 2018, 19:20:32
El retraso depende de la velocidad de sampleado y el tipo de filtro.

Puedes simular exactamente el comportamiento de cualquier filtro analógico, con un desfase un poco mayor debido al retraso del sample & hold.

Por supuesto también puedes provocar grandes retrasos si quieres, algo imposible con filtros analógicos.
Título: Re:Medir resistencia a tierra en sistemas IT
Publicado por: juaperser1 en 02 de Octubre de 2018, 09:45:31
El retraso depende de la velocidad de sampleado y el tipo de filtro.

Puedes simular exactamente el comportamiento de cualquier filtro analógico, con un desfase un poco mayor debido al retraso del sample & hold.

Por supuesto también puedes provocar grandes retrasos si quieres, algo imposible con filtros analógicos.

Bueno con lo que me pasaste, me he puesto a investigar y he combinado los filtros, he puesto uno de baja bastante mas pequeño y otro digital, con lo que reduzco el coste y la precisión, también he resuelto el tema del offset por software y un solo sumador de dos ramales.