BRPI0806497B1 - Aparelho e método para proteção de sobrecorrente em circuito - Google Patents
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Abstract
sistema e método para proteção de sobrecorrente em circuito. em um aspecto, a presente invenção refere-se a um sistema para proteger uma pluralidade de circuitos incluindo uma piuralidade de dispositivos protetores de circuito em que cada dispositivo protetor de circuito inclui uma corrente nominal de classificação respectiva. de acordo com uma modalidade, o sistema inclui um conjunto de circuitos sensores de corrente configurados para medir uma corrente da cada dispositivo protetor de circuito, e um controlador configurado para receber cada uma das correntes medidas. de acordo com uma modalidade, o controlador é adicionalmente configurado para determinar uma razão entre uma corrente total sendo suportada por todos os dispositivos protetores de circuito combinados e uma corrente nominal total de classificação de todos os dispositivos protetores de circuito combinados e empregar a razão para determinar uma corrente nominal de classificação modificada de cada dispositivo protetor de circuito respectivamente. em uma modalidade adicional, o controlador é configurado para gerar um sinal de saída para isolar um circuito selecionado dentre uma pluralidade de circuitos baseado na corrente nominal de classificação modificada do dispositivo protetor de circuito incluído no circuito selecionado.
Description
[001] As modalidades da invenção revelam-se, de forma geral, à proteção contra sobrecorrente em circuitos. Mais especificamente, pelo menos uma modalidade está relacionada a um sistema e método para isolar dispositivos de proteção de circuitos.
[002] Em geral, a proteção de sobrecorrente para circuitos elétricos é fornecida por disjuntores, fusíveis, ou uma combinação dos dois. Estes dispositivos de proteção são selecionados e aplicados de acordo com as suas classificações de correntes para proteger circuitos elétricos incluindo fios e cabos elétricos bem como aparelhos elétricos, motores, transformadores e outras cargas elétricas. Frequentemente um sistema elétrico inclui um disjuntor central ou fusível central que fornece uma pluralidade de ramificações de circuitos que podem cada um incluir um dispositivo de proteção separado.
[003] O termo "dispositivo de proteção de circuito" tal como usado aqui se refere a um dispositivo que fornece proteção contra sobrecorrente incluindo sensor e isolador de circuito de sobrecorrente em resposta a uma ou mais condições de sobrecorrente predeterminadas.
[004] Geralmente, um fusível inclui um fio ou tira de metal que irá derreter quando aquecida por uma quantidade predeterminada de corrente elétrica. O cálculo do fusível ou cálculo da corrente nominal é a quantidade de corrente contínua que o fusível pode transportar sem ter o elemento fusível derretido e o circuito aberto, ou seja, sem ter a "explosão" do fusível. Desta maneira, um fusível de 20 amp pode suportar 20 amps em base contínua sem abrir o circuito devido à sobretemperatura do elemento no fusível. A quantidade de tempo que o fusível irá suportar uma sobrecorrente diminui conforme a magnitude da corrente aumenta.
[005] Os disjuntores também são projetados para abrir em resposta a uma sobrecorrente. Devido ao fato de serem projetados para serem restaurados e fechados após uma sobrecorrente de disparo, os disjuntores geralmente incluem mecanismos operativos mecânicos ou eletromecânicos. Desta maneira, a proteção contra sobrecorrente pode incluir um elemento térmico que deflexiona em resposta a uma sobrecorrente (por exemplo, disjuntor moldado em caixa residencial), e/ou sensor de corrente eletrônico e unidades de disparo eletrônico (por exemplo, disjuntores comerciais/industriais).
[006] As condições de sobrecorrente podem resultar de sobrecargas e curtos-circuitos. Tanto os disjuntores como os fusíveis podem experimentar operações danosas nas quais eles respondem a sobrecargas de baixo nível abrindo o circuito e desconectando a carga associada. Os fusíveis podem ser particularmente de ação rápida e muitos códigos elétricos e corpos com regulagem padrão requerem que sejam empregados fusíveis em aplicações específicas, geralmente por causa de sua velocidade operativa. Entretanto, a ação rápida de um fusível em uma condição de sobrecorrente pode algumas vezes resultar em uma falha danosa na qual o fusível abre em uma sobrecarga temporária e então precisa ser substituído. Muitos disjuntores também precisam ser manualmente restaurados após abrirem como resultado de uma sobrecarga.
[007] Embora várias abordagens existentes para a proteção de circuitos forneçam um conjunto coordenado de dispositivos protetores, a regulagem de corrente destes dispositivos (por exemplo, a corrente de classificação nominal dos dispositivos) é estabelecida baseada na necessidade de proteger a carga elétrica. Como mencionado acima, isto pode incluir não apenas equipamento operativo tal como conjunto de circuitos de iluminação, equipamentos e similares, mas também a fiação elétrica que conecta os vários elementos do circuito. Desta maneira, as abordagens existentes para a proteção de circuitos geralmente não levam em consideração como as características térmicas do fusível podem resultar em disparo danoso porque o projeto da proteção do circuito é focado na proteção do equipamento e fiação que é alimentada pelo conjunto de circuitos. Em outras palavras, a operação de dispositivos de proteção de circuitos em sobrecargas de baixo nível é tolerada com o interesse de proteger o circuito elétrico e os dispositivos protegidos pelo dispositivo de proteção.
[008] Outro problema com as abordagens existentes envolve o uso de conjunto de circuitos sensores de corrente (por exemplo, sensor de corrente) tendo uma saída analógica que alimenta uma entrada de um conversor analógico para digital ("ADC"). Em particular, a precisão e faixa do ADC são limitadas pelo tamanho do ADC (por exemplo, o número de bits incluídos no conversor) e a resolução selecionada do ADC. Estas limitações reduzem a precisão do sensor de corrente durante algumas condições de sobrecorrente. Geralmente, a resolução e a faixa do ADC são baseadas no cálculo de corrente nominal do circuito com o qual ele é empregado. Entretanto, a corrente suportada em um circuito elétrico pode ter grandes variações a partir de uma corrente contínua nominal ou abaixo dela (por exemplo, 15 ou 20 amps em um circuito residencial), até níveis de corrente de sobrecarga que podem ser 2 ou 3 vezes a corrente contínua nominal e a correntes de curto-circuito que podem ser dezenas ou centenas de vezes maiores do que a corrente contínua nominal. As limitações acima nos ADCs empregados com conjuntos de circuito sensores de corrente podem resultar em imprecisões nas medições de corrente, e desta maneira, em imprecisões na proteção de sobrecorrente empregada com os ADCs. Em particular, correntes acima da corrente máxima que é representada com precisão pelo ADC podem ser "cortadas". Ou seja, a representação digital da forma de onda da corrente pode ter o mesmo valor para todas as magnitudes de corrente acima da máxima.
[009] Ainda outro problema com as abordagens existentes dos esquemas de proteção de sobrecorrente é o fato de que a consideração da carga térmica é frequentemente endereçada em uma base circuito a circuito. Ou seja, onde um sistema inclui uma pluralidade de ramificações de circuitos, a carga térmica pode ser avaliada em uma base ramificação de circuito a ramificação de circuito e as capacidades térmicas do sistema inteiro podem não ser endereçadas adequadamente. Por exemplo, onde um comutador de transferência calculado para corrente contínua de 100 amps inclui 10 circuitos ramificados cada um com um disjuntor ou fusível separado para proteger o circuito ramificado, o total de corrente nominal calculada dos disjuntores ou fusíveis agregados pode exceder muito a corrente nominal calculada do comutador de transferência. No exemplo precedente, onde os dez circuitos são, cada um, calculado para 20 amps, um comutador de transferência que abastece os dez circuitos está, em teoria, abastecendo tanto quanto 200 amps de corrente elétrica. Assim o comutador de transferência pode não incluir um dispositivo protetor de circuito central e o comutador de transferência calculado de 100 amp pode ser sobrecarregado sem qualquer operação de um dispositivo protetor de circuito. Alternativamente, onde um dispositivo protetor de circuito central é incluído, as abordagens existentes podem isolar simultaneamente todos os de circuitos com o dispositivo central em uma tentativa de fornecer proteção ampla ao sistema. Tal abordagem pode resultar no isolamento não desejado de cargas críticas.
[0010] Em um aspecto, a invenção refere-se a um aparelho incluindo um sensor de corrente configurado para detectar uma corrente em um dispositivo protetor de circuito e para gerar um sinal correspondendo a corrente detectada, um controlador que recebe o sinal correspondendo a corrente detectada, e um dispositivo isolador configurado para isolar o dispositivo protetor de circuito. De acordo com uma modalidade, o controlador é configurado para estimar uma carga térmica acumulada do dispositivo protetor de circuito baseado em uma característica térmica do dispositivo protetor de circuito e da corrente detectada. Em uma modalidade, o controlador é adicionalmente configurado para fornecer um sinal de saída para ativar o dispositivo isolador e interromper a corrente se a carga térmica acumulada exceder uma carga térmica máxima predeterminada do dispositivo protetor de circuito. Em outra modalidade, o controlador é configurado para fornecer o sinal de saída antes de o dispositivo protetor de circuito interromper a corrente.
[0011] Em outro aspecto, a invenção fornece um aparelho sensor de sobrecorrente que inclui um conjunto de circuitos sensores de corrente configurados para gerar um sinal analógico de saída representativo da corrente detectada, um conversor analógico para digital configurado para receber o sinal de saída analógico e gerar uma representação digital do sinal de saída analógico usando uma pluralidade de amostras discretas e um controlador configurado para estimar uma quantidade de uma sobrecorrente detectada pelo conjunto de circuitos sensores pela avaliação das amostras tendo uma magnitude substancialmente idêntica. Em uma modalidade, cada uma da pluralidade de amostras discretas representativas do sinal de saída analógico igual ou acima do valor de corrente máxima tem substancialmente a magnitude idêntica. Em outra modalidade, a quantidade estimada de sobrecorrente é determinada com base na quantidade de amostras consecutivas tendo substancialmente a magnitude idêntica.
[0012] Em ainda outro aspecto, a invenção fornece um sistema para proteger uma pluralidade de circuitos incluindo uma pluralidade de dispositivos protetores de circuitos sendo que cada dispositivo protetor de circuitos inclui uma corrente de classificação nominal respectiva. De acordo com uma modalidade, o sistema inclui um conjunto de circuitos sensores de corrente configurados para medir uma corrente de cada dispositivo protetor de circuito, e um controlador configurado para receber cada corrente medida. De acordo com uma modalidade, o controlador é adicionalmente configurado para determinar uma razão entre a corrente total sendo suportada por todos os dispositivos protetores de circuito combinados e uma corrente de classificação nominal de todos os dispositivos protetores de circuito combinados e empregar a razão para determinar uma corrente nominal de classificação modificada de cada dispositivo protetor de circuito, respectivamente. Em uma modalidade adicional, o controlador é configurado para gerar um sinal de saída para isolar um circuito selecionado entre a pluralidade de circuitos baseado na corrente nominal de classificação modificada do dispositivo protetor de circuito incluído no circuito selecionado. De acordo com uma modalidade adicional, o controlador é configurado para determinar cada dispositivo protetor de circuito para o qual a corrente nominal de classificação modificada está excedendo a corrente nominal de classificação do dispositivo.
[0013] Outro aspecto da invenção é dirigido a um método para proteger um dispositivo protetor de circuito. O método inclui detectar uma corrente em um dispositivo protetor de circuito, gerar um sinal correspondendo a corrente detectada, estimar uma carga térmica acumulada do dispositivo protetor de circuito baseada nas características térmicas do dispositivo protetor de circuito e da corrente detectada, e interromper a corrente se a carga térmica acumulada exceder uma carga térmica máxima predeterminada baseada em um efeito de aquecimento da corrente suportada pelo dispositivo protetor de circuito.
[0014] Os desenhos em anexo, não pretendem ser desenhados em escala. Nos desenhos, cada componente idêntico ou quase idêntico que é ilustrado em várias figuras é representado por um numeral igual. Para propósitos de clareza, nem todos os componentes são rotulados em todos os desenhos. Nos desenhos:
[0015] A figura 1 é um diagrama esquemático de um aparelho de acordo com uma modalidade da invenção;
[0016] A figura 2 é uma plotagem de curvas características de tempo-corrente para dispositivos protetores de corrente;
[0017] A figura 3 é um fluxograma de um processo de acordo com uma modalidade da invenção;
[0018] A figura 4 é uma plotagem de curvas características tempo- corrente de acordo com outra modalidade;
[0019] A figura 5 é um diagrama de linha de um sistema de acordo com uma modalidade da invenção;
[0020] A figura 6 é um fluxograma de um processo de acordo com uma modalidade adicional da invenção;
[0021] A figura 7 é uma plotagem de uma forma de onda de acordo com uma modalidade da invenção;
[0022] A figura 8 é uma segunda plotagem de uma forma de onda de acordo com uma modalidade da invenção;
[0023] A figura 9 é uma terceira plotagem de uma forma de onda de acordo com uma modalidade da invenção; e
[0024] A figura 10 é um diagrama esquemático de um aparelho de acordo com outra modalidade da invenção.
[0025] Esta invenção não está limitada na sua aplicação aos detalhes de construção e organização de componentes descritos na descrição a seguir ou ilustrados nos desenhos. A invenção é capaz de outras modalidades e de ser praticada ou realizada de várias maneiras. Também, a fraseologia e terminologia usadas aqui são para o propósito de descrição e não devem ser consideradas como limitantes. O uso de "incluir", "compreender", ou "ter", "conter", "envolver", e variações destes aqui, tem o significado de abranger os itens listados daí em diante e equivalentes a eles bem como itens adicionais.
[0026] Referenciando a figura 1, um diagrama esquemático de um aparelho 20 de acordo com uma modalidade ilustrada. O esquemático ilustra um circuito 18 incluindo uma fonte de energia 22, um dispositivo protetor de circuito 24, e uma carga elétrica 26. Adicionalmente, a figura 1 ilustra o conjunto de circuitos sensores de corrente 28, um controlador 30, e um dispositivo isolador 32. De acordo com uma modalidade, o conjunto de circuitos sensores de corrente 28, o controlador 30, e o dispositivo isolador 32 são incluídos no aparelho 20. A fonte de energia 22 pode ser uma fonte de energia AC ou uma fonte de energia DC, adicionalmente, onde a fonte de energia 22 é uma fonte de energia AC, ela pode incluir uma ou uma pluralidade de fases. Embora ilustrado como um fusível, o dispositivo protetor de circuito 24 pode ser um fusível, um disjuntor, uma combinação dos precedentes e/ou algum outro dispositivo protetor de circuito que opera em resposta a uma condição de sobre corrente para isolar o circuito 20. Adicionalmente, o dispositivo protetor de circuito pode ser um dispositivo de uma fase ou um dispositivo de múltiplas fases, dependendo da aplicação. Geralmente, o dispositivo protetor de circuito 24 abre fisicamente o caminho da corrente entre a fonte de energia 22 e a carga 26 quando ele opera em resposta a uma condição de sobrecorrente. Por exemplo, a maioria dos fusíveis inclui um elemento de suporte a corrente interno (por exemplo, um elemento de metal) que derrete dentro de uma quantidade de tempo predeterminada que varia dependendo da magnitude da sobre corrente. Em geral, os disjuntores incluem um ou mais pares de contatos de suporte a corrente os quais abrem para interromper o fluxo de corrente em resposta a uma sobrecorrente detectada por um elemento térmico ou conjunto de circuitos sensores de corrente associado com o disjuntor.
[0027] Em várias modalidades, o conjunto de circuitos sensores de corrente 28 podem incluir um transformador de corrente, uma derivação, um sensor de efeito Hall ou outros meios de detectar o fluxo de corrente no circuito. De acordo com uma modalidade, o conjunto de circuitos sensores de corrente 28 incluem uma saída 36.
[0028] De acordo com uma modalidade, o controlador 30 pode incluir um conversor analógico para digital ("ADC"), um ou mais processadores e uma memória. De acordo com uma modalidade, o controlador 30 inclui um microcontrolador manufaturado pela Texas Instruments o TI DSP 2801 que pode fornecer uma CPU, um ADC e memória em um único chip. Desta maneira, o controlador 30 pode ser implantado em um microprocessador ou microcontrolador executando software embutido e/ou instruções de "firmware". De acordo com uma modalidade, o controlador também pode incluir uma entrada 38 e uma saída 39. Em uma versão desta modalidade, a entrada 38 é conectada a saída 36 do conjunto de circuitos sensores de corrente e a saída do controlador 39 é conectado ao dispositivo isolador. Em outras modalidades, saídas adicionais podem ser incluídas para fornecer sinais externos do controlador que podem indicar uma condição de sobre corrente.
[0029] De acordo com uma modalidade, o dispositivo isolador 32 pode ser um relé, disjuntor ou outro dispositivo que possa ser eletricamente operado para abrir ao receber um sinal do controlador 30. Adicionalmente, modalidades do dispositivo isolador também podem ser eletricamente operados para fechar ao receber um sinal de fechar do controlador 30 ou outro aparelho.
[0030] Adicionalmente, o dispositivo protetor de circuito 24 pode ser um dispositivo de fase única ou um dispositivo multifase dependendo da aplicação.
[0031] A figura 2 ilustra um conjunto de curvas características tempo-corrente 40 (ou tempo médio de derretimento) para uma "família" de fusíveis, por exemplo, fusíveis atraso tempo Classe G Cooper Bussman. Por exemplo, a curva mais à esquerda ilustra a característica tempo-corrente de um fusível de meio amp enquanto a curva mais à direita ilustra a característica tempo-corrente de um fusível de 60 amp. Na figura 2, o eixo Y inclui o tempo em segundos enquanto o eixo X inclui corrente em ampères e cada eixo é plotado em uma escala logarítmica. Como fica evidente, o tempo médio de derretimento decresce com o aumento da corrente.
[0032] Na figura 2, a amperagem de classificação dos fusíveis identifica a corrente contínua nominal de classificação do fusível. Ou seja, uma quantidade de corrente que o fusível pode suportar continuamente por um período indefinido (pelo menos em teoria). Como um exemplo, referindo-se a curva para o fusível de 20 amp, o fusível vai suportar 100 amp por aproximadamente 0,25 segundos tempo no qual os efeitos térmicos da corrente no elemento fusível vão derreter o elemento fusível e abrir o circuito dentro do fusível. Outros exemplos também podem fornecer informação similar sobre uma quantidade de tempo que um fusível irá suportar uma dada corrente antes de operar (no exemplo, antes de explodir). As curvas de característica tempo-corrente também podem ser fornecidas para outros dispositivos protetores, por exemplo, disjuntores termicamente operados e disjuntores de estado sólido que empregam um sensor de corrente eletrônico.
[0033] De acordo com uma modalidade, as características térmicas do dispositivo protetor de circuito 24 são determinadas e fornecidas pelo controlador 30. O controlador 30 inclui um ou mais algoritmos que são empregados para determinar a corrente suportada pelo circuito, baseada na entrada alimentada pelo conjunto de circuitos sensores de corrente 28. O algoritmo também pode determinar uma carga térmica acumulada no dispositivo protetor de circuito 24. Em uma modalidade adicional, o controlador 30 pode ser fornecido com uma carga térmica permitida máxima do dispositivo protetor de circuito. Nesta modalidade, o algoritmo pode ser empregado para determinar quando a carga térmica acumulada excede a carga térmica permitida máxima do dispositivo protetor de circuito 24. O sinal pode ser comunicado ao dispositivo isolador 32 o qual opera para aberto e interrompe o fluxo de corrente no circuito 18 em resposta ao sinal. Em pelo menos uma modalidade, o sistema é configurado para interromper o fluxo de corrente antes de o dispositivo protetor de circuito "explodir".
[0034] Em referência a figura 3, um fluxograma de um processo 50 é ilustrado de acordo com uma modalidade. O processo 50 fornece um exemplo no qual o aparelho 20 pode ser empregado para prevenir uma operação indesejada do dispositivo protetor de circuito 24 enquanto continua a fornecer proteção de sobrecorrente ao circuito no qual o dispositivo protetor de circuito 24 é empregado. Em geral é de acordo com uma modalidade, o processo 50 emprega uma comparação de cargas térmicas acumulativas do dispositivo protetor de circuito 24 para uma carga térmica máxima desejada do dispositivo protetor de circuito. Em uma modalidade, a comparação é empregada para determinar quando o controlador 30 deveria fornecer um sinal para operar o dispositivo isolador 32 e isolar o circuito antes da operação do dispositivo protetor de circuito.
[0035] De acordo com uma modalidade, uma carga térmica máxima é determinada baseada nas características tempo-corrente do dispositivo protetor de circuito em um ponto único da curva tempo- corrente. Por exemplo, uma corrente maior do que a corrente nominal do dispositivo protetor do circuito pode ser selecionada e a carga térmica (calculada como uma função de I2t) determinada para a corrente selecionada. Em uma modalidade, a quantidade de tempo usada no cálculo é determinada da curva de característica tempo- corrente. Em referência novamente a figura 2, se uma corrente de 60 amp é usada para determinar a carga térmica para o dispositivo protetor de circuito classificado para 20 amp, um tempo de 2,5 segundos ou menos pode ser usado para determinar a carga térmica que causa a operação do dispositivo protetor de circuito de 20 amp. Neste exemplo, para o dispositivo protetor de circuito de 20 amp, uma carga térmica máxima determinada para a corrente de 60 amps é:
[0036] Carga Térmica Máxima = (60)(60)2,5=9000 Eq.1
[0037] Em outras palavras, para prevenir a operação do dispositivo protetor de circuito 24, o aparelho 20 deveria ser configurado para operar o dispositivo isolador 32 dentro de 2,5 segundos quando o dispositivo protetor de circuito está suportando 60 amps.
[0038] De acordo com uma modalidade, o máximo I2t é determinado baseado na diferença entre a corrente nominal de classificação e a corrente do ponto selecionado na curva tempo- corrente. Neste exemplo, a corrente nominal de classificação é 20 amps e a sobrecorrente selecionada é 60 amps. Desta maneira, a I2t máxima é determinada como: I2t Máxima = (60-20)(60-20)2,5 = 4000 Eq. 2
[0039] Em algumas modalidades, a carga térmica acumulativa é avaliada para determinar quando uma carga térmica máxima é atingida. Por exemplo, onde a corrente detectada é avaliada como uma pluralidade de amostras discretas I-n cada uma tendo uma duração de tempo ts, uma contribuição da corrente detectada ao efeito I2t total da corrente para cada período de amostra pode ser determinado de acordo com a Equação 3. Contribuição para I2t Máximo = (In-20)(In-20)t Eq.3
[0040] Adicionalmente, de acordo com uma modalidade, qualquer corrente igual à corrente nominal de classificação ou abaixo desta não contribuem para uma carga térmica acumulativa no dispositivo protetor de circuito, e podem decrescer a carga térmica acumulativa. Ou seja, onde a corrente está igual à corrente nominal de classificação (no exemplo, 20 amps) a corrente não afeta a carga térmica acumulativa do dispositivo protetor de circuito. Onde a corrente é menor do que a corrente nominal de classificação (no exemplo, menor do que 20 amps) a corrente reduz a carga térmica acumulativa em uma quantidade I2t: Onde, I = ΔI = |Ino tempo t- Ide classificação| Eq.4
[0041] De acordo com a modalidade ilustrada, o processo 50 inclui uma ação 52 na qual a corrente é medida sobre um primeiro incremento de tempo. Em uma modalidade, a corrente é sentida pelo conjunto de circuitos sensores de corrente 28 e comunicada para o controlador 30. Em uma versão desta modalidade, o conjunto de circuitos sensores de corrente 28 fornecem um sinal analógico de saída para o controlador 30 e o controlador 30 converte o sinal para sinal digital que inclui um conjunto discreto de amostras da forma de onda de corrente analógica.
[0042] De acordo com uma modalidade, o processo inclui também uma ação 54 na qual a corrente nominal de classificação do dispositivo protetor de circuito é subtraída da corrente medida na ação 52 para determinar o valor de ΔI. Por exemplo, referindo-se novamente a um fusível de 20 amp, a corrente nominal de classificação do fusível é 20 amps.
[0043] Adicionalmente, em uma modalidade, o processo 50 inclui uma ação 56 na qual a contribuição da corrente para a carga térmica do dispositivo protetor de circuito é determinada para o período no qual a corrente foi medida na ação 52.
[0044] Em uma modalidade adicional, o processo 50 inclui uma ação 58 na qual a diferença na corrente determinada na ação 54 é avaliada para determinar quando ela é maior do que zero. Em uma modalidade, a ação 58 também inclui uma ação de determinar um valor absoluto da diferença entre a corrente para o período e a corrente nominal de classificação do dispositivo protetor de circuito (por exemplo, como mostrado na Equação 2) enquanto em outra modalidade o valor absoluto é determinado na ação 56. Como mencionado acima, a corrente que é menor do que a corrente nominal de classificação pode decrescer a carga térmica acumulativa enquanto uma corrente que é maior do que a corrente de classificação pode aumentar a carga térmica acumulativa.
[0045] De acordo com uma modalidade, onde o valor determinado na ação 54 é menor ou igual a zero, o processo 50 prossegue para a ação 60. Na ação 60, a contribuição da corrente para a carga térmica acumulada determinada na ação 56 para o período de tempo é aplicada a carga térmica acumulativa do dispositivo protetor. Em uma modalidade, o valor I2t determinado na ação 56 (por exemplo, Δ I2t) é subtraído da carga térmica acumulativa. De acordo com uma modalidade, os valores da carga térmica acumulativa que são menores do que zero são arredondados para zero se o resultado da ação 60 é um valor negativo.
[0046] De acordo com uma modalidade, a ação 60 é seguida pela ação 64 (descrita em maiores detalhes abaixo) enquanto uma modalidade alternativa, o processo 50 prossegue para a ação 52 (para um período de tempo subsequente) seguindo a ação 60.
[0047] Onde o valor determinado na ação 54 é maior do que zero, o processo 50 prossegue para a ação 62. Na ação 62, a contribuição da corrente para a carga térmica acumulada, (determinada na ação 56 para o período de tempo) é aplicada a carga térmica acumulativa do dispositivo protetor. Em uma modalidade, o valor I2t determinado na ação 56 é adicionado à carga térmica acumulativa.
[0048] Seguindo a ação 62, o processo 50 prossegue para a ação 64 onde a determinação é feita onde a carga térmica acumulativa total é maior do que a carga térmica máxima de classificação para o dispositivo protetor de circuito. Como descrito acima, a carga térmica máxima pode ser determinada baseada em um ou mais pontos ao longo da curva de característica tempo-corrente.
[0049] De acordo com uma modalidade adicional, o processo 50 prossegue para a ação 66 se for determinado que a carga térmica acumulativa é maior do que a carga térmica máxima do dispositivo protetor de circuito. Na ação 66, é declarada uma sobrecarga. Várias modalidades podem estabelecer níveis de sobrecarga que são iguais ou menores do que a carga térmica máxima determinada por um ou mais pontos localizados na curva característica tempo-corrente da sobrecorrente do dispositivo protetor. Esta abordagem pode fornecer uma margem de erro para assegurar que o dispositivo isolador opere mais rápido do que o dispositivo protetor de circuito quando um nível relativamente baixo de sobrecorrente (por exemplo, uma sobrecarga em oposição a um curto-circuito) ocorrer. Tal abordagem fornece proteção enquanto previne a operação do dispositivo protetor de circuito. Por exemplo, o aparelho 20 pode permitir uma corrente de 60 amp permanecer no circuito por 2 segundos em vez de 2,5 segundos fornecido pelo dispositivo protetor de circuito. Desta maneira, neste exemplo, o máximo I2t pode ser estabelecido como (40)(40)2 = 3200 em vez de 4000.
[0050] Na ação 66, uma condição de sobrecorrente é declarada. Em algumas modalidades, na ação 68, o controlador 30 fornece um sinal na saída 39 para operar o dispositivo isolador 32 quando uma sobrecorrente é declarada. O controlador 30, entretanto, pode ser configurado para fornecer outras respostas sozinhas ou adicionalmente a precedente. Por exemplo, o controlador pode fornecer um sinal para uma interface de usuário para identificar uma condição de sobrecorrente antes da operação do dispositivo isolador ou do dispositivo protetor de circuito.
[0051] Em uma modalidade adicional, onde na ação 64, a carga térmica acumulativa é determinada para ser menor do que a carga térmica máxima para o dispositivo protetor de circuito, o controlador avalia uma ou mais medições de corrente subsequentes para período(s) adicionai(s) e começa o processo 50 para aquela medição de corrente subsequente.
[0052] Em um exemplo específico, o processo 50 resulta no seguinte onde cada período é um ciclo de um sinal de 60 Hz (aproximadamente 16,7 mseg): 1) a corrente contínua é 20 amps ou menos e a I2t acumulativa permanece em zero; 2) a carga de corrente aumenta para 60 amps contínuos e para cada período a Δ I2t adicionada ao total acumulativo é 26,72; 3) após 150 períodos a carga térmica acumulativa atinge a máxima carga térmica permitida. Devido ao fato de ter-se empregado 60 amps e 2,5 segundos para estabelecer a máxima carga térmica permitida neste exemplo, a quantidade de tempo que a sobrecarga é sustentada (por exemplo, a quantidade de tempo antes de o controlador 30 declarar uma sobrecarga e operar o dispositivo isolador 32) é o produto de 150 períodos e (0,0167 segs/período) - 2,5 segundos.
[0053] Como é visto no que precede, o uso de um ponto único no qual a I2t máxima é baseada resulta em uma aproximação da carga térmica permitida em outros pontos. Esta aproximação pode ser empregada para fornecer uma margem que assegure que o dispositivo protetor de circuito será isolado apropriadamente antes do tempo no qual o dispositivo protetor de sobrecorrente irá operar. Ou seja, o dispositivo protetor de circuito opera mais devagar em níveis baixos de sobrecorrente. Referenciando novamente o exemplo de um dispositivo protetor de circuito de 20 amp, uma sobrecarga de 50% (neste caso, 30 amps) não atingirá a carga térmica máxima correspondente do dispositivo protetor de circuito até a corrente ser sustentada por aproximadamente 100 segundos. Desta maneira, os cálculos prévios de I2t máxima baseados em 2,5 segundos podem levar a uma redução de capacidade do dispositivo protetor de circuito.
[0054] Embora, o que precede forneça uma abordagem conservativa, outra modalidade emprega uma abordagem adicional para determinar a máxima I2t permitida. Em resumo, esta abordagem determina o efeito de aquecimento incremental ΔI2t a ser adicionado para cada período de amostra primeiramente determinando um ajuste para a curva de característica de tempo-corrente do dispositivo protetor de circuito e então empregando a equação que gera o ajuste da curva para determinar o efeito de aquecimento incremental.
[0055] Referenciando a figura 4, de acordo com esta modalidade, uma plotagem 42 é ilustrada para o dispositivo protetor de circuito. A plotagem 42 inclui uma primeira curva 43, e uma segunda curva 44. Estas curvas são plotadas usando um eixo x em corrente e um eixo y logarítmico em segundos. A primeira curva 43 representa a curva ajustada para casar com a curva de característica tempo corrente para o dispositivo protetor de 20 amp (a curva 43 cobre a curva de característica de corrente-tempo real). A segunda curva 44 representa a carga térmica máxima permitida para um dispositivo protetor de 20 amp quando um ponto único é empregado de acordo com a modalidade prévia. Ou seja, a segunda curva 44 é baseada em um I2t permitido onde t=2,5 segundos para todos os valores de corrente. Como é visto nestas plotagens, a modalidade prévia fornece uma carga térmica máxima menor para sobrecargas nas quais a corrente de sobrecarga é menor do que a corrente associada com o ponto único no qual a carga térmica máxima é determinada. Referenciando o exemplo prévio, o qual é ilustrado nas curvas 43 e 44, para o dispositivo protetor de 20 amp, correntes de sobrecarga menores do que 60 amps irão fazer o controlador sinalizar o dispositivo isolador para isolar o dispositivo protetor de circuito apropriadamente antes da carga térmica que opera o dispositivo protetor de circuito ele próprio (representado pela curva 43).
[0056] De acordo com uma modalidade, a curva ajustada para o dispositivo protetor de 20 amp resulta de uma equação na qual: Y = (A x 1010)XB Eq.5
[0057] onde A = 1,1877 e B = -5,437, e desta maneira Y = (1,1877 x 1010)X-5,437 Eq.6
[0058] Os coeficientes A e B podem ser determinados usando a curva conforme técnicas bem conhecidas para aqueles conhecedores da técnica.
[0059] De acordo com esta modalidade, o efeito de aquecimento incremental ΔI2t a ser adicionado para cada amostra é determinado como: ΔI2t = A/IB Eq.7
[0060] Como resultado, uma modalidade é empregada para permitir uma carga térmica máxima que mais proximamente corresponde à carga térmica máxima de classificação do dispositivo protetor de circuito ele próprio.
[0061] Referenciando a figura 5, um sistema elétrico 80 é esquematicamente ilustrado de acordo com uma modalidade. O sistema elétrico pode incluir um dispositivo protetor de circuito central 82 e uma pluralidade de dispositivos protetores de carga do circuito 84A - 84J onde os dispositivos protetores são fusíveis, disjuntores, relés ou qualquer combinação dos precedentes. Em uma versão, cada um dos dispositivos protetores de carga do circuito 84A - 84J são incluídos em um dos circuitos 1 10, respectivamente. Em uma modalidade, o sistema elétrico é incluído em um comutador de transferência que fornece energia aos dispositivos protetores da carga do circuito 84. Em algumas modalidades, o comutador de transferência é configurado para fornecer energia de qualquer uma de uma pluralidade de fontes de energia.
[0062] O sistema elétrico inclui um aparelho que inclui um controlador 30 e conjunto de circuitos sensores de corrente 28. Na modalidade ilustrada, o conjunto de circuitos sensores de corrente inclui uma pluralidade de sensores de corrente 85A - 85J que estão conectados ao controlador 30 pela fiação 86. Em uma modalidade, cada sensor de corrente 85A -85J sente corrente em um dos circuitos 1-10, respectivamente. Embora a fiação 86 seja esquematicamente representada como um único circuito, em várias modalidades, a fiação 86 inclui uma pluralidade de circuitos onde, por exemplo, cada circuito é conectado a um dos sensores de corrente 85A - 85J, respectivamente. Adicionalmente, um sensor de corrente também pode ser associado com o dispositivo protetor de circuito central 82. Em algumas modalidades, os sensores de corrente 85 podem ser integrados ao dispositivo protetor de circuito associado. Em uma modalidade alternativa, os sensores de corrente 85 não são parte do dispositivo protetor de circuito associado e o dispositivo protetor de circuito pode (por exemplo, um disjuntor) incluir outro sensor de corrente que é empregado com proteção de sobrecorrente integral incluído no dispositivo protetor de circuito.
[0063] Em várias modalidades, os dispositivos protetores de circuito 82, 84 podem incluir uma função de disparo controlada remotamente, uma função de fechamento controlada remotamente ou ambas como é bem conhecido por aqueles com conhecimentos comuns na técnica. Estas operações controladas remotamente permitem a abertura e fechamento do dispositivo protetor de circuito, respectivamente, no recebimento de um sinal de controle de um dispositivo (por exemplo, um elemento de controle elétrico ou eletrônico) que não é integrado ao dispositivo protetor de carga no circuito. O dispositivo pode ser incluído no equipamento (por exemplo, um recinto elétrico) que também aloja os dispositivos protetores de carga no circuito 84. Alternativamente, o dispositivo pode ser fisicamente remoto, por exemplo, em um recinto, sala ou prédio diferente.
[0064] De acordo com uma modalidade, o aparelho 20 geralmente opera como descrito no que diz respeito à modalidade ilustrada na figura 1. Isto é, o controlador 30 gera um sinal usado para isolar o dispositivo protetor 82, 84 antes da operação do dispositivo protetor em resposta a uma sobrecarga. De acordo com uma modalidade, os dispositivos protetores de circuito 82, 84 incluem uma função de disparo controlada remotamente e o controlador 30 é configurado para gerar sinais de disparo usados para isolar os circuitos 1-10, como descrito em grande detalhe abaixo.
[0065] Desta maneira, em uma modalidade, os dispositivos protetores de circuito 82, 84 são operados eletricamente. Ou seja, os dispositivos protetores de circuito 82, 84 são disjuntores ou relés que incluem pelo menos uma função de disparo remota. Adicionalmente, eles podem incluir uma função de fechamento remota.
[0066] Em uma modalidade alternativa, um ou mais dos dispositivos protetores de circuito 82, 84 é um fusível ou outro dispositivo protetor operado não-eletricamente e o aparelho 20 inclui um dispositivo isolador separado que é associado a cada um dos dispositivos protetores operados não-eletricamente, por exemplo, um dispositivo isolador (por exemplo, dispositivo isolador 32) como originalmente descrito com referência a figura 1. Desta maneira, em uma modalidade, um dispositivo isolador separado é empregado em combinação com cada dispositivo protetor de carga no circuito 84 para cada um dos circuitos 1-10.
[0067] Adicionalmente, embora os sensores de corrente sejam ilustrados como um elemento único, o conjunto de circuitos sensores de corrente 28 pode incluir uma pluralidade de sensores de corrente, por exemplo, um sensor para cada fase de um circuito polifásico (por exemplo, qualquer dos circuitos 1-10).
[0068] Em uma ou mais modalidades, um ou mais dos dispositivos protetores de carga no circuito 84 é eletricamente operado, por exemplo, disjuntores eletricamente operados. Em geral, de acordo com estas modalidades, o controlador 30 pode operar para abrir o dispositivo protetor de carga no circuito 84 em resposta a uma corrente detectada no circuito associado. Por exemplo, o controlador 30 pode operar o dispositivo protetor de carga no circuito 84C em resposta a uma corrente detectada no circuito 3 pelo sensor de corrente 85C.
[0069] De acordo com uma modalidade, o aparelho 20 opera para isolar um ou mais dos circuitos 1-10 baseado em uma carga agregada do sistema elétrico 80. Por exemplo, a capacidade de suporte de corrente total do sistema elétrico pode ser de 100 amps. Desta maneira, o dispositivo protetor de circuito central pode incluir uma corrente contínua nominal de classificação de 100 amps. As cargas individuais determinadas dos dispositivos protetores de circuito 84 agregadas, entretanto, podem exceder a corrente contínua nominal de classificação do dispositivo protetor de circuito central 82. Ou seja, onde os circuitos 1-10 cada um inclui uma corrente contínua nominal de classificação de 20 amps, a corrente contínua nominal de classificação agregada dos dispositivos protetores de carga no circuito é 200 amps, que é duas vezes a corrente contínua de classificação do sistema elétrico 80 e do dispositivo protetor de circuito central 82.
[0070] Em uma modalidade, por exemplo, o sistema elétrico 80 (por exemplo, incluído em um comutador de transferência) é determinado para alimentar um máximo de 100 amps de corrente contínua, os circuitos 1-10 estão cada um protegido por um fusível de 20 amp e são carregados com indicado na Tabela 1.
Tabela 1
[0071] De acordo com os dados acima, o circuito elétrico 80 está sobrecarregado. A sobrecarga pode ser sentida pelo dispositivo protetor de circuito central 82 o qual irá eventualmente isolar o sistema elétrico 80 em resposta a uma sobrecarga sustentada. Como geralmente é visto das curvas tempo-corrente incluídas na figura 2, por exemplo, o tempo de resposta do dispositivo protetor de circuito central 82 irá decrescer conforme a quantidade de sobrecarga aumentar. Embora a corrente total seja maior do que a corrente contínua máxima de classificação do sistema elétrico 80, o aparelho 20 pode ser configurado para seletivamente isolar um ou mais dos circuitos 1-10 para reduzir a corrente total para 100 amps ou menos (no exemplo, removendo a condição de sobrecarga) antes de o dispositivo protetor de circuito central 82 operar para isolar o sistema elétrico inteiro 80.
[0072] Em uma modalidade, o aparelho 20 geralmente emprega um método 70 (figura 6) que seleciona um ou mais circuitos para isolar. No método 70, em uma primeira ação 71, uma determinação é feita no que diz respeito à quando a corrente total excede um valor máximo. Se a saída da ação 71 for "Não", então o método 70 retorna para o ponto inicial. Se a saída da ação 71 for "Sim", então o método avança para a ação 72, em que a razão R da corrente total real para a corrente contínua máxima de classificação do sistema elétrico é determinada. A seguir, na ação 73, o método 70 avança determinando uma corrente nominal modificada de cada um dos circuitos 1-10 pela multiplicação da corrente medida pela razão R para cada circuito. O método avança para a ação 74 em que os circuitos (entre os circuitos 1-10) tendo uma corrente nominal modificada que é maior do que a corrente nominal de classificação do dispositivo protetor de carga no circuito protegendo o circuito são determinados. A seguir, na ação 75, o método avança determinando qual dos circuitos identificados pela ação precedente (se mais de um circuito for identificado) tem a corrente nominal modificada de classificação que mais excede a corrente nominal de classificação do dispositivo protetor incluído no circuito. A ação final 76 inclui isolar o circuito determinado na ação 75, e repetir as ações 71-75 até que a corrente total real não mais exceda a corrente contínua máxima de classificação do sistema elétrico.
[0073] Desta maneira para o exemplo fornecido pela Tabela 1, a razão da corrente total real para a corrente contínua máxima de classificação do sistema elétrico é determinada como: R = 132/100 = 1,32 Eq.8
[0074] Aplicando a razão R determinada na Equação 3 aos circuitos descritos na Tabela 1 resultam no seguinte: Tabela 2
[0075] Cada um dos circuitos 2, 4 e 7 tem uma corrente nominal modificada que excede a corrente nominal de classificação do dispositivo protetor de circuito correspondente. Adicionalmente, o circuito 2 tem uma corrente nominal modificada que mais excede a corrente nominal de classificação (no exemplo, 20 amps) do dispositivo protetor correspondente (no exemplo, dispositivo protetor 84B). De acordo com uma modalidade, o controlador 30 gera um sinal de saída que é comunicado ao dispositivo protetor de circuito 84B que então opera para isolar o circuito 2 para diminuir a carga total do sistema elétrico 80. Como resultado, a carga total é reduzida para 112 amps como ilustrado na Tabela 3 (desde que, é claro, a carga nos circuitos energizados remanescentes não tenha variado). Tabela 3
[0076] De acordo com uma modalidade, o controlador 30 continua o processo de avaliação da carga no sistema elétrico 80. Como um resultado da continuação da sobrecarga, a razão R é recalculada com a nova carga como segue: R = 112/100 = 1,12 Eq.9
[0077] Os novos valores da corrente nominal modificada podem então ser determinados pela multiplicação da corrente nominal dos circuitos pela nova razão. O resultado desta operação aparece na Tabela 4. Tabela 4
[0078] Usando estes novos valores calculados das correntes modificadas, cada um dos circuitos 4 e 7 continuam tendo uma corrente nominal modificada que excede a corrente nominal de classificação do dispositivo protetor de circuito correspondente. Aqui, o circuito 7 tem a corrente nominal modificada que mais excede a corrente nominal de classificação (no exemplo, 20 amps) do dispositivo protetor correspondente (no exemplo, dispositivo protetor 84G). De acordo com uma modalidade, o controlador 30 gera um sinal de saída que é comunicado ao dispositivo protetor de circuito 84G que então opera para isolar o circuito 7 para adicionalmente diminuir a carga total do sistema elétrico 80. Como resultado, a carga total é reduzida para 93 amps como ilustrado na Tabela 5.
Tabela 5
[0079] A Tabela 5 ilustra um resultado no qual o isolamento de dois dos circuitos incluídos no sistema elétrico 80 elimina a condição de sobrecarga. Notadamente, este resultado é obtido sem a operação do dispositivo protetor de circuito central 82. Assim sendo, oito dos 10 circuitos permanecem operacionais a despeito da sobrecarga momentânea. Este resultado é mais favorável quando comparado com o isolamento de todos os 10 circuitos pelo dispositivo protetor de circuitos central 82 onde nenhuma redução de carga tenha sido implantada.
[0080] Onde os dispositivos protetores de circuito 84 ou dispositivo isolador associado (por exemplo, no caso de um fusível ou um disjuntor operado manualmente) inclui uma operação de fechamento elétrica, os circuitos que foram desenergizados (no exemplo, os circuitos 2 e 7) podem ser remotamente reconectados a fonte de energia após um atraso adequado desde que a corrente total permaneça abaixo da corrente nominal de classificação do sistema elétrico 80. Em uma modalidade, a reconexão é executada automaticamente pelo aparelho 20. Naturalmente, o reinício/refechamento dos dispositivos protetores de carga no circuito e/ou dispositivos isoladores também pode ser realizado manualmente.
[0081] Em modalidades descritas acima uma razão linear simples é usada para "reduzir a capacidade" nas medições de corrente de circuitos individuais. Em outras modalidades, uma fórmula mais complexa baseada em R pode ser usada, por exemplo, o quadrado de R pode ser usado em alguns casos, particularmente onde uma abordagem de redução de corrente mais agressiva é desejada.
[0082] Embora a descrição precedente com referência a figura 5 ilustre um sistema elétrico (no exemplo, o sistema elétrico 80) que inclua o dispositivo protetor de circuito central 82, modalidades da invenção também podem ser efetivamente empregadas com sistemas elétricos que não incluem um dispositivo protetor de circuito central. Em geral, modalidades da invenção podem ser empregadas para isolar individualmente circuitos que podem de outra forma sobrecarregar o sistema elétrico, por exemplo, sem a sobrecarga ser detectada até a determinação térmica do sistema ser excedida.
[0083] Referindo-se à figura 10, uma modalidade de um sistema elétrico 90 incluindo um comutador de transferência 92 (por exemplo, um Comutador de Transferência Universal como manufaturado pela American Power Conversion Corporation de West Kingston, RI) é ilustrada. Exemplos de comutadores de transferência que podem ser usados com modalidades da presente invenção são descritos no Pedido de Patente N° de série U.S. 10/952.565, requerida em 28 de setembro de 2004, entitulado "System and Method for Allocating Power to Loads" para Paik e outros, o qual é aqui incorporado por referência. Em uma modalidade, o aparelho 20 é usado para proteger o comutador de transferência 92 de exceder sua capacidade térmica total. Na modalidade ilustrada, o comutador de transferência inclui um total de 10 circuitos incluindo os circuitos 1-9 que operam a 120 volts e circuito 10 que opera a 240 volts. Objetivando maior clareza, apenas o circuito 7 inclui os detalhes associados com o aparelho 20 embora qualquer ou todos os dez circuitos possam incluir o aparelho. Por exemplo, qualquer ou todos os circuitos podem incluir um dispositivo isolador 32 operável pelo controlador 30. Em algumas modalidades, um controlador único 30 é usado para uma pluralidade de circuitos enquanto em modalidades alternativas cada circuito é provido com um controlador dedicado.
[0084] Na modalidade ilustrada um fusível separado fornece proteção de sobrecorrente para cada circuito, entretanto, um dispositivo protetor de circuito central não é empregado. Como descrito acima, a capacidade térmica do comutador de transferência 92 pode ser excedida sem detecção devido à carga agregada dos circuitos 1-10 nesta situação. Desta maneira, o aparelho 20 pode ser empregado para operar seletivamente um ou mais dispositivos isoladores 32 para reduzir a carga conectada quando o controlador 30 sente que a carga agregada do comutador de transferência 92 excedeu a carga térmica máxima determinada do comutador. Como descrito acima, o aparelho 20 pode ser empregado para reconectar qualquer circuito que seja isolado seguindo um período predeterminado no qual a carga agregada do comutador de transferência 92 seja menor do que a carga térmica máxima determinada do comutador.
[0085] As abordagens descritas acima podem, em várias modalidades, fornecer um esquema de redução de carga que protege um ou mais circuitos críticos de serem desligados desnecessariamente. Assim sendo, os circuitos 1-10 podem ser priorizados tal que o isolamento dos circuitos de menor prioridade ocorre antes dos de maior prioridade mesmo onde os circuitos de maior prioridade têm uma diferença maior entre suas correntes nominais modificadas e as correntes nominais de classificação. Esta abordagem pode reduzir substancialmente o tempo de paralisação para cargas críticas. Em pelo menos uma modalidade, as abordagens descritas aqui podem ser usadas para continuar a fornecer energia para cargas retardáveis enquanto energizando cargas não retardáveis como descrito no Pedido de Patente N° US 10/952.565 debatido acima.
[0086] A corrente suportada em um circuito elétrico geralmente pode variar amplamente desde a corrente contínua nominal ou abaixo dela (por exemplo, 15 ou 20 amps em uma residência), até níveis de corrente de sobrecarga que podem ser 2 ou 3 vezes a corrente nominal a até as correntes de curto-circuito que podem ser dezenas ou centenas de vezes maiores do que a corrente nominal. Desta maneira, os dispositivos protetores de sobrecorrente deveriam ser responsivos a uma ampla faixa de corrente.
[0087] Como mencionado acima, o conjunto de circuitos sensores de corrente empregado com dispositivos protetores de sobrecorrente frequentemente empregam um sensor de corrente que alimenta um sinal de saída correspondendo a uma corrente detectada para um ADC. O ADC é empregado para converter o sinal de saída analógico do conjunto de circuitos sensores de corrente para um formato de sinal digital para processamento de sinal adicional por um circuito digital. Por exemplo, o controlador 30 ilustrado na figura 1 pode incluir um ADC acoplado à entrada 38. A precisão e faixa do ADC são limitadas, entretanto, pelo tamanho do ADC (por exemplo, o número de bits incluídos no conversor) e a resolução selecionada do ADC.
[0088] Em um exemplo, um ADC inclui 8 bits, e desta maneira, tem uma faixa dinâmica de 256 a 1. Em geral, a resolução do ADC é determinada pelo número de bits (por exemplo, 8) e o valor da corrente representado pelo número de 8 bits máximo (neste caso, 28 - 1 = 255). Assim, onde o valor máximo fornecido por um ADC de 8bits (neste caso, 255) representa 100 amps, a resolução do ADC é 100/256 = 0,39 amps. Em uma abordagem alternativa, a resolução desejada é inicialmente determinada e o valor da corrente representado pelo valor máximo do ADC é então calculado. Por exemplo, onde cada bit representa 0,1 amps, a corrente máxima que pode ser representada com precisão pelo ADC é 0,1 x 255 = 25,5 amps. Alternativamente, um ADC de 16 bits pode ser empregado para aumentar a faixa dinâmica com a mesma resolução. Sendo assim, a 0,1 amps por bit, uma corrente máxima de 0,1 x 65.536 = 6553,6 é a maior corrente que pode ser representada com precisão.
[0089] As limitações acima nos ADCs empregados com conjuntos de circuitos sensores de corrente pode resultar em imprecisões nas medições de corrente, e desta maneira, em imprecisões na proteção de sobrecorrente empregada com os ADCs. Em particular, correntes acima da corrente máxima que é representada com precisão pelo ADC podem ser "cortadas". Por exemplo, para um ADC de 8 bits com um bit menos significativo representando 0,39 amps, o mesmo valor digital (correspondendo a 100 amps) irá representar cada amostra onde a corrente detectada for igual ou acima de 100 amps. Desta maneira, cada amostra onde a corrente analógica é maior do que 100 amps será representada sem precisão. De forma similar, para uma ADC de 16 bits com o bit menos significativo representando 0,1 amps, o mesmo valor digital (isto é, contagem) irá representar cada amostra onde a corrente detectada for igual ou acima de 6553,6 amps.
[0090] A situação acima é ilustrada nas figuras 7-9. Estas figuras ilustram modalidades incluindo uma forma de onda de corrente analógica e uma segunda forma de onda compreendida de um conjunto correspondendo a amostras digitais de uma versão retificada da onda completa da forma de onda de corrente analógica. Em uma modalidade, as figuras 7-9 são cada uma associada com um sistema tendo um circuito incluindo um fusível de 20 amp, e um ADC que é de 8 bits a 0,34 amps por bit. A corrente máxima de pico que é sentida com precisão por este sistema ilustrativo é 86,7 amps que corresponde a aproximadamente 60 amps RMS. Adicionalmente, a segunda forma de onda é baseada na forma de onda de corrente analógica sendo amostrada sessenta e quatro vezes cada período.
[0091] Cada uma das figuras 7 a 9 inclui um eixo horizontal correspondendo ao intervalo da amostra digital, um primeiro eixo vertical correspondendo a corrente instantânea em ampères e um segundo eixo vertical correspondendo a um contador gerado pelo ADC. Referenciando a figura 7, uma plotagem de forma de onda 100 inclui uma forma de onda de corrente analógica 102 e um conjunto de amostras digitais 104 que correspondem a uma saída do ADC para a forma de onda de corrente analógica 102. Na figura 7, a corrente analógica sentida é 20 amps RMS ou aproximadamente 28 amps no pico. Devido ao valor desta corrente ser menor do que a corrente máxima que pode ser representada com precisão pela saída do ADC, o conjunto de amostras digitais 104 não inclui qualquer corte e a corrente analógica é representada com precisão pelo conjunto de amostras digitais 104.
[0092] Referindo-se à figura 8, uma plotagem de forma de onda 106 ilustra uma forma de onda de corrente analógica 108 e um conjunto de amostras digitais 110 que corresponde a uma saída do ADC para a forma de onda de corrente analógica 108. Neste exemplo, a corrente analógica sentida é 70 amps RMS ou aproximadamente 99 amps de pico. Onde o circuito é determinado para 20 amp de corrente contínuos, a corrente de 70 amp RMS representa uma sobrecarga. Aqui a forma de onda digital 110 é "cortada" porque a corrente detectada é maior do que a corrente máxima que pode ser representada com precisão pela saída do ADC. Neste exemplo, a forma de onda digital 110 inclui onze amostras consecutivas (centralizadas ao redor de cada pico) para as quais a forma de onda digital tem o mesmo valor. Isto é cada uma destas amostras tem uma contagem idêntica. Como descrito acima, este resultado ocorre porque cada uma das onze amostras consecutivas representa uma porção da forma de onda de corrente analógica onde a corrente é igual ou acima da corrente máxima que pode ser representada com precisão pela saída do ADC (neste exemplo, 60 amps RMS). Como é descrito em detalhes abaixo, modalidades da invenção, fornecem sensores de corrente melhorados para sobrecargas que incluem uma corrente máxima que é maior do que a corrente que pode ser representada com precisão pela saída do ADC.
[0093] De maneira similar, a figura 9 ilustra uma plotagem de forma de onda 112 com uma forma de onda de corrente analógica 114 e uma forma de onda digital 116 que corresponde a uma saída do ADC para a forma de onda de corrente analógica 114. Neste exemplo, a corrente analógica sentida é 500 amps RMS ou aproximadamente 707 amps de pico. Este nível de corrente (isto é, 25 vezes a corrente nominal de classificação do circuito) tem uma magnitude que é associada com um curto-circuito. Devido a magnitude da corrente ser maior do que a corrente máxima que pode ser representada com precisão pela saída do ADC, aqui também, a forma de onda digital 110 é "cortada". Adicionalmente, devido à magnitude ser muito maior, o corte ocorre ao longo da maior parte do período da forma de onda de corrente analógica 114. Especificamente, o corte começa dentro de duas amostras do zero cruzando a forma de onda de corrente analógica.
[0094] Em várias modalidades, o aparelho 20 pode empregar uma abordagem na qual a ocorrência e duração dos valores "cortados" é detectada e então usada para determinar a severidade de uma sobrecorrente associada. Tal abordagem é particularmente útil em sistemas AC onde o cruzamento do zero fornece uma referência disponível que pode ser empregada quando se avalia quando e por quanto tempo a saída do ADC está no valor máximo (isto é, "cortada"). Em pelo menos uma modalidade, para contabilizar as imprecisões potenciais do ADC, qualquer leitura dentro de algumas contagens de máxima leitura pode ser considerada como sendo "cortada" e incluída na região "cortada".
[0095] De acordo com uma modalidade, o controlador 30 inclui um processador e uma memória. Adicionalmente para esta modalidade, as abordagens descritas acima podem ser implantadas por um ou mais algorítmicos armazenados na memória que é executada pelo processador incluído no controlador 30.
[0096] Tendo assim descrito vários aspectos de pelo menos uma modalidade desta invenção, pode-se avaliar que várias alterações, modificações, e otimizações irão prontamente ocorrer a aqueles com conhecimento na técnica. Entende-se que tais alterações, modificações, e otimizações fazem parte desta revelação, e são entendidas como estando dentro do espírito e escopo da invenção. Desta maneira, as descrições e desenhos anteriores têm a intenção apenas de exemplificar.
Claims (10)
1. Aparelho compreendendo: um dispositivo protetor de circuito (24) localizado em um circuito elétrico (18), o dispositivo protetor de circuito (24) possuindo uma curva característica tempo-corrente; um sensor de corrente (36) configurado para detectar uma corrente no dispositivo protetor de circuito (24) e gerar um sinal correspondendo à corrente detectada; um controlador (30) que recebe o sinal correspondendo à corrente detectada, o controlador (30) configurado para determinar uma carga térmica acumulada do dispositivo protetor de circuito (24) em um ponto selecionado na curva característica tempo-corrente, a carga térmica acumulada com base tanto na corrente selecionada como em uma quantidade de vezes que o dispositivo protetor de circuito (24) é qualificado para suportar a corrente selecionada: um dispositivo isolador (32) localizado em série com o dispositivo protetor de circuito (24) e configurado para seletivamente isolar o dispositivo protetor de circuito (24), em que se ativa o dispositivo isolador e se interrompe a corrente quando a carga térmica estimada do dispositivo protetor de circuito (24) é pelo menos igual à carga térmica acumulada; em que o dispositivo protetor de circuito (24) é configurado para abrir o circuito elétrico (18) independente do dispositivo isolador (32) em resposta a uma condição de sobrecorrente no circuito elétrico (18) conforme determinada pela curva característica tempo-corrente; caracterizado pelo fato de que o controlador é ainda configurado para determinar uma carga térmica estimada do dispositivo protetor de circuito (24), e para valores de corrente menores do que a primeira corrente e maiores do que uma classificação nominal do dispositivo protetor de circuito (24); em que a carga térmica acumulada é aplicada pelo controlador (30) como uma carga térmica máxima do dispositivo protetor de circuito para valores de corrente menores do que a primeira corrente e maiores do que a classificação nominal do dispositivo protetor de circuito (24).
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo protetor de circuito (24) é um fusível.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a carga térmica acumulada é estabelecida com base em um tempo médio de derretimento do fusível.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a carga térmica acumulada do dispositivo protetor de circuito (24) é menor do que uma carga térmica suficiente para operar o dispositivo protetor de circuito (24) para valores de corrente menores do que a corrente selecionada.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a carga térmica acumulada é determinada com base em um efeito de aquecimento de corrente suportada pelo dispositivo protetor de circuito (24) na corrente selecionada.
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que para valores de corrente menores do que a corrente selecionada a carga térmica acumulada do dispositivo protetor de circuito (24) é menor do que uma carga térmica máxima proporcionada a partir da curva característica tempo-corrente.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que para valores de corrente menores do que a corrente selecionada o efeito de aquecimento da corrente é comparado com uma aproximação de uma característica tempo- corrente do dispositivo protetor de circuito (24).
8. Método para proteger um dispositivo protetor de circuito (24) com um aparelho (20) que inclui um dispositivo isolador (32) localizado em série com o dispositivo protetor de circuito (24) em um circuito elétrico (18), o dispositivo protetor de circuito (24) possuindo uma característica térmica proporcionada por uma curva característica tempo-corrente, o método compreendendo: detectar uma corrente no dispositivo protetor de circuito; gerar um sinal correspondendo à corrente detectada; determinar uma carga térmica acumulada do dispositivo protetor de circuito (24) em um ponto único na curva característica tempo-corrente, o ponto único correspondendo a uma corrente selecionada, a carga térmica acumulada com base tanto na corrente selecionada como em uma quantidade de vezes que o dispositivo protetor de circuito (24) é qualificado para suportar a corrente selecionada; interromper a corrente ao ativar o dispositivo isolador (32) para abrir o circuito elétrico (18) quando a carga térmica estimada do dispositivo protetor de circuito (24) é pelo menos igual à carga térmica máxima; e operar o dispositivo protetor de circuito (24) para abrir o circuito elétrico (18) independente do aparelho (20) em resposta a uma sobrecorrente no circuito elétrico (18) conforme determinada pela curva característica tempo-corrente; o método caracterizado pelo fato de que ainda compreende: determinar uma carga térmica estimada do dispositivo protetor de circuito (24) com base pelo menos em parte na corrente detectada pelo dispositivo protetor de circuito (24); e aplicar a carga térmica acumulada como uma carga térmica máxima do dispositivo protetor de circuito (24) para valores de corrente menores do que a corrente selecionada e maiores do que a classificação de corrente nominal do dispositivo protetor de circuito (24).
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a carga térmica acumulada corresponde substancialmente a um tempo médio de derretimento do dispositivo protetor de circuito (24) na corrente selecionada.
10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda compreende determinar a carga térmica acumulada com base em um efeito de aquecimento de corrente suportada pelo dispositivo protetor de circuito.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
| B09B | Patent application refused [chapter 9.2 patent gazette] | ||
| B12B | Appeal against refusal [chapter 12.2 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 03/01/2008, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. PATENTE CONCEDIDA CONFORME ADI 5.529/DF, QUE DETERMINA A ALTERACAO DO PRAZO DE CONCESSAO. |
|
| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: SCHNEIDER ELECTRIC IT CORPORATION (US) |
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| B25G | Requested change of headquarter approved |
Owner name: SCHNEIDER ELECTRIC IT CORPORATION (US) |