MX2010010533A - Dispositivo, sistema y metodo para autodiagnostico automatico de un interruptor de falla a tierra. - Google Patents
Dispositivo, sistema y metodo para autodiagnostico automatico de un interruptor de falla a tierra.Info
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Abstract
Se proporciona un circuito de autodiagnóstico que incluye un circuito de señal adaptado para generar periódicamente una señal inhibidora de circuito para inhibir una señal de interrupción desde un detector de falla a tierra. El circuito de señal también se adapta para generar periódicamente una señal de prueba que simula una falla a tierra. El circuito de autodetección también incluye un circuito de alarma adaptado para recibir una señal de salida del detector de falla a tierra en respuesta a detectar la falla a tierra, y adaptado para generar una alarma cuando el detector de falla a tierra no está funcionando. El circuito de señal se puede adaptar adicionalmente para generar periódicamente una segunda señal de prueba que simula una condición neutra a tierra. También se proporciona un método y sistema de interruptor de circuito de falla a tierra.
Description
DISPOSITIVO, SISTEMA Y MÉTODO PARA AUTODIAGNÓSTICO AUTOMÁTICO DE UN INTERRUPTOR DE FALLA A TIERRA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona con sistemas cortacircuitos. En particular, la presente invención proporciona una función de autodiagnóstico automático para un circuito interruptor de falla a tierra.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Actualmente los cortacircuitos de interruptor de circuito de falla a tierra (GFCI) residenciales se basan en el accionamiento de un botón pulsador "Presione para Probar" por un propietario para verificar la operación apropiada del circuito de detección de falla a tierra. Durante la vida de este cortacircuitos, diversas fuentes de esfuerzo eléctrico (por ejemplo, fallos, perturbaciones de lineas, etc.) pueden hacer que este circuito no funcione. Desafortunadamente, el propietario no puede presionar habitualmente el mencionado botón pulsador "Presione para Probar" durante este periodo no operante, y por lo tanto no puede reconocer la falla del ci rcuito .
Los cortacircuitos GFCI residenciales actuales no proporcionan una función vigilancia interna que detecte las
fallas de los componentes del circuito principal, y se han observado en el campo cortacircuitos GFCI que no funcionan. El botón pulsador manual "Presione para Probar" no se considera como una prueba funcional a prueba de fallas, ya que muchos propietarios no suelen realizar esta prueba manual .
Los cortacircuitos GFCI residenciales típicos pueden ser inoperables debido a fallas de circuito ocasionadas por o debido a sobrecargas momentáneas ambientales, componentes defectuosos y problemas de fabricación. Estos cortacircuitos GFCI continuarán proporcionando energía de derivación, pero sin capacidad de interrupción por falla a tierra.
La figura 1 muestra un interruptor de circuito de falla a tierra convencional. En la figura 1, el elemento 100 representa un detector de falla a tierra, que puede estar en un circuito integrado, y específicamente puede ser un Interruptor de Falla a Tierra de Baja Potencia Fairchild RV 4141A. El detector de falla a tierra fin se acopla eléctricamente al transformador 120, que está dispuesto para medir una falla a tierra que surge en un circuito'. El circuito puede ser cualquier elemento doméstico, por ejemplo, un secador para el cabello o puede ser cualquier otro dispositivo eléctrico apropiado. La línea 170 representa una línea de carga viva, y la línea 180 representa una línea de
carga neutra. Las líneas 170 y 180 pasan a través de un transformador 120. La línea 180 es continua con la línea 185 que es una línea neutra, y la línea 170 es continua con la línea 175, que es una línea viva conmutada. Cuando existe una situación de falla a tierra en la carga, una diferencia de corriente entre las líneas 170 y 180 excede un umbral mínimo. Esta diferencia de corriente entre las líneas 170 y la línea 180 inducen al transformador 180 a generar una señal que produce que el detector de falla a tierra 100 emita una señal de ruptura. La señal de ruptura hace que el solenoide 130 active un listón 140 que produce una interrupción para cortar el circuito. Alternativamente, el solenoide 140 puede operar sacar una armadura directamente o indirectamente a través de otro dispositivo disparador. La señal de ruptura del detector de falla a tierra 100 enciende un rectificador de control de silicio 150 (también denominado aquí como SCR150).
En la figura 1, se forma un suministro de energía mediante el solenoide 130, el puente 135, y otros elementos discretos dentro del detector 100. El detector de falla a tierra 100 amplifica efectivamente la diferencia de corriente eléctrica en cables neutros y vivos que pasan a través del transformador 120 (también denominado aquí como un toroide diferencial) y compara la diferencia de corriente eléctrica con un umbral predeterminado. Cuando se detecta una
diferencia excesiva (por ejemplo, 5 ma ) , el detector de falla a tierra 100 genera una señal positiva que siente que se aplica a la puerta del FCR150. Esto hará que se dispare el FCR150, forzando una corriente de accionamiento para que fluya hacia el solenoide 130. A su vez, el pistón 140 golpeará una palanca mecánica apropiada haciendo que se dispare el cortacircuitos.
Un circuito detector de falla a tierra convencional también incluye un botón de presiones para prueba 110 (también denominado aqui como un botón Presione para Probar, o botón PTT), que sirve como una función de autodetección manual. El botón presione para prueba 110 en la figura 1 opera para probar el detector de falla a tierra 100, al crear un desbalance de corriente a través del transformador 120 qüe produce una señal de diferencia de corriente de falla a tierra para ser enviada al detector de falla a tierra 100. Asi, el accionamiento del botón PTT produce un desbalance real de corriente al pasar corriente adicional a través del transformador 120 utilizando elementos discretos 111, 112, 113 y 114 dispuestos en serie y el cable 115, sin regresar la corriente a través del transformador 120. El detector de falla a tierra 100 detecta este desbalance y dispara el FCR150, produciendo asi una condición de disparo del cortacircuitos. En esta situación, el solenoide 130 activaría
el pistón 140 que produce una ruptura en el circuito. El usuario que ha presionado el botón de prueba 110 para probar el circuito detector de falla a tierra es consciente de la interrupción del circuito al ver el salto del interruptor, y por lo tanto es capaz de confirmar la operación del detector de falla a tierra 100. El usuario también es capaz de reestablecer el circuito al reestablecer el cortacircuito manualmente de tal manera que es posible la operación continua del dispositivo eléctrico en carga. Aunque las instrucciones de instalación del cortacircuitos le piden al propietario presionar el botón PTT 110 periódicamente, realmente se hace rara vez. Así, las fallas en el circuito GFCI pueden hacer inoperable al circuito sin previo aviso al propietario .
La figura 1 también incluye un segundo transformador 160 que se adapta para determinar si existe una condición de falla que no crea una suficiente diferencia de corriente en el transformador 120 para alcanzar el umbral para hacer el detector de falla a tierra 100 detecte una falla. La señal acoplada del segundo transformador 160 al transformador 120 proporciona un bucle de retroalimentación positivo alrededor de un amplificador operacional (también denominado aquí como un amplificador de detección) en la realización RV4141 del detector de falla a tierra 100. Por lo tanto, cuando existe
un corto neutro a tierra (también denominado aquí como una falla neutra a tierra), en amplificador detector (utilizado para procesar el desbalance de corriente del transformador 120) se convierte en un circuito oscilador. Se detecta una corriente de falla a tierra mediante el transformador 120 y se amplifica por el amplificador detector. Un segundo transformador 160 y el transformador 120 se llegan a acoplar mutuamente, produciendo un bucle de retroalimentación positivo alrededor del amplificador de detección. El bucle de retroalimentación creado nuevo origina que el amplificador de detección oscile ¦ a una frecuencia determinado mediante una inductancia secundaria de un segundo transformador 160 y capacitor 161. Esta frecuencia de oscilación puede ser de aproximadamente 8 kHz.
El circuito de la figura 1 también incluye varios diodos, receptores y capacitores dispuestos en una forma que permiten al circuito funcionar apropiadamente. Los valores de los receptores y capacitores, y la disposición de todos los elementos es convencional, y la disposición precisa puede ser determinada por una persona medianamente versada en la técnica sin la debida experimentación.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La invención proporciona un diagnóstico automático GFCI (también denominado aquí como un GAST ) , que proporciona una función de alarma y monitoreo interno independiente, automático, que verificará la operación apropiada del interruptor de circuito de falla a tierra (GFCI). El circuito GAST se puede agregar a diseños GFCI nuevos y existentes en una configuración de anfitrión de receptáculo o cortacircuitos. El GAST supera los problemas de la técnica anterior al probar automática e independientemente la función GFCI del dispositivo sobre una base periódica. El GAST formará mediante una alarma visual o auditiva o ambas al propietario sobre una falla de prueba, es decir, avisa al propietario en caso de una falla que responda a una falla a tierra. El GAST se puede agregar a productos de interrupción de circuito de falla a tierra (GFCI) nuevos o existentes con el fin de incluir una función de autodiagnostico automática.
Se proporciona un circuito autodetector que incluye un circuito de señal adaptado para generar periódicamente una señal inhibidora de circuito para inhibir una señal de ruptura de un detector de falla a tierra. El circuito de señal también se adapta para generar periódicamente una señal de prueba que simula una falla a tierra. El circuito autodetector también incluye un circuito de alarma adaptado
para recibir una salida del detector de falla a tierra en respuesta de la detección de la falla a tierra, y adaptado para generar una alarma cuando el detector de falla a tierra no está funcionando.
En el circuito autodetector , la señal inhibidora de circuito y la señal de prueba se pueden adaptar al ciclo en un primer periodo, y la señal inhibidora de circuito se puede generar por lo menos cuando se genera la señal de prueba. En el circuito de autodetección, el circuito de señal se puede adaptar adicionalmente para generar periódicamente una segunda señal de prueba que simular una condición neutra a tierra, y la señal de prueba y la segunda señal de prueba pueden ser señales alternas empalmadas desde una señal de prueba maestra. La señal inhibidora de circuito y la señal de prueba maestra pueden ser adaptadas en ciclo en un primer periodo, y la señal inhibidora de circuitos puede ser generada por lo menos cuando se generan la señal de prueba y la segunda señal de prueba.
En el circuito autodetector, la señal generada puede ser recibida desde el detector de falla a tierra en respuesta a la segunda señal de prueba en donde el detector de falla a tierra está funcionando. El circuito autodetector puede incluir un transformador acoplado eléctricamente al detector de falla a tierra y adaptado para medir la falla a tierra de
un circuito objeto al comparar una corriente de linea neutra y una corriente de linea de carga del circuito objeto. El detector de falla a tierra puede incluir un circuito oscilador acoplado a un circuito de prueba, y un segundo transformador se puede acoplar eléctricamente por el circuito de prueba al detector de falla a tierra para completar el circuito oscilador. El segundo transformador se puede adaptar para medir una condición neutra a tierra del circuito objeto al comparar el circuito objeto y el circuito de prueba para la señal de oscilación.
En el circuito de autodetección, la señal generada puede ser recibida del detector de falla a tierra en respuesta a la falla a tierra cuando el detector de falla a tierra está funcionando .
En el circuito autodetecto , el circuito de alarma puede incluir un circuito detector acoplado eléctricamente al detector de falla a tierra y un circuito monoestable redisparable acoplado eléctricamente al circuito detector, y el circuito monoestable redisparable puede contener un voltaje que aumenta hasta que se recibe la señal por el circuito detector. El voltaje contenido en el circuito monoestable redisparable puede incrementar a una velocidad predeterminada de tal manera que este le toma un segundo periodo alcanzar un voltaje predeterminado desde cuando se
recibe la señal generada por el circuito detector, el segundo periodo es mayor que el primer periodo de la señal de prueba. Una alarma generada del circuito monoestable redisparable puede ser baja a menos que el voltaje exceda el voltaje predeterminado, y el circuito de alarma puede incluir una alarma adaptada para recibir la alarma generada del circuito monoestable redisparable y adaptada para activarse cuando la alarma generada es alta.
En el circuito autodetector , se puede acoplar eléctricamente un circuito interruptor al detector de falla a tierra y adaptado para recibir la señal de ruptura desde el detector de falla a tierra cuando el detector de falla a tierra detecta una falla a tierra de un circuito y la señal inhibidora de circuito no se genera desde el circuito de señal. El interruptor de circuito puede incluir un solenoide para recibir una señal de interrupción, y el solenoide se puede adaptar para interrumpir el circuito.
También se proporciona un sistema de interruptor de circuito de falla a tierra que incluye un detector de falla a tierra y un circuito de señal acoplados eléctricamente ai detector de falla a tierra y para generar una señal inhibidora de circuito para inhibir una señal de interrupción del detector de falla a tierra. El circuito de señal también genera una señal de prueba al detector de falla a tierra. El
sistema también incluye un circuito de alarma acoplado eléctricamente al detector de falla a tierra y para recibir una señal de salida del detector de señal a tierra en respuesta a la señal de prueba.
En el sistema interruptor de circuito de falla a tierra, el circuito de señal puede incluir un oscilador, la señal inhibidora de circuito puede ser una onda cuadrada que tiene una primera longitud y un primer periodo, y la señal de prueba puede ser una onda cuadrada adicional que tiene una segunda longitud y el primer periodo. La primera longitud puede ser igual a o mayor que la segunda longitud, y la señal inhibidora de circuito y la señal de prueba se pueden sincronizar de tal manera que durante un tiempo completo que genera la señal de prueba, también se genera la señal inhibidora de circuito.
En el sistema de interruptor de circuito de falla a tierra, el circuito de señal se puede adaptar adicionalmente para generar periódicamente una segunda señal de prueba que simular una condición neutra a tierra, y la señal de prueba y la segunda señal de prueba pueden ser señales alternas empalmadas desde una señal de prueba maestra. La señal inhibidora de circuito y la señal de prueba maestra se pueden adaptar ambas al ciclo en un primer periodo, y la señal inhibidora de circuito puede ser generada por lo menos cuando
la señal de prueba y la segunda señal de prueba se generan.
En el sistema de interruptor de circuito de falla a tierra, se puede recibir la señal generada del detector de falla a tierra en respuesta a la segunda señal de prueba cuando el detector de falla a tierra está funcionando.
El sistema interruptor de circuito de falla a tierra puede incluir un transformador acoplado eléctricamente al detector de falla a tierra y para medir una falla a tierra de un circuito al comparar una corriente de línea neutra y una corriente de línea de carga del circuito. El detector de falla a tierra puede incluir un circuito oscilador acoplado a un circuito de prueba, y un segundo transformador acoplado eléctricamente mediante el circuito de prueba al detector de falla a tierra para completar el circuito oscilador. El segundo transformador se puede adaptar para medir una condición neutra a tierra del circuito objeto al compara el circuito ob eto y el circuito de prueba para la señal de oscilación .
En el sistema interruptor del circuito de falla a tierra, el circuito de alarma puede no recibir la señal generada del detector de falla a tierra en respuesta a la señal de prueba cuando el detector de falla a tierra no está funcionando.
En el sistema interruptor de circuito de falla a tierra,
el circuito de alarma puede incluir un circuito detector acoplado eléctricamente al detector de falla a tierra y un circuito monoestable redisparable eléctricamente acoplado al circuito detector. El circuito monoestable redisparable puede contener un voltaje que aumenta hasta que se recibe la señal generada por el circuito detector. El voltaje contenido en el circuito monoestable redisparable puede incrementarse en un índice predeterminado de tal manera que le toma un segundo periodo alcanzar un voltaje predeterminado desde cuando se recibe la señal generada por el circuito detector, el segundo periodo es mayor que un primer periodo de la señal de prueba. Una alarma generada del circuito monoestable redisparable puede ser ba a a menos que el voltaje exceda el voltaje predeterminado, y el circuito de alarma puede incluir una alarma adaptada para recibir la alarma generada del circuito monoestable redisparable y adaptada para' activarse cuando la alarma generada es alta.
El sistema interruptor de circuito de falla a tierra puede incluir un interruptor de circuito acoplado eléctricamente al detector de falla a tierra y para recibir la señal de interrupción del detector de falla a tierra cuando el detector de falla a tierra detecta una falla a tierra de un circuito y no se genera la señal inhibidora de circuito del circuito de señal. El interruptor de circuito
puede incluir un solenoide para recibir la señal de ruptura, cuando el solenoide se adapta para interrumpir el circuito.
Se proporciona un método que incluye generar periódicamente una señal inhibidora de circuito a un detector de falla a tierra para inhibir una señal de interrupción del detector de falla a tierra. La señal inhibidora de circuito se genera en un primer periodo. El método también incluye generar una señal de prueba al detector de falla a tierra solo si se genera la señal inhibidora de circuito. La señal de prueba detecta el detector de falla a tierra. El método también incluye recibir del detector de falla a tierra una señal' generada en respuesta a la señal de prueba cuando el detector de falla a tierra está funcionando, y activar una alarma si la señal generada no se recibe después de un segundo periodo mayor que el primer periodo.
El método puede incluir generar una segunda señal de prueba al detector de falla a tierra solo si se genera la señal inhibidora de circuito, y se aplica una oscilación a un circuito de prueba en respuesta a la segunda señal de prueba. El método también puede incluir comparar un circuito objeto y el circuito de prueba para la señal de oscilación mediante el detector de falla a tierra, y recibir del detector de falla a tierra la señal generada si la comparación indica una condición neutra a tierra.
Estas y otras ventajas de la invención serán evidentes para aquellos medianamente versados en la técnica mediante referencia a la siguiente descripción detallada y los dibujos acompañantes .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 ilustra un circuito interruptor de falla a tierra convencional;
La figura 2 ilustra el circuito interruptor de falla a tierra de la figura 1 con un dibujo esquemático de una realización de ejemplo del circuito autodetector (GAST) automático GFCI;
La figura 3 ilustra un circuito interruptor de falla a tierra de la figura 1 con un dibujo esquemático de otra realización de ejemplo del circuito autodetector automático (GAST) GFCI;
La figura 4 ilustra el circuito de interruptor de falla a tierra de la figura 1 con un dibujo esquemático de una realización tricomparadora del circuito de autodetección automático (GAST) GFCI;
La figura 5 ilustra formas de ondas temporales de la señal de prueba y señales inhibidoras de circuito;
La figura 6 ilustra formas de onda temporales de un circuito detector y un circuito monoestable redisparable;
La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un
método de ejemplo de acuerdo con la presente invención;
La figura 8 ilustra un circuito interruptor de falla a tierra de la figura 1 con un dibujo esquemático de otra realización de ejemplo de circuito autodetector automático (GAST) GFCI que incluye una prueba automática para un corto neutro a tierra;
La figura 9 ilustra formas de onda temporales de la señal de prueba empalmada en una primera prueba de señal para probar el GAST y una segunda señal de prueba para probar el indicador de falla neutra a tierra, junto con una señal inhibidora de circuito.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCION
La presente invención proporciona una función de autodetección automática para un producto cortacircuitos GFCI residencial. Un circuito completamente independiente (GAST) genera automáticamente una señal de falla a tierra periódica actual para el circuito GFCI. El GFCI debe responder a una señal de disparo correcta con el fin de evitar el accionamiento continuo de una alarma visual o audible. La autodetección automático GFCI (GAST) no hará que ocurra una condición de disparo del cortacircuitos actual.
La presente invención de un GAST verifica automáticamente la funcionalidad del circuito de detección de
falla a tierra y emite una indicación visual, auditiva, o ambas, u otra indicación apropiada. El GAST se implementa como un circuito de vigilancia independiente que genera periódica y automáticamente una señal de error de falla a tierra real (idéntica al accionamiento PTT) y/o simula una condición neutra a tierra. El circuito GAST también desactiva el disparo SCR150 durante la secuencia de autodetección . Esto evita cualquier condición de disparo durante la autodetección automática. A menos que el circuito GFCI responda con una señal de disparo válida (también denominada aquí como señal de interrupción o señal generada), el GAST provocará independientemente una indicación auditiva, visual, o ambas u otra indicación. La secuencia de autodetección automática se configura para, pero no se limita a, una frecuencia de tres veces por minuto.
La figura 2 es una versión de ejemplo de la implementación GAST que muestra los bloques funcionales generales del GAST. La figura 2 ilustra el GAST 200 (también denominado aquí como circuito de autodetección automático 200 GFCI) acoplado eléctricamente al circuito GFCI. La implementación GAST se puede configurar a partir de elementos discretos, elementos funcionales lineales, o un microprocesador soportado por elementos discretos. La figura 2 incluye el interruptor de circuito de falla a tierra
convencional que incluye el detector de falla a tierra 100. El GAST 200 incluye el circuito de señal 210 y un circuito de alarma 220. El circuito de señal 210 tiene dos salidas, una primera salida en la línea 230 conecta a una salida de botón de presione para prueba 110. Una segunda salida de circuito de señal 210 está en linea 240 y se acopla eléctricamente a una puerta del FCR 150. La línea 250 se conecta a una salida de un detector de falla a tierra 100. El circuito de alarma 220 recibe una entrada del GAFT 200 en la línea 250.
La figura 3 ilustra el circuito mostrado en la figura 2 con detalles estructurales adicionales de los bloques funcionales básicos, a saber, suministro de energía 300, multivibrador estable 310, detector de respuesta GSCI 350, circuito monoestable redisparable 360, citador 370, alarma audible 390 y alarma visual 380. La figura 3 incluye el suministro de energía 300 que conecta a la línea 175, que es una línea viva, y suministra energía al GAST 200. El suministro de energía puede ser un diodo de media onda de tipo que se abastece directamente del conector de energía del cortacircuitos. Así, este puede no ser dependiente del estado funcional de cualesquier elementos de circuito GFCI . Por ejemplo, si la bobina de solenoide 130 o el puente de diodo 135 desarrollan una condición de circuito abierto, el GAST puede no estar afectado y puede continuar operando
normalmente. El suministro de energía se configura para suministrar 12V CD en esta implementacion, pero no se limita a este nivel .
El circuito de señal 210 incluye el multivibrador estable 310 que genera dos señales. Una primera señal generada del multivibrador estable 310 pasa a través del excitador 320 a la línea 230. Una segunda salida del multivibrador estable 310 se emite al excitador 330 y conecta a la línea 240. El circuito de señal 210 de la figura 3 puede generar la señal del inhibidor FCR 510, que se muestra en la figura 5, y que se puede transmitir a la línea 240. El multivibrador estable de baja frecuencia 310 también proporciona un pulso acompañante (denominado señal de prueba 520) .y mostrado en la figura 5 con la misma frecuencia peró con un ancho más angosto que se utiliza para generar la función de autodetección en la línea 230. Así el multivibrador estable 310 genera continuamente dos señales sincronizadas periódicas, señal de prueba 520 y señal de inhibición SCR 510. Con el fin de asegurar que no ocurren disparos molestos durante la operación GAST, la señal de inhibición SCR 510 se extiende durante una duración igual a o mayor que la señal de prueba 520. Esta relación de tiempo asegura que no existe condición de disparo de autodetección cuando se libera la inhibición del SCR.
La generación de señal de prueba 510 en la linea 230 produce un desbalance de corriente de falla a tierra que debe ser detectada por el detector de falla a tierra 100. Luego de la respuesta correcta a esta falla a tierra, el detector de falla a tierra 100 emite una señal de ruptura. Esta señal de ruptura no tendrá un efecto sobre el SCR 150 cuando la puerta del SCR 150 ha hecho tierra efectivamente mediante la señal de inhibición SCR 510 en la linea .240. Sin embargo, esta señal de ruptura se dirigirá al circuito de alarma 220 en la linea 250. Debido a que el detector de falla a tierra 100 puede fallar en cualquier estado de salida, puede ser preferible que el circuito de alarma 220 solo detecte cambios en la señal de salida, no niveles discretos. Por ejemplo, el circuito de alarma 220 puede detectar una transición baja a alta mediante el capacitor 340, el receptor 424 y el diodo 425 (mostrado en la figura 4), opuesto a la detección de un nivel de voltaje predeterminado. De esta forma, el sistema de ejemplo puede detectar una falla en la que el detector 100 genera una "alta" salida continua en la linea 250.
El circuito de alarma 220 se ilustra en la figura 3 e incluye el capacitor 340 en la linea 250. Desde el capacitor 340, se conecta la linea 250 a la entrada del detector de respuesta GFCI 350. El detector de respuesta GFCI 350 se conecta al circuito monoestable redisparable 360. El circuito
monoestable redisparable 360 diferencia al excitador 370 (también denominado aqui como excitador de alarma 370). El excitador de alarma 370 se acopla eléctricamente a la alarma 390 y al LED 380, que puede proporcionar una alarma que indica una falla en el detector de falla a tierra 100. La señal recibida en la linea 250 proporciona una transición de entrada, que produce un pulso de descarga que, en efecto, reinicia una carga capacitiva (mostrada como voltaje rampante 620 en la figura 6) dentro del circuito monoestable redisparable 360. La autodetección exitosa de un detector de falla a tierra 100 descargará periódicamente el capacitor 340, evitando que se cargue al umbral de alarma predeterminado 630 (como se muestra en la figura 6). Si se excede el nivel mencionado anteriormente, el excitador de alarma 360 se encenderá continuamente produciendo una indicación de alarma visual, auditiva, o ambas u otra indicación de alarma, hasta que se recibe una señal de reconfiguración en la linea 250 en el circuito detector 350.
La figura 4 ilustra una realización de tricomparador del autodetector automático de interruptor de circuito de falla a tierra. Como se mencionó previamente, la realización del circuito GAST no se limita a este concepto tricomparador, y se puede configurar alternativamente utilizando un microprocesador. Sin embargo, la realización del
tricomparador puede proporcionar alta conflabilidad, bajo costo, baja corriente de operación, y bajas emisiones de RF y susceptibilidad. Cada uno de los comparadores de voltaje dedicados discutidos aqui también se puede implementar utilizando un amplificador para propósitos generales.
En la figura 4, el suministro de energía de diodo Zener 400 incluye una fuente de voltaje +12V regulado Zener rectificado de media onda independiente. El multivibrador estable de baja frecuencia 310 incluye el primer comparador 410. Esta etapa genera una frecuencia de oscilación que corre libre de 0.0476 Hz, o aproximadamente 3 pulsos por minuto con un ciclo de trabajo de 0.9%. Así esta función de autodetección se e erce durante un tiempo que- es menor del 1% del tiempo de monitoreo GFCI activo total. El capacitor 411 y los elementos de carga/descarga 412, 413, 414 y 415 forman la constante de tiempo de baja frecuencia. El diodo 413 y el resistor 412 pueden reducir el ciclo de trabajo a menos de 1%. Los resistores 416, 417 y 418 forman una referencia de voltaje y red de histéresis para el primer comparador 410. Se hacen dos salidas disponibles del multivibrador estable de baja frecuencia 310. La primera salida en la línea 240 es la señal de inhibición SCR 510, que se aplica a la puerta del SCR 150, evitando que se encienda. Este pulso puede ser de aproximadamente 191 MS de duración. El excitador 330
proporciona la función de conmutación. La segunda salida en la linea 230 proporciona la señal de prueba 520 y se aplica efectivamente a través del botón presiones para prueba 110. Asi, esta salida duplica eléctricamente la función del botón presione para prueba 110, provocando un desbalance de falla a tierra. Este pulso es, por diseño, más angosto que la señal de inhibición SCR 510. La señal de prueba 520 puede ser un' pulso de aproximadamente 80 MS se duración. El ancho de pulso más angosto se produce por la red de diferenciación de los elementos 401, 402 y 403. El excitador 320 proporciona la función de conmutación.
El segundo comparador 420 detecta la respuesta del detector de falla a tierra 100. Debido a que el detector de falla a tierra 100 puede fallar con una salida de varios niveles de voltaje fijos, el detector de respuesta GFCI (elemento 350 en la figura 3) solo reacciona a una transición baja a alta en la linea 250 que sale del detector de falla a tierra 100. Los elementos 421, 422 y 423 forman una fuente de referencia de voltaje para un segundo comparador 420 y un tercer comparador 430. El capacitor 340 acopla la linea 250 en una entrada de un segundo comparador 420. El resistor 424 y el diodo 425 desarrollan esta señal a niveles apropiados. Si esta señal excede el nivel de umbral de voltaje en la linea 426, que es la entrada en el segundo comparador 420, la
salida del segundo comparador 420 irá a un estado bajo. Esto descargará efectivamente el capacitor 427, forzando su estado de carga a aproximadamente 0 voltios. Cuando el detector de falla a tierra 100 genera pulso, se acopla completamente a través del capacitor 340, el segundo comparador 420 se apaga, removiendo la ruta de descarga del capacitor 427. Asi, el capacitor 427 está libre de cargar el voltaje de la fuente de suministro de energía (por ejemplo, +12V) a través del resistor 428. El resistor 429 limita de forma segura la corriente de descarga del capacitor en la etapa de salida del comparador. La detección de salida del GFCI de autodetección periódica exitosa limita efectivamente el voltaje de carga del capacitor 427 a aproximadamente +4 voltios.
Si la autodetección del GFCI falla debido a un componente defectuoso dentro del circuito GFCI, originando por lo tanto la salida en la línea 250 que efectivamente no se interrumpe, el capacitor 427 se le permitirá cargar el nivel de voltaje de suministro de energía de +12V. El tercer comparador 430 detectará esta ocurrencia cuando monitorea el nivel de voltaje en el capacitor 427. Cuando este nivel de voltaje excede el valor de referencia de +8 voltios, u otro nivel de umbral de alarma apropiado 630 en la línea 431, el tercer comparador 430 encenderá el excitador de alarma 370. Este excitador bipolar puede proporcionar corriente opcional
para el LED 380, alarma aditiva 390, ambos, o puede proporcionar cualquier otra alarma apropiada. El dispositivo de alarma auditiva puede ser un zumbador del tipo piezoeléctrico . Este estado de alarma permanecerá continuo, alertando asi al propietario de que el cortacircuitos GFCI es defectuoso, y debe ser reemplazado. La alarma se cancelará sobre un ciclo posterior de señal de prueba 520 si el detector de falla a tierra 100 genera una señal de ruptura que indica que está funcionando.
Las figuras 5 y 6 ilustran formas de onda temporales. La figura 5 ilustra la salida 500 del circuito de señal 210 de la figura 3, que puede incluir la señal inhibidora SCR 510 emitida por el multivibrador estable de baja frecuencia 310. El multivibrador estable de baja frecuencia 310 puede operar a una frecuencia de aproximadamente 0.0476 Hz, o un pulso cada 21 segundos (aproximadamente 3 pulsos por minuto, mostrado en la figura 5 como periodo 550), y puede emitir la señal de inhibición SCR 510 que es de 191MS de ancho (mostrado en la figura 5 como ancho 540). El multivibrador estable de baja frecuencia 310 también puede proporcionar un pulso acompañante (denominado señal de prueba 520) dentro de la misma frecuencia pero con un ancho más angosto de 80MS (mostrado en la figura 5) como ancho 530.
La figura 6 ilustra las formas de onda que operan dentro
del circuito de alarma 220. La señal de interrupción 610 es una salida de ejemplo del detector de falla a tierra 100 bajo la influencia del circuito de señal 210. Por lo tanto el periodo 640 puede tener el mismo periodo que el periodo 550 mostrado en la figura 5, que ilustra el periodo de la señal de prueba 520, así como también la señal de inhibición SCR 510. La señal se genera en la línea 250 cuando el detector de falla a tierra 100 opera apropiadamente en respuesta a la señal de prueba 520, y opera para descargar un capacitor que está sujeto a voltaje rampante 620. EL voltaje rampante 620 representa el voltaje en el capacitor 427 y un circuito monoestable redisparable 360 y el excitador de alarma 370. El voltaje rampante 620 aumenta desde un bajo voltaje a un alto voltaje hasta una señal de que se recibe bajo voltaje a alto voltaje en la línea 250, como en la forma de la señal 610. Si, sin embargo, no se recibe la señal 610 por el detector 350 y pasa a través del circuito monoestable redisparable 360, el voltaje rampante 620 continuará incrementando el umbral de alarma pasado 630, que se lleva en las líneas 431. Después de alcanzar el umbral de alarma 630, la señal de voltaje rampante 620 opera para hacer que el circuito monoestable redisparable 360 active el excitador de alarma 370.
La figura 7 ilustra un método de acuerdo con una
realización de ejemplo de la presente invención. El método de la reivindicación 7 se puede desarrollar mediante un circuito o sistema, y se puede desarrollar específicamente mediante circuitos compuestos de elementos discretos, circuitos integrados, microprocesadores, o cualquier combinación de los mismos. El método de la figura 7 inicia el círculo 710 y procede a la operación 720, que indica generar una señal de inhibición a un detector de falla a tierra para inhibir una salida de señal de ruptura mediante el detector de falla a tierra de un cortacircuitos. El flujo procede desde la operación 720 a la operación 730, que indica generar una señal de prueba para probar el detector de falla a tierra. Luego el flujo procede de la operación 740, que indica la detención de la generación de la señal de inhibición y la señal de prueba. El flujo procede desde la operación 740 a la decisión 750 que pregunta, "el detector de falla a tierra genera la señal de ruptura?" si la respuesta a la decisión 750 es afirmativa, el flujo procede a la operación 760, que indica recibir del detector de falla a tierra la señal de ruptura. De la operación 760, el flujo procede a la operación 770 que indica reconfigurar el voltaje de rampa del circuito de alarma y esperar un periodo. El flujo procede de la operación 760 de regreso al círculo de inicio 710. Si la respuesta a la decisión 750 es negativa, el flujo procede a
la operación 780, que indica activar una alarma si la señal generada no es recibida después del periodo. A partir de la operación 780, el flujo procede para empezar el ciclo 710.
En Otra realización de ejemplo de la presente invención, la señal de prueba (también denominada aquí como la señal de prueba maestra o' ST_0UD) se puede empalmar en una señal de prueba de falla a tierra (también denominada aquí como la señal de prueba OGF_FT_OUT) y una señal de prueba de falla neutra a tierra (también denominada aquí como la segunda señal de prueba o GN_ST_OUT) para probar alternativamente el circuito de detección (corriente desbalanceada) de falla a tierra y la detección neutra a tierra y el circuito (oscilador durmiente) de detección neutra a tierra. La señal GN_ST_0UT cierra una ruta de baja resistencia (mediante por ejemplo un interruptor relé, conmutador 820 en la figura 8) a través de un transformador 120 y un segundo transformador 160, que simulan una falla neutra a tierra. El acoplamiento de la ruta cerrada del segundo transformador 160,: transformador 120 completa el circuito oscilador. Una vez se cierra la ruta por el conmutador 820 y la línea 830, el acoplamiento mutuo del transformador 170 al transformador 120 forma una retroalimentación positivo alrededor de un amplificador detector en el detector de falla a tierra 100 (por ejemplo, el RV 4141A) e inicia la oscilación.- La
oscilación también se puede detectar en el detector de falla a tierra 100 con el mismo circuito comparador utilizado para detectar la corriente de falla a tierra excesiva a través del amplificador detector. El RD 4141A genera una señal de ruptura al SCR150 para que se encienda, que en otras circunstancias activaría el solenoide 130 para activar el pistón 140 para encender el cortacircuitos. Sin embargo, aquí la señal SCR_INH en línea 240 inhibe el SCR de encenderse, originando por lo tanto esta señal de ruptura que se detecta por el detector de respuesta GFCI 350.
La figura 8 ilustra esta realización de ejemplo del circuito interruptor de falla a tierra que incluye una prueba automática para una falla neutra a tierra. En la figura 8 agrega esta funcionalidad adicional al GAST mostrado en la figura 3. La figura 8 incluye el .empalmador 800 en una salida del multivibrador estable 310. El empalmador 800 opera para dividir en dos señales la señal de prueba que se genera al excitador 320 y luego en la línea 230 en la realización de la figura 3. Una de las dos señales continúa siendo generada en la línea 230 y pasa a través del excitador 320 a la línea 230 y opera para producir un desbalance de corriente de falla a tierra que se debe detectar por el detector de falla a tierra 100, como se discute con respecto a la figura 3. La otra señal generada del empalmador 800 se genera en la línea 810
que opera el conmutador 820. El conmutador 820 completa el circuito mostrado por la linea 830, que simula una condición neutra a tierra. El detector de falla a tierra 100 incluye un oscilador que prueba la condición neutra a tierra, y que cuando está operativa detectará la terminación del circuito 830. El detector de falla a tierra 100 genera una señal de ruptura cuando está funcionando y cuando se detecta una condición neutra a tierra. El multivibrador estable 310 de la figura 8 también genera la señal inhibidora SCR 510 que se genera ya sea que se generen cualquiera de las dos señales de prueba, asegurando por lo v tanto que la autodetección no resulte en una condición de disparo. La parte restante del circuito mostrado en la figura 8 opera de la misma forma que el circuito mostrado en la figura 3.
La figura 9 ilustra formas de onda temporal modificadas
900, las formas de onda temporal modificadas 900 incluyen señales de prueba 530 (también denominas aquí como señales de prueba maestras) empalmadas en la primera señal de prueba 910 para probar el GFCI y la segunda señal de prueba 920 para probar el indicador de falla neutro a tierra. También mostrado en la figura 9 aparece la señal inhibidora SCR 510 que tiene un ancho 540 y periodo 550. La señal de prueba 530 se puede empalmar en la primera región de prueba 910 y la segunda señal de prueba 920 al alternar simplemente los
pulsos de cada señal de prueba. De esta forma, al señal de prueba 530 puede tener el mismo periodo que la señal inhibidora SCR 510, . y la primera señal de prueba 910 y la segunda señal de prueba 920 pueden tener un periodo dos veces la señal de prueba 530. De manera similar, el ancho 930 de la primera señal de prueba 910 puede ser igual al ancho 940 de la segunda señal de prueba 920, que puede ser igual al ancho 530 de la señal de prueba 520.
La presente invención se dirige a un circuito autodetector automático GFCI independiente que proporciona una función de alarma visual, auditiva, ambas, u otra alarma, que se basa en el reconocimiento de la transición del detector de falla a tierra activa generado que responde a una señal de prueba inducida periódicamente. Un circuito autodetector automático GFCI independiente puede estar comprendido de un multivibrador estable, detector de respuesta GFCI, multivibrador monoestable redi sparabl e , citador de alarma y suministro de energía de onda media. Un circuito autodetector automático GFCI independiente también se puede basar en la configuración de tres comparadores y elementos de. circuito de soporte. La función de autoprueba automática GFCI independiente se puede implementar alternativamente con un microprocesador.
La anterior descripción detallada se debe entender que
es ilustrativa y de ejemplo, pero no restrictiva, y el alcance de la invención descrita aquí no está determinado por la descripción detallada, sino por las reivindicaciones como se interpretan de acuerdo con la amplitud completa permitida por las leyes de patente. Cabe entender que las realizaciones mostradas y descritas aquí solo son ilustrativas de los principios de la presente invención y que se pueden implementar varias modificaciones por aquellos expertos en la técnica sin apartarse del alcance y el espíritu de la invención.
Claims (1)
- NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES 1. Un circuito autodetecto , que comprende; Un circuito de señal adaptado para generar periódicamente una señal inhibidora de circuito para inhibir una señal de ruptura de un detector de falla a tierra, el circuito de señal también se adapta para generar periódicamente una señal de prueba que simula una falla a tierra; y Un circuito de alarma adaptado para recibir una señal de salida del detector de falla a tierra en respuesta a la detección de la falla a tierra, y adaptado para generar una alarma cuando el detector de falla a tierra no está funcionando, en donde: El circuito señal se adapta adicionalmente para generar periódicamente una segunda señal de prueba que simula una condición neutra a tierra La señal de prueba y la segunda señal de prueba son señalés alternas empalmadas desde una señal de prueba maestra; y La señal inhibidora de circuito y la señal de prueba maestra se adaptan al ciclo en un primer periodo y la señal inhibidora de circuito se genera por lo menos cuando la señal de prueba y se genera la segunda señal de prueba. El circuito autodetector de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la señal inhibidora de circuito y la señal de prueba se adaptan ambas al ciclo en un primer periodo y la señal inhibidora de circuito se genera por lo menos cuando se genera la señal de prueba . El circuito autodetector de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el detector de falla a tierra se adapta para generar la señal de salida en respuesta a la segunda señal de prueba cuando el detector de falla a tierra está funcionando. El circuito autodetector de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el detector de falla a tierra se adapta para generar la señal de salida en respuesta a la falla a tierra cuando el detector de falla a tierra está funcionando. El circuito autodetector de acuerdo con la reivindicación 1, en donde un transformador se acopla eléctricamente al detector de falla a tierra y se adapta para medir la falla a tierra de un circuito de ob eto al comparar una corriente de linea neutra y una corriente de linea de carga del circuito objeto. El circuito autodetector de acuerdo con la reivindicación 5,, en donde el detector de falla a tierra incluye un circuito oscilador acoplado a un circuito de prueba; y Un segundo transformador se acopla eléctricamente mediante el circuito de prueba al detector de falla a tierra para completar el circuito oscilador, el segundo transformador se adapta para medir una condición neutra a tierra del circuito objeto al comparar el circuito objeto y el circuito de prueba para la señal de oscilación . El circuito autodetector de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el circuito de alarma incluye un circuito acoplado electrónicamente al detector de falla a tierra y un circuito monoestable redisparable eléctricamente acoplado al circuito detector; y El circuito monoestable redisparable se adapta para contener un voltaje que se incrementa hasta que la señal de salida es recibida por el circuito detector . El circuito autodetector de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el voltaje contenido en el circuito monoestable redisparable se adapta para incrementar a un índice predeterminado de tal manera que le toma un segundo periodo alcanzar un voltaje predeterminado desde cuando se recibe la señal generada por el circuito detector, el segundo periodo es mayor que el primer periodo de la señal de la prueba. El circuito autodetector de acuerdo con la reivindicación 8, en donde: Una alarma de salida del circuito monoestable redisparable se adapta para ser bajo a menos que el voltaje exceda el voltaje predeterminado; y El circuito de alarma incluye una alarma para recibir la alarma generada del circuito monoestable redisparable y adaptado para activarse cuando la salida de la alarma es alta. El circuito autodetector de acuerdo con la reivindicación 1, en donde un interruptor de circuito se acopla eléctricamente al detector de falla de fondo y se adapta para recibir la señal de interrupción del detector de falla a tierra cuando el detector de falla a tierra detecta una falla a tierra de un circuito y la señal inhibidora de circuito no se genera del circuito de señal. 11. El circuito autodetector de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el interruptor de circuito incluye un solenoide para recibir una señal de ruptura, el solenoide se adapta para romper el circuito . 12. Un sistema interruptor de circuito de falla a tierra, que comprende: Un detector de falla a tierra; Un circuito de señal acoplado eléctricamente al detector de falla a tierra y para generar una señal inhibidora de circuito para inhibir una señal de interrupción del detector de falla a tierra, el circuito de señal también genera una señal de prueba al detector de falla a tierra; y Un circuito de alarma acoplado eléctricamente al detector de falla a tierra y para recibir una señal de salida del detector de falla a tierra en respuesta a la señal de prueba, en donde: El circuito señal se adapta adicionalmente para generar periódicamente una segunda señal de prueba que simula una condición neutra a tierra La señal de prueba y la segunda señal de prueba son señales alternas empalmadas desde una señal de prueba maestra; y La señal inhibidora de circuito y la señal de prueba maestra se adaptan al ciclo en un primer periodo y la señal inhibidora de circuito se genera por lo menos cuando la señal de prueba y se genera la segunda señal de prueba. El sistema de interruptor de circuito de falla a tierra de acuerdo con la reivindicación 12, en donde: El circuito de señal incluye un oscilador; La señal inhibidora de circuito es una onda cuadrada que tiene una primera longitud y un primer periodo; La señal de prueba es una onda cuadrada adicional que tiene una segunda longitud y el primer periodo; La primera longitud es igual a o mayor que la segunda longitud; y La señal inhibidora de circuito y la señal de prueba se sincronizan de tal manera que durante el tiempo completo se genera la señal de prueba, también se genera la señal inhibidora de circuito. El sistema de interruptor de circuito de falla a tierra de acuerdo con la reivindicación 12, en donde: El circuito de señal se adapta adicionalmente para generar periódicamente una segunda señal de prueba que simula una condición neutra a tierra; La señal de prueba y la segunda señal de prueba son señales alternas empalmadas desde una señal de prueba maestra; y La señal inhibidora de circuitos y la señal de prueba maestra se adaptan ambas al ciclo en un primer periodo y la señal inhibidora de circuito se genera por fin cuando se genera la señal de prueba y la segunda señal de prueba. El sistema de interruptor de circuito de falla a tierra de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el detector de falla a tierra se adapta para generar la señal de salida en respuesta a la segunda señal de prueba cuando el detector de falla a tierra está funcionando . El sistema de interruptor de circuito de falla a tierra de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el circuito de alarma no recibe la señal de salida del detector de falla a tierra en respuesta a la señal de prueba cuando el detector de falla no está funcionando . El sistema de interruptor de circuito de falla a tierra de acuerdo con la reivindicación 16, en donde: El detector de falla a tierra incluye un circuito oscilador acoplado a un circuito de prueba; y Se acopla eléctricamente un segundo transformador mediante el circuito de prueba al detector de falla a tierra para completar el circuito oscilador, el segundo transformador se adapta para medir una condición neutra a tierra del circuito objeto al comparar el circuito ob eto y el circuito de prueba de la señal oscilante. El sistema de interruptor de circuito de falla a tierra de acuerdo con la reivindicación 12, en donde: El circuito de alarma incluye un circuito detector acoplado eléctricamente al detector de falla a tierra y un circuito monoestable redisparable eléctricamente acoplado al circuito detector; y Un circuito monoestable redisparable que contiene un voltaje que se incrementa hasta que se recibe la señal generada por el circuito detector. El sistema de interruptor de circuito de falla a. tierra de acuerdo con la reivindicación 18, en donde el volta e contenido en el circuito monoestable redisparable se adapta para incrementarse en un índice predeterminado de tal manera que le toma un segundo periodo alcanzar un voltaje predeterminado desde cuando se recibe la señal generada por el circuito detector, el segundo periodo es mayor que el primer periodo de la señal de prueba. El sistema de interruptor de circuito de falla a tierra de acuerdo con la reivindicación 19, Una salida de alarma del circuito monoestable redisparable se adapta para ser bajo a menos que el voltaje exceda el voltaje predeterminado; y El circuito de alarma incluye una alarma adaptada para recibir una salida de alarma de circuito monoestable redisparable y adaptado para activarse cuando la salida de la alarma salta. El sistema de interruptor de circuito de falla a tierra de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende adicionalmente un interruptor de circuito acoplado eléctricamente al detector de falla a tierra y para recibir una señal de interrupción del detector de falla a tierra cuando el detector de falla a tierra detecta una falla a tierra de un circuito y la señal del inhibidor de circuito no se genera desde el circuito de señal. El sistema de interruptor de circuito de falla a tierra de acuerdo con la reivindicación 21, en donde el interruptor de circuito incluye un solenoide para recibir la señal de ruptura, el solenoide se adapta para interrumpir el circuito. Un método, que comprende: Generar periódicamente una señal inhibidora de circuito a un detector de falla a tierra para inhibir una señal de ruptura desde el detector de falla a tierra, la señal inhibidora de circuito se genera en un primer periodo; Generar una señal de prueba al detector de falla a tierra solo si se genera la señal inhibidora de circuito, la señal de detección prueba el detector de falla a tierra; Recibir del detector de falla a tierra una señal de salida en respuesta a la señal de prueba cuando el detector de falla a tierra está funcionando; y Activar una alarma si no se recibe la señal generada después de un segundo periodo mayor gue un primer periodo . El método de la reivindicación 23, gue comprende adicionalmente: Generar una segunda señal de prueba al detector de falla a tierra solo si se genera la señal inhibidora de circuito; Aplicar una oscilación a un circuito de prueba en respuesta a la segunda señal de prueba, Comparar un circuito objeto y el circuito de prueba con la señal de oscilación mediante detector de falla a tierra; y Recibir del detector de falla a tierra la señal generada si la comparación indica una condición neutra a tierra.
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