DISYUNTOR DE CIRCUITO CON UNIDAD SENSORA TÉRMICA
Campo de la Invención La presente invención se refiere a dispositivos protectores de circuitos eléctricos, tales como disyuntores de circuito y, mas particularmente, a un arreglo de disyuntor de circuito que emplea una unidad sensora térmica o iniciadora de disparo del disyuntor de circuito. Antecedentes de la Invención Los sistemas eléctricos en aplicaciones residenciales, comerciales e industriales habitualmente incluyen un centro tablero de panel para recibir energía eléctrica de una compañía de servicio eléctrico. La energía eléctrica es entonces entregada del tablero de panel a circuitos ramales designados que suministran a una o mas cargas. Típicamente, se conectan diversos tipos de dispositivos protectores a los circuitos ramales. Los dispositivos protectores pueden estar montados dentro del tablero de panel o fuera del tablero de panel. Los disyuntores de circuito son un tipo bien conocido de dispositivo protector, y están diseñados para dispararse para abrir e interrumpir un circuito eléctrico en respuesta a la detección de sobrecargas y corto circuitos. La protección contra sobrecargas es a menudo provista por un elemento térmico el cual, cuando se calienta por la corriente incrementada, hará que dispare el disyuntor de circuito e interrumpa la energía. Esto puede ocurrir cuando demasiadas cargas consumen energía del mismo circuito ramal al mismo tiempo, o cuando una sola carga consume mas energía que aquélla para la que está diseñado llevar el circuito ramal. La protección contra corto circuitos es a menudo provista por un elemento de bobina electromagnética o "magnética" que dispara el disyuntor cuando fluye una elevada corriente a través de la bobina. Adicionalmente, muchos disyuntores de circuito incluyen circuitos de interrupción de falla de tierra (GFI) para proteger contra fallas de tierra que son definidas como una corriente que fluye de un conductor caliente a tierra. En muchos diseños de disyuntor de circuito, el elemento térmico comprende un elemento bi-metálico que suministra la energía o el trabajo mecánico para destrabar el disyuntor de circuito en el caso de una condición de sobrecarga de corriente. Es decir, el elemento bi-metálico debe trabajar contra la fuerza de cierre del disyuntor de circuito para destrabar y abrir el disyuntor de circuito. La fuerza requerida para abrir el disyuntor de circuito depende de la carga de cierre y la fricción superficial del cierre. La carga de cierre es una función de la fuerza requerida en los contactos del disyuntor de circuito. Por tanto, el elemento bi-metálico debe ser dimensionado y diseñado para suministrar la fuerza y la deflexión requeridas para destrabar el mecanismo del disyuntor de circuito. Como la fricción superficial del cierre y la carga del cierre variarán de un tipo de disyuntor de circuito a otro, así como entre disyuntores de circuito del mismo tipo, surgen diversos problemas de manufactura. Por ejemplo, varios diferentes elementos bi-metálicos diseñados específicamente para diferentes tipos de disyuntores de circuito deben ser diseñados y manufacturados. Mas aún, la calibración de disyuntores de circuito del mismo tipo es complicada por las diferencias en la tolerancia mecánica entre unidades individuales. Incluso con un disyuntor de circuito dado, la fuerza de cierre variará en cierta medida durante la vida de servicio de la unidad, pues cada vez que se dispara y vuelve a cerrar el disyuntor de circuito, ocurrirá alguna variación en estas fuerzas mecánicas. Asimismo, la superficie del cierre es a menudo contaminada con el tiempo con polvo y otros desperdicios. El elemento electromagnético para protección contra corto circuitos habitualmente usa una llamada bobina magnética. Sin embargo, en muchas unidades los mecanismos de disparo térmico y magnético están altamente integrados, tal que la operación normal del sistema de disparo térmico afectará directamente la operación de un sistema de disparo magnético, aunque habitualmente no viceversa. De esta manera, por ejemplo, la compensación ambiental para el sistema de disparo térmico cambiará el nivel de disparo magnético. Mas particularmente, al incrementarse o reducirse la temperatura ambiental, se incrementa o reduce el espacio libre magnético debido a los ajustes térmicos de un • A -compensador térmico que es una parte del sistema de disparo térmico. Habitualmente se requiere que el elemento bi-metálico usado en la protección térmica contra sobrecargas o sistema de disparo sea un elemento bi-metálico tipo cantilever. Se han usado elementos bi-metálicos de acción elástica en disyuntores de circuito de energía relativamente menor. Una de las ventajas principales de usar un elemento bi-metálico de acción elástica es la capacidad de calibración térmica durante el proceso de manufactura de bi-metal en tales elementos de acción elástica. Esto puede permitir la manufactura de un sistema de disparo térmico para un disyuntor de circuito que no requiera de calibración después del ensamble, con ello reduciendo costos de producción. Sin embargo, debido a la magnitud limitada de la deflexión disponible en un elemento bi-metálico de acción elástica, el uso de tales elementos ha estado hasta ahora limitado a aplicaciones de relativamente baja corriente, bajo voltaje. Debido a la magnitud relativamente pequeña de la deflexión, el espacio libre de aire provisto en un elemento bimetálico de acción elástica ha sido considerado no susceptible de utilizarse en disyuntores de circuito de capacidades nominales de corriente, voltaje e interrupción superiores. En los diseños actuales antes mencionados, que integran unidades de disparo térmico y magnético, se han requerido partes estampadas y formadas por esta integración de los elementos. Sin embargo, se ha encontrado que el diseño de la unidad de disparo magnético sola, sin el requisito de integrar elementos de disparo térmico, permite la eliminación de partes estampadas y formadas y el uso de características moldeadas. Las características moldeadas son típicamente mas precisas y repetibles que las partes estampadas y formadas. El uso de características moldeadas en la unidad magnética, y el uso de un elemento bimetálico de acción elástica en la unidad de disparo térmico tenderían también a mejorar la durabilidad, por ejemplo la resistencia a impactos, de los sistemas de disparo. La línea neutra habitualmente no es llevada al disyuntor en diseños convencionales que emplean elementos de disparo térmico y magnético. Son también conocidos y usados arreglos electrónicos de disyuntor de circuito. En tales disyuntores de circuito electrónicos, un elemento sensor, tal como una bobina de transformador de corriente, detecta una corriente que fluye a través de un cable que pasa a través de la bobina del sensor. Un circuito electrónico es capaz de responder a la señal producida por la bobina del sensor u otro elemento sensor para disparar el disyuntor de circuito si esa señal tiene ciertas características predeterminadas. Tales disyuntores de circuito electrónicos pueden ser usados no solamente para protección contra sobre-corriente o corto circuito, sino también para interrupción de fallas de formación de arco. Es decir, el circuito electrónico puede ser dispuesto para detectar características de la señal que llega del sensor indicativas de la existencia de una falla de formación de arco, y producir una señal de disparo para disparar el disyuntor de circuito en respuesta a tales condiciones de señal . Objetivos de la Invención En consecuencia, es un objetivo general de la invención el de proveer un disyuntor de circuito novedoso y mejorado que supere los problemas antes discutidos del estado de la técnica. Un objeto relacionado es el de proveer un disyuntor de circuito novedoso y mejorado teniendo sistemas de disparo térmico y magnético independientes. Un objetivo relacionado es el de proveer un mejorado disyuntor de circuito que emplea un dispositivo de disparo térmico. Brevemente, y de acuerdo con lo anterior, un aparato de protección de circuito activado térmicamente para un circuito que tiene un voltaje de línea dado comprende un disyuntor de circuito acoplado en serie con un circuito por protegerse, dicho disyuntor de circuito teniendo una entrada de disparo y siendo capaz de responder a una señal predeterminada en dicha entrada de disparo para cambiar de una condición de circuito cerrado a una condición de circuito abierto para con ello remover corriente eléctrica de dicho circuito por protegerse, y un elemento de disparo térmico acoplado en serie con dicho circuito por protegerse y capaz de responder a una característica predeterminada de corriente/tiempo de flujo de corriente en dicho circuito para acoplar dicho voltaje de señal predeterminado a dicha entrada de disparo. Breve Descripción de los Dibujos En los dibujos: La figura es un esquema de circuito de un aparato de protección de circuitos de acuerdo con la invención. Descripción Detallada de la Forma de Realización Ilustrativa Aunque la invención es susceptible de diversas modificaciones y formas alternativas, se han mostrado formas de realización específicas a guisa de ejemplo en los dibujos, y se describirán en la presente en detalle. Sin embargo, deberá entenderse que la invención no está destinada a ser limitada a los detalles particulares divulgados. Mas bien, la invención deberá cubrir todas las modificaciones, los equivalentes y las alternativas que caigan dentro del espíritu y los alcances de la invención, como se definen en las reivindicaciones anexas. Haciendo ahora referencia al dibujo, un aparato de protección de circuitos de acuerdo con la invención es mostrado en forma esquemática de circuito, y designado generalmente por el número de referencia 10. El aparato de protección 10 incluye un disyuntor de circuito 12 que tiene contactos de disyuntor 14 que están generalmente en serie con un circuito por protegerse, por ejemplo un circuito de 120 voltios, corriente alterna, teniendo una fuente de energía 16 y una carga 18. Los contactos 14 del disyuntor están en serie entre la fuente 16 y la carga 18. El disyuntor de circuito 12 incluye un mecanismo para disparar los contactos del disyuntor a una posición de circuito abierto para interrumpir el circuito de la fuente 16 a la carga 18. En la forma de realización ilustrada, un elemento de bobina de disparo electromagnético 20 es capaz de responder a una señal predeterminada en una entrada de señal de disparo 22 para hacer que los contactos del disyuntor cambien de una condición de circuito cerrado a una condición de circuito abierto. Otros mecanismos específicos pueden ser utilizados para este fin sin apartarse de la invención. De esta manera, en la forma de realización ilustrada, la bobina de disparo 20 tiene un extremo acoplado a neutral o la línea de regreso 24 del circuito, tal que su extremo opuesto comprenda la entrada de disparo 22 para el disyuntor de circuito 12. En la forma de realización mostrada, la aplicación de una corriente predeterminada (determinada por la selección de la impedancia de la bobina de disparo 20) al voltaje de línea en la entrada 22 ocasionará que la bobina de disparo energice y abra los contactos 14 del disyuntor. Un elemento térmico 26, el cual en la forma de realización ilustrada comprende un elemento bi-metálico, es acoplado en serie con el lado de línea 28 del circuito por protegerse, es decir en serie entre la fuente 16 y la carga 18. El elemento térmico 26 es capaz de responder a una característica predeterminada de corriente/tiempo de la corriente que fluye en el circuito de línea 28 para deformarse de modo de completar un circuito de la línea 28 a la entrada de disparo 22 del disyuntor de circuito 12. A este respecto, el elemento de disparo puede ser de varios diseños, pero en la forma de realización ilustrada comprende un elemento bi-metálico de acción elástica que tiene un miembro deformable o cuchilla 30 que sufrirá deflexión para vincular una porción de contacto o elemento 32 en respuesta a una característica dada de corriente/tiempo que fluye a través del elemento térmico 26. El elemento de contacto 32 está acoplado a la entrada de disparo 22. Esta vinculación entre los elementos 30 y 32 entregará voltaje de línea a la entrada 22 de la bobina de disparo 20 a fin de hacer que los contactos del disyuntor vayan a una condición de circuito abierto. En una forma de realización, los contactos del disyuntor pueden ser dispuestos tal que posteriormente permanezcan cerrados en la condición de circuito abierto hasta que se aplique una fuerza mecánica para volver a cerrar los contactos 14 del disyuntor. Por ejemplo, los contactos 14 pueden ser cerrados de nuevo al determinar y corregir la falla de circuito u otra condición que hubiere ocasionado que el elemento térmico entregue inicialmente una señal de disparo a la bobina de disparo 20. El elemento térmico 26 puede tomar varias formas, sin apartarse de la invención. Por ejemplo, cualquiera de varios elementos bi-metálicos de acción elástica, que están disponibles de Demaich Industries, de 70 Mili Street, Johnston, Rhode Island, Estados Unidos, puede ser seleccionado para una aplicación particular. Estos elementos incluyen discos elásticos, cuchillas elásticas, cuchillas tipo Taylor y conjuntos relacionados. Se entenderá que el elemento bi-metálico o térmico 26 mostrado en los dibujos es mostrado únicamente en forma esquemática, para fines de ilustración. Los detalles y aspectos mecánicos reales de un elemento bi-metálico (de acción elástica o de otro tipo) y la manera de su colocación e interacción con relación a otros elementos del circuito y del disyuntor podrán variar de manera considerable. Tales detalles deben considerarse como cayendo dentro de los alcances de la invención. La anterior colocación y operación del elemento térmico está en contraste con muchos diseños actuales de disyuntor de circuito en los cuales el elemento térmico mismo provee la fuerza mecánica para destrabar los contactos 14 del disyuntor. En el diseño actual, un elemento bi-metálico de acción elástica puede ser usado como elemento térmico 26, debido a la novedosa configuración del disyuntor de circuito y el arreglo de disparo térmico antes descritos. La forma de realización ilustrada también incluye un elemento de disparo electromagnético de sobre-corriente en la forma de una bobina magnética 40. Ventajosamente, este arreglo de disparo electromagnético es independiente del elemento térmico 26, a diferencia de muchos disyuntores de circuito actualmente en uso, en los cuales los elementos magnético y térmico están integrados. De esta manera, la bobina magnética 40 está también eléctricamente en serie en el lado de línea del circuito 28 entre la fuente 16 y la carga 18. En respuesta a una magnitud dada de corriente a través de la bobina magnética 40, la bobina magnética 40 activa directamente los contactos 14 del disyuntor para destrabar el disyuntor 12 a su condición de circuito abierto. A este respecto, la bobina magnética 40 puede ser enrollada físicamente de manera concéntrica con la bobina de disparo 20, si se desea. El arreglo anterior de la bobina magnética 40 y el elemento térmico 26 es también empleado ventajosamente en conjunción con un disyuntor de circuito electrónico o sistema de protección donde un circuito electrónico 50 recibe una señal de entrada de una bobina sensora de corriente o transformador de corriente 52 y toma una decisión con base en esta señal de entrada, ya sea o no para producir una señal de disparo en una salida 54. Esta salida de señal de disparo es usada para proveer una señal para energizar la entrada de disparo 22 del disyuntor de circuito 12, de la manera descrita mas adelante. , En la forma de realización ilustrada, como se describió antes, esta entrada de disparo 22 comprende un extremo de la bobina de disparo 20, que es capaz de responder a la aplicación de corriente de línea para destrabar los contactos 14 del disyuntor. En la forma de realización ilustrada, un elemento o dispositivo de conmutación, tal como un triac 56, está acoplado entre el circuito de línea 28 y la entrada de disparo 22 y tiene una compuerta o entrada de control 58 que está acoplada a la salida de señal de disparo 54 del circuito electrónico 50. De esta manera, cuando la compuerta o entrada de control 58 del dispositivo de conmutación 56 es energizada por la señal de disparo dada por el circuito electrónico en la salida de señal de disparo 54, el elemento de conmutación 56 provee el voltaje de línea en la entrada de disparo 22 de la bobina de disparo 20, ocasionando que la bobina de disparo destrabe los contactos 14 del disyuntor. De acuerdo con el diseño convencional, el circuito electrónico puede también incluir un interruptor que se empuja para probar (PTT) 60 y una salida de señal de disparo de derivación 62 para uso con relación a otros aspectos del circuito de disparo electrónico 50. Brevemente, el cierre del interruptor que se emp ja para probar 60 puede probar el circuito electrónico y la integridad de otros componentes del circuito. El circuito electrónico está dispuesto tal que la operación del interruptor que se empuja para probar 60 debe ocasionar que el circuito electrónico produzca una señal de disparo en su salida de señal de disparo 54, con ello haciendo que los contactos 14 del disyuntor sean trabados a su condición de circuito abierto de la manera antes descrita. Lo que se ha ilustrado y descrito en la presente es un novedoso aparato de protección de circuitos que emplea un aspecto activado térmicamente. Diversos otros aspectos, incluyendo un eLemento de disparo electromagnético y un sensor de corriente y circuito electrónico, pueden también ser empleados en combinación con el arreglo de disparo térmico de la invención.