MXPA00012116A - Interruptor de circuito para fallas de arco electrico - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema para producir una falla por conexión a tierra, simulada, cuando en un circuito eléctrico se encuentre presente la formación de arco eléctrico, incluye un sensor que inspecciona el circuito eléctrico. Un circuito de detección de fallas por formación de arco eléctrico determina, en respuesta al sensor, si se encuentra presente la formación de arco eléctrico, y produce una señal de disparo en respuesta a una determinación de que una falla por formación de arco eléctrico se encuentra presente en el circuito eléctrico. Un circuito simulador de fallas por conexión a tierra produce una falla por conexión a tierra, simulada, en respuesta a la señal de disparo.

Description

INTERRUPTOR DE CIRCUITO PARA FALLAS DE ARCO ELÉCTRICO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a la protección de circuitos eléctricos y, más particularmente, a la detección de fallas eléctricas del tipo conocido como fallas por arco eléctrico, en un circuito eléctrico, y más particularmente aún, a un interruptor de circuito para fallas por arco eléctrico, que crea una falla por conexión a tierra, aparente, al detectarse el arco eléctrico, de manera tal que puede usarse ese interruptor de circuito asociado, para fallas por conexión a tierra, para disparar el circuito.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sistemas eléctricos en aplicaciones residenciales, comerciales e industriales incluyen usualmente un tablero para recibir la energía eléctrica proveniente de una planta de energía eléctrica. La energía eléctrica se dirige luego, a través de dispositivos de protección, hacia circuitos de derivación designados que suministran una o más cargas. Estos dispositivos para sobrecorrientes son típicamente interruptores de circuito tales como interruptores automáticos de circuito y fusibles, que están diseñados para interrumpir la corriente eléctrica si se sobrepasan los límites de los conductores que suministran las cargas . Los interruptores automáticos de circuito son un tipo preferido de interruptor de circuito, debido a que un mecanismo de reajuste permite su reuso. Típicamente, los interruptores automáticos de circuito interrumpen un circuito eléctrico debido a una condición de desconexión o disparo, tal como una sobrecarga de corriente o falla por conexión a tierra. La condición de sobrecarga de corriente resulta cuando una corriente excede el régimen nominal continuo del interruptor automático de corriente, por un intervalo de tiempo determinado por la corriente de disparo. Una condición de disparo por falla debida a conexión a tierra, se crea por un desequilibrio de las corrientes que fluyen entre un conductor de línea y un conductor neutro, el cual podría ser causado por una fuga de corriente o por una falla de arco eléctrico a tierra. Las fallas por arco eléctrico se definen comúnmente como una corriente a través de gas ionizado, entre los dos extremos de un conductor roto, o en un contacto o conector defectuoso, entre dos conductores que suministran una carga, o entre un conductor y tierra. Sin embargo, las fallas por arco eléctrico pueden no causar que se dispare un interruptor automático de circuito, convencional. Los niveles de las corrientes de fallas por arco eléctrico se pueden reducir por derivación o impedancia de carga hasta un nivel por debajo de los ajustes de la curva de disparo del interruptor automático de circuito. Además, una falla por arco eléctrico que no haga contacto con un conductor o persona conectada a tierra, no disparará un protector contra fallas por conexión a tierra. Existen dos tipos de fallas por arco eléctrico, en los circuitos eléctricos y en el cableado: en paralelo y en serie . La formación de arcos eléctricos en paralelo ocurre cuando se presenta un arco eléctrico entre dos cables, o entre el cable y tierra, y la corriente está limitada por la impedancia de la fuente de voltaje, el cable, y el arco eléctrico. Cuando la falla está sólidamente conectada y el voltaje del arco eléctrico es bajo, el interruptor automático normal, se dispara muy rápidamente con poco cailentamiento del cable o con poco daño en el punto del arco eléctrico. Sin embargo, ocasionalmente el arco eléctrico hace explotar los componentes que han sufrido la falla, creando un mayor voltaje en el arco eléctrico, y reduciendo la corriente de la falla, por debajo de la curva de disparo, y provocando "fallas que dejan marcas". Las consecuencias del daño por el arco eléctrico en paralelo, son mucho mayores que la de los arcos eléctricos en serie. La corriente promedio puede no ser suficiente para disparar un interruptor automático convencional, mediante el calentamiento de la tira de aleación metálica, o la corriente máxima puede no ser lo suficientemente grande para disparar el elemento enganchador de disparo, magnético. Esto hace que el interruptor automático convencional sea razonablemente efectivo en la protección contra los arcos eléctricos en paralelo, cuando la corriente máxima sea de unos cuantos cientos de amperios. Desafortunadamente, la corriente de la falla puede ser limitada por un circuito que tenga demasiada impedancia, para disparar inmediatamente el interruptor automático, térmico-magnético. La formación de arcos eléctricos en paralelo es generalmente más peligrosa que la formación de arcos eléctricos en serie. La energía liberada en el arco eléctrico es mucho mayor, con temperaturas que a menudo están por arriba de 5,537.8 'C (10,000 ' F) . Esto causa la pirolización o carbonización del aislamiento, creando rutas de carbón conductor y expulsando metal caliente que puede encontrar materiales inflamables. La formación de arcos eléctricos en serie inicia con la corrosión en las conexiones entre las espigas de contacto y los enchufes hembra, o por conexiones flojas, en serie, con las cargas eléctricas. La caída de voltaje a través de una conexión pobre inicia a unos pocos cientos de milivoltios y lentamente calienta y oxida o piroliza los materiales circundantes. La caída de voltaje se incrementa hasta unos cuantos voltios, tiempo en el cual se vuelve una "conexión incandescente" y comienza a liberar humo del aislamiento polimérico circundante. La corriente de arco eléctrico en serie está limitada usualmente a un valor moderado por la impedancia de la carga eléctrica que está conectada al circuito. La cantidad de energía eléctrica proveniente del arco eléctrico en serie es típicamente mucho menor que la de una falla en paralelo. Dado que la corriente máxima típicamente nunca es mayor que la corriente de la carga de diseño, la formación de arcos eléctricos en serie es mucho más difícil de detectar que la formación de arcos eléctricos en paralelo. La característica del arco eléctrico en serie es una variación inusual de la corriente de la carga normal . La formación de arco eléctrico en serie usualmente es tal que la corriente del arco eléctrico permanece muy por debajo de la curva de disparo del interruptor automático. Lengüetas terminales sueltas, clavijas eléctricas mal acomodadas o trasroscadas, hilos conductores rotos dentro de un cable, son fuentes típicas. Estos arcos eléctricos causan caídas de voltaje en la carga y el calentamiento del cable, de la espiga del enchufe macho, o de la lengüeta terminal. Este calentamiento puede conducir a fallas de los componentes y a una fuente de ignición. Existen muchas condiciones que pueden causar una falla por arco eléctrico. Por ejemplo, un cableado, conectores, contactos o aislamiento, corroídos, desgastados o deteriorados, conexiones flojas, cableado dañado por las uñas o grapas que penetran por el aislamiento, y el esfuerzo eléctrico causado por las sobrecargas repetidas, descargas atmosféricas, etc. Estas fallas pueden dañar el aislamiento del conductor y causar que el conductor alcance una temperatura inaceptable. Los dispositivos estándares para sobrecorrientes, usados en interruptores automáticos de circuito, responden al efecto de calentamiento de la corriente en un cable resistivo, para "disparar térmicamente" el interruptor automático, pero estos no responden a las corrientes de arco eléctrico por desintegración catódica. En la presente se propone un mejor enfoque: detener el arco cuando suceda, en vez que esperar a que un interruptor automático de circuito se dispare térmicamente. Hasta recientemente, esa capacidad de detección de arco eléctrico no se ha encontrado disponible en los interruptores automáticos de circuito o relevadores. Los Interruptores de Circuitos para Fallas por Conexión a Tierra (GFCI)para la protección de personal, han estado disponibles en el hogar desde inicios de los años 70. Bajo condiciones ideales, los GFCI pueden detectar la fase para arcos eléctricos por conexión a tierra, tan baja como de seis miliamperios, pero no pueden detectar arcos eléctricos en serie o mejorar los tiempos de disparo por fallas, de la línea a la línea neutra. Las tecnologías de detección de fallas por arco eléctrico son una innovación reciente y excitante en la protección de circuitos, en los Estados Unidos de Norteamérica. En la presente se ha encontrado que los interruptores de circuito por fallas por conexión a tierra (AFCI) pueden estar diseñados para detectar un arco en serie o en paralelo, así como arcos de la línea a la línea neutra, "poniendo atención" a las características únicas que generan los arcos eléctricos. Un interruptor de circuito para fallas por arco eléctrico, es un dispositivo cjue sirve para proporcionar protección contra los efectos de las fallas por arco eléctrico, reconociendo características únicas para los arcos eléctricos, y funcionando para desconectar el circuito cuando se detecte una falla por arco eléctrico. Los interruptores automáticos de circuito, han sido históricamente la mejor protección disponible para el cableado. Los diseños actuales se basan en tecnologías que tienen hasta 40 años de existir. En los interruptores automáticos de circuito, la protección se proporciona usualmente en dos formas. Las corrientes de cortocircuito hacen funcionar un elemento enganchador de disparo magnético, mientras q?e las corrientes de sobrecarga hacen funcionar, ya sea un elemento enganchador de disparo, bimetálico, o un pistón magnético amortiguado hidráulicamente. El "disparo instantáneo" es la acción de disparo magnético, con corriente elevada, encontrada en algunos de los interruptores automáticos, aunque no en todos. El tiempo para el disparo, durante una sobrecarga, se determina mediante el tiempo que lleva calentar una aleación bimetálica hasta la temperatura que desenganche el interruptor automático. Mientras mayor sea la corriente que caliente la aleación bimetálica, menor será el tiempo que tome disparar el interruptor automático. Un estilo de interruptor automático hidráulico-magnético, contiene una barra magnética sellada en fluido, la cual se mueve hasta una posición de disparo, en respuesta al cuadrado de la corriente. Estos dispositivos de interrupción de circuito son seleccionados por los ingenieros de diseño, a fin de proteger el cableado, del sobrecalentamiento o de la fusión. Durante las fallas por arco eléctrico, estas corrientes son a menudo pequeñas, de corta duración y se encuentran muy por debajo de la curva de protección en el tiempo contra sobrecorrientes, diseñada en estos interruptores automáticos. La formación de arco eléctrico en un circuito de corriente alterna defectuoso, usualmente ocurre esporádicamente en cada hemiciclo de la forma de onda de voltaje. El complejo evento de formación de arco eléctrico, causa arcos de desintegración catódica que hacen variar la corriente de los patrones de carga normales . El precursor del arco puede ser una conexión de alta resistencia que conduzca a un "contacto incandescente" y luego a un arco en serie, o una ruta de carbón que conduzca al arco eléctrico en paralelo o de línea a línea. En un interruptor automático de circuito, casero, equipado con un Interruptor de Circuito para Fallas por Conexión a Tierra (GFCI) , una ruta de carbón o humedad se puede detectar tempranamente si el cortocircuito es a tierra. Con la introducción de los interruptores automáticos en base al AFCI, la protección contra cortocircuitos por arco eléctrico, de línea a línea, que no involucren tierra, puede también detectarse e interrumpirse. En el interruptor para fallas por arco eléctrico, de la presente, los dispositivos electrónicos adicionales inspeccionan, tanto el voltaje de la línea como las "características" de la corriente. En un circuito que funcione normalmente, las fluctuaciones comunes de la corriente producen características que no deberían confundirse con las de un arco eléctrico. Las corrientes de arranque, las características de conmutación y los cambios de carga (eventos normales o de "arco eléctrico bueno") pueden programarse digitalmente en el AFCI, como formas de onda con características normales. Las desviaciones o cambios de estas características "normales" son inspeccionadas por circuitos electrónicos y algoritmos, para determinar si está ocurriendo la formación de arco eléctrico. Cuando estas características de falla por arco eléctrico son reconocidas, el circuito se interrumpe y se elimina la corriente eléctrica. La rapidez de esta detección, así como la magnitud del arco eléctrico, pueden ser parámetros programables en el momento de la fabricación. Las características particulares identificadas como arcos eléctricos, son parte de la tecnología patentada, para fallas por arco eléctrico, de Square D Company. Los interruptores automáticos de circuito, en base al AFCI, comerciales, aprobados por Underwritters Laboratories (UL) , se encuentran disponibles comercialmente. Estos se encuentran ahora en la National Electronic Conference (NEC) y se requerirán en los circuitos de dormitorios habitacionales para el 2002. Dado que las cargas eléctricas en los circuitos residenciales pueden variar ampliamente, serán diseñados para permitir casi una combinación infinita de cargas eléctricas. Su programación AFCI está combinada con GFCI, así como con componentes para sobrecargas, magnéticos y térmicos. Estarán diseñados para ajustarse a la forma y funcionar en lugar de los interruptores automáticos de circuito, residenciales, estándares . Resumiendo de manera breve, el calor, los arcos eléctricos o la ignición eléctrica son causados a menudo por conexiones sueltas, cables rotos o en cortocircuito, en el sistema de distribución de energía eléctrica. En el cableado, la vibración, condiciones extremas de temperaitura y humedad, mantenimiento y reparación inapropiados, contribuyen todas a la falla del cableado. Esto conduce a la formación de arco eléctrico y puede encender componentes combustibles. Además, la ruta de carbón causada por el calor generado por el arco eléctrico puede deteriorar el aislamiento del cable, exponiendo los conductores y dando por resultado cortocircuitos intermitentes entre los cables individuales. Estos cortocircuitos entre cables pueden causar daños y malos funcionamientos. La eliminación o reducción de estos peligros, con la tecnología de fallas por arco eléctrico, que llegará a ser una amplia prioridad en la industria, es un aspecto de la presente invención.

OBJETOS Y SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un objeto general de la presente invención es proporcionar una mejora en un interruptor de fallas por arco eléctrico, que detecte confiablemente las condiciones de falla por arco eléctrico que puedan ser ignoradas por los interruptores de circuito convencionales . Un objeto más específico de la invención es proporcionar un interruptor de fallas por arco eléctrico que cree una falla por conexión a tierra, aparente, en la detección del arco eléctrico, de manera tal que se pueda usar un interruptor de fallas por conexión a tierra, asociado, para disparar el circuito. Un objeto relacionado de la invención es proporcionar un interruptor de fallas por arco eléctrico que utilice un número mínimo de componentes electrónicos altamente confiables, de manera que sea de funcionamiento relativamente simple y aún altamente confiable. Objetos y ventajas diferentes y adicionales de la invención, serán evidentes para los experimentados en la técnica, a partir de la presente especificación, tomada con los dibujos adjuntos y las reivindicaciones anexas. De conformidad con un aspecto de la invención, se proporciona un sistema para producir una falla por conexión a tierra, simulada, cuando se encuentre presente un arco eléctrico en un circuito eléctrico, el cual comprende un sensor que inspecciona el circuito eléctrico, un circuito para la detección de fallas por arco eléctrico que determina si se encuentra presente o no una falla por arco eléctrico, en respuesta al sensor, y produce una señal de disparo en respuesta a una determinación de que se encuentra presente una falla por arco eléctrico en el circuito eléctrico, y un circuito simulador de fallas por conexión a tierra, para producir una falla por conexión a tierra, simulada, en respuesta a la señal de disparo. De conformidad con otro aspecto de la invención, se proporciona un método para producir una falla por conexión accidental a tierra, simulada, cuando se encuentre presente un arco eléctrico en un circuito eléctrico, que comprende inspeccionar el circuito eléctrico y determinar si se encuentra presente o no una falla por arco eléctrico en el circuito, producir una señal de disparo en respuesta a una determinación de que se encuentra presente una falla por arco eléctrico en el circuito eléctrico, y producir una falla por conexión accidental a tierra, simulada, en respuesta a la señal de disparo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos: La Figura 1 es un diagrama de bloques funcional, de un tipo del aparato de detección de fallas por arco eléctrico, que se puede usar con la invención; La Figura 2 es un diagrama esquemático de circuitos, parcialmente en la forma de bloques, que muestra el aparato de conformidad con una forma de la invención; La Figura 3 es un diagrama simplificado que muestra un tomacorriente de interruptor de circuito de fallas por arco eléctrico, conectado funcionalmente con un interruptor de circuito de fallas por arco eléctrico, en un panel de distribución, de conformidad con una forma de la invención; y Las Figuras 4 a 7 muestran varias modalidades de un circuito simulador de fallas por conexión a tierra, que puede ser usado en la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE MODALIDADES ILUSTRATIVAS Haciendo referencia ahora a los dibujos, inicialmente a la Figura 1, se muestra, en forma de bloques, un novedoso sistema detector de fallas eléctricas, de conformidad con una modalidad de la invención, y se designa, en general, mediante el número de referencia 10. En el ejemplo ilustrativo, el sistema de detección de fallas 10 está asociado con un circuito eléctrico, tal como un circuito 12 de corriente alterna de 120 voltios, que va a inspeccionarse respecto a fallas. Por supuesto, la invención no está limitada a un circuito de corriente alterna de 120 voltios. Se proporciona al menos un sensor 16 en asociación con el circuito 12 de corriente alterna de 120 voltios, para producir una señal representativa de una condición de la señal, tal como la potencia, voltaje o corriente en el circuito 12 de corriente alterna de 120 voltios. En la modalidad ilustrada, este sensor 16 comprende un sensor de la velocidad de cambio (di/dt) de la corriente. Un conductor de línea 14 del circuito 12 de corriente alterna de 120 voltios pasa a través del sensor 16 de la velocidad de cambio (di/dt) el cual produce una señal de entrada de la corriente, representativa de la velocidad de cambio del flujo de corriente en el conductor de línea 14. El sensor 16 de di/dt puede comprender una bobina toroidal que tiene un núcleo anular que rodea el conductor de línea 14, en donde una bobina detectora,, toroidal, se encuentra enrollada helicoidalmente sobre el núcleo. En el sensor 16, el núcleo puede estar fabricado de material magnético tal como ferrita, hierro o polvo moldeado permeable, de manera tal que el sensor sea capaz de responder a los rápidos cambios en el flujo. Se puede cortar un entrehierro en el núcleo, en ciertos casos, para reducir la permeabilidad, y el material del núcleo es tal que no se satura durante la corriente relativamente alta producida por algunas formas de arco eléctrico, de manera que aún sea posible la detección del arco eléctrico. El sensor de di/dt 16 proporciona una entrada a un circuito detector 24 de fallas por arco eléctrico, tal como un circuito detector de ruido de banda ancha y un circuito detector 26 de fallas de corriente, tal como un circuito de medición de corriente. En la modalidad ilustrada, todos los componentes del circuito detector 24 de fallas por arco eléctrico, del circuito detector 26 de fallas de corriente, así como algunos de los otros componentes del circuito que se describirán posteriormente, se proporcionan en un circuito integrado específico para la aplicación (ACFI) 30. Las señales de salida apropiadas provenientes del ASIC 30 se alimentan a un microcontrolador 40 que, en base al análisis y procesado adicionales de las señales proporcionadas por el ASIC 30, realiza una decisión de si enviar o no una señal de disparo hacia una salida 42. Haciendo referencia aún a la Figura 1, se describirán posteriormente componentes adicionales del ASCI 30. El detector de ruido de banda ancha 24 comprende un primer y segundo circuitos 80, 82 de filtro de paso de banda que reciben la señal de velocidad de cambio de la corriente proveniente del sensor de di/dt 16. Los pasos de banda de estos circuitos 80 y 82 se seleccionan en bandas de frecuencia que sean representativas del ruido de banda ancha típico de las fallas por arco eléctrico. En la modalidad ilustrativa, estas frecuencias de paso de banda se seleccionan típicamente de 35 kilohertz y 70 kilohertz, respectivamente. Cada uno de los circuitos 80 y 82 de filtro de paso de banda alimenta una señal filtrada que contiene los componentes de una señal de entrada del sensor de di/dt, que caen dentro de sus bandas de paso de la frecuencia de paso de banda, respectivas, a los circuitos detectores 84 y 86 de umbrales .

Los detectores 84 y 86 de umbrales, son sensibles a los componentes de las señales de frecuencia, que pasan por los filtros de paso de banda 80 y 82, que se encuentran por encima de una amplitud umbral predeterminada, para producir una salida de amplitud de frecuencia correspondiente, a los circuitos 88 y 90 acondicionadores de señales. Estos circuitos 88 y 90 producen una señal de salida acondicionada en una forma apropiada para la entrada al microcontrolador 40. En la modalidad ilustrativa, estos últimos circuitos acondicionadores de señales, 80 y 90, comprenden circuitos monoestables de diez microsegundos, para producir una señal de impulso unitario. A los impulsos de salida generados por los circuitos monoestables 88 y 90 se les realiza el producto lógico en un circuito Y 96 cuya salida se alimenta a una entrada "contadora", del microcontrolador 40, tal como se indica en la Figura 1. En la modalidad ilustrativa, se utiliza un umbral de un voltio para ambos circuitos de umbrales, 84 y 86. Haciendo referencia todavía a la Figura 1, el sensor de fallas de corriente o la porción de medición de corriente 26 del ASIC 30 recibe también la señal de salida del sensor de di/dt 16. Un circuito integrador 100 desarrolla una señal representativa de la magnitud de corriente, en respuesta a la salida del sensor de di/dt 16. Esta señal se alimenta a una porción 102 del circuito de acondicionamiento de señales, adicional, que incluye un circuito valor absoluto tal como se muestra en la Figura 1 y un circuito de ganancia 104 para producir una señal de salida de corriente acondicionada, en una forma apropiada para la entrada al controlador 40. El circuito valor absoluto 102 capta señales tanto de variación en sentido negativo como en sentido positivo, e invierte cualesquiera señales de variación en sentido negativo, en señales positivas, mientras que deja pasar, sin cambios, las señales con variación en sentido positivo. La salida del circuito valor absoluto 102 se alimenta ai circuito de ganancia 104 que, en una modalidad, incluye una etapa de ganancia de corriente baja y una etapa de ganancia de corriente alta. Brevemente, la etapa de ganancia de corriente baja aplica una cantidad de ganancia relativamente mayor, a corrientes relativamente bajas, a fin de incrementar la resolución de la señal de la corriente, para los niveles de corriente relativamente bajos. Por otra parte, la etapa de ganancia de corriente ailta aplica una ganancia relativamente más baja, a los niveles de corriente relativamente más altos, a fin de mantener un intervalo completo de niveles de señales de corriente, a través del circuito. Las salidas de las etapas de ganancia de la corriente baja y corriente alta, respectivas, se alimentan al microcontrolador 40. El voltaje de línea también se acondiciona en un circuito 130 y se alimenta al microcontrolador para el análisis y procesado adicionales. Este circuito 130 incluye un divisor de voltaje de línea (no mostrado) que divide el voltaje de línea a un nivel más bajo, apropiado para el procesado adicional, un amplificador diferencial (no mostrado) que capta la salida del divisor de voltaje de línea y la desplaza de nivel a la tierra del circuito para ser rectificada, y un circuito valor absoluto. El voltaje del amplificador diferencial (no mostrado) se alimenta a través del circuito valor absoluto que tiene la misma configuración y función descritas anteriormente para los circuitos valor absoluto descritos previamente. La salida del circuito 130 de acondicionamiento de señales, se alimenta al microcontrolador 40. Haciendo referencia aún a la Figura 1, un circuito guardián 140 capta una entrada de impulso (Impulso_Entrada) proveniente del microcontrolador 40, para verificar si el microcontrolador está todavía activo. Si no se encuentran impulsos presentes en esta salida del microcontrolador, entonces el circuito guardián 140 envía una señal de disparo (Disparo_Señal ' ) al circuito de disparo Una compuerta O adicional 144, puede recibir las salidas 42 y 142, y realizarles la suma lógica en una sola salida 146 de señal de disparo. Un circuito amplificador de "oprimir para realizar prueba" 150 recibe una señal de "reloj de prueba", proveniente del microcontrolador, cuando se acciona un interruptor de "oprimir para realizar prueba" (no mostrado) y se le condiciona para la entrada a un devanado de prueba sobre el sensor de di/dt 16. Si todos los conjuntos de circuitos funcionan apropiadamente, el microcontrolador deberá recibir señales de retorno que indiquen una falla por arco eléctrico. De acuerdo con un programa de prueba, cuando estas señales se reciben, el microcontrolador producirá una señal de "disparo" en la línea 42. Como se indicó anteriormente, la Figura 1 ilustra una modalidad de un circuito integrado específico para una aplicación, para llevar a cabo las operaciones descritas anteriormente. Detalles adicionales de la estructura y funcionamiento del circuito de la Figura 1 se describen en la solicitud copendiente, No. de serie 09/026,193, presentada el 19 de Febrero de 1998 (expediente del abogado NBD27/SQRE020) la cual se incorpora en la presente como referencia. Proporcionar el circuito detector, como un ASIC, es ventajoso porque permite que el conjunto de circuitos sea incorporado en una variedad de entornos . Esto se debe principalmente al tamaño pequeño y requerimientos de energía relativamente modestos, del ASIC. Es decir, este circuito detector puede ser incorporado no únicamente en tableros o en otros aparatos de distribución, sino que también podría ser colocado en cargas individuales. Esto es cierto para aplicaciones industriales, así como comerciales y residenciales. Por ejemplo, el circuito detector ASIC podría incorporase en equipo o maquinaria, industrial y/o comercial, alimentados con energía eléctrica, así como en productos para el consumidor, tales como computadoras, equipo audiovisual, aparatos o similares. Una modalidad de la invención analiza las formas de onda de la corriente y el ruido de banda ancha, para determinar si se encuentra presente un arco eléctrico en los conductores eléctricos. Un arco de alta corriente se identifica como una forma de onda de la corriente que tiene una combinación de cambios en la corriente (di/dt) y ruido de banda ancha (de 10 kHz a 100 kHz) . El controlador 40 incrementa una pluralidad de contadores, que pueden estar implementados en programas de cómputo (software) , de acuerdo con las señales de entrada recibidas del ASIC 30. Una descripción detallada de cómo determina el controlador si un arco eléctrico se encuentra presente o no, se describe en la solicitud copendiente No. de Serie 09/129,685 presentada el 5 de Agosto de 1998 (expediente del abogado NBD27-1/SQRE171) y que se incorpora en la presente como referencia. El circuito de detección de fallas por arco eléctrico, descrito anteriormente, es solo una forma de circuitos de detección que se puede usar con relación a la presente invención. Se pueden usar circuitos de detección de fallas por arco eléctrico, de otros tipos, sin apartarse de la invención. Para los propósitos de la presente invención, es suficiente que el esquema de detección de fallas por arco eléctrico, utilizado, detecte arcos eléctricos en el circuito o circuitos inspeccionados y que produzca una salida útil o señal o de "disparo" cuando se detecte una falla por arco eléctrico. El circuito de detección de fallas por arco eléctrico 10 puede estar localizado en una caja o receptáculo de tomacorrientes eléctricos (ver la Figura 3) , o en una caja de conexiones, o en otro componente o elemento de un sistema eléctrico casero, así como en un dispositivo eléctrico tal como un cordón de extensión, un aparato, o similar, conectado o que se pueda conectar a un sistema eléctrico casero. Aunque las solicitudes de patente copendientes, a las que se hizo referencia anteriormente, describen un sistema de detección de fallas por arco eléctrico que está combinado con un elemento y conjuntos de circuitos, de detección de fallas por conexión a tierra, la presente invención contempla también el suministro de un dispositivo o mecanismo interruptor de circuito de fallas por conexión a tierra, separado. De esta manera, de conformidad con la presente invención, cuando el circuito de detección de fallas por arco eléctrico 10 produce una señal de salida o disparo (por ejemplo en la salida 146) indicando la presencia de una falla por arco eléctrico (o disparando el circuito guardián 140) , se crea una pseudofalia por conexión a tierra, simulada, que sería entonces detectada por un interruptor de circuito para fallas por conexión a tierra (GFCI) . Este GFCI puede estar localizado en el mismo tomacorriente o en otro dispositivo que como el circuito 10 para la detección de fallas por arco eléctrico, o en un tomacorriente protegido contra fallas por arco eléctrico que se encuentren "corriente arriba" (es decir, sobre el lado de línea) del sitio de los circuitos de detección para fallas por arco eléctrico, de la invención, o en un interruptor para fallas por conexión a tierra, que sea. parte de un interruptor automático de circuito localizado en un panel de distribución o en la caja de un interruptor automático de circuito corriente arriba de los circuitos de detección para fallas por arco eléctrico, tal como se muestra, por ejemplo, en la Figura 3. En el caso de que los circuitos de selección de fallas por arco eléctrico y de fallas por conexión a tierra, simuladas, de la invención, se encuentren localizados en un receptáculo eléctrico, tomacorriente, u otro dispositivo eléctrico, o en una caja de conexiones o receptáculo en un sistema eléctrico, del aparato para fallas por arco eléctrico, la presente invención minimiza el espacio ocupado por el aparato para fallas por arco eléctrico. Por ejemplo, la presente invención no requiere de contactos adicionales y de dispositivos eléctricos/mecánicos para realizar e interrumpir los contactos, o mecanismos de prueba o borrado, o mecanismos de reajuste, y similares, dentro del mismo tomacorriente, receptáculo, etc., que el conjunto de circuitos de detección de fallas por arco eléctrico. Por el contrario, los mecanismos de disparo, reajuste y prueba, existentes, en un receptáculo de interruptor de fallas por conexión a tierra o un interruptor automático para fallas por conexión a tierra, existentes, serían utilizados, en cooperación con la presente invención, para disparar y reajustar el circuito en la detección de la falla por arco eléctrico. Los componentes del GFCI podrían ser localizados en el mismo receptáculo, en casos en donde los componentes para fallas por arco eléctrico se encuentren localizados en un receptáculo, o en un receptáculo separado, o en un panel de distribución, tal como se mencionó anteriormente. En este último respecto, se haces referencia de las Figuras 2 a 7, en donde se ilustran aspectos adicionales de la invención. En la Figura 2, un circuito 12 comprende conductores 14, 18 de línea (L) y neutro (N) y tiene una bobina detectora de fallas por conexión a tierra o un transformador de corriente 210, se ilustra con relación a la bobina detectora para la detección de fallas por arco eléctrico o al transformador de corriente 16 y su conjunto de circuitos 220 del interruptor de circuito para fallas por arco eléctrico, que incluye el circuito de detección de fallas por arco eléctrico 10 descrito anteriormente, u otro conjunto de circuitos apropiados, para producir una señal de salida, de disparo, en una salida 222 en respuesta a la detección de una falla por arco eléctrico. La señal en la salida de disparo 222 se alimenta a una entrada de un circuito 224 simulador de fallas por conexión a tierra, que puede tomar cualquier número de formas, y produce una señal de falla por conexión a tierra que será detectada por el transformador de corriente 210 por fallas de conexión a tierra, que puede estar localizado en el mismo receptáculo o en un receptáculo GFCI separado, o en un interruptor automático GFCI, en el panel de distribución o en la caja del interruptor automático, tal como se mencionó anteriormente. Haciendo referencia brevemente a la Figura 3, se ilustra una modalidad de la invención en la que se proporciona un tomacorriente eléctrico o receptáculo 300 protegido contra fallas por arco eléctrico, con el circuito AFCI 220 y el circuito simulador 224 de fallas por conexión a tierra descritos anteriormente con referencia a la Figura 2. Estos elementos 220, 224 pueden ser montados al receptáculo mismo, o a la caja eléctrica que monta el receptáculo. Los conductores neutro y de línea 14, 18, respectivos, y un conductor a tierra 19 se proporcionan al tomacorriente AFCI 300 desde un panel de distribución 302 en una ubicación remota, de acuerdo con las prácticas de cableado casero convencionales. En el panel de distribución 302, se proporciona un interruptor de circuito para fallas por conexión a tierra (GFCI) o un interruptor de circuito 304 protegido contra fallas por conexión a tierra. Como se describió anteriormente con referencia a la Figura 2, el circuito AFCI en el receptáculo o tomacorriente 300, al detectar una falla por arco eléctrico produce una falla por conexión a tierra, simulada en el circuito 12, que será detectada por el interruptor automático de circuito GFCI 304 en el panel de distribución 302. En la modalidad ilustrada en la Figura 3, el interruptor automático de circuito GFCI 304 está asociado con un circuito de derivación que comprende el circuito 12. Ejemplos específicos de un circuito simulador de fallas por conexión a tierra, se presentan en las Figuras 4 a 7, sin embargo, la invención no está limitada a estos ejemplos. Se puede utilizar cualquier circuito u otro(s) dispositivo (s) que produzca (n) una falla por conexión a tierra, simulada, apropiada, que pueda ser detectada por el transformador de corriente 210 de fallas por conexión a tierra. En los ejemplos proporcionados en las Figuras 4 a 7, tal como se describe adicionalmente más adelante, el circuito 224 aisla eléctricamente el circuito 220 de fallas por arco eléctrico, del circuito inspeccionado 12 ?pae incluye los conductores neutros y de línea 14, 18. Los circuitos para realizar ésto se muestran respectivamente en las Figuras 4 a 7 e incluyen un circuito opto-triac 224a, un opto-transistor 224b, un opto-SCR 224c y un relevador 224d. Uno de estos circuitos o un circuito equivalente, simula una falla por conexión a tierra entre el conductor de línea 14 y el conductor neutro 18 del circuito 12, que puede ser detectada por el transformador de corriente 210 de fallas por conexión a tierra, localizado corriente arriba del sensor 16 de fallas por arco eléctrico. Se puede seleccionar un resistor 226 para ajustar un nivel de corriente de falla por conexión a tierra. Todavía como otra alternativa, el detector o sensor 16 de fallas por arco eléctrico y circuitos 220 y 224, mostrados y descritos con relación a la Figura 2, podrían ser instalados en un tomacorriente protegido contra fallas por conexión a tierra, usando las conexiones indicadas con relación al transformador de corriente de fallas por conexión a tierra, u otro elemento sensor o detector de fallas por conexión a tierra, y que utilice las capacidades existentes de interrupción, reajuste y prueba del circuito, del receptáculo protegido contra fallas por conexión a tierra, para la protección contra fallas por arco eléctrico, todo en el mismo tomacorriente o receptáculo.

Aunque se han ilustrado y descrito modalidades y aplicaciones particulares de la presente invención, deberá comprenderse que la invención no está limitada a la construcción y composiciones precisas, descritas en la presente, y que se pueden poner de manifiesto varias modificaciones, cambios, y variaciones, a partir de las descripciones precedentes, sin apartarse del espíritu y alcance de la invención, tal como se encuentran definidas en las reivindicaciones anexas.

Claims (5)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la invención que antecede, se considera como una novedad, y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un sistema para producir una falla por conexión a tierra, simulada, cuando se encuentra presente un arco eléctrico en un circuito eléctrico, caracterizado porque comprende: un sensor que inspecciona el circuito eléctrico; un circuito de detección de fallas por arco eléctrico, que determina si está presente una falla por arco eléctrico, en el circuito eléctrico, en respuesta al sensor, y produce una señal de disparo en respuesta a una determinación de que una falla por arco eléctrico está presente en el circuito eléctrico; y, un circuito simulador de fallas por conexión a tierra, que produce una falla por conexión a tierra, simulada, en respuesta a la señal de disparo.

2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sensor detecta una corriente en el circuito eléctrico y desarrolla una señal del sensor correspondiente, y porque el circuito de detección de fallas por arco eléctrico comprende un circuito que determina la presencia de ruido de banda ancha en la señal del sensor y produce una señal de salida correspondiente, y un controlador que procesa la señal del sensor y la señal de salida, en una forma predeterminada, para determinar si está presente una falla por arco eléctrico, en el circuito eléctrico.

3. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el controlador implementa una pluralidad de contadores e incrementa la pluralidad de contadores, en una forma predeterminada, de acuerdo con la señal del sensor y con la señal de salida, y determina periódicamente si está presente un arco eléctrico, en base, al menos en parte, al estado de la pluralidad de contadores . . El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque los contadores están implementados en programas de cómputo (software) . 5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito simulador de fallas por conexión a tierra, tiene una entrada para recibir la señal de disparo, y una salida para producir la falla por conexión a tierra, simulada, y porque la salida está aislada eléctricamente de la entrada. 6. El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el circuito simulador de fallas por conexión a tierra, comprende un relevador. 7. El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el circuito simulador de fallas por conexión a tierra, comprende un opto-aislador. 8. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el opto-aislador incluye un opto-triac. 9. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el opto-aislador incluye un opto-transistor . 10. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el. opto-aislador comprende un opto-SCR. 11. Un método para producir una falla por conexión a tierra, simulada, cuando se encuentre presente un arco eléctrico en un circuito eléctrico, caracterizado porque comprende: inspeccionar el circuito eléctrico y determinar si esstá presente un arco eléctrico en el circuito; producir una señal de disparo en respuesta a una determinatción de que una falla por arco eléctrico está presente en el circuito eléctrico; y, producir una falla por conexión a tierra, simulada, en respuesta a la señal de disparo. 12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la inspección y determinación incluyen detectar una corriente; en el circuito eléctrico y desarrollar una señal del sensor correspondiente, determinar la presencia de ruido de banda ancha en la señal del sensor y producir una señal de salida correspondiente y procesar la señal del sensor y la señal de salida, en una forma predeterminada, para determinar si está presente un arco eléctrico en el circuito eléctrico. 13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el procesado incluye incrementar una pluralidad de contadores, en una forma predeterminada, de acuerdo con la señal del sensor y con la señal de salida, y determinar periódicamente si está presente una falla por arco eléctrico, en base, al menos en parte, al estado de la pluralidad de contadores. 1

4. El método de conformidad con la reivindicación 13, y caracterizado porque además incluye implementar la pluralidad de contadores en software. 1

5. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la producción de una falla por conexión a tierra, simulada, incluye aislar eléctricamente la falla por conexión a tierra simulada de la señal de disparo.