MXPA01013137A

MXPA01013137A - Un metodo y sistema para detectar fallas de arco, y prueba de este sistema.

Info

Publication number: MXPA01013137A
Application number: MXPA01013137A
Authority: MX
Inventors: Stanley J Brooks
Original assignee: Square D Co
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2002-11-22
Also published as: AU5878700A; EP1200847A4; WO2001002872A1; US6313641B1; EP1200847A1; CA2377891A1

Abstract

Un sistema para detectar fallas de arco en una red de distribucion electrica que tiene un conductor de linea que lleva una senal electrica entre una fuente de energia y una carga, es capaz de detectar arcos en serie, arcos de linea a neutro, y arcos de linea a tierra. El sistema incluye un sensor acoplado con el conductor de linea para monitorear la senal electrica y generar una senal del sensor representativa. El sistema genera una senal indicadora de arco en respuesta a la senal del sensor que tiene caracteristicas que indican una falla de arco. Se acopla un alambre de prueba al sensor simultaneamente con el conductor de linea, y se produce periodicamente una senal de prueba en la linea de prueba. El sensor tambien monitorea la prueba, y produce una senal del sensor que representa tanto la sefial de prueba como la senal electrica, cuando esta presente la senal de prueba en la linea de prueba. El sistema de deteccion de falla de arco genera una senal indicadora de arc o en respuesta a la senal del sensor asociada ya sea con la linea de prueba o con el conductor de linea, que tenga caracteristicas que indiquen una falla de arco. Un integrador de prueba de diagnostico genera una senal de disparo para disparar la interrupcion de la senal electrica en respuesta a ciertas condiciones de estado de la senal de prueba y de la senal indicadora de arco. La figura mas representativa de la invencion es la numero 1.

Description

UN MÉTODO Y SISTEMA PARA DETECTAR FALLAS DE ARCO. Y PRUEBA DE ESTE SISTEMA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a los sistemas de detección de fallas de arco para proteger a un sistema de distribución eléctrica de las fallas de arco. De una manera más particular, la presente invención se refiere a un 10 aparato y método para detectar arcos en serie, arcos de linea a neutro, y arcos de línea a tierra, y a un sistema de prueba, • y un método para probar este sistema de detección. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sistemas eléctricos en aplicaciones residenciales, comerciales, e industriales, normalmente incluyen un tablero para recibir la energía eléctrica desde una fuente del servicio. La energía se conecta al tablero por medio de barras colectoras de línea y barras colectoras de neutro. La energía eléctrica se suministra desde el tablero hasta los • 20 circuitos ramales designados a través de los conductores de línea y neutro que suministran una o más cargas. Normalmente, se montan diferentes tipos de dispositivos protectores a las barras colectoras del tablero para proteger los circuitos ramales de las condiciones eléctricas peligrosas, y reducir el riesgo de accidentes, daños, o incendios. Los interruptores de circuitos convencionales son un tipo de dispositivo protector para proteger a los circuitos ramales de ciertas condiciones eléctricas peligrosas. En particular, los interruptores de circuitos convencionales están diseñados para disparar y abrir e interrumpir un circuito 5 eléctrico en respuesta a la detección de sobrecargas y de cortos circuitos. La protección de sobrecarga se proporciona mediante un elemento térmico que, cuando se calienta por la corriente incrementada, hace que el interruptor de circuito se dispare e interrumpa la energía. Esto puede ocurrir cuando muchas cargas extraen energía desde el mismo circuito ramal al • mismo tiempo, o cuando una sola carga extrae más energía de lo que el circuito ramal está diseñado para llevar. La protección de corto circuito se proporciona mediante un elemento electromagnético que se dispara cuando detecta un alto flujo de corriente. Un detector de falla de arco es otro tipo de dispositivo protector, diseñado para proteger a un sistema de flp distribución eléctrica de las fallas de arco eléctrico peligrosas, o "fallas de arco", que son una de las principales fuentes de incendios en las residencias. Las fallas de arco ocurren cuando la corriente eléctrico hace un "arco" o se descarga luminosamente a través de un medio aislante, normalmente un gas ionizado, entre los conductores. Algunas causas específicas de las fallas de arco incluyen: conexiones flojas o inapropiadas, aparatos o cables de extensión deshilachados o rotos, aislamiento pellizcado o perforado del alambre de construcción o de los cables de extensión, aislamiento agrietado en el alambre o en los cables por la edad, el calor, la corrosión, o la tensión de doblez, los alambres o cables sobrecalentados o sobrecargados, y el rompimiento del aislamiento en los aparatos. Las temperaturas en el centro de un arco pueden exceder de 2,759.7°C, y encender el aislamiento del conductor y los materiales combustibles adyacentes, y/o fundir el conductor mismo (por ejemplo, cobre, que tiene una temperatura de fusión de 1,082°C) . A un voltaje residencial de 120 Vac, un arco puede sostenerse continuamente si está rastreando a través de una superficie que sea cuando menos parcialmente conductora. Por ejemplo, el aislamiento eléctrico entre conductores, a través del tiempo, puede carbonizarse, formando de esta manera una trayectoria conductora que puede sostener un arco que puede iniciar un fuego. Con mucha frecuencia, los arcos no son sostenidos continuamente, sino que más bien comprenden "arcos de chisporroteo", que impactan de una manera intermitente, se extinguen, e impactan de nuevo. A medida que chisporrotean, pueden expulsar pequeñas partículas fundidas de metal conductor. Se pueden ocasionar incendios por las partículas fundidas o por el calor del arco. Existen tres tipos generales de fallas de arco: arcos en serie, arcos de línea a neutro, y arcos de línea a tierra.

Los arcos en serie son aquéllos que ocurren entre dos extremos de un solo conductor. Por ejemplo, los arcos en serie podrían resultar de un conductor deshilachado en un cable que se haya jalado y se haya separado, o por una conexión floja en un 5 receptáculo o en un empalme. Los arcos de línea a neutro son cortos circuitos que ocurren entre los conductores de línea y neutro de un sistema de distribución eléctrica. Por ejemplo, los arcos de línea a neutro podrían resultar de un cable cuyo aislamiento haya sido cortado por una grapa, o por un objeto, tal como una pieza de mueble que se haya colocado sobre él . Los arcos de línea a tierra son aquéllos que se presentan entre un • conductor de línea y un conductor a tierra, en un sistema de tres alambres. Los arcos de línea a tierra no ocurrirán en un aparato o cable de extensión de dos alambres. Se debe observar que no hay "arcos de neutro a tierra", debido a que, aunque puedan ocurrir fallas eléctricas entre un conductor neutro y la tierra, el nivel de corriente no es suficientemente alto para producir un arco. En general, los interruptores de circuitos • 20 convencionales podrían detectar ciertos tipos de fallas de arco, pero no pueden detectar los tres tipos de falla de arco. Por ejemplo, los interruptores de circuito generalmente no detectarán los arcos en serie, debido a que la corriente en un arco en serie está limitada por la carga que sirve, y normalmente no es suficientemente alta para disparar los elementos térmicos o electromagnéticos asociados con los interruptores de circuito estándares. De una manera similar, los interruptores de circuito estándares con mucha frecuencia no detectarán los arcos de línea a neutro debido a que, si el • 5 circuito tiene una impedancia que es relativamente alta, la corriente de corto circuito estará bien debajo del nivel que haría que se disparara el interruptor de circuito. Finalmente, a menos que el interruptor de circuito tenga una capacidad de detección de falla de tierra integrada, no podrá detectar los arcos de línea a tierra. Los interruptores de circuito convencionales • equipados con una capacidad de detección de falla de tierra (referidos posteriormente en la presente como interruptores de circuito "GFI" convencionales) , normalmente incluyen una bobina de detección para detectar la corriente diferencial entre los conductores de línea y neutro. En ausencia de una falla de tierra, las corrientes en los conductores de línea y neutro son iguales y opuestas, y la bobina de detección no detecta una ^fc corriente diferencial. Cuando ocurre una falla de tierra, que podría resultar de la corriente que fluya desde el conductor de línea hasta la tierra, o desde el conductor neutro hasta la tierra, la bobina de detección detecta una corriente diferencial, y hará que el interruptor de circuito de falla de tierra se dispare si la corriente excede a un umbral previamente determinado. El interruptor de circuito de detección de falla de tierra convencional puede o no ser capaz de detectar los arcos de línea a tierra, dependiendo del umbral de disparo. En las aplicaciones residenciales, por ejemplo, el umbral de disparo de un interruptor de detección de falla de • 5 tierra convencional normalmente es muy bajo, del orden de 5 a 6 mA, que es suficientemente bajo para detectar prácticamente cualesquiera arcos de línea a tierra. Sin embargo, en las aplicaciones comerciales o industriales, el umbral de dispar© del interruptor de detección de falla de tierra convencional puede ser mucho más alto, de hasta cientos y miles de amperes, en cuyo caso, muchas fallas de línea a tierra caerán debajo del umbral y no serán detectadas. En cualquier caso, inclusive # cuando los interruptores de circuito de detección de falla de tierra convencionales pudieran detectar algunos arcos de línea a tierra, en general no detectarán los arcos en serie o los arcos de línea a neutro por las razones mencionadas anteriormente en la presente. De conformidad con lo anterior, existe una necesidad de un sistema de protección de falla de arco que proporcione • 20 protección contra las fallas de arco, de preferencia arcos en serie, arcos de línea a neutro, y arcos de línea a tierra, en los niveles de corriente que no disparen los interruptores de circuito de detección de falla de tierra convencionales. De preferencia, este sistema debe detectar las tres fallas anteriormente mencionadas con un solo sensor acoplado al conductor de línea. También existe una necesidad de un sistema y método para probar este sistema de detección, cuyo sistema de prueba de preferencia utilice un alambre de prueba acoplado con el mismo sensor acoplado al conductor de línea. La presente invención se dirige a resolver estas necesidades. SUMARIO DE LA INVENCIÓN De conformidad con un aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de detección de falla de arco y método para una red de distribución eléctrica que tiene un conductor de línea y neutro conectado entre una fuente de energía y una carga. El sistema de detección de falla de arco incluye un sensor acoplado con el conductor de línea para monitorear un primer derivado de la corriente eléctrica llevada por el conductor de línea, y generar una señal de detección que representa el primer derivado de la corriente eléctrica. Se* genera una señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor, que tiene características que indican una falla de arco seleccionada a partir del grupo que consiste en arcos en serie, arcos de línea a neutro, y arcos de línea a tierra. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de detección de falla de arco y prueba para una red de distribución eléctrica que tiene un conductor de línea y neutro conectado entre una fuente de energía y una carga. El sistema incluye un sensor acoplado con el conductor de línea para monitorear un primer derivado de la corriente eléctrica llevada por el conductor de línea, y generar una señal de detección que representa el primer derivado de la corriente eléctrica. El sistema también incluye un alambre de prueba acoplado con el sensor, y un elemento para 5 producir una señal de prueba sobre el alambre de prueba, simulando una falla de arco. Se genera una señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor y a la señal de prueba que tienen las características que indican una falla de arco seleccionada a partir del grupo que consiste en arcos en serie, arcos de línea a neutro, y arcos de línea a tierra. De conformidad con todavía otro aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de prueba para un # sistema de detección de fallas de arco en una red de distribución eléctrica que tiene un conductor de línea y neutro que lleva una señal eléctrica entre una fuente de energía y una carga. El aparato de prueba comprende un circuito de prueba que se puede unir de una manera removiblemente al conductor de línea y neutro, cuyo circuito de prueba se adapta para producir una señal de falla de arco simulada cuando se conecta al • 20 conductor de línea y neutro. La señal de falla de arco simulada puede ser detectada por un sistema de detección de falla de arco que tiene un sensor para monitorear el conductor de línea o neutro, cuyo sistema puede producir una señal indicadora de arco en respuesta a la señal de falla de arco simulada, que tiene características que indican una falla de arco.

De acuerdo con todavía otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de protección de circuito adaptado para instalarse en un tablero de distribución eléctrica, recibiendo el tablero y distribuyendo la energía 5 desde una fuente de servicio hasta una pluralidad de circuitos ramales, cada uno definiendo conductores de línea y neutros conectados a una carga. El sistema de protección de circuito Incluye un dispositivo de detección de falla de a-?ße> ßñrtßatada a una primera posición del tablero, incluyendo el dispositivo de detección de falla de arco un conductor de línea interno eléctricamente conectado al conductor de línea de uno de los circuitos ramales. Un sensor acoplado al conductor de línea • interno monitorea un primer derivado de la corriente eléctrica llevada por el conductor de línea interno, y genera una señal del sensor que representa el primer derivado, y se genera una señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor, que tiene características que indican una falla de arco seleccionada a partir del grupo que consiste en arcos en serie, arcos de línea a neutro, y arcos de línea a tierra. Un • 20 interruptor de línea interrumpe la corriente eléctrica en el conductor de línea en respuesta a la señal indicadora de arco. De conformidad con todavía otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de protección de circuito adaptado para instalarse en un tablero de distribución eléctrica, recibiendo el tablero y distribuyendo la energía desde una fuente de servicio hasta una pluralidad de circuitos ramales, cada uno definiendo conductores de línea y neutros conectados a una carga. El sistema de protección de circuito incluye un dispositivo de detección de falla de arco conectado 5 a una primera posición del tablero, incluyendo el dispositivo de detección de falla de arco un conductor de línea interno eléctricamente conectado al conductor de línea de uno de los circuitos ramales. Un sensor acoplado con el conductor de línea interno monitorea un primer derivado de la corriente eléctrica 0 llevada por el conductor de línea interno, y genera una señal del sensor que representa el primer derivado. Un alambre de prueba acoplado al sensor lleva periódicamente una señal de prueba que simula una falla de arco. Se genera una señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor o a la 5 señal de prueba, que tiene características que indican una falla de arco seleccionada a partir del grupo que consiste en arcos en serie, arcos de línea a neutro, y arcos de línea a tierra. Un interruptor de línea interrumpe la corriente eléctrica en el conductor de línea en respuesta a la señal 0 indicadora de arco. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos, los cuales comprenden una porción de esta divulgación: La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema 5 de detección de falla de arco que tiene un sensor conectado al conductor de línea de un circuito ramal. La Figura 2 es un diagrama esquemático de un circuito de prueba para el sistema de detección de falla de arco de la Figura 1. La Figura 3 es un diagrama esquemático de un circuito de prueba alternativo para el sistema de detección de falla de arco de la Figura 1. La Figura 4 es un diagrama de flujo de un sistema de detección de falla de arco y del método de prueba de conformidad con una modalidad de la presente invención. La Figura 5 es un diagrama esquemático de un circuito eléctrico para implementar el sistema de detección de falla de arco ilustrado en la Figura 1. Las Figuras 6a a 6g son formas de onda en diferentes puntos del circuito de la Figura 5. La Figura 7 es un diagrama esquemático de un circuito alternativo para utilizarse en lugar del comparador y el generador de impulsos de un solo disparo del circuito de la Figura 5. La Figura 8 es un diagrama esquemático de un circuito alternativo para implementar el sistema de detección de falla de arco ilustrado en la Figura 1. La Figura 9 es un diagrama de bloques de un tablero que incluye un sistema de protección integrado de conformidad con una modalidad de la presente invención.

La Figura 10 es una vista en perspectiva de un módulo detector de falla de arco que se puede utilizar en el sistema de la Figura 9. La Figura 11 es un diagrama de bloques del módulo 5 detector de falla de arco de la Figura 10. La Figura 12 es una vista en perspectiva de un tablero que incluye el sistema de protección integrado de la Figura 9, con un módulo de aislamiento en el tablero de distribución. 10 La Figura 13 es una vista en perspectiva de un módulo de aislamiento que se puede utilizar en el sistema de la Figura • 12. La Figura 14 es un diagrama esquemático de un circuito eléctrico para implementar el módulo de aislamiento de 15 la Figura 13. La Figura 15 es un diagrama de bloques de un tablero que incluye un sistema de protección integrado con un módulo de combinación de conformidad con otra modalidad de la presente invención. 20 La Figura 16 es una vista en perspectiva de un alojamiento de un interruptor de circuito en miniatura adaptado para montarse a un tablero, y que puede incluir el módulo de combinación de la Figura 15. La Figura 17 es una vista superior de un módulo de 25 combinación instalado dentro del alojamiento del interruptor de circuito en miniatura de la Figura 16. La Figura 18 es una vista en perspectiva de un tablero que incluye el sistema de protección integrado de la Figura 15, con un módulo de aislamiento en el tablero de • 5 distribución. La Figura 19 es un diagrama de bloques de un tablero que incluye un sistema de protección integrado de conformidad con todavía otra modalidad de la presente invención. La Figura 20 es una vista en perspectiva de un 10 tablero que incluye el sistema de protección integrado de la Figura 19, con un módulo de aislamiento en el tablero de • distribución . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES ESPECIFICAS Aunque la invención es susceptible a diferentes 15 modificaciones y formas alternativas, se han mostrado modalidades específicas a manera de ejemplo en los dibujos, y se describirán con detalle en la presente. Sin embargo, se debe entender que la invención no pretende limitarse a las formas particulares dadas a conocer. En su lugar, la intención es ^ 20 cubrir todas las modificaciones, equivalentes, y alternativas que caigan dentro del espíritu y alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas. La presente invención proporciona, en un aspecto, un sistema que se puede instalar en residencias, edificios comerciales y/o industriales, para guardar contra incendios que puedan ser ocasionados por las peligrosas fallas de arco eléctrico, o "fallas de arco". El sistema utiliza detectores de fallas de arco que pueden detectar diferentes tipos de fallas de arco, es decir, arcos en serie, arcos de línea a neutro, y arcos de línea a tierra, que en general no pueden ser detectados por un interruptor de circuito de detección de falla de tierra o estándar. La mayoría de las residencias y los edificios comerciales y/o industriales incluyen un tablero para recibir la energía eléctrica desde una fuente de servicio. La energía eléctrica se distribuye desde el tablero hasta diferentes circuitos ramales que tienen conductores de línea y neutros. En general, el sistema de la presente invención detecta las fallas de arco mediante el monitoreo de la corriente o del voltaje en los circuitos ramales, y evaluando la corriente o el voltaje para determinar las características de las fallas de arco. Bn una modalidad preferida, el sistema de la presente invención se instala dentro del tablero, y utiliza un solo sensor acoplado con el conductor de línea. El único sensor puede detectar arcos en serie, arcos de línea a neutro, y arcos de línea a tierra, debido a que cada uno de estos tipos de arcos afectarán a la corriente llevada por el conductor de línea de una manera que pueda ser detectada por el sensor. El único sensor, en una modalidad, monitorea el primer derivado (di/dt) de la corriente eléctrica llevada por el conductor de línea, y genera una señal del sensor que representa el primer derivado de la corriente eléctrica. El sistema de detección de falla de arco genera una señal indicadora de arco, si la señal del primer derivado tiene 5 características que indiquen un arco en serie, un arco de línea a neutro, o un arco de línea a tierra. El sistema de la presente invención, utilizando un solo sensor, es en general menos costoso de fabricar, y requiere de menos espacio que los sistemas competidores que utilizan múltiples sensores. 10 Pasando ahora a los dibujos, y haciendo referencia inicialmente a la Figura 1, se describirá una modalidad flj^ específica de la presente invención. Los detectores de falla de arco 10a, 10b... lOn se conectan con n ramales de un sistema de distribución eléctrica 12, que tiene un transformador de 15 energía de la compañía de servicio 14 como una fuente de energía eléctrica. El sistema de distribución eléctrica 12 incluye los conductores de línea 16a, 16b...16n, y los conductores neutros 18a, 18b...18n, que distribuyen la energía eléctrica a las cargas 20a, 20b...20n a través de los sensores 20 correspondientes 21a, 21b...21n, los interruptores de línea 22a, 22b...22n, y los filtros bloqueadores 23a, 23b...23n. Los conductores de línea 16 y los conductores neutros 18 normalmente son de 240 voltios o de 120 voltios, y de una frecuencia de 60 Hz . 25 Cada uno de los interruptores de línea 22 de preferencia es un interruptor de circuito que incluye un mecanismo de disparo de sobrecarga que tiene una característica térmica/magnética que dispara los contactos del interruptor hasta una condición de circuito abierto en respuesta a una 5 condición de sobrecarga dada, para desconectar la carga correspondiente 20 de la fuente de energía, como se conoce en la técnica. También se conoce proporcionar al interruptor de circuito 22 un circuito de interruptor de falla de tierra que responde a una falla de línea a tierra o una falla de neutro a tierra, para energizar un solenoide de disparo, el cual dispara el interruptor de circuito y abre los contactos.

• Los sensores 21 monitorean el índice de cambio de la corriente eléctrica en los conductores de línea respectivos 16, y producen señales que representan el índice de cambio. La señal de índice de cambio desde cada sensor 21 se suministra al, detector de arco correspondiente 10, el cual produce un impulso cada vez que la señal de índice de cambio se incrementa arriba de un umbral seleccionado. La señal de índice de cambio y/o los impulsos producidos a partir de la misma, se filtran para • 20 eliminar las señales o los impulsos fuera de un rango de frecuencia seleccionado. Luego se monitorean los impulsos finales para detectar cuándo el número de impulsos que se presenten dentro de un intervalo de tiempo seleccionado excede a un umbral previamente determinado. En el caso de que se • 25 exceda el umbral, el detector 10 genera una señal de detección de falla de arco que se puede utilizar para disparar el interruptor de línea correspondiente 22. En una modalidad, el sensor 21 comprende un sensor toroidal que tiene un núcleo anular que abarca la línea de carga que lleva corriente, con la bobina de detección enrollada helicoidalmente sobre el núcleo. El núcleo se hace de un material magnético, tal como ferrita, hierro, o un polvo permeable moldeado capaz de responder a los cambios rápidos en el flujo. Un sensor preferido utiliza un núcleo de ferrita enrollado con 200 vueltas de alambre de cobre calibre 24-36 para formar la bobina de detección. Se puede cortar un hueco de aire en el núcleo para reducir la permeabilidad hasta aproximadamente 30. El material del núcleo de preferencia no se satura durante las corrientes relativamente altas producidas por los arcos paralelos, de tal manera que todavía es posible la detección de arco en esos niveles de corriente altos. La presente invención contempla otros medios para detectar el índice de cambio de la corriente en un conductor de línea. De acuerdo con la Ley de Faraday, cualquier bobina produce un voltaje proporcional al índice de cambio en el flujo magnético que pasa a través de la bobina. La corriente asociada con una falla de arco genera un flujo magnético alrededor del conductor, y la bobina del sensor 21 intersecta este flujo para producir una señal . Otros sensores adecuados incluyen un transformador toroidal con un núcleo de material magnético o un núcleo de aire, un inductor o un transformador con un núcleo laminado de material magnético, e inductores montados sobre tableros de circuitos impresos . La presente invención contempla diferentes configuraciones para el núcleo del sensor, e incluyen toroides que tengan huecos de aire en sus cuerpos. De preferencia, la señal de índice de cambio producida por el sensor 21 representa solamente las fluctuaciones en el índice de cambio dentro de una banda de frecuencia seleccionada. El paso de banda del sensor característico es de preferencia tal que el punto de corte de frecuencia más baja rechaza las señales de frecuencia de energía, mientras que el punto de corte de frecuencia más alta rechaza las señales de alta frecuencia generadas por las cargas ruidosas, tales como una pistola de soldadura, una sierra eléctrica, un taladro eléctrico, o aparatos, equipos, o herramientas similares. La salida resultante del sensor 21 de esta manera se limita a la banda de frecuencia seleccionada asociada con las fallas de arco, eliminando o reduciendo de esta manera las fluctuaciones ruidosas en la señal de índice de cambio, que podrían dar como resultado un disparo molesto. Como un ejemplo, el paso de banda del sensor característico puede tener: (1) un punto de corte de frecuencia más baja o límite inferior de 60 Hz , para rechazar las señales de frecuencia de energía, y (2) un punto de corte de frecuencia más alta o límite superior de aproximadamente 1 MHz, para rechazar efectivamente las señales de alta frecuencia asociadas con las cargas ruidosas . Estos puntos de corte de frecuencia específicos para el paso de banda del sensor característico son a manera de ejemplo solamente, y se pueden adoptar otros límites de corte de frecuencia apropiados, dependiendo de los rangos de frecuencia reales para las señales de energía, así como de las señales de carga ruidosas . La característica deseada del paso de banda se hace realidad mediante la selección y ajuste apropiados de la frecuencia auto-resonante del sensor. Se selecciona un sensor de tipo de corriente que tenga una frecuencia auto-resonante previamente determinada, que defina los puntos de corte o rodamiento de frecuencia superior e inferior para las características operativas del sensor. De preferencia, el sensor de tipo de corriente se diseña para exhibir la característica de filtración de paso de banda deseada, debido a que opera para detectar el índice de cambio de las variaciones de corriente dentro de la línea de carga que se está monitoreando. La presente invención contempla otros medios para filtrar en paso de banda la salida de la señal dentro de la banda de frecuencia seleccionada. Por ejemplo, se puede utilizar un filtro de paso de banda o una combinación de filtros en un circuito, para atenuar las frecuencias arriba o debajo de los puntos de corte para la banda de frecuencia seleccionada.

En la modalidad de la Figura 1, con los sensores 21 acoplados al conductor de línea, los detectores 10 de cada circuito ramal responden al índice de cambio de la corriente eléctrica sobre el conductor de línea, y operan para detectar arcos en serie, arcos de línea a neutro, y arcos de línea a tierra. De una manera alternativa, los sensores 21 se podrían acoplar al conductor neutro, en lugar de hacerlo al conductor de línea, en cuyo caso, los detectores 10 podrían detectar los arcos en serie y los arcos de línea a neutro, pero no las fallas de línea a tierra, a menos que se acoplara una segunda bobina de detección al conductor de línea (o simultáneamente a ambos conductores de línea y neutro) . De una manera específica, los arcos en serie, que se presentan entre dos extremos de un conductor interrumpido, producirán corrientes de índice de cambio iguales y opuestas sobre los conductores de línea y neutro, y por consiguiente, pueden ser detectados por una bobina sobre el conductor de línea o neutro. Los arcos de línea a neutro similarmente producirán corrientes de índice de cambio sobre tanto los conductores de línea como neutros, los cuales pueden ser detectados por una bobina en el conductor de línea o neutro. Sin embargo, las fallas de línea a tierra producirán una corriente de índice de cambio sobre el conductor de línea, pero no sobre el conductor neutro. Por consiguiente, se pueden detectar mediante una bobina en el conductor de línea, pero no mediante una bobina en el conductor neutro (a menos que la 2.'i_t.f . bobina en el conductor neutro se acople simultáneamente al conductor de línea) . De conformidad con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de prueba y un método para probar el sistema de detección de falla de arco. El sistema de prueba se adapta para utilizarse con un sistema de detección de falla de arco del tipo mostrado en la Figura 1, que utiliza un solo sensor acoplado con el conductor de línea. Pasando ahora a la Figura 2 , se describirá con detalle una modalidad del sistema de prueba posteriormente en la presente. Cada circuito ramal del sistema de distribución eléctrica 12 está provisto con un circuito de prueba 35 que incluye un alambre de prueba 82 que pasa a través de la bobina de detección 21, junto con el conductor de línea 16. El circuito de prueba 35 se adapta para producir periódicamente una corriente en el alambre de prueba 82 (por ejemplo, una señal de prueba) , simulando una falla de arco, de preferencia una corriente alterna con una magnitud menor de 100 mA y una frecuencia de aproximadamente 10 kHz a 100 kHz. Para probar la señal, cuando es llevada por el alambre de prueba 82, es detectada por el sensor 21, el cual a su vez envía una señal al circuito del detector de falla de arco 10. El circuito del detector de falla de arco 10 procesa la señal producida por el sensor 21, y genera una señal de detección de falla de arco que se puede utilizar para disparar el interruptor de línea 22 de la misma manera en que respondería a una señal de falla de arco real que, en la modalidad en donde el sensor 21 se acopla con el conductor de línea, podría comprender fallas en serie, fallas de línea a neutro, o fallas de línea a tierra. Debido a que la corriente asociada con la señal de prueba es relativamente pequeña, el alambre de prueba puede ser mucho más pequeño que el conductor de línea. En las aplicaciones residenciales, por ejemplo, mientras que el alambre de prueba llevará una corriente menor de 100 mA, el conductor de línea generalmente llevará una corriente de cuando menos 15 a 20 A. En esta modalidad, el alambre de prueba podría comprender alambre calibre 24, mientras que el conductor de línea podría comprender alambre calibre 14 o más bajo. En la modalidad de la Figura 2, la señal de prueba se produce mediante un oscilador 84 manualmente controlable a través de la operación de un interruptor de oprimir para probar 86. Un operador puede arrancar el oscilador 84 e introducir la señal de prueba en el alambre de prueba 82 oprimiendo el interruptor de oprimir para probar 86, y subsecuentemente detener el oscilador al soltar el interruptor de oprimir para probar 86. De una manera alternativa, se puede utilizar una auto-prueba o prueba automática en lugar de la prueba manual descrita anteriormente. Por ejemplo, el interruptor 86 puede incluir un cronómetro para arrancar y detener automáticamente ; *«*< el oscilador 84 a intervalos previamente seleccionados. La Figura 3 muestra otra modalidad del circuito de prueba 90, que se puede utilizar en el sistema de detección de falla de arco de la Figura 1. El circuito de prueba 90 se puede utilizar en los sistemas de detección de falla de arco que tengan sensores 21 acoplados al conductor de línea y/o neutro de un sistema de distribución eléctrica. Se adapta una primera terminal 92 para conectarse al conductor de línea 16, y se adapta una segunda terminal 94 para conectarse al conductor neutro 18 de un circuito ramal seleccionado del sistema de distribución eléctrica. Se conecta un relé 96 entre las primera y segunda terminales 92 y 94. El relé 96 contiene un par de contactos eléctricos 98, y una bobina de relé 100. Se conectan un diodo 102 y un resistor 104 entre la segunda terminal 94 y la bobina de relé 100. Se conecta un capacitor 106 entre la segunda terminal 94 y los contactos eléctricos 98. Cuando se conectan las primera y segunda terminales 92, 94 a los conductores de línea y neutro 16, 18 del circuito ramal seleccionado, se introduce una corriente interna desde el circuito ramal hasta el circuito de prueba 90, y energiza el relé 96. Después, el diodo 102 hace que la bobina del relé 100 caiga cada medio ciclo, haciendo que los contactos eléctricos 98 se abran y se cierren rápidamente, una vez cada ciclo. Este efecto intermitente de los contactos eléctricos 98 produce una señal en el conductor de línea 16, que simula una condición de falla de arco. La condición de falla de arco simulada es detectada posteriormente por el sensor 21 (Figura 1) , y es procesada por el circuito del detector de falla de arco 10 de la misma manera que una falla de arco real . 5 El relé 96 de preferencia comprende un Tipo KL-12 Clase 8501 de 24 VAC disponible en Square D. Company, pero puede comprender cualquier relé comparable conocido en la materia. El capacitor 106 de preferencia tiene un valor de aproximadamente 0.47 µF, y se proporciona para incrementar la fuerza de la señal de falla de arco simulada. El resistor 104 se proporciona para hacer caer los 120 VAC del circuito ramal • hasta 24 VAC para el relé 96. En una modalidad, el circuito de prueba 90 se conecta removiblemente a los conductores de línea y neutro de un circuito ramal seleccionado. Esto hace posible que un usuario remueva externamente y conecte el circuito de prueba a un circuito ramal seleccionado tan frecuentemente como sea necesario o como se desee, y en las posiciones seleccionadas del circuito ramal, probar el sistema de detección de falla de • 20 arco. Por ejemplo, el circuito de prueba 90 se podría sujetar directamente sobre las barras colectoras de línea y neutra del tablero, o podría acoplarse a los conductores de línea y neutro enchufándose en una salida eléctrica corriente abajo del tablero. De una manera alternativa, el circuito de prueba 90 se puede alojar junto con el circuito del detector de falla de arco en un módulo común. En la Figura 4 se ilustra un diagrama de flujo para probar un sistema de detección de falla de arco de conformidad con los principios de la presente invención. El bloque 62 designa el inicio de una prueba de diagnóstico dentro del sistema de detección de falla de arco. El paso de inicio 62 se puede realizar de una manera automática o bajo el control del operador. Cuando se inicia la prueba de diagnóstico, un generador de señales 64 proporciona una señal de prueba 65 a un sensor 21. La señal de prueba se diseña para simular la presentación de una falla de arco. El generador de señales 64 puede comprender el oscilador 84 descrito en relación con la Figura 2, el circuito de prueba 90 descrito en relación con la Figura 3, o cualquier otro elemento para producir una señal de prueba 65 que simule una falla de arco. El sensor 21 de preferencia comprende una bobina de detección de corriente toroidal sustancialmente igual a la ilustrada en la Figura 2. El sensor 21 recibe la señal de prueba 65, y produce una señal de índice de cambio 68. La señal de índice de cambio 68 es procesada por el circuito de detección de falla de arco 10 de la manera descrita anteriormente en la presente, para determinar si la señal de prueba 65 representa o no una falla de arco. En adición, el sensor 21 también monitorea el conductor de línea de un circuito ramal seleccionado para determinar la presentación de fallas de arco "verdaderas". v f tmm Después, el circuito de detección de arco 10 proporciona una salida hacia un integrador de prueba de diagnóstico 72, indicando que se detectó o no se detectó una falla de arco. El integrador de prueba de diagnóstico también A» recibe una señal desde el bloque 62, indicando si el sistema está o no en prueba. Por consiguiente, el integrador de prueba de diagnóstico 72 recibirá cualquiera de cuatro condiciones posibles: (1) el sistema está en prueba y se detectó una falla de arco; ( 2 ) el sistema está en prueba, y no se detectó una falla de arco; (3) el sistema no está en prueba, y se detectó una falla de arco; ó (4) el sistema no está en prueba, y no se • detectó una falla de arco. El integrador de prueba de diagnóstico 72 producirá una señal de disparo para abrir los contactos de un interruptor de línea 22 si ocurre cualquiera de las condiciones (2) ó (3) . Por consiguiente, se producirá una señal de disparo no solamente cuando esté presente una falla de arco verdadera, sino también cuando se deba haber indicado una falla de arco durante el protocolo de prueba como un signo de la operabilidad, y no obstante no fue así indicada.

Inversamente, el integrador de prueba de diagnóstico 72 no producirá una señal de disparo si ocurre cualquiera de las condiciones (1) ó (4) . Cuando el sensor 21 comprende una bobina toroidal, se puede probar el sistema de detección de falla de arco mediante la prueba de la resistencia de la bobina. Esto se puede realizar introduciendo una señal de prueba que tenga un voltaje conocido, a través de la bobina, y comparando la resistencia de la bobina con un valor conocido para determinar si la bobina está operando apropiadamente. Ambos pasos se pueden realizar mientras que el sensor 21 esté en operación. Si se encuentra que la bobina está operando fuera de un rango aceptable arriba o debajo del valor conocido, se genera la señal de disparo para interrumpir la corriente que fluya en el circuito ramal asociado con el sensor 21. Si se encuentra que la bobina está operando apropiadamente, no se genera ninguna señal de disparo. En una modalidad preferida, la presencia o ausencia de una señal de disparo que resulte de la prueba de la resistencia de la bobina es independiente de la presencia o ausencia de una señal de disparo del integrador de prueba de diagnóstico 72 de la Figura 4. Por ejemplo, si no se produce ninguna señal de disparo debido a que se encuentra que la bobina está operando apropiadamente como un resultado de la prueba de resistencia, no obstante, todavía se producirá una señal de disparo con el integrador de prueba de diagnóstico 72 de la Figura 4 si Ocurre cualquiera de las condiciones (2) ó (3) . Inversamente, si se produce una señal de disparo por la prueba de resistencia debido a que la resistencia de la bobina no está dentro de los límites apropiados, se disparará el interruptor de línea 22 para interrumpir la corriente en el circuito ramal, independientemente de si el integrador de prueba de diagnóstico 72 de la Figura 4 ha producido o no una señal de disparo. La Figura 5 ilustra un circuito preferido para el sistema de detección de falla de arco de la Figura 1. El sensor 21 comprende una bobina del sensor TI que se enrolla sobre un núcleo que rodea al conductor de línea 16. Conectados en paralelo con la bobina del sensor TI, están un par de diodos DI y D2 , que sirven como dispositivos de sujeción durante las condiciones transitorias de alta energía. Un resistor Rl en paralelo con los diodos DI y D2 amortigua el auto-timbre del sensor durante las transitorias de alta energía. Un par de capacitores Cl y C2 en paralelo con el resistor Rl, y un resistor R2 y un inductor Ll conectados en serie con la entrada a un comparador 30, se sintonizan para ayudar a obtener las características de rodamiento deseadas de la red de filtración formada por lo mismo. Por ejemplo, con los valores ilustrativos mencionados más adelante para los componentes del circuito de la Figura 5, el sensor tiene una banda de paso que se extiende desde aproximadamente 10 kHz hasta aproximadamente 100 kHz, con una rodadura aguda en ambos lados de la banda de paso. La operación del circuito de la Figura 5 se puede entender más claramente haciendo referencia a la serie de formas de onda de las Figuras 6a a 6g. La Figura 6a es una forma de onda real desde uno osciloscopio conectado a un conductor de línea 16, que lleva energía de corriente alterna a 60 Hz, y que experimenta un inicio de alteración de alta frecuencia en el tiempo ti. Debido a que la alteración de alta frecuencia está dentro del rango de frecuencia al que es sensible el sensor 21 (por ejemplo, de aproximadamente 10 kHz a aproximadamente 100 kHz) , la alteración da como resultado una ráfaga de ruido de alta frecuencia en la señal de salida di/dt (Figura 6b) desde el sensor 21 (en el punto A en el circuito de la Figura 5), empezando en el tiempo ti. La ráfaga de ruido tiene una amplitud relativamente alta desde el tiempo ti hasta aproximadamente el tiempo t2, y luego continúa a una baja amplitud desde el tiempo t2 hasta aproximadamente el tiempo t3. La magnitud de la señal de índice de cambio desde el sensor 21 se compara con la magnitud de una señal de referencia fija en un comparador 30, que produce un voltaje de salida solamente cuando la magnitud de la señal de índice de cambio cruza a aquélla de la señal de referencia. Esto hace que el detector ignore las señales de bajo nivel generadas por el sensor 21. Todas las señales que tengan una magnitud arriba del nivel umbral establecido por la magnitud de las señales de referencia, se amplifican hasta un valor máximo previamente establecido para reducir el efecto de una señal grande. En el comparador 30, un transistor Ql normalmente se activa con su base impulsada a positivo mediante un resistor R3. Un diodo D3 cambia el umbral y permite que se suministren solamente los impulsos negativos desde el sensor 21 hasta la base del transistor Ql. Cuando la señal al comparador cae debajo del nivel umbral (menos 0.2 voltios para los valores de circuito mencionados más adelante) , esto hace que se desactive el transistor Ql . Esto hace que el colector del transistor Ql se eleve hasta un voltaje previamente determinado, determinado por el voltaje de suministro Vcc, un resistor R4, y la impedancia de entrada de un circuito generador de impulsos de un solo disparo 40. Este voltaje del colector es la salida del circuito comparador 30. El voltaje del colector permanece alto siempre que esté desactivado el transistor Ql, lo cual continúa hasta que la señal desde el sensor 21 se eleva arriba del nivel umbral de nuevo. Luego el transistor Ql se activa nuevamente, haciendo que caiga el voltaje del colector. El resultado final es una salida de impulsos desde el comparador, correspondiendo la amplitud del impulso con el intervalo de tiempo durante el cual se desactive el transistor Ql, lo cual a su vez corresponde al intervalo de tiempo durante el cual la señal que va a negativo desde el sensor 21 permanece debajo del nivel umbral del comparador. La ráfaga de ruido en la salida del sensor se filtra para producir la forma de onda mostrada en la Figura 6c en el punto B del circuito de la Figura 5. La forma de onda en el punto C del circuito de la Figura 5 se muestra en la Figura 6d, y se puede ver que la amplitud se ha reducido, y se ha introducido una compensación de corriente directa, sumando la señal di/dt filtrada con una polarización de corriente directa desde el voltaje de suministro Vcc en el punto C. Esta es la señal de entrada a la base del transistor Ql . La salida del transistor Ql es una serie de impulsos que van a positivo, correspondientes a los picos que van a negativo en la señal de entrada. La salida del transistor, en el punto D en el circuito de la Figura 5, se muestra en la Figura 6e. Se puede ver que el circuito del transistor funciona como un comparador produciendo impulsos de salida que corresponden solamente a los picos que van a negativo que exceden cierto umbral en la señal di/dt filtrada mostrada en la Figura 6c. En este punto del circuito, los impulsos varían flp tanto en anchura como en amplitud, como se puede ver en la Figura 6e. Para convertir los impulsos de salida del comparador 30, que varían tanto en anchura como en amplitud, en una serie de impulsos de una anchura y amplitud sustancialmente constantes, la salida del comparador se alimenta a un circuito generador de impulsos de un solo disparo 40. Este circuito de filtro de paso alto incluye un par de capacitores C3 y C4 conectados en serie con el colector del transistor Ql , y dos pares de resistor-diodo conectados en paralelo desde los lados opuestos del capacitor C4 hasta tierra. Los impulsos producidos por este circuito se describirán con mayor detalle más adelante en relación con las formas de onda mostradas en la Figura 6.

Los impulsos de salida son predominantemente impulsos de igual i á m i? m anchura y amplitud, aunque pueden resultar ocasionales impulsos más grandes o más pequeños de los impulsos de entrada especialmente grandes o pequeños. Los impulsos de anchura variable y de amplitud variable de la Figura 6e se convierten a una serie de impulsos de una anchura y amplitud sustancialmente constantes, mediante el circuito generador de impulsos de un solo disparo 40. La salida de este circuito 40, en el punto E del circuito de la Figura 5, se muestra en la Figura 6f . Aunque todos los impulsos mostrados en la Figura 6f son de sustancialmente el mismo tamaño, se pueden producir impulsos más grandes o más pequeños mediante las espigas di/dt que sean excesivamente grandes o excesivamente pequeñas . La gran mayoría de los impulsos en el punto E, sin embargo, son sustancialmente independientes de la amplitud y duración de las espigas correspondientes en la señal di/dt, en el entendido de que las espigas sean suficientemente grandes para producir un impulso de salida desde el comparador 30. Los impulsos sustancialmente uniformes producidos por el circuito 40 se suministran a la base de un transistor Q2 a través de un resistor limitante de corriente R7. Un capacitor C5 conectado desde la base del transistor hasta tierra mejora la nitidez del rodamiento del filtrado de paso de banda. El transistor Q2 es el principio de un circuito integrador 50 que integra los impulsos producidos por el circuito 40. Los impulsos activan y desactivan el transistor para cargar y descargar un capacitor C6 conectado entre el emisor del transistor y la tierra. Se conecta un resistor R9 en paralelo con el capacitor C6 , y un resistor R8 conectado entre el voltaje de suministro y el colector del transistor Q2 determina el nivel de la corriente de carga para el capacitor C6. La magnitud de la carga sobre el capacitor C6 en cualquier instante dado representa la integral de los impulsos recibidos durante un intervalo de tiempo seleccionado. Debido a que los impulsos son sustancialmente uniformes en anchura y amplitud, la magnitud de la integral en cualquier instante dado es primordialmente una función del número de impulsos recibidos dentro del intervalo de tiempo seleccionado inmediatamente precedente a ese instante. En consecuencia, se puede utilizar el valor de la integral para determinar si ha ocurrido una falla de arco. La señal integral producida por el circuito 50 se muestra en la Figura 6g, tomada en el punto F en el circuito de la Figura 5. Se puede ver que el circuito integrador carga cada vez que recibe un impulso desde el circuito 40, y luego empieza inmediatamente a descargar. La carga se acumula solamente cuando los impulsos aparecen a una velocidad suficientemente alta para que la carga producida por un impulso sea menor que la descarga que se presente antes de que llegue el siguiente impulso. Si los impulsos llegan en un número suficiente' y a una velocidad suficiente para incrementar la señal integral hasta un nivel umbral de disparo TR (Figura 6g) , se dispara el SCR1 para disparar el interruptor de circuito. El circuito se diseña de tal manera que esto ocurra solamente en respuesta a una 5 señal di/dt que represente una falla de arco. Cuando se activa el SCR1, se energiza un solenoide un disparo SI para desconectar la carga desde el circuito de la manera usual. Específicamente, la activación del SCR1 hace que la corriente fluya desde la línea hasta neutro a través de un puente de diodo formado por los diodos D7-D10, energizando de esta manera el solenoide para abrir los contactos del • interruptor del circuito en la línea 16, y de esta manera desconectar la porción protegida del sistema de la fuente de energía. Las terminales de corriente directa del puente dé diodo se conectan a través del SCR1 , y el nivel de voltaje se establece mediante un diodo zener D6 en serie con un resistor limitante de corriente RIO. Se conecta un varistor VI a través del puente de diodo como un supresor de transitorias. Se • conecta un capacitor de filtración C7 a través del diodo zener 20 D6. El circuito de disparo pierde energía cuando están abiertos los contactos del interruptor del circuito, pero, por supuesto, los contactos permanecen abiertos hasta el restablecimiento. Un ejemplo de un circuito que produce el resultado deseado descrito anteriormente es el circuito de la Figura 5, 25 que tiene los siguientes valores: 1 I . *! * ~ feÍBÉfeSak¿— -^^'^^fe^^ DI 1N4148 D2 1N4148 D3 1N4148 D4 1N4148 D5 1N4148 D6 27v zener Rl 3.01K R2 1.3K R3 174K 10 R4 27.4K R5 10K R6 10K R7 10K R8 4.2K 15 R9 4.75K RIO 24K Ll 3300uH L2 500uH L3 500uH • 20 Cl 0.012uF C2 O.OOluF C3 O.OOluF C4 O.OOluF C5 O.OOluF 25 C6 6.8uF C7 l.OuF C8 l.OuF Ql 2N2222A Q2 2N2222A SCR1 CR08AS-12 hecho por PO EREX-Equal Vcc 27v Aunque un interruptor de circuito es el interruptor de línea más comúnmente utilizado, el dispositivo de salida puede ser un comparador, SCR, relé, solenoide, monitor de circuito, interfase de computadora, lámpara, alarma audible, etcétera. Se entenderá que se pueden hacer un número de modificaciones en el circuito de la Figura 5. Por ejemplo, el filtro de paso de banda separado entre el sensor y el comparador, puede ser reemplazado con un filtro activo utilizando un amplificador operativo. Como otro ejemplo, se puede utilizar un cronómetro de un solo disparo en lugar del generador de impulsos de un solo disparo en el circuito de la Figura 5. Este circuito puede recibir la señal de salida desde un filtro activo como la entrada del disparador a un cronómetro de circuito integrado, suministrándose la salida del cronómetro a través de un resistor hasta el mismo circuito integrador formado por el resistor R9 y el capacitor C6 en el circuito de la Figura 5. La Figura 7 ilustra un circuito convertidor de ? frecuencia a voltaje que se puede utilizar en lugar de todos los circuitos entre el punto A y el circuito integrador de la Figura 5. En este circuito, la señal desde el punto A de la Figura 5 se suministra a través de un resistor Ra hasta un circuito integrado del convertidor de frecuencia/voltaje 55, tal como un AD537 hecho por Analog Devices Inc.. La salida del circuito integrado 55 se alimenta a un par de comparadores 56 y 57 que forman un comparador de ventana convencional . Específicamente, la salida del circuito 55 se aplica a la entrada de inversión de un comparador 56, y a la entrada que no es de inversión de un comparador 57. Las otras entradas de los comparadores 56 y 57 reciben dos señales de referencia diferentes A y B, que establecen los límites de la ventana, es decir, las únicas señales que pasan a través del comparador de ventana son aquéllas que son menores que la referencia A y mayores que la referencia B. La Figura 8 ilustra un detector de arco 10 para detectar el índice de cambio del voltaje de línea, es decir, dv/dt, en lugar de la corriente. El sensor en este circuito es un capacitor CIO conectado entre un conductor de línea 16 y un inductor LlO que conduce a tierra. El inductor LlO forma parte de un filtro de paso de banda que pasa solamente las señales que caen dentro de la banda de frecuencia deseada, por ejemplo, entre 10 kHz y 100 kHz. La red del filtro también incluye un resistor RIO, un capacitor Cll, y un segundo inductor Lll en tim i ? áá imn paralelo con el primer inductor LlO, y un resistor Rll conectado entre el resistor RIO y el capacitor Cll. El resistor RIO amortigua el timbre entre el capacitor CIO y el inductor LlO, y el resistor Rll ajusta el umbral o la sensibilidad del circuito. Los inductores LlO y Lll proporcionan el rodamiento de baja frecuencia en el extremo superior de la banda de paso, y un capacitor Cll proporciona el rodamiento de alta frecuencia en el extremo inferior de la banda de paso. El capacitor CIO se puede construir conectando un dieléctrico a la barra colectora de línea, de tal manera que la barra colectora forma una placa del capacitor. La segunda placa del capacitor se conecta sobre el lado opuesto del dieléctrico a partir de la barra colectora. El circuito del sensor se conecta con la segunda placa. La salida del filtro de paso de banda descrita anteriormente se suministra a un comparador 60 para eliminar las señales debajo de un umbral seleccionado, y para limitar las señales grandes hasta una amplitud máxima previamente seleccionada. La salida del filtro se aplica a la entrada de inversión del comparador 60, a través del resistor Rll, mientras que la entrada que no es de inversión recibe una señal de referencia establecida por un divisor de voltaje formado por un par de resistores R12 y R13 conectados entre Vcc y la tierra. El comparador 60 elimina los niveles muy bajos de señales recibidas desde el sensor. El comparador 60 normalmente está desactivado cuando no hay arco sobre el conductor de lí!nea 16 , y por lo tanto, la salida del comparador está baja. Cuando la señal de voltaje desde el sensor es más negativa que la entrada de referencia (por ejemplo, -0.2 voltios), la salida desde el comparador se hace alta, y se aplica una polarización hacia adelante al transistor Q2 que impulsa el circuito integrador. Un capacitor C12 conectado desde la base del transistor Q2 hasta -Vcc, filtra el ruido de alta frecuencia. Se conecta un diodo Dll entre la salida del comparador y la base del transistor Q2 para bloquear las señales negativas que descargarían el capacitor C2 prematuramente. El resto del circuito de la Figura 8 es idéntico a aquél de la Figura 5. Cuando ocurre una falla, es deseable aislar la rama del sistema de distribución en donde ocurrió la falla de arco, del resto del sistema de distribución. En el sistema de la Figura 1, este aislamiento es proporcionado por el aislador #1 (24a, 24b...24n), y/o el aislador #2 (25a, 25b...25n). El aislador #1 está diseñado para utilizarse en un sistema que utilice un sensor de tipo de corriente, como se muestra en la Figura 5, mientras que el aislador #2 está diseñado para utilizarse en un sistema que utilice un sensor de tipo de voltaje, como se muestra en la Figura 8. Ambos aisladores #1 y #2 se pueden utilizar en un sistema que tenga tanto un sensor de tipo de corriente como un sensor de tipo de voltaje. Como se muestra en la Figura 5, el aislador #1 comprende un capacitor C8 conectado entre la línea de carga 16 y la línea neutra 18 en cada rama del sistema de distribución. El capacitor C8 se localiza entre el interruptor de línea 22 y la fuente de energía 14, para proporcionar una trayectoria de baja impedancia para una falla de arco desde el conductor de línea 16 hasta el conductor neutro 18, independientemente de la impedancia de la carga 20. De una manera más específica, el capacitor C8 se diseña para cortar efectivamente las señales de falla de arco de alta frecuencia desde los conductores de línea 16 hasta los conductores neutros 18, impidiendo de esta manera que se cree una trayectoria en serie entre los circuitos ramales, y previniendo la detección errónea de las fallas de arco en otros circuitos ramales. Por ejemplo, con referencia a la Figura 1, el aislador #1 impedirá que las señales de falla de arco de alta frecuencia sobre el conductor de línea 16a crucen sobre el conductor de línea 16b. De conformidad con lo anterior, una señal de falla de arco sobre el conductor de línea 16a disparará apropiadamente el interruptor de línea 22a, pero no disparará el interruptor de línea 22b. Como se muestra en la Figura 8, el aislador #2 comprende un inductor L2 en la línea de carga 16 para cada circuito ramal . Cada circuito inductor L2 se localiza entre el interruptor de línea 22 y el sensor 21, para proporcionar una impedancia para la corriente producida por una falla de arco. El sistema de detección de falla de arco también incluye un filtro bloqueador 23 en cada circuito ramal para bloquear las señales de falla de arco falsas u otras señales de salida ruidosas generadas por la operación normal de la carga 20. Cada filtro bloqueador 23 se conecta entre el sensor 21 y la carga 20 en cada circuito ramal, para impedir que se suministren señales de falla de arco falsas al sensor 21. Como se ve en las Figuras 5 y 8, el filtro bloqueador preferido incluye un par de capacitores C9a y C9b conectados entre la línea de carga 16 y la línea neutra 18 de cada circuito ramal. Se conecta un inductor L3 en la línea de carga 16 entre los dos capacitores C9a y C9b. De preferencia, los capacitores C9a y C9b tienen una evaluación a través de la línea, de aproximadamente 0.47 uF. El inductor L3 tiene una evaluación para 15 amperes a 500 uH, y dimensiones de aproximadamente 3.81 centímetros de diámetro y 3.33 centímetros de longitud (por ejemplo, Dale IHV 15-500) . Por supuesto, estos valores se pueden ajustar para la evaluación de energía del sistema eléctrico y las cargas 20. El capacitor C9a crea una trayectoria de baja impedancia para cualquier arco en serie que ocurra corriente arriba de ese capacitor, tal como el arco dentro de la pared corriente arriba de una carga ruidosa. Esto permite que se detecte el arco en serie en la rama que contenga el filtro bloqueador. El inductor L3 crea una impedancia que hace la mayor parte de la atenuación de la señal creada por una carga 42 ? |i ?< ruidosa. Este inductor se dimensiona para llevar la corriente de carga del dispositivo, que normalmente es de 15 ó 20 amperes. El segundo capacitor C9b reduce la cantidad de inductancia requerida en el inductor L3 , mediante la creación de una trayectoria de baja impedancia a través de la carga 20. Una de las ventajas del filtro bloqiaeador 23 es que se puede utilizar localmente en un circuito ramal particular que se sepa que se conecta con una carga 20 que es ruidosa. El gasto de utilizar el filtro bloqueador 23 se reduce, debido a ís que se puede utilizar solamente cuando se necesite. El filtro bloqueador 23 también permite retroajustar fácilmente a los sistemas de distribución eléctricos existentes en las residencias y en el espacio comercial. Aunque el sistema anterior se ha descrito en relación con un sistema ordinario de 120 voltios, es aplicable a loa voltajes de cualquier estándar, incluyendo 12, 120, 240, 480, 600, y 18,500 voltios. El sistema es adecuado para utilizarse en aplicaciones residenciales, comerciales, e industriales, en sistemas de un solo disparo o de múltiples fases, y a todas las # 20 frecuencias para corriente alterna, así como para corriente directa. Este sistema es aplicable a las necesidades automotrices, de aviación, y marinas, a fuentes derivadas por separado, tales como generadores o UPS, y a bancos de capacitores que necesiten una protección de falla incipiente.

La Figura 9 ilustra un tablero 210 que incluye un sistema de protección integrado de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Como se utiliza en la presente, el término "tablero" pretende abarcar los dispositivos de distribución eléctrica que tienen capacidades de corriente adecuadas para usos residenciales, comerciales, o industriales. El tablero 210 recibe la energía eléctrica desde una fuente de servicio a través de las barras colectoras de línea L100 y L200, y una barra colectora neutra N, y distribuye la energía a las cargas en una pluralidad de circuitos ramales definidos por los conductores de línea 216a, 216b, 216c...216n, y conductores neutros (no mostrados) . Los conductores de línea 216a, 216b, 216c...216n se conectan eléctricamente a una de las barras colectoras de línea L100, L200, y los conductores neutros se conectan eléctricamente a la barra colectora neutra N. El tablero 210 comprende una estructura para conectar diferentes dispositivos de protección de circuitos a los conductores de línea y neutros en cualquiera de los circuitos ramales . En la modalidad mostrada en la Figura 9, el sistema de protección integrado incluye una pluralidad de interruptores de línea 218a, 218b, 218c...218n, y módulos detectores de fallas de arco 220a, 220b, 220c...220n (referidos posteriormente en la presente como "módulos AFD") . Cada uno de los interruptores de línea 218a, 218b, 218c...218n está diseñado para proteger al circuito ramal con el que estén conectados de las sobrecorrientes, mediante la desconexión de la carga desde la fuente de energía, en respuesta a la presentación de una sobrecarga o de un corto circuito en el circuito ramal. Los interruptores de línea se pueden conectar sobre, o atornillar a, una de las barras de línea L100 ó L200, como se muestra en la Figura 9, o se pueden montar por separado adentro del tablero 210 y conectar a una de las barras colectoras de línea L100 ó L200 con alambre. Los interruptores de línea pueden comprender interruptores de circuito convencionales, fusibles, relés, interruptores automáticos, o cualquier medio adecuado conocido en la técnica para interrumpir la corriente eléctrica en respuesta a una señal de disparo. En una modalidad de la presente invención, los interruptores de línea comprenden interruptores de circuito que se conectan al tablero por medio de un alojamiento de interruptor de circuito en miniatura 561, como se ilustra en la Figura 16. El alojamiento del interruptor de circuito en miniatura 561 está comprendido de una base eléctricamente aislante 563 cerrada en una cara por una cubierta separable 565, que encierran juntas a los componentes de un interruptor de circuito en miniatura que, por ejemplo, puede comprender un interruptor de circuito convencional, o un interruptor de circuito con capacidad de detección de falla de tierra. Se proporciona un sujetador 577 para montar el alojamiento 561 a un sujetador de montaje 587 de un tablero 575 de un sistema de distribución eléctrica. Una terminal de tipo de mordaza eléctricamente conductora 569a o terminal de tornillo 569b se extiende a través de la base 563 para conectarse externamente a una barra colectora de línea 577 dentro del tablero 575. De una manera similar, un conductor neutro del tablero 579 se extiende a través del alojamiento 561 para conectarse a una barra neutra 581 en el tablero 575. Las conexiones externas a los conductores de línea y neutro que conducen hasta un centro de carga de un circuito ramal del sistema de distribución eléctrica, se proporcionan a través de un conductor de línea de carga 583 y un conductor neutro de carga 585, respectivamente. Se montan un mango operativo 588 y el botón de prueba 567 a través de las aberturas separadas en la base 563, para la operación manual externa del interruptor de circuito en miniatura . En una modalidad, los módulos AFD 220 incluyen un sensor que responde al índice de cambio de la corriente eléctrica sobre el conductor de línea, y operan para detectar los arcos en serie, los arcos de línea a neutro, y los arcos de línea a tierra, generalmente de la misma manera descrita en relación con la Figura 1. Sin embargo, se apreciará que se pueden encerrar tipos alternativos de sistemas de detección de falla de arco dentro de los módulos AFD 220, incluyendo aquéllos que tienen sensores acoplados al conductor neutro, en lugar de acoplarse al conductor de línea. En el último caso, los módulos AFD 220 podrían detectar arcos en serie y arcos de línea a neutro, pero no fallas de línea a tierra. En las Figuras 10 y 11 se muestra una modalidad del módulo AFD 220. El módulo AFD 220 comprende un alojamiento 231 que se adapta para conectarse a una de las posiciones en el tablero. Se proporciona una terminal de línea 233 para conectar el módulo AFD 220 a uno de los conductores de línea 216a...216n mediante un alambre. La corriente de línea entra al módulo AFD 220 a través de la terminal de línea 233, fluye a través del módulo AFD 220 por medio del conductor de línea interno 237, y sale del módulo AFD 220 mediante la terminal de carga 235 antes de suministrarse a la carga. Un sensor de AFD 228 rodea el conductor de línea interno 237, y detecta el índice de cambio de la corriente eléctrica que fluye a través del conductor de línea interno 237. La señal de índice de cambio desde el sensor 228 se suministra al circuito de AFD/PRUEBA 234, el cual produce un impulso cada vez que se incrementa la señal de índice de cambio arriba de un umbral seleccionado. La señal de índice de cambio y/o los impulsos producidos a partir de la misma, se filtran para eliminar las señales o impulsos fuera de un rango de frecuencia seleccionado. Los impulsos finales se monitorean entonces para detectar cuando el número de impulsos que se presenten dentro de un intervalo de tiempo seleccionado exceda a un umbral previamente determinado. En el caso de que y 47 se exceda el umbral, el detector 234 genera una señal de detección de falla de arco, que se puede utilizar para disparar el interruptor de línea 230. El interruptor de línea 230 en el módulo AFD 220 está diseñado para interrumpir la energía en el circuito ramal resultante de una falla de arco, pero no de una condición de sobrecorriente (sobrecarga o corto circuito) . De acuerdo con lo anterior, como se muestra en las Figuras 10 y 11, se prefiere que el interruptor de línea 230 en el módulo AFD 220 comprenda un relé en lugar de un interruptor de circuito, tal como se describe en relación con las Figuras 13 y 14. El circuito de AFD/PRUEBA 234 se adapta para producir periódicamente una corriente en un alambre de prueba 282 (por ejemplo, una señal de prueba) , simulando una falla de arco, de preferencia una corriente alterna con una frecuencia de aproximadamente 10 kHz a 100 kHz. El alambre de prueba 282 pasa a través del sensor de AFD 228, junto con el conductor de línea interno 237. La señal de prueba, cuando es llevada por el alambre de prueba 282, es detectada por el sensor 228, el cual a su vez envía una señal al circuito de AFD/PRUEBA 234, el cual procesa la señal y genera una señal de detección de falla de arco que se puede utilizar para disparar el interruptor de línea 230 de la misma manera en que respondería a una señal de falla de arco real. El alambre de prueba 282, que se acopla al sensor 228, el cual se acopla al conductor de línea interno 237, produce una señal de prueba que simula fallas en serie, fallas de línea a neutro o de línea a tierra. De una manera alternativa, si el alambre de prueba 282 se acoplara con un sensor 228, el cual se acople con el conductor neutro, en lugar del conductor de línea, la señal de prueba podría simular fallas en serie y/o fallas de línea a neutro, pero no fallas de línea a tierra. Pasando ahora a la Figura 12, se muestra el sistema de protección integrado de la Figura 9 en otra modalidad, que utiliza un módulo de aislamiento 222 en el tablero de distribución. El módulo de aislamiento 222 está diseñado para asegurar que las señales de falla de arco sean "aisladas" al circuito ramal en donde ocurran. Por ejemplo, el dispositivo de aislamiento 222 mostrado en la Figura 12 asegura que las señales de falla de arco presentes sobre el conductor de línea 216a no crucen sobre el conductor de línea 216b, y viceversa. Una serie de lengüetas de barra colectora TI y T2 se extienden en una forma alternada a lo largo de la longitud del centro de distribución 200. Cada una de las lengüetas TI se conecta eléctricamente con la barra colectora de línea LlOO, y cada una de las lengüetas T2 se conecta eléctricamente a la barra colectora de línea L200. (La conexión eléctrica entre las lengüetas TI, T2 y las barras colectoras de línea LlOO, L200 no es visible en la Figura 2) . El módulo de aislamiento 222 se conecta eléctricamente a la barra colectora neutra N a través * ? *' I ! del alambre de cola de cerdo 219. El módulo de aislamiento 222 comprende un módulo de "dos polos" conectado a uno de los pares de lengüetas TI, T2 (no visible en la Figura 2), conectándose así eléctricamente a ambos impulsos de línea LlOO y L200. Sin embargo, se apreciará que el aislamiento puede ser proporcionado por uno o dos módulos de aislamiento de "un solo polo" (no mostrados) , cada uno conectado con una de las barras colectoras de línea LlOO ó L200 y la barra colectora neutra N. En cualquier caso, se apreciará además que los módulos de aislamiento 222 se pueden conectar a las barras colectoras de línea LlOO y/o L200 mediante alambre u otro elemento adecuado conocido en la materia, en lugar del descrito anteriormente. El sistema de distribución eléctrica también puede incluir módulos de aislamiento individuales (no mostrados) para uno o más de los circuitos ramales individuales, en lugar del módulo de aislamiento de dos polos 222 mostrado en la Figura 12. Sin embargo, si se desean módulos de aislamiento individuales, se deben colocar sobre el lado de la fuente de energía de un detector de falla de arco en cualquier circuito ramal dado. Por ejemplo, si se utilizan módulos de aislamiento ramales en la Figura 12, deben colocarse sobre el lado de la fuente de energía de los módulos detectores de falla de arco 220a, 220b, 220c, ó 220d. El alojamiento externo del módulo de aislamiento de dos polos 222 se ilustra con mayor detalle en la Figura 13. Las mordazas Jl y J2 sobre un lado del módulo de aislamiento 222 se adaptan cada una para conectarse a una de las lengüetas de barra colectora TI, T2 del tablero de distribución, y por lo tanto, proporcionan una conexión eléctrica con las barras colectoras de línea respectivas LlOO y L200. Por ejemplo, la mordaza Jl se puede conectar eléctricamente a la barra colectora de línea LlOO a través de la conexión de la lengüeta de barra colectora TI, y la mordaza J2 se puede conectar eléctricamente a la barra colectora de línea 200 a través de la conexión con la lengüeta de barra colectora T2. Los sujetadores de riel 225 sobre otro lado del módulo de aislamiento 222 se adaptan para conectarse sobre un riel de montaje en el tablero, para ayudar a retener el módulo de aislamiento 222 firmemente en su posición en el tablero. El alambre de cola de cerdo 219 conecta el dispositivo a la barra colectora neutra N. Una ventana 251 en la pared superior 252 del alojamiento permite que un usuario vea un LED adentro del dispositivo. La Figura 15 ilustra un circuito eléctrico para implementar el módulo de aislamiento de dos polos 222 descrito en relación con las Figuras 12 y 13. Como se muestra en la Figura 14, el módulo de aislamiento de dos polos 222 se conecta a la fuente de suministro 230 por medio de las barras colectoras de línea LlOO y L200 y la barra neutra N. El módulo de aislamiento 222 incluye tanto un circuito de protección de oleadas (sección 1) como un circuito de aislamiento (sección * < 2) . Sin embargo, se apreciará que el módulo 222 puede contener solamente el circuito de aislamiento. Haciendo referencia inicialmente al circuito de protección de oleadas (sección 1) , y de una manera más específica a la porción de la sección l localizada entre la barra colectora de línea LlOO y la barra neutra N, se proporcionan una pluralidad de fusibles Fl, F2, F3 conectados entre la barra colectora de línea LlOO y los nodos 201, 202, y 203, respectivamente. Los varistores Vil, V12, y V13 se conectan entre los nodos 201, 202, y 203, respectivamente, y la barra colectora neutra N. De preferencia, los varistores son varistores de óxido de metal que utilizan óxido de zinc. Los resistores R21, R22, R23 se conectan entre los nodos 201, 202*, y 203, respectivamente, y el nodo 204. Los fusibles Fl , F2 , y F3 se abren si fallan los varistores respectivos Vil, V12, y V13, es decir, si se presenta una oleada destructiva. Los resistores R21, R22, y R23 forman una escala de resistencia que desarrolla un voltaje a través del resistor de exhibición R31. El diodo Dll proporciona una polarización hacia adelante entre el nodo 204 y la primera exhibición 236. Ahora, haciendo referencia al resto del circuito de protección de oleadas (sección 1) localizado entre la barra colectora de línea L200 y la barra neutra N, se proporcionan una pluralidad de fusibles F4 , F5, y F6 conectados entre la barra colectora de línea L200 y los nodos 205, 206, y 207, respectivamente. Los varistores V14 , V15, y V16 se conectan entre los nodos 205, 206, y 207, respectivamente, y la barra colectora neutra N. Los resistores R4 , R5, y R6 se conectan entre los nodos 205, 206, y 207, respectivamente, y el nodo 208. Los fusibles F4 , F5 , y F6 están diseñados para abrirse si fallan los varistores respectivos V14, V15, y V16. La exhibición 236 comprende un resistor R31 conectado en paralelo con un diodo emisor de luz LED1 visible a través de una abertura 251 en una pared superior 252 del módulo de aislamiento 222 (mostrado en la Figura 14) . El LEDl proporciona el monitoreo de la condición de estado de los pares de varistor y fusible, tales como Vil y Fl. La intensidad del LED1 se reduce cuando se funde un fusible. Cuando solamente quedan un número previamente determinado de pares de varistor y fusible operativos, el LED1 se extinguirá enteramente para señalar el reemplazo del circuito de protección de oleadas. De una manera específica, la salida de luz del LED1 varía con la condición operativa de cada par de varistor y fusible. La exhibición 236 utiliza la primera pluralidad de resistores R21, R22, y R23, la segunda pluralidad de resistores R4, R5, y R6, el diodo Dll, el resistor R31, y el LED1, para indicar que el circuito está operando correctamente. La escala de resistencia del primer conjunto de resistores R21-R23 monitorea los fusibles Fl, F2 , y F3 sobre la barra colectora de kf junto de resistores R24-R26 monitorea los fusibles F4 , F5, y F6 y la barra colectora de línea L200. Las barras colectoras de línea LlOO y L200 cada un^ desarrollan un voltaje a través del resistor R31, que es F proporcional al número de fusibles Fl, F2, F3 , F4 , F5, F6. Solamente cuando un número previamente seleccionado de estos fusibles están intactos, habrá suficiente voltaje disponible para polarizar hacia adelante el LED1 para emitir una señal con el fin de indicar que el circuito de protección de oleadas está operando . El circuito de detención de oleadas descrito # anteriormente, está diseñado para limitar el voltaje entre la barra colectora de línea LlOO y la barra neutra N después de la presentación de una oleada de voltaje. La operación del circuito de detención de oleadas se describe con detalle en la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,412,526, incorporada a la presente como referencia. Haciendo en seguida referencia al circuito de aislamiento (sección 2) de la Figura 14, y más específicamente- 20 a la porción de la sección 2 localizada entre la barra colectora de línea LlOO y la barra neutra N, se proporciona un fusible F7 conectado entre la barra colectora de línea LlOO y un nodo 209. Un filtro 240 que consiste en un capacitor C21 en serie con un resistor R9 , se conecta entre el nodo 209 y la ¿á barra colectora neutra N. El filtro 240 está diseñado para cortar efectivamente las señales de falla de arco de alta frecuencia desde la barra colectora de línea LlOO hasta la barra colectora neutra N, impidiendo de esta manera que las señales de falla de arco sobre la barra colectora de línea LlOO crucen sobre la barra colectora de línea L200. Al completar la trayectoria de la señal de falla de arco desde la barra colectora de línea LlOO hasta la barra colectora neutra N, el filtro 240 realiza dos funciones. Primero, impide que el detector de falla de arco (no mostrado) sobre la barra colectora de línea L200 detecte una señal de falla de arco (falsa) sobre la barra colectora de línea L200. Segundo, incrementa la fuerza de la señal en un detector de falla de arco (no mostrado) colocado sobre la barra colectora de línea LlOO, en un lado de carga del filtro 240. El varistor V17 se conecta entre el nodo 209 y la barra colectora neutra N. El varistor V17 proporciona un grado de protección de oleadas para el circuito de aislamiento conectado entre la barra colectora de línea LlOO y la barra colectora neutra N. Se conectan un resistor R7 y un diodo D12 en serie entre el nodo 209 y la exhibición 238. Haciendo ahora referencia al resto del circuito de aislamiento (sección 2) localizado entre la barra colectora de línea L200 y la barra colectora neutra N, se proporciona un fusible F8 conectado entre la barra colectora de línea L200 y un nodo 211. Se conecta un filtro 242 consistente en un 55 9* capacitor C22 en serie con un resistor R30, entre el nodo 211 y la barra colectora neutra N. El filtro 242 se diseña para completar la trayectoria de la señal de falla de arco desde la barra colectora de línea L200 hasta la barra colectora neutra N, cortando efectivamente las señales de falla de arco de alta frecuencia desde la barra colectora de línea L200 hasta la barra colectora neutra N. Por consiguiente, de una manera similar al filtro 240 descrito anteriormente, el filtro 242 impide que un detector de falla de arco (no mostrado) sobre la 0 barra colectora de línea LlOO detecte una señal de falla de arco "falsa" sobre la barra colectora de línea LlOO, e incrementa la fuerza de la señal en un detector de falla de arco (no mostrado) colocado sobre la barra colectora de línea L200 en un lado de carga del filtro 242. Un varistor V18 5 proporciona un grado de protección de oleadas para el circuito de aislamiento conectado entre la barra colectora de línea L200 y la barra colectora neutra N. El resistor R8 se conecta entre el nodo 211 y la exhibición 238. La exhibición 238 consiste en un resistor R32 a conectado en paralelo con un LED2. La exhibición 238 proporciona un medio para monitorear el estado operativo del circuito de aislamiento. Si el fusible F4 ó F8 se funde por cualquier razón, ocasionando una pérdida de la funcionalidad del aislador, se desactivará el LED2. El LED2 es visible a 5 través de una abertura 251 en la pared superior 252 del módulo í ? 1 Hl de aislamiento 222 (mostrado en la Figura 13) . Haciendo ahora referencia a la Figura 15, se ilustra un tablero 210 que incluye un sistema de protección integrado de conformidad con otra modalidad de la presente invención. En esta modalidad, la detección de falla de arco y las funciones de interrupción de línea descritas anteriormente se realizan mediante la combinación de módulos de detector de falla de arco e interruptor de línea 224a, 224b, 224c...224n (referidos posteriormente en la presente como "módulos de combinación"). Cada uno de los módulos de combinación está asociado con uno de los circuitos ramales del sistema de distribución eléctrica, e incluye tanto el circuito de detección de falla de arco como un interruptor de línea. Los módulos de combinación 224a, 224b, 224c...224n se pueden conectar sobre, o atornillar a, una de las barras colectoras de línea LlOO ó L200, como se describe en relación con la Figura 12, o se pueden montar por separado adentro del tablero 210 y conectar a las barras colectoras de línea LlOO ó L200 con alambre. Como se muestra en la Figura 18, el sistema de protección integrado también puede incluir un módulo de aislamiento 222 para aislar eléctricamente las señales de falla de arco al circuito ramal en el que se presenten, como se describe en relación con las Figuras 12 a 14. El aislamiento del ramal se puede lograr mediante el circuito de aislamiento adentro de los módulos de combinación 224a, 224b, 224c...224n. El módulo de aislamiento 222 o los módulos de combinación 224a... n, también pueden incluir un circuito de protección de oleadas, para proteger a las barras colectoras de línea o a cualquiera de los circuitos ramales d las oleadas de voltaje. 5 En una modalidad, el módulo de combinación 224 comprende un interruptor de circuito con capacidad de detección de falla de arco. De una manera alternativa, el módulo de combinación 224 comprende un relé, un fusible, un interruptor automático o interruptor de circuito combinado con un detector de falla de arco. En cualquier caso, el módulo de combinación puede incluir un circuito de prueba (no mostrado) , generalmente del tipo descrito en relación con la Figura 1, el cual incluye un alambre de prueba 82 acoplado con el sensor de AFD 21, y que produce periódicamente una corriente en el alambre de prueba 82 (por ejemplo, una señal de prueba) , simulando fallas de arco en serie, fallas de arco de línea a neutro, o fallas de arco |© línea a tierra. Pasando ahora a la Figura 17, se muestra una modalidad de módulo de combinación 24 que incluye los ^r 20 componentes convencionales del interruptor de circuito, y una capacidad de detección de falla de arco. El módulo de combinación 224 de la Figura 17 se adapta para encerrarse dentro de un alojamiento de interruptor de circuito en miniatura 561 del tipo mostrado en la Figura 16, y conectado directamente al tablero. En la Figura 17, el módulo de combinación 224 esta en una posición cerrada, haciendo posible que fluya la corriente de línea completamente a través del. módulo y hacia un centro de carga de un circuito ramal designado. La corriente de línea entra al módulo 224 a través de la terminal de tipo mordaza 569a, y fluye a través dé un portador de contacto estacionario 562 integral con la terminal 569a. El portador de contacto estacionario 562 tiene un . contacto estacionario 566 montado sobre el mismo. Cuando está * en la posición cerrada, el contacto estacionario 566 topa contra un contacto movible 568, el cual se monta en un portador de contacto movible 564. De esta manera, la corriente de línea fluye desde el portador de contacto estacionario 562 h-lsta el portador de contacto movible 564, a través de los contactos estacionario y movible 566 y 568, respectivamente. 15 Un conductor de cola de cerdo 589 se conecta eléctxicamente en un extremo del portador de contacto movible 564, y en otro extremo con un yugo 572, que hace posible que fluya la corriente de línea desde el portador de contacto movible 564 hasta el yugo 572, cuando el interruptor de tl» 20 circuito 522 está en una posición cerrada. Un ensamble conductor bimetálico 590 compuesto de dos materiales termostáticos distintos se conecta eléctricamente al yugo 572. El ensamble conductor bimetálico 590 incluye una placa conductora 591 en un extremo, que se conecta eléctricamente con un conductor interno 593. Cuando el módulo 224 está en la «¡2?* 59 posición cerrada, la corriente eléctrica fluye desde el yugo 572 a través del ensamble del conductor bimetálico 590 hasta la placa conductora 591, y a través del conductor interno 593. Después, la corriente que fluye a través del conductor interno 593, pasa a través de una bobina de detección 521 sustancialmente como se describe en relación con la Figura 1, que monitorea el índice de cambio de la corriente eléctrica que fluye a través del interruptor de circuito 522. Después de salir de la bobina de detección 521, la corriente de línea fluye hasta el bloque de la terminal de carga 570, con el que se puede conectar el conductor de línea de carga 583 (Figura 16), para proporcionar la corriente de línea a una carga. El bloque de la terminal de carga 570 se define mediante dos placas conductoras adaptadas para sujetarse juntas mediante un tornillo. El conductor de línea de carga 583 se puede conectar insertándolo entre dos placas conductoras, y apretando el tornillo del bloque de la terminal de carga 570. El interruptor de circuito en miniatura 522 también incluye un bloque de terminal neutra 571, al que se puede conectar el conductor neutro de carga 585 (Figura 16) de una forma similar a la forma en que se conecta el conductor de línea de carga 583 con el bloque de terminal de carga 570. El interruptor de circuito en miniatura incluye además un conductor neutro interno 603 conectado eléctricamente en un extremo con el tablero de circuito 596, y en otro extremo con * *¡í«sr*»*j« el conductor neutro del tablero 579 descrito en relación con la Figura 16. En las modalidades con el circuito de interrupción de falla de tierra (GFI) , el conductor neutro del tablero 579 se rutea a través del sensor 521, junto con el conductor de 5 , línea interno 593, para permitir la detección de un desequilibrio del flujo de corriente entre los conductores de línea y neutro internos 593 y 603, como se conoce en este campo. Una descripción más completa del circuito GFI se da a conocer en la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,446,431, cedida a la presente cesionaria, e incorporada a la presente como referencia. Ahora, haciendo referencia a las Figuras 18 y 19, se ilustra un tablero 210 que incluye un sistema de protección integrado de conformidad con todavía otra modalidad de la presente invención. En esta modalidad, las funciones de detección de falla de arco y de interrupción de línea descritas anteriormente, se realizan mediante módulos detectores de falla de arco separados 220a, 220b, 220c...220n, y módulos interruptores de línea 218a, 218b, 218c...218n. Sin embargo, en ^ " 20 esta modalidad, los módulos detectores de falla de arco 220a, 220b, 220c...220n se conectan externamente a los módulos interruptores de línea 218a, 218b, 218c...218n, en lugar de montarse en una de las posiciones del tablero 210. Los módulos interruptores de línea 218a, 218b, 218c...218n se pueden conectar sobre, o atornillar a, una de las barras colectoras de línea LlOO ó L200, como se muestra en la Figura 9, o se pueden montar por separado adentro del tablero 210 y conectar a una de las barras colectoras de línea LlOO ó L200 con alambre. En una modalidad, los módulos AFD 220 incluyen un circuito de prueba (no mostrado) , generalmente del tipo descrito en relación con la Figura 1, el cual incluye un alambre de prueba 82 acoplado con el sensor de AFD 21, y que produce periódicamente una corriente en el alambre de prueba 82 (por ejemplo, una señal de prueba) que simula las fallas de arco en serie, las fallas de arco de línea a neutro, o las fallas de arco de línea a tierra. El sistema de protección integrado también puede incluir los módulos de aislamiento 222, y/o elementos de aislamiento ramales sustancialmente como se describe en relación con las Figuras 12 a 14. Los módulos de aislamiento 222 o los elementos de aislamiento ramales también pueden incluir el circuito de protección de oleadas, para proteger a las barras colectoras de línea o a cualquiera de los circuitos ramales, de las oleadas de voltaje. Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a una o más modalidades particulares, los expertos en la técnica reconocerán que se pueden hacer muchos cambios a la misma sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención. Se contempla que estas variaciones caen dentro del espíritu y alcance de la invención reivindicada, como se estipula en las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un sistema de detección de falla de arco para una red de distribución eléctrica que tiene un conductor de línea y neutro conectado entre una fuente de energía y una carga, comprendiendo el sistema de detección de falla de arco: un solo sensor acoplado con el conductor de línea y que responde a los arcos en sene, a los arcos de línea a neutro, y a los arcos de línea a tierra, para monitorear un primer derivado de la corriente eléctrica llevada por el conductor de línea, y generar una señal del sensor que representa este primer derivado de la corriente eléctrica; y un elemento para generar una señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor que tiene características que indican cualquier falla de arco que produce arcos en serie, arcos de línea a neutro, o arcos de línea a tierra.
2. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1, caracterizado porque el único sensor comprende una bobina que rodea al conductor de línea y no al conductor neutro.
3. En una red de distribución eléctrica que incluye un tablero para recibir y distribuir energía desde una fuente de servicio hasta una pluralidad de circuitos ramales, cada uno incluyendo conductores de línea y neutros conectados a una carga, definiendo el tablero una estructura para conectar eléctricamente los dispositivos de protección de circuito a estos circuitos ramales, un sistema de protección de circuito que comprende: un dispositivo de detección de falla de arco conectado con una primera posición de la estructura, incluyendo el dispositivo de detección de falla de arco un conductor de línea interno eléctricamente conectado con el conductor de línea de uno de los circuitos ramales; un sensor acoplado con el conductor de línea interno, y que responde a los arcos en serie, a los arcos de línea a neutro, y a los arcos de línea a tierra, para monitorear un primer derivado de la corriente eléctrica llevada por el conductor de línea interno, y generar una señal del sensor que representa este primer derivado de la corriente eléctrica; elementos para generar una señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor que tiene características que indican cualquier falla de arco que produce arcos en serie, arcos de línea a neutro, o arcos de línea a tierra; y un interruptor de línea adaptado para interrumpir la corriente eléctrica en el conductor de línea en respuesta a la señal indicadora de arco.
4. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 3, caracterizado porque el sensor comprende una bobina que rodea al conductor de línea interno.
5. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 3, caracterizado porque el tablero incluye una barra colectora de línea y una barra colectora neutra para distribuir la energía hacia los circuitos ramales, definiendo la primera posición e la estructura una posición adyacente a, y eléctricamente conectada con, esta barra colectora de línea."
6. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo de detección de falla de arco y el interruptor de línea se alojan adentro de un módulo común conectado con la primera posición de la estructura.
7. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 3, caracterizado porque el tablero incluye una barra colectora de línea y una barra colectora neutra para distribuir la energía hacia los circuitos ramales, definiendo la primera posición de la estructura, una posición corriente abajo desde, y conectada eléctricamente con, esta barra colectora de línea.
8. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 7, caracterizado porque el dispositivo de detección de falla de arco se aloja adentro de un módulo de detección de falla de arco conectado con la primera posición de la estructura, conectándose el interruptor de línea a una segunda posición de la estructura corriente arriba del módulo de detección de falla de arco.
9. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 8, caracterizado porque la segunda posición en la estructura define una posición adyacente a, y eléctricamente conectada con, la barra colectora de línea.
10. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 9, caracterizado porque el interruptor de línea se aloja adentro de un alojamiento de interruptor de circuito estándar conectado con la segunda posición de la estructura.
11. Un sistema de detección y prueba de falla de arco para una red de distribución eléctrica que tiene un conductor de línea y neutro conectado entre una fuente de energía y una carga, comprendiendo el sistema: un solo sensor acoplado con el conductor de línea, y que responde a los arcos en serie, a los arcos de línea a neutro, y a los arcos de línea a tierra, para monitorear un primer derivado de la corriente eléctrica llevada por el conductor de línea, y generar una señal del sensor que representa el primer derivado de la corriente eléctrica; un alambre de prueba acoplado al sensor; elementos para producir una señal de prueba sobre el alambre de prueba, simulando cualquier falla de arco que produzca arcos en serie, arcos de línea a neutro, o arcos de línea a tierra; y elementos para generar una señal indicadora de arco en respuesta a que la señal del sensor o a que la señal de prueba tengan características que indiquen una falla de arco que produzca cualquiera de los arcos .
12. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 11, caracterizado porque el único sensor comprende una bobina que rodea al conductor de línea y al alambre de prueba, y no al conductor neutro.
13. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 11, caracterizado porque la señal de prueba es una señal oscilatoria repetitiva.
14. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 11, caracterizado porque la señal de detección de falla de arco se produce en respuesta a la presencia de señales que tengan frecuencias sustancialmente arriba de la frecuencia de la señal de energía, sobre el conductor de línea.
15. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 11, caracterizado porque además comprende un generador de señal conectado con el alambre de prueba para producir la señal de prueba.
16. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 15, caracterizado porque la señal de prueba es una señal alterna que tiene una frecuencia sustancialmente arriba de la frecuencia de la señal de energía.
17. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 16, caracterizado porque la señal de prueba tiene una frecuencia arriba de 60 Hz y debajo de aproximadamente 1 mHz.
18. En una red de distribución eléctrica que incluye un tablero para recibir y distribuir la energía desde una fuente de servicio hasta una pluralidad de circuitos ramales, cada uno definiendo conductores de línea y neutros conectados a una carga, definiendo el tablero una estructura para conectar eléctricamente los dispositivos de protección de circuito a estos circuitos ramales, un sistema de protección de circuito que comprende: un dispositivo de detección de falla de arco conectado a una primera posición de la estructura, incluyendo este dispositivo de detección de falla de arco, un conductor de línea interno eléctricamente conectado al conductor de línea de uno de los circuitos ramales; un sensor acoplado con el conductor de línea interno, y que responde a los arcos en serie, a los arcos de línea a neutro, y a los arcos de línea a tierra, para monitorear un primer derivado de la corriente eléctrica llevada por el conductor de línea interno, y generar una señal del sensor que representa el primer derivado de la corriente eléctrica; un alambre de prueba acoplado con el sensor; elementos para producir una señal de prueba sobre el alambre de prueba, simulando una falla de arco que produce arcos en serie, arcos de línea a neutro, o arcos de línea a tierra; elementos para generar una señal indicadora de arco en respuesta a que la señal del sensor y la señal de prueba tengan características que indiquen una falla de arco que produzca arcos en serie, arcos de línea a neutro, o arcos de línea a tierra; y un interruptor de línea adaptado para interrumpir la corriente eléctrica en el conductor de línea en respuesta a la señal indicadora de arco.
19. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 18, caracterizado porque el sensor comprende una bobina que rodea al conductor de línea interno y al alatibre Cte prueba .
20. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 18, caracterizado porque el tablero incluye una barra colectora de línea y una barra colectora neutra para distribuir la energía hacia los circuitos ramales, definiend la primera posición de la estructura una posición adyacente a, y eléctricamente conectada con, la barra colectora de línea.
21. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 20, caracterizado porque el dispositivo de detección de falla de arco y el interruptor de línea se alojan adentro de un módulo común conectado con la primera posición de la estructura.
22. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 18, caracterizado porque el tablero incluye una barra colectora de línea y una barra colectora neutra para distribuir la energía hacia los circuitos ramales, definiendo la primera posición de la estructura una posición corriente abajo desde, y eléctricamente conectada a, la barra colectora de línea.
23. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 22, caracterizado porque el dispositivo de detección de falla de arco se aloja adentro de un módulo de detección de falla de arco conectado con la primera posición de la estructura, conectándose el interruptor de línea a una segunda posición e*.& estructura corriente arriba del módulo de detección de falla de arco.
24. El sistema de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 23, caracterizado porque la segunda posición de la estructura define una posición adyacente a, y eléctricamente conectada con, la barra colectora de línea.
25. El sistema de conformidad con lo reclamadosen la reivindicación 24, caracterizado porque el interruptor de línea se aloja adentro de un alojamiento de interruptor de circuito 10 estándar conectado con la segunda posición de la estructura.
26. Un método para detectar fallas de arco en un sistema de distribución eléctrica que incluye un conductor de línea conectado a un transformador de la energía de servicio, comprendiendo este método los pasos de: monitorear un primer 15 derivado de la corriente eléctrica llevada por el conductor de línea con un solo sensor, y generar una señal del sensor que representa este primer derivado de la corriente eléctrica y en respuesta a los arcos en serie, a los arcos de línea a neutro, y a los arcos de línea a tierra; y generar una señal indicadora ~^® de arco en respuesta a esta señal del sensor que tiene características que indican cualquier falla de arco que produzca arcos en serie, arcos de línea a neutro, o arcos de línea a tierra.
27. El método de conformidad con lo reclamado en la 25 reivindicación 26, caracterizado porque además comprende el ? paso de aplicar periódicamente una señal de prueba al sensor a través de una línea de prueba, simulando la señal de prueba una corriente de línea producida por una falla de arco, monitoreando simultáneamente el sensor la señal de prueba y la señal eléctrica cuando la señal de prueba está presente en la línea de prueba, generando el sistema de detección de falla de arco una señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor asociada con cualquiera de la línea de prueba o el conductor de línea, que tenga características que indiquen una falla de arco seleccionada a partir del grupo que consiste en arcos en serie, arcos de línea a neutro, y arcos de línea a tierra.
28. El método de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 27, caracterizado porque además comprende el paso de generar una señal de disparo para disparar la interrupción de la señal eléctrica sobre el conductor de línea, realizándose el paso de generar una señal de disparo cuando la señal de prueba no está presente en la línea de prueba y se produjo la señal indicadora de arco en respuesta a la señal dei sensor que representa tanto la señal de prueba como la señal eléctrica .
29. El método de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 28, caracterizado porque el paso de generar una señal de disparo se realiza además cuando la señal de prueba está presente sobre la línea de prueba, y no se produjo la , ' ' * : señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor que represente tanto la señal de prueba como la señal eléctrica.
30. El método de prueba de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 28, caracterizado porque el paso • 5 de generar una señal de disparo se inhibe cuando la señal de prueba está presente sobre la línea de prueba, y se produce la señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor que represente tanto la señal de prueba como la señal eléctrica.
31. Un aparato de prueba para un sistema de 10 detección de falla de arco en una red de distribución eléctrica' que tiene un conductor de línea que lleva una señal eléctrica entre una fuente de energía y una carga, incluyendo este sistema de detección de falla de arco un sensor acoplado con el conductor de línea para monitorear la señal eléctrica y generar 15 una señal del sensor que representa esta señal eléctrica, generando el sistema de detección de arco una señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor que tenga características que indiquen una falla de arco, comprendiendo g^ este aparato de prueba: una línea de prueba acoplada con el 20 sensor simultáneamente con el conductor de línea; y elementos para producir periódicamente una señal de prueba sobre la línea de prueba, monitoreando este sensor simultáneamente la señal de prueba y la señal eléctrica cuando la señal de prueba está presente sobre la línea de prueba, representando la señal del 25 sensor tanto la señal de prueba como la señal eléctrica, cuando está presente la señal de prueba sobre la línea de prueba, generando el sistema de detección de falla de arco una señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor asociada con la línea de prueba o con el conductor de líne.a, que tenga características que indiquen una falla de arco.
32. El aparato de prueba de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 31, caracterizado porque además comprende un integrador de prueba de diagnóstico para evaluar las condiciones de estado de la señal de prueba y la señal 10 indicadora de arco, y generar una señal de disparo para disparar la interrupción de la señal eléctrica en respuesta a ciertas condiciones de estado de la señal de prueba y la señal indicadora de arco.
33. El aparato de prueba de conformidad con lo 15 reclamado en la reivindicación 32, caracterizado porque el integrador de prueba de diagnóstico genera la señal de disparo cuando no está presente la señal de prueba en la línea de prueba, y se produjo la señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor que represente tanto la señal de prueba ^BP 20 como la señal eléctrica.
34. El aparato de prueba de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 32, caracterizado porque el integrador de prueba de diagnóstico genera la señal de disparo cuando está presente la señal de prueba en la línea de prueba, 25 y no se produjo la señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor que represente tanto la señal de prueba como la señal eléctrica.
35. El aparato de prueba de conformidad con Xp reclamado en la reivindicación 32, caracterizado porque el integrador de prueba de diagnóstico no genera la señal de disparo cuando está presente la señal de prueba en la línea de prueba, y se produce la señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor que represente tanto la señal de prueba como la señal eléctrica. 10
36. Un aparato de prueba para un sistema de detección de falla de arco en una red de distribución eléctrica que tiene una línea y un conductor neutro que lleva una señal eléctrica entre una fuente de energía y una carga, incluyendo este sistema de detección de falla de arco un sensor acoplado 15 con el conductor de línea para .monitorear la señal eléctrica y generar una señal del sensor que representa esta señal eléctrica, generando el sistema de detección de falla de arco una señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor que tenga características que indiquen una falla de arco, ^SH|^ 20 comprendiendo este aparato de prueba: un circuito de prueba conectable removiblemente con el conductor de línea y neutro, adaptándose este circuito de prueba para producir una señal de falla de arco simulada cuando se conecta al conductor de línea y neutro, adaptándose este sensor para monitorear la señal de 25 falla de arco simulada y generar la señal del sensor que ' ^*« X ' 74 representa esta señt¡¡ de falla de arco simulada, generando el sistema de detección de falla de arco una señal indicadora de arco en respuesta a la señal del sensor asociada con la señal de falla de arco simulada, que tenga características! que indiquen una falla de arco.
37. El aparato de prueba de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 36, caracterizado porque el circuito de prueba comprende : una primera terminal que se puede conectar de manera removible al conductor de línea; una segunda terminal que se puede conectar de manera removible al conductor neutro; un relé que comprende un interruptor eléctrico y una bobina de relé conectada entre las primera y segunda terminales, abriéndose y cerrándose rápidamente el interruptor eléctrico para crear la señal de falla de arco simulada cuando se conectan las primera y segunda terminales a los conductores de línea y neutro.