MXPA05006763A - Interruptor de deteccion de corriente de fuga con modulo sensor para detectar condiciones no electricas anormales. - Google Patents

Abstract

En la presente invencion, los componentes basicos de deteccion e interrupcion de un Interruptor de Detector de Corriente de Fuga (LCDI) en combinacion con un modulo sensor estan acoplados a un conductor, tal como un conductor protector de una extension o cable de aparato que tiene conductores protectores en linea, neutros, posiblemente a tierra, para proporcionar un nuevo tipo mejorado de detector, el cual interrumpe la corriente a una carga cuando una condicion no electrica anormal, tal como humo, alto calor, alta o baja presion, etc., es detectada por el modulo sensor. El modulo sensor en combinacion con el LCDI proporciona, ya sea individualmente o en combinacion, las siguientes ventajas: un modulo sensor que no necesita ser valorado para llevar la carga electrica completa requerida por el aparato, ya que el LCDI puede operar con una senal de corriente baja nominal; previene que el LCDI se restablezca si el dispositivo queda sin operar (restablecimiento trabado); prueba la integridad del conductor del modulo sensor dentro de la extension o cordon de aparato, ademas para probar la funcionalidad del LCDI; y, puede interrumpir la corriente hacia la carga si una conexion electrica es detectada entre el conductor del modulo sensor y neutro, o el conductor de modulo sensor y la tierra.

Description

INTERRUPTOR DE DETECCION DE CORRIENTE DE FUGA CON MODULO SENSOR PARA DETECTAR CONDICIONES NO ELECTRICAS ANORMALES ANTECEDENTES DE LA INVENCION CAMPO DE LA ÍNVENCÍON Esta invención está dirigida generalmente a un cordón de suministro eléctrico que tiene un circuito para interrumpir la energía a una carga y, más específicamente, a un cordón de suministro de energía que tiene un Interruptor de Detección de Corriente de Fuga y un módulo sensor que interrumpe la energía a una carga cuando se detecta una condición no eléctrica anormal.

DESCRIPCION DE LA TECNICA ANTERIOR El cordón eléctrico de extensión en uso actualmente incluye una clavija, que comprende usualmente dos o tres puntas, un cordón de conducción eléctrica que comprende típicamente dos o tres alambres aislados de longitud variada y un conector o receptáculo terminal para recibir una o más clavijas eléctricas para que energizar lámparas, una televisión, aparatos eléctricos domésticos, un acondicionador de aire, etc. Un cordón de extensión aterrizado incluye una clavija que tiene tres puntas y un cordón con alambres aislados de tres conductores donde dos conductores se utilizan para energía de fase y neutra o de retorno y el tercer conductor se usa como una tierra común. Aunque los cordones de extensión proporcionan muchas ventajas, hay algunas desventajas que están asociadas también con su uso. Por ejemplo, los cordones de extensión se dejan con frecuencia debajo de alfombras donde son atrapados por, o son pellizcados por puertas y muebles lo cual puede conducir a la formación de arco o cortocircuito que puede causar un incendio. Los cordones de extensión tienden también con frecuencia a ser dejados enrollados donde se puede concentrar el calor, o son sobrecargados hasta el punto de destrucción por incendio. En otras situaciones el cordón de extensión, o un cordón de suministro de energía se conecta a un aparato eléctrico o un dispositivo eléctrico tal como un ventilador, un acondicionador de aire de habitaciones, un refrigerador, etc., que puede desarrollar una condición de calor elevado, o genera una condición de humo, etc. Dado el número de situaciones peligrosas que se pueden desarrollar con el uso de aparatos eléctricos, tales como incendios residenciales, condición de calor elevado, humo, etc., se desea un cordón de extensión o energía que pueda detectar e interrumpir el flujo de energía a un aparato eléctrico cuando ocurre una condición no eléctrica anormal. La Patente de E. U. No. 5,642,248 asignada a Levitón Manufacturing Co., Inc., describe un cordón eléctrico de extensión donde los conductores de fase, neutro y de tierra aislados están rodeados por un escudo o protección trenzado de sensibilidad. El escudo trenzado está conectado eléctricamente en el receptáculo al conductor de tierra y se extiende hasta la clavija. La corriente de fuga liberada desde los conductores puede ser recolectada en el escudo y detectada mediante un Interruptor de Circuito de Falla a Tierra (GFCI) para interrumpir el flujo de corriente a la carga. El propósito del escudo es capturar cualquier tipo de corriente de fuga en el cordón de extensión y transferirla a tierra de manera que el GFCI puede detectar el desequilibrio de corriente e interrumpir el circuito. Los detectores de corriente de fuga con base en GFCI de hoy día tienen varias limitaciones. Una de tales limitaciones es la de ser un dispositivo relativamente costoso y complejo que requiere uno o más transformadores toroidales de función. Estos transformadores pueden ser muy grandes para aplicaciones de corriente elevada. Además, los dispositivos disponibles actualmente requieren que esté disponible una tierra en la salida a la que el detector de corriente de fuga se enchufa. Esto puede no ser siempre el caso en circuitos residenciales y algunas aplicaciones, tales como en hospitales que requieren una tierra flotante. Otro problema inherente en los dispositivos de interrupción de circuito que pueden ser enchufados en salidas domésticas y usados para detectar una condición no eléctrica anormal tal como una condición de calor elevado, humo, etc., es que el elemento sensor se diseña normalmente para enviar una corriente que es suficientemente grande para operar un relevador conectado para interrumpir la energía a la carga.

Lo que se necesita es un cordón de energía para aparatos eléctricos tal como un cordón de extensión el cual, cuando se conecta para suministrar energía a un aparato eléctrico tal como un acondicionador de aire, ventilador, máquina lavadora, refrigerador, etc., interrumpirá el flujo de corriente al aparato eléctrico con un pequeño valor nominal de corriente cuando se detecta una condición no eléctrica anormal tal como humo, calor elevado, etc.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION En la presente invención los componentes básicos de detección e interrupción de un Interruptor de Detector de Corriente de Fuga (LCDl) en combinación con un módulo sensor están acoplados a un conductor tal como un alambre o un conductor recubierto o protegido de un cordón de energía de extensión o aparato eléctrico que tiene conductores de línea, neutro, posiblemente de tierra y de escudo o protección para proporcionar un nuevo tipo mejorado de detector que interrumpe la corriente a una carga cuando se detecta una condición no eléctrica anormal tal como humo, calor elevado, alta o baja presión, etc., mediante el módulo sensor. El módulo sensor en combinación con el LDCI proporciona, ya sea de manera singular o en combinación, Jas siguientes ventajas: un módulo sensor que no necesita estar clasificado para llevar la carga eléctrica completa requerida por el aparato eléctrico porque el LCDl es disparado con una señal nominal de corriente baja; evita que el LCDl se restablezca si el dispositivo se volviera inoperante y ya no pase la prueba de incorporado (restablecimiento de cierre eléctrico); prueba la integridad del conductor del módulo sensor en el cordón de extensión o aparato eléctrico, además de probar la funcionalidad del LCDI; y, puede interrumpir la corriente a la carga si se detecta corriente eléctrica entre el conductor del módulo sensor y el neutro, o el conductor del módulo sensor y la tierra. Lo anterior ha delineado, más bien ampliamente, un aspecto de combinación preferida, por ejemplo, de la presente invención de manera que aquellos expertos en la técnica pueden entender mejor la descripción detallada de la invención a continuación. Aspectos adicionales de la invención serán descritos posteriormente en la presente los cuales forman el tema de las reivindicaciones de la invención. Aquellos expertos en la técnica apreciarán que pueden usar rápidamente la concepción descrita y la modalidad específica como una base para diseñar o modificar otras estructuras para llevar a cabo los mismos propósitos de la presente invención y que tales otras estructuras no se apartan del espíritu y el alcance de la invención en su forma más amplia.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Otros aspectos, características y ventajas de la presente invención se harán aparentes más completamente a partir de la siguiente descripción detallada, las reivindicaciones adjuntas y los dibujos anexos en los cuales elementos similares tienen números de referencia similares. La Figura 1 es un diagrama de un circuito de la técnica anterior conocido comúnmente como un IDCI colocado en una clavija y conectado a conductores separados ubicados en un aparato eléctrico manual tal como una secadora de pelo para proporcionar protección contra el peligro de choque para condiciones de peligro de choque relacionadas con agua; La Figura 2 es un diagrama de un circuito de IDCI con restablecimiento de cierre eléctrico, indicación de energía de carga y protección contra picos del voltaje; La Figura 3 es un diagrama de un circuito de IDCI colocado en la clavija de un cordón en combinación con un módulo sensor de acuerdo con los principios de la invención; La Figura 4 es un esquema de un circuito LCDI colocado en la clavija de un cordón que tiene un indicador de integridad y un módulo sensor acoplados al otro extremo de dicho cordón; La Figura 5 es un esquema de un circuito LCDI, un módulo sensor y un indicador de integridad colocados en la clavija de un cordón; La Figura 6 es un esquema de un circuito LCDI, un módulo sensor y un indicador de integridad colocados en la clavija y que tienen un alambre de retorno en el cordón; La Figura 7 es un esquema de un circuito LCDI colocado en la clavija de un cordón y que tiene un conmutador de prueba de integridad de escudo y módulo sensor en el otro extremo del cordón; La Figura 8 es un esquema de un circuito LCDI, un módulo sensor y un conmutador para prueba de integridad colocados en la clavija de un cordón; y La Figura 9 es una vista de sección de un cordón protegido plano.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA Haciendo referencia a la Figura 1, se ilustra un diagrama esquemático de un circuito Interruptor de Circuito de Detección de Inmersión (1DCI) de la técnica anterior que proporciona protección contra el peligro de choque para condiciones de peligro de choque relacionadas con el agua en aparatos eléctricos pequeños conectados a una fuente de CA de 110-120 V tal como, por ejemplo, una secadora de pelo manual como se describe en la patente de E.U. No. 6,016,244 asignada a Levitón Manufacturing Co., Inc., y que se incorpora en la presente por referencia en su totalidad. En la Figura 1, los conductores eléctricos 110,120 están conectados respectivamente a una fuente de CA. Un par de conductores 210, 220 para detección de peligro o inmersión están colocados en relación sin contacto dentro del dispositivo que se va a proteger tal como la secadora de pelo. Los conductores están colocados de preferencia en la proximidad a un orificio donde puede entrar el agua del aparato eléctrico a ser protegido .

Un extremo del conductor 210 de detección de inmersión está conectado de manera operativa al conductor de fase de una fuente de CA vía el conductor eléctrico 110, y un extremo del segundo conductor de detección de inmersión está conectado al alambre 160 sensor el cual puede ser un solo alambre que corre sustancialmente paralelo con, pero aislado de, los otros alambres en el cordón. Los otros extremos de los conductores 210, 220 de detección de inmersión no están conectados y se mantienen en una relación separada. La inmersión de los conductores 210, 220 en agua crea una trayectoria de conducción entre los dos conductores. El circuito 300 de control comprende un circuito de control de conmutación de estado sólido e incluye un primer resistor 1 conectado entre la puerta de un Rectificador Controlado de Silicio (SCR) y el alambre 160 sensor. El resistor R1 limita la corriente aplicada a la entrada del SCR. El circuito 300 de control incluye una red paralela que comprende el resistor R2, el capacitor C y el diodo D conectada entre la entrada y las terminales del cátodo del SCR. Estos componentes proporcionan una medida de inmunidad y protección de ruido contra daño a través de la entrada al empalme de cátodo del SCR. El circuito interruptor 400 comprende un circuito eléctrico para interrumpir el flujo de corriente e incluye una bobina solenoide L, un primer conmutador SW2 conectado en serie con el conductor 110 y un segundo conmutador SW3 en serie con el conductor 120. Los conmutadores SW2 y SW3 se cierran mecánicamente con pestillos, pero responden también al flujo de corriente a través de la bobina solenoide L y se cierran cuando tal corriente no está fluyendo. En respuesta al flujo de tal corriente, SW1 y SW2 conmutan de la posición normalmente cerrada a la posición abierta de condición de peligro de choque. Cuando la corriente fluye a través de la bobina solenoide L, su campo magnético mueve un émbolo que quita el pestillo de SW1 y SW2. La terminal de cátodo del SCR se conecta al conductor eléctrico 120. La inmersión de ambos extremos no conectados, del par de conductores 210, 220 de detección de inmersión, en agua causa que la fuente eléctrica de CA se conecte a la entrada del SCR vía la trayectoria provista por el conductor eléctrico 110, el conductor 210 de detección de inmersión, la trayectoria de conducción eléctrica proporcionada por eí agua, en la cual los extremos no conectados de los conductores 210, 220 de detección de inmersión están sumergidos, el conductor 220 de detección de inmersión, el conductor eléctrico 160 y el resistor R1, En respuesta a lo mismo, el SCR conmuta del estado normalmente no conductor al estado de conducción de la condición de peligro de choque, proporcionando así una trayectoria para que fluya la corriente a través de la bobina solenoide L para causar que los conmutadores SW1 y SW2 conmuten de la posición normalmente cerrada a la posición abierta de la condición de peligro de choque y entonces desconectar operativamente la fuente de CA del aparato eléctrico. Los conductores eléctricos 110, 120 y 130 comprenden un conductor de tres alambres que tiene una clavija compatible con la fuente de CA en el extremo de la fuente, el circuito 300 de control y el circuito 400 interruptor contenidos en la clavija y el detector 200 contenido en la secadora de pelo manual. Los valores de ejemplo para el circuito ilustrado en la Figura 1 son como sigue: R1 es de 2000 ohmios, R2 es de 1000 ohmios, C es de 0.1 microfaradios, D es IN4004 y el SCR es 2N5064. La Figura 2 es un diagrama esquemático de un Interruptor de Circuito de Detección de Inmersión en combinación con circuitos adicionales para proporcionar las características de restablecimiento de cierre eléctrico, indicación de energía de carga y protección de picos de voltaje. La protección de restablecimiento de cierre eléctrico se proporciona a través del conmutador SW1 y el resistor R3. El conmutador SW1 se abre y se cierra normalmente cuando los conmutadores SW2 y SW3 están en la posición abierta de peligro de choque y se oprime el botón de restablecer del IDCI. Se suministra corriente a la entrada del SCR a través del resistor R3. Esto causa que el SCR conduzca corriente de permisión a través de la bobina solenoide L. El disparo de la bobina solenoide quita un impedimento de la trayectoria del botón de restablecer que abre el SW1 una vez más y permite que se cierren los conmutadores SW2 y SW3. Este mecanismo se describe con más detalle en la Patente Pub. de E. U. No. 20020003686 titulada IDCI con Restablecimiento de Cierre Eléctrico y Disparo Independiente asignada a Levitón anufacturing Co., Inc., y que se incorpora en la presente en su totalidad por referencia. La función de restablecimiento de cierre eléctrico evita que se cierren (restablecimiento) los SW2 y SW3 para suministrar energía a la carga si el IDCI no es funcional o si existe una condición neutra abierta. La indicación de energía de carga se proporciona mediante un LED, suministrado con corriente rectificada mediante el diodo D2 y el resistor R4 y que utiliza el conductor 110 de fase de carga y el conductor 120 neutro de carga como una fuente de energía. Cuando la clavija que contiene el IDCI se conecta a una salida de pared y los conmutadores SW2 y SW3 se cierran, el LED se ilumina. Si SW2 y SW3 se abren, o se desenchufa el IDCI, el LED se apaga. La protección añadida de picos de voltaje en la línea de CA se proporciona por el capacitor C1 y el varistor MV1 de óxido de metal. Haciendo referencia a la Figura 3, se muestra un diagrama esquemático de un LCDl con restablecimiento de cierre eléctrico. El esquema de la Figura 3 es similar a aquel de la Figura 2 excepto porque el alambre 160 de sensor está reemplazado por un escudo 140 conductor, el detector 200 está eliminado y un módulo 420 sensor está conectado entre la fase de carga y el escudo. El módulo sensor se usa para detectar una condición no eléctrica anormal tal como el sobrecalentamiento de un aparato eléctrico, una condición de humo, una condición de calor elevado, una condición de mucha o poca agua, etc. En cada modalidad de la invención descrita aquí e ilustrada en las Figuras subsiguientes a la Figura 2, el conductor eléctrico 140 es un escudo conductor que rodea los varios conductores del cordón. Se debe entender, sin embargo, que el término escudo conductor como se usa en la presente posteriormente comprende ya sea un solo alambre que corre sustancialmente paralelo con, pero aislado de, los otros alambres en el cordón, un escudo que rodea los varios conductores en el cordón de extensión, o uno o más alambres en relación sustancialmente paralela con los otros alambres en el cordón, o uno o más alambres que rodean los varios alambres en el cordón de extensión o el equivalente. Se debe notar que la colocación del escudo con relación a los conductores puede ser dentro de un cordón plano de energía y puede tener varias configuraciones que permiten que se use el circuito para detectar niveles muy bajos de corriente tales como corrientes de fuga. Cuando se detecta un nivel bajo de corriente, los conmutadores SW2 y SW3 se abren y se elimina la energía del cordón. De esta manera, se usa un valor de nivel o nominal bajo de corriente para causar que se interrumpa la energía. Haciendo referencia a la Figura 4, se ilustra un esquema de un circuito LCDI colocado dentro de una clavija de un cordón de extensión acoplado a un módulo 420 sensor en el receptáculo del cordón de extensión para detectar una condición no eléctrica tal como humo, calor elevado, etc., con una corriente de valor nominal tal como una corriente de fuga en el receptáculo del cordón de extensión. El circuito de la Figura 4 colocado dentro de la clavija es similar al circuito de la Figura 2 donde los conductores de detección en el Detector 200 han sido eliminados y se agrega un cordón 555 de extensión que incluye un alambre o un escudo 140 (ver Figura 9) y que conecta la clavija 500 al receptáculo 600 y se conecta a un módulo 430 sensor para detectar una condición no eléctrica anormal. Así, cuando el conductor 140 es un escudo, el conductor 110 de fase, el conductor 120 neutro y el conductor 130 de tierra se colocan dentro del escudo. La generación de una corriente nominal pequeña del moduló 420 sensor por la detección de una condición no eléctrica anormal se aplica al conductor 140 el cual, a través de la acción del circuito 300 de control y el circuito 400 interruptor del circuito LCDI en la clavija 500, opera para interrumpir el flujo de corriente a través de la clavija al cordón 555 de extensión. Si se desea, un LED 502, el cual puede emitir una luz verde, puede colocarse dentro del receptáculo para verificar la conductividad del conductor 140. La corriente fluye a través del LED 502, el diodo D3 y el resistor R5, iluminando el LED mientras que e! SGR es incapaz de encenderse. Durante el medio ciclo positivo, el diodo D3 bloquea la corriente de manera que el SCR no se encienda de manera inadvertida. El indicador 502 de integridad del conductor 140 se puede usar como un reemplazo para el indicador LDI de energía de carga puesto que se ilumina solamente cuando existe energía a la carga. Las Figuras 5 y 6 muestran modalidades alternativas del indicador de integridad del conductor 140 donde el LED de indicación está colocado en Ja clavija del cordón de extensión. La operación del circuito de LCDI y el indicador de integridad del conductor 140 en ambas Figuras 5 y 6 es similar a aquella de la Figura 4 y, por lo tanto, no se repite aquí. En cada caso, la corriente fluye a través del indicador 502 de integridad del escudo durante el medio ciclo negativo de la señal de CA y es bloqueada durante el medio ciclo positivo. El circuito de la Figura 6 utiliza un alambre 141 de retorno el cual puede estar aislado del conductor 140 en toda la longitud del cordón 555 de energía. Se puede proporcionar un botón de prueba para probar la continuidad del conductor 140 y para verificar la operación apropiada del circuito. Haciendo referencia a la Figura 7, un circuito de prueba que comprende un resistor R6 en serie con un conmutador 147 normalmente abierto está conectado entre el conductor 110 de fase de carga y el conductor 140. El cierre del conmutador crea corriente de fuga de la fase 110 de carga a través del conductor 140 al circuito 500 de detección. La fuente de CA se desconectará operativamente del cordón de extensión y el indicador 502 de carga se apagará. Si el indicador 502 de carga permanece iluminado, esto muestra que la prueba falló. La Figura 7 es un esquema de un circuito de LDCI colocado en la clavija de un cordón de extensión que tiene un conmutador de prueba de integridad de conductor 140 en el receptáculo del cordón de extensión. La Figura 8 es un esquema de un circuito de LDCI colocado en la clavija de un cordón de extensión que tiene un conmutador de prueba de integridad de conductor 140 y un módulo 420 sensor en la clavija. La operación del circuito de ambas Figuras 7 y 8 es similar a la de la Figura 4 y, por lo tanto, no se repite aquí. Se puede usar un conmutador de integridad del conducto 140 en conjunto con un indicador de integridad de escudo ya que trabajan independientemente uno de otro. Con el circuito de la Figura 8 es posible combinar la operación del conmutador de reestablecimiento de cierre eléctrico y el conmutador de integridad del conductor 140 de manera que se prueban la operación del LCDI y la integridad del conductor 140 antes de que se pueda reestablecer el circuito. Aunque se han mostrado, descrito y señalado ios aspectos novedosos fundamentales de la invención como se aplica a las varias modalidades, como se contempla actualmente para llevarlas a cabo, se entenderá que se pueden hacer varias omisiones, substituciones y cambios de la forma y detalles del dispositivo ilustrado y en su operación por aquellos expertos en la técnica sin apartarse del espíritu de la invención.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un cordón eléctrico que tiene primero y segundo extremos para conducir electricidad a un aparato eléctrico que tiene un conductor de fase y un conductor neutro conectados en el primer extremo a hojas de fase y neutra de una clavija y adaptado para ser acoplado a un aparato eléctrico en el segundo extremo, que comprende: un interruptor de detector de corriente de fuga acoplado a dichos conductores de fase y neutro en dicho primer extremo de dicho cordón; y un módulo sensor para detectar una condición no eléctrica anormal acoplado eléctricamente vía un conductor a dicho interruptor de detector de corriente de fuga; en donde dicho módulo sensor, al detectar una condición no eléctrica anormal genera una señal nominal la cual es alimentada vóa dicho conductor para permitir la operación de dicho interruptor de detector de corriente de fuga para interrumpir el flujo de electricidad a dicho segundo extremo de dicho cordón.

2. El cordón eléctrico de la reivindicación 1, que comprende además un indicador de integridad acoplado para indicar si dicho módulo sensor está acoplado eléctricamente a dicho interruptor de detector de corriente de fuga.

3. El cordón eléctrico de la reivindicación 2, en donde el indicador de integridad está colocado en el segundo extremo del cordón.

4. El cordón eléctrico de la reivindicación 3, en donde el indicador de integridad es una luz.

5. El cordón eléctrico de la reivindicación 3, que comprende además un interruptor colocado en el segundo extremo de dicho cordón para probar la integridad del cordón.

6. El cordón eléctrico de la reivindicación 5, en donde el interruptor se usa para probar la continuidad del conductor entre dicho módulo sensor y dicho interruptor de detector de corriente de fuga.

7. El cordón eléctrico de la reivindicación 1, que comprende además un receptáculo acoplado a dicho segundo extremo de dicho cordón.

8. El cordón eléctrico de la reivindicación 7, que comprende además un módulo sensor colocado en el receptáculo para activar el interruptor de detector de corriente de fuga para interrumpir el flujo de corriente por exposición del módulo sensor a una condición no eléctrica anormal.

9. El cordón eléctrico de la reivindicación 2, en donde dicho indicador de integridad está colocado en la clavija de dicho cordón.

10. El cordón eléctrico de extensión de la reivindicación 9, en donde dicho indicador de integridad es una luz.

11. El cordón eléctrico de extensión de la reivindicación 10, que comprende además un receptáculo acoplado a dicho segundo extremo de dicho cordón; y un interruptor colocado en dicho receptáculo para probar la integridad del cordón.