SISTEMA PARA SUPERVISAR UN SISTEMA DE VOLTAJE DUAL, NO ATERRIZADO
Campo Técnico La invención de la solicitante se refiere generalmente a un sistema para supervisar sistemas de distribución de energía de varias fases, no aterrizados, y mas particularmente a un sistema que usa un monitor de aislamiento de línea a base de microprocesador (LIM) para detectar e indicar la magnitud de la corriente de fuga peligrosa entre tierra y cada espira de voltaje aislada, separada en el sistema de distribución. Solicitudes Relacionadas Esta solicitud está relacionada con las siguientes solicitudes de patente de los Estados Unidos, cedidas a la misma cesionaria, presentadas en la misma fecha de prioridad que la presente, intituladas "Monitor for an Ungrounded System"
' (solicitud No. de Serie 08/215,435, expediente OSH-1) , "System for Calibrating a Line Isolation Monitor" (solicitud No. de Serie 08/215,437, expediente OSH-2) , y "System for Measuring Line to Ground Impedance" (solicitud No. de Serie 08/215,347, expediente OSH-3) . Se incorpora expresamente en la presente por referencia el contenido de estas solicitudes. Técnica Antecedente Las normas establecidas por la National Fire Protection Association (NFPA) de los Estados Unidos, como se detalle en el Código Eléctrico Nacional de los Estados Unidos, artículo 517- 104, requieren que cada circuito de energía dentro de un lugar de anestesia, tal como en una sala de operaciones de hospital, no esté aterrizado y esté aislado de cualquier sistema de distribución que suministre a otros lugares donde no se aplica anestesia. Adicionalmente, otros artículos del citado código requieren que también se use un monitor con un sistema no aterrizado que pueda usarse en un "lugar húmedo" donde pueden estar presentes --—- pacientes del hospital. El monitor debe proporcionar una indicación continua de posibles corrientes de fuga o falla de cualquiera de los conductores aislados a tierra. Este requisito es por la seguridad del paciente. El monitor y los componentes relacionados están montados en un panel de aislamiento ubicado dentro del lugar de anestesia o sala de operaciones del hospital. La alta impedancia normal del cuerpo humano puede ser sobrepasada durante ciertos procedimientos médicos, tales como cuando se usan electrodos o sondas para supervisar la actividad del corazón, por ejemplo. Bajo estas condiciones, la corriente alterna que fluye a través del cuerpo puede producir impactos de choque extremos o incluso la muerte. El conductor aislado ideal en un sistema no aterrizado tiene una impedancia infinita a tierra y no resultaría flujo de corriente si se colocara un corto circuito o una muy baja impedancia entre el conductor y tierra. En el mundo real, sin embargo, no hay aislantes perfectos. Todos los conductores aislados experimentan cierta corriente de fuga capacitiva o resistiva a tierra. El aislamiento se deteriora con la edad y el uso. La fuga capacitiva está inherentemente presente en todos los sistemas. Ambos tipos de fuga se incrementan por el número de dispositivos conectados al sistema y la longitud de los conductores mismos. Estas fugas proporcionan una trayectoria de corriente a tierra y si se conecta una baja impedancia aterrizada al conductor aislado, como puede ser el caso con un monitor cardíaco, la corriente tiene una trayectoria de retorno debido a las fugas. La corriente total que representa un peligro es definida como la corriente total que fluiría a través de un conductor de baja impedancia conectado entre tierra y el conductor aislado. La corriente total que representa un peligro es una combinación de la corriente de falla peligrosa, esa corriente que es resultado de todos los dispositivos del usuario, salvo por un LIM, conectados al sistema aislado, y la corriente de monitor peligrosa, esa corriente que solo resulta de un LIM conectado al sistema aislado. Las normas NFPA requieren de una alerta visual y audible si la corriente total que representa un peligro excede de un límite predeterminado y también limitan la cantidad de corriente atribuida al monitor. Han estado disponibles por algún tiempo diversos tipos de LIMs. Estos incluyen detectores de tierra estáticos y LIMs dinámicos. Estos tipos, aunque algo efectivos, son ofrecen supervisión continua, eran algo difíciles de usar, y también añadían una gran corriente peligrosa a la corriente total que representa peligro. Un tipo de LIM dinámico que supera algunos de estos problemas es descrito en la patente de los Estados Unidos No. 3,976,987, cedida a la misma cesionaria que la presente. Un voltaje de corriente continua de referencia, proporcional al máximo voltaje a tierra desde cualquier conductor de un sistema de dos cables no aterrizado, es determinado y usado como voltaje de referencia para el sistema. Un componente <~^" capacitivo y un componente resistivo son generados a partir del voltaje de referencia y son aplicados a través de impedancias de fuga del sistema en paralelo. Circuitos dentro del LIM separan la respuesta de voltaje de impedancia de la respuesta del voltaje de línea para producir una señal de diferencia. Esta señal es usada para derivar una señal de componente resistivo y capacitivo combinada que representa la corriente máxima peligrosa del sistema. Si mas de un circuito de energía aislado está dentro del lugar de anestesia o sala de operaciones, debe usarse un panel de aislamiento separado para cada circuito. Las salas de operaciones, por ejemplo, requieren habitualmente de equipo de supervisión del corazón que operan a partir de una fuente de 120 voltios, corriente alterna y equipo de rayos X que opera a 240 voltios, corriente alterna. Esto requiere de dos transformadores de aislamiento para proporcionar los voltajes. Un sistema mas efectivo sería generar estos voltajes a partir de un solo transformador con múltiples secundarios. Los LIMs de la técnica anterior, sin embargo, no son capaces de acoplarse al mismo transformador al mismo tiempo debido a la interferencia de LIM a LIM. Sería deseable proporcionar un panel de aislamiento que tenga monitores de aislamiento de línea que superen estas desventajas e incluyan otras características que calculen con precisión la corriente que representa peligro del sistema de energía dual no aterrizado. -'"' Compendio de la Invención En consecuencia, el objetivo principal de la presente invención es proporcionar un mejorado sistema para determinar la corriente que representa peligro de un sistema de varias fases, no aterrizado, de voltaje dual. Un objetivo adicional de la invención es el de proporcionar un panel de aislamiento que tiene un solo transformador de aislamiento para generar una pluralidad de voltajes. Un objetivo adicional de la invención es el de proporcionar un panel de aislamiento para generar una pluralidad de voltajes aislados que tenga medios para comunicar parámetros medidos y calculados con otros dispositivos periféricos. En la forma de realización preferida de la invención, un primer LIM, el cual es un monitor de aislamiento de línea digital, es a base de microcontrolador y mide continuamente la impedancia de falla de uno de los voltajes de salida del sistema de varias fases, no aterrizado o aislado. Un segundo LIM mide continuamente la impedancia de falla del otro voltaje de salida del sistema. Los LIMs pueden ser usados para supervisar la corriente que representa peligro de un sistema de energía aislado como se usa en hospital, o la corriente de fuga de un sistema de energía aislado como se usa en una marina. Los LIMs pueden ser usados también para detectar la degradación del aislamiento de motores eléctricos acoplados a sistemas de energía aislados. El primer LIM inyecta una corriente de medición de onda sinusoidal " continua en la terminal de tierra de una espira de voltaje del sistema aislado de voltaje dual. Esta señal de corriente de onda sinusoidal es precisa respecto de su frecuencia y ángulo de fase de ciclo a ciclo. Esta corriente crea un voltaje de prueba a través de la impedancia que representa peligro. El microcontro- lador genera la señal de onda sinusoidal de fase de precisión que tiene una frecuencia que es una relación de la frecuencia de línea del sistema aislado, que también se determina por parte del
,,•„ microcontrolador. El microcontrolador usa la frecuencia de línea para calcular la reactancia capacitiva real a la frecuencia de línea de energía. Un convertidor de corriente a voltaje selectivo en frecuencia, dispuesto en la frecuencia de la corriente de prueba, mide la corriente inyectada. Para cada fase, un amplificador selectivo en frecuencia con filtrado apropiado mide el potencial de voltaje a tierra, que es la suma del voltaje de prueba y el voltaje real de línea a tierra. La suma de los voltajes de prueba de cada fase a tierra es calcula- da. Conociendo la magnitud y la fase de la corriente de prueba y los voltajes de prueba, el microcontrolador calcula la impedancia que representa peligro usando la ley de Ohm z (eq) = v/i . La resistencia de blindaje y la capacitancia equivalentes también son calculadas. Conociendo la impedancia que representa peligro, se determina la máxima corriente a tierra que representa peligro mediante la relación Ihmax = (voltaje de fase mas grande) /Z (eq) . "*" El microcontrolador determina el voltaje de fase mas grande. La corriente que representa peligro es exhibida en una pantalla de dos dígitos y una gráfica analógica de barras. Cuando la corriente total que representa peligro, la cual incluye tanto corrientes de fuga resistivas como capacitivas, alcanza un nivel de alarma predeterminado, el LIM produce alarmas visual y audible. El microcontrolador calcula la corriente que representa peligro al menos una vez cada cinco segundos. , „ El segundo LIM acoplado a la otra espira de voltaje también inyecta una corriente de medición de onda sinusoidal continua en la terminal de tierra del sistema aislado. Esta señal de corriente de onda sinusoidal está a una diferente frecuencia de prueba que la del primer LIM. Como las mediciones de corriente y voltaje son selectivas en frecuencia, los dos LIMs pueden compartir el mismo transformador de aislamiento sin interferencia entre sí.
Otras características y ventajas de la invención, que , se cree ser novedosa y no obvia, serán evidentes a partir de la siguiente descripción, tomada en conjunción con los dibujos acompañantes, en los cuales se muestra una forma de realización preferida de la invención. Se hará referencia a las reivindicaciones para interpretar los alcances plenos de la invención, los cuales no son necesariamente representados por tal forma de realización. Breve Descripción de los Dibujos " ' Las figuras ÍA, IB y 1C son diagramas de circuito efectivos para el principio de operación principal de un monitor de aislamiento de línea conectado a un sistema de energía aislado. La figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema no aterrizado, de voltaje dual, que utiliza supervisión de aislamiento de línea, construido de acuerdo con la técnica anterior. Las figuras 3A, 3B y 3C son diagramas de bloques de r-X sistemas no aterrizados, de voltaje dual, que utilizan supervisión de aislamiento de línea, construidos de acuerdo con la presente invención. La figura 4 es un diagrama esquemático de bloques de un monitor de aislamiento de línea para uso en un sistema no aterrizado, de voltaje dual, de acuerdo con la presente invención. Descripción Detallada Aunque esta invención es susceptible de formas de realización de características muy variadas, se describirá e ilustrará en detalle en la presente una forma de realización preferida. La presente divulgación ejemplifica los principios de la invención y no debe considerarse en el sentido de limitar los aspectos mas amplios de la invención a la forma de realización particular descrita. Las figuras ÍA, IB y 1C ilustran un sistema de suministro de energía aislado, típico que tiene conductores Ll y L2. Un sistema aterrizado 2 conectado a tierra física 4 está conectado a un arrollamiento primario 5 del transformador de aislamiento 3. Ll y L2 son acoplados a un arrollamiento secundario 6 del transformador 3. Las impedancias Zl y Z2 son llamadas impedancias que representan peligro y representan la resistencia parásita y la capacitancia parásita a la tierra física 4. Para un sistema perfectamente aislado Zl y Z2 son infinitas en ohmios y una baja impedancia, aterrizada no
>. ' . experimentaría flujo de corriente si entrase en contacto ya sea con Ll o L2 y tierra. Sin embargo, todos los sistemas aislados y no aterrizados tienen algo de fuga resistiva y capacitiva a tierra, ocasionada por el hecho de que no hay aislantes perfectos. Por tanto, se tendrá como resultado algo de flujo de corriente si el objeto aterrizado hace contacto con Ll o L2. La corriente total que puede fluir es definida como una corriente que representa peligro. VI y V2 son los voltajes de línea, medidos de tierra a Ll y L2, respectivamente, usando métodos convencionales. Para medir la impedancia equivalente a tierra, se inyecta una señal de prueba en el sistema aislado por LIM7. Una corriente de prueba It es generada por el LIM 7 e inyectada en la terminal de tierra 4. Un generador de voltaje 8 produce un voltaje V(test) que tiene amplitud y frecuencia predeterminadas. La corriente a través de Rl, que tiene una resistencia conocida, se torna la corriente de prueba It y su valor es fácilmente calculado pues V(test) y Rl son conocidos. Esta corriente It " crea un voltaje de prueba VI, V2 a través de las impedancias Zl y Z2 , respectivamente. Las impedancias Zl y Z2, a su vez, pueden entonces calcularse mediante la ley de Ohm pues se conoce la corriente It y pueden medirse los voltajes de prueba VI, V2 a través de las impedancias que representan peligro. Como el arrollamiento secundario 6 tiene una muy baja impedancia a la corriente de prueba It, puede ser reemplazado por un cortocircuito 9, como se muestra en la figura IB, y re- X . arreglado en la figura 1C, con lo cual Z(eq) 10 es la impedancia
- equivalente de la combinación paralela de Zl y Z2. Esto muestra que una impedancia equivalente de Thevenin puede ser medida usando un generador de corriente 12, representado por el generador de voltaje 7 y el resistor Rl, de Ll o L2 a tierra. La impedancia equivalente Z(eq) es calculada dividiendo el voltaje a través del generador de corriente 8 por la corriente del generador. Una vez que Z(eq), la impedancia que representa peligro, es determinada, puede calcularse la corriente máxima que representa peligro usando el mayor voltaje de línea a tierra de ya sea VI o V2. La mayor parte de los LIMs utilizarán este principio para supervisar el circuito de energía aislado. Si mas de un circuito de energía aislado está dentro del lugar de anestesia o sala de operaciones, deben usarse paneles de aislamiento separados para cada circuito. Esto es para impedir que el acoplamiento cruzado de las corrientes de prueba inyectadas interfiera entre sí si están en el mismo panel de aislamiento. La figura 2 ilustra un sistema típico de la técnica anterior actualmente en uso en estos lugares, teniendo un primer panel de aislamiento 16 y un segundo panel de aislamiento 18. Una fuente de energía aterrizada 20 suministra Ll y L2 y la tierra 22 a ambos paneles 16, 18. Para el panel 16, un disyuntor de circuito de doble polo 24 acopla Ll y L2 al primario 28 del transformador de aislamiento 26. El secundario aislado 30 suministra 120 voltios, corriente alterna a receptáculos 32 a través de un disyuntor de circuito de doble polo 34. Pueden
-" usarse múltiples disyuntores de circuito para proporcionar 120 voltios, corriente alterna a los diversos circuitos ramales, si se requiere. El LIM1 36 inyecta una corriente de prueba IT1 a la tierra 22 y supervisa los voltajes de línea a tierra 38, 40 para calcular la máxima corriente que representa peligro para el sistema de energía aislado de 120 voltios, corriente alterna. De manera similar, para el panel 18, el disyuntor de circuito de doble polo 42 acopla Ll y L2 al primario 46 del transformador de aislamiento 44. El secundario aislado 48 suministra ya sea 208 o 240 voltios, corriente alterna a receptáculos 52 a través del disyuntor de circuito de doble polo 50. Pueden también usarse múltiples disyuntores de circuito para proporcionar 208 o 240 voltios, corriente alterna a diversos circuitos ramales. El LIM2 54 inyecta la corriente de prueba IT2 en la tierra 22 y supervisa los voltajes de línea a tierra 56, 58 para calcular la máxima corriente que representa peligro para el sistema de energía aislado de 208 o 240 voltios, corriente alterna. La forma de realización preferida de la presente invención es ejemplificada en la figura 3A. El panel de aislamiento 60 tiene un solo transformador 64, el cual es suministrado con el voltaje de línea 20 que entra a través del disyuntor de circuito de polos múltiples 62 acoplado al arrollamiento primario 66. Aunque se muestra un sistema de dos fases, deberá entenderse que la presente invención no está limitada a un sistema de dos fases y es aplicable también a un sistema trifásico. Las figuras 3b y 3c muestran algunas de las posibles configuraciones de sistemas trifásicos. El arrollamiento secundario 68 genera 120 voltios, corriente alterna y el otro arrollamiento secundario 70 genera 208-240 voltios, corriente alterna. El transformador 64 puede tener un blindaje electrostático 72 conectado a la tierra física 22. Como los arrollamientos secundarios 68, 70 no están aterrizados, una falla primario- secundario puede no disparar el disyuntor de circuito 62, y puede dar como resultado altos voltajes en el secundario debidos a una acción de auto-transformador. Si se usa un transformador blindado, una falla en el primario será puesta en corto con el blindaje y derivada a tierra, haciendo que dispare el disyuntor de circuito. La tierra 22 puede ser conectada a un sistema de aterrizaje equipotencial común en la mayoría de las salas de operación y requerida por norma en muchos casos. El disyuntor de circuito de doble polo 73 acopla el arrollamiento secundario aislado 68 de 120 voltios, corriente alterna a los receptáculos 74. Pueden usarse múltiples disyuntores de circuito para proporcionar 120 voltios, corriente alterna a diversos circuitos ramales dentro de la sala de operaciones. El LIM176 inyecta una corriente de prueba IT1 en la tierra 22 y supervisa los voltajes de línea a tierra 77, 78 del arrollamiento secundario 68 para calcular la máxima corriente que representa peligro para el sistema de energía aislado de 120 voltios, corriente alterna. Un módulo de alarma e indicador 80 indica la condición del LIM1 76.
- Las alarmas incluyen una alarma audible y diversas combinaciones de luces indicadoras tales como una luz verde para una corriente que representa peligro segura, por debajo de un nivel predeterminado, y una luz roja para la corriente que representa peligro sobre este nivel. Una opción adicional posible con la presente invención es la adición de una compuerta de comunicación 82 que proporciona medios aislados para comunicarse con dispositivos externos de supervisión y otro equipo. En la figura 3B, un panel de aislamiento 92 tiene un transformador trifásico 91 que tiene tres entradas de fase Hl, H2 y H3 conectadas a sus arrollamientos primarios. Los receptáculos de 208/240 voltios, corriente alterna, están acoplados a las terminales XI, X2 y X3 del arrollamiento secundario a través del disyuntor de circuito 93 y los receptáculos de 120 voltios, corriente alterna están acoplados a las terminales XO y XI del arrollamiento secundario a través del disyuntor de circuito 94. ~~~ LIM1 supervisa las líneas de 120 voltios, corriente alterna y LIM2 supervisa las líneas de 208/240 voltios, corriente alterna. En la figura 3C se muestra una configuración ligeramente diferente, con la cual un panel de aislamiento 96 tiene un transformador trifásico 95 que tiene tres terminales secundarias XI, X2 y X3 que suministran receptáculos paralelos de 208/240 voltios, corriente alterna. Son posibles otras configuraciones y los voltajes de salida puede ser de diferentes magnitudes, »'-• tales como 100 voltios, corriente alterna. Como se mencionó previamente, este tipo de panel de aislamiento no era posible antes, pues las dos corrientes de prueba IT1 e IT2 interacccionarían entre sí, dando como resultado datos erróneos. Sin embargo, la presente invención supera esta interferencia generando las corrientes de prueba IT1 e IT2 a diferentes frecuencias entre sí. El primer monitor de aislamien- to de línea LIM1 inyecta una corriente de medición de onda sinusoidal continua en la terminal de tierra 22. Esta señal de corriente de onda sinusoidal IT1 es precisa con respecto a su frecuencia y ángulo de fase de ciclo a ciclo. Esta corriente crea un voltaje de prueba a través de la impedancia que represen- ta peligro. LIM1 tiene un convertidor de corriente a voltaje selectivo en frecuencia fijo a la frecuencia de la corriente de prueba IT1 para medir la corriente inyectada. Entonces, para cada fase del sistema aislado de 120 voltios, corriente alterna, un amplificador selectivo en frecuencia con filtrado apropiado, ~ dentro de LIM1, mide el potencial de voltaje a tierra 77 o 78, el cual es la suma del voltaje de prueba y el voltaje real de línea a tierra. La suma de los voltajes de prueba de cada fase a tierra es calculada. Conociendo la magnitud y la fase de la corriente de prueba y los voltajes de prueba, LIM1 76 calcula la impedancia que representa peligro. Conociendo la impedancia que representa peligro, puede entonces determinarse la máxima corriente que representa peligro a tierra. El segundo monitor de r1"- aislamiento de línea LIM2 86 también inyecta una corriente de medición de onda sinusoidal continua IT2 en la terminal de tierra 22. Esta señal de corriente de onda sinusoidal IT2 también es precisa respecto a su frecuencia y ángulo de fase de ciclo a ciclo y crea un voltaje de prueba a través de la impedancia que representa peligro. Su frecuencia es diferente de la creada por el LIM1 76. Un convertidor de corriente en voltaje selectivo en frecuencia fijo a la frecuencia de la corriente de prueba IT2 en el LIM2 86 mide la corriente inyectada IT2. La corriente de prueba IT1 no será un factor ni interferirá con la corriente de prueba IT2 , y viceversa. Por tanto, para cada fase del sistema aislado de 208/240 voltios, corriente alterna, un amplificador selectivo en frecuencia con filtrado apropiado, dentro de LIM2, mide el potencial de voltaje a tierra 87 u 88, para calcular la impedancia que representa peligro para el sistema aislado de 208/240 voltios, corriente alterna y la máxima corriente que representa peligro a tierra. "~ Los detalles de un monitor de aislamiento de línea LIM
100 que es físicamente idéntico a los LIM1 y LIM2 son descritos en la solicitud de patente de los Estados Unidos No. de Serie 08/215,435, pendiente, cedida a la misma cesionaria que la presente, intitulada "Monitor for an Ungrounded System". Un diagrama de bloques esquemático del LIM 100 es mostrado en la figura 4. Una descripción mas detallada es descrita en la solicitud antes referida y es incorporada en la presente por
'*-- referencia. Se detalla un sistema trifásico, pero es igual la operación con un sistema de una sola fase. El sistema aislado y no aterrizado tiene conductores Ll, L2 y L3 que están aislados de un sistema aterrizado 102 que tiene una terminal de tierra 104 por algunos medios de aislamiento 103. El sistema no aterrizado puede ser de cualquier tipo tal como un generador, un sistema inversor de un sistema UPS, o un transformador de aislamiento. La impedancia que representa peligro es cada pata es designada Zl, Z2 y Z3, respectivamente. Una fuente de energía 118 conectada a Ll y L2 genera los voltajes de suministro del circuito y la tierra del circuito 120. La señal 122 es usada por un microcontrolador 124 para determinar la frecuencia de línea del sistema no aterrizado. El microcontrolador 124 contiene al menos un CPU (unidad central de procesamiento) , una memoria y convertidores de analógico a digital (A/D) . Todo el procesamiento de señal, los cálculos, las señales de control y las salidas son controlados por el microcontrolador 124. El microcontrolador " 124 genera señales digitales 126 que van a un generador de onda sinusoidal 128 para producir una señal de onda sinusoidal 130. Estas señales 126 son generadas 16 veces por ciclo a una frecuencia predeterminada que está relacionada con una relación de la señal de frecuencia de línea 122. Un filtro físico pasabajos alisa la salida 130 para hacerla continua entre puntos de muestra. El inyector de corriente 132 es excitado por la señal de onda sinusoidal 130 para crear una corriente de prueba
•*-- II que es inyectada en Ll, L2 y L3 y es usada para determinar la impedancia que representa peligro, como se discutió previamente. Un convertidor de corriente en voltaje 134 mide la corriente inyectada y envía una señal ITEST al microcontrolador 124. Un control de calibración 136 proporciona funciones de conmutación entre la supervisión de los voltajes de línea V1-V3 y un voltaje de calibración Vt durante la calibración y también proporciona medios para inyectar la corriente de prueba II en la tierra física 104. Señales de control CALI y CAL2 son generadas por el microcontrolador 124 durante el procedimiento de calibración o modo de prueba. En operación normal, donde el LIM 100 está supervisando y midiendo la corriente que representa peligro, los voltajes de línea V1-V3 están acopladas a los amplificadores amortiguadores 138-139 teniendo ganancias G2, G3 y G4 , respectivamente . El amplificador amortiguador 138 mide el voltaje Ll a tierra VI que es la suma del voltaje Ll a tierra y el voltaje de prueba creado de la corriente de prueba inyectada II. La salida VL1 es igual a V1*G2. Usando la relación de VI = (IV*G2)/G2, el microcontrolador 124 calcula el voltaje VI real a tierra. La ganancia G2 es medida y es verificada durante la calibración para asegurar que no sea cambiada y esté dentro de tolerancias predeterminadas. De manera similar, los voltajes V2 a V3 a tierra son calculados y ganancias G3 y G4 son medidas por el microcontrolador 124. El microcontrolador 124 sumará las señales
*-- VL1 y VL2. Cada una de estas señales es la suma algebraica del voltaje de línea a tierra, que está a la frecuencia de línea, y la señal de voltaje de prueba, que está a una relación de la frecuencia de línea. Como el componente del voltaje de prueba a tierra tiene la misma relación de fase y amplitud para VL1 y VL2, la suma será el doble de la amplitud del voltaje de prueba. Las señales de frecuencia de línea Ll y L2 a tierra están 180° fuera de fase, y serán canceladas cuando se suman si las impedancias Zl y Z2 son iguales. Si son desiguales, Ll y L2 no se cancelarán, pero el voltaje de prueba todavía es duplicado, incrementando la relación del voltaje de prueba al voltaje de línea sobre el caso de medir la señal de prueba a tierra en una sola línea. Una función de voltímetro selectivo en frecuencia dentro del microcontrolador 124 fijo a la frecuencia y fase de la corriente de prueba mide la suma de los voltajes de prueba de Ll y L2 a tierra. De manera similar, también una función de amperímetro selectivo en frecuencia fijada a la frecuencia y fase de la corriente de prueba mide la corriente inyectada en el sistema. Con estas cantidades calculadas, el microcontrolador 124 calcula entonces una impedancia compleja que representa peligro usando la ley de Ohm z (eq) = v/i. La resistencia de blindaje y la capacitancia de blindaje equivalentes también son calculadas. Como estas cantidades son números complejos, se calculan tanto magnitud como fase. Adicionalmente, la impedancia que representa peligro calculada debe ser corregida para representar la impedancia a la frecuencia de línea pues la corriente de prueba no está a la misma frecuencia que la frecuencia de línea. La impedancia es modelada como una combinación paralela de resistor-capacitor. Aunque la parte real no depende de a frecuencia, la parte imaginaria es sensible a la frecuencia. Para corregir esta diferencia, la parte imaginaria de la impedancia, expresada como una admitancia, es multiplicada por la relación de la frecuencia de línea a la frecuencia de prueba para dar la admitancia a la frecuencia de línea. A fin de que el microcontrolador 124 calcule la amplitud y la fase de los voltajes complejos de fase VL1-VL3, se usa un proceso de transformada de Fourier discreta (DFT) . Como la corriente de prueba inyectada II es generada por el microcontrolador 124, los voltajes medidos son coherentes en fase con las señales de medición. La DFT actúa como un voltímetro selectivo en frecuencia, fijado en fase a la frecuencia de la señal de prueba, y separa las partes real e imaginaria de las señales ' medidas usando las siguientes ecuaciones: Parte real = K suma de 0 a n de Vn sen (teta) ec . 1 y Parte imaginaria = K suma de 0 z n de Vn eos (teta) ec . 2 Como es obvio a los técnicos en la materia, otras transformadas de Fourier tales como transformada de Fourier rápida (FFT) pueden usarse en lugar de la función DFT. Las sumas son calculadas sobre ciclos múltiples de la frecuencia de prueba. Vn es el
'"" • valor del voltaje de entrada que está siendo medido, VLl, VL2 o
VL3 , en la posición teta en el ciclo. Estas sumas son escaladas para representar las partes real e imaginaria del voltaje de entrada. Los valores para las funciones seno y coseno son tomados de tablas de consulta programadas en el microcontrolador 124. Para reducir los errores ocasionados por la fuga espectral, los voltajes de entrada son primero colocados en ventana usando una ventana de Kaiser-Bessel modificada. Esta modificación implica el uso de puntos discretos en la función de ventana para representar la función de ventana en una posición dada. Esto permite una reducción en el tamaño de la función de ventana. Conociendo la impedancia que representa peligro, la máxima corriente que representa peligro a tierra es determinada por el microcontrolador 124 usando la relación Ihmax = (voltaje de fase mas grande) /Z (eq) . El microcontrolador 124 mide los voltajes de fase VI-V3 y determina el mayor de los voltajes de fase VI-V3 usando una DFT sintonizada a la frecuencia de línea. La corriente que representa peligro es exhibida en un panel de pantalla 142 que tiene una pantalla de dos dígitos para exhibir la corriente que representa peligro en miliamperios (mA) , un solo dígito para exhibir una corriente de umbral, y una gráfica analógica de barras para exhibir un porcentaje, de 0 a
160%, de la corriente de umbral. La corriente de umbral puede ser fijada ya sea a 2 o 5 mA y es el punto en el cual el LIM 100
X - indicará una condición segura si la corriente que representa peligro medida está por debajo del umbral y una condición que representa peligro si la corriente que representa peligro está sobre el umbral . Una señal analógica también es creada por el microcontrolador 124 para excitar un medidor analógico remoto 144 para también exhibir la corriente que representa peligro. Cuando la corriente total que representa peligro, la cual incluye corrientes de fugra tanto resistiva como capacitiva, alcanza el umbral de alarma predeterminado, se energizan los contactos de alarma de doble polo 146, la alarma audible 148, y el indicador de estado visual 150 a partir de señales generadas por el microcontrolador 124. Un conjunto de contactos de los contactos de alarma 146 no está comprometido, permitido al usuario controlar una variedad de dispositivos diferentes. El otro conjunto de contactos suministra un bajo voltaje aislado de un secundario aislado de un transformador en la fuente de poder 118 que puede usarse para controlar un anunciador remoto, tal como el de Square D Company, modelos IA-1C y M5-IA1. El microcontrolador 124 calcula la corriente que representa peligro al menos una vez cada cinco segundos. Como las mediciones de corriente y voltaje dependen de la frecuencia, el microcontrolador 124 tiene provisiones para cambiar la frecuencia del generador de onda sinusoidal 128 y de esta manera la frecuencia de la corriente de prueba inyectada. Como los voltímetros DFT son muy selectivos en frecuencia, ésto permitirá
^ . que dos diferentes monitores de aislamiento de línea, que operan a diferentes frecuencias de corriente de prueba, compartan el mismo sistema no aterrizado sin interferencia entre sí, lo cual es el objetivo principal de la presente invención. El microcontrolador 124 también tiene provisiones para transmitir datos a través de un puerto infrarrojo 152 y un puerto serial de comunicaciones 154. El canal serial de comunicaciones 154 proporciona comunicación de una vía con un dispositivo periférico para comunicar parámetros medidos y calculados y otros datos pertinentes. El puerto infrarrojo 152 también dará esta información como salida aproximadamente cada dos segundos. Esta información incluirá voltajes RMS de línea a tierra, impedancia de blindaje, corriente y voltajes de prueba, corriente que representa peligro, número de tiempos transcurridos de supervisión o interrupciones espurias, y la causa del último restablecimiento del microcontrolador. El puerto infrarrojo permite aislamiento de tierra entre el sistema y la ubicación remota que ' recibe las señales infrarrojas. Los datos seriales están en formato ASCII usando el protocolo serial infrarrojo Hewlett Packard HP-95LX, aunque son posibles otros protocolos. El microcontrolador 124 recibe diversas entradas de interruptores de programa para controlar la configuración del LIM 100. El interruptor 156 determina si el umbral de alarma que representa peligro será de 2 o 5 mA. El interruptor 158 determina la frecuencia de la señal de prueba de voltaje VT del
X' LIM 100, permitiendo que dos diferentes LIMs supervisen el mismo sistema sin interferencia entre sí. El interruptor 160 deshabi- lita la alarma de audio 148. Cuando éste está en la posición apagada, la alarma de audio será deshabilitada. Sin embargo, la alarma sonará para advertencias de calibración, fallas de LIM y fallas de tierra faltante. El LIM 100 tiene diversos indicadores 150 para proporcionar indicación visual de su estado. Un LED (diodo emisor de luz) verde de SEGURIDAD (SAFE) es usado para indicar que la corriente que representa peligro está por debajo del nivel de umbral seleccionado, ya sea 2 o 5 mA. Un LED DS4 rojo de PELIGRO (HAZARD) , cuando se enciende, indica que la corriente que representa peligro está sobre el nivel de umbral, o indica que existe una condición de error para el LIM 100 mismo. Esta condición de error no implica que sea inseguro el sistema de energía, sino que tiene sentido para alertar al usuario de que su seguridad es desconocida pues el LIM 100 puede no estar supervi-sando la línea de energía con precisión. Además de controlar una pantalla de gráficas de barras 142, el microcontrolador 124 tiene otras salidas para transmitir el estado del LIM 100 y el sistema de energía que está supervisando. Esto incluye una salida modulada en anchura de pulso que es proporcional a la corriente que representa peligro. Esto proporciona un método para excitar el medidor analógico 144 que estaría en un lugar remoto del LIM. Aunque se han ilustrado y descrito formas de realización específicas, son posibles numerosas modificaciones sin apartarse de los alcances o espíritu de la invención. Aunque las formas de realización anteriores han sido aplicadas a sistemas de una sola fase y trifásicos, se entenderá claramente que la invención es igualmente aplicable a sistemas de varias fases. Además, debe señalarse que un solo transformador teniendo secundarios triples o cuádruples puede también ser supervisado de esta manera. Los arrollamientos individuales están acoplados a monitores separados de aislamiento de línea construidos para generar e inyectar corrientes de prueba que tienen diferentes frecuencias y teniendo mediciones internas de voltaje y corriente selectivas en frecuencia. La presente invención no está limitada únicamente a un sistema de voltaje dual.