MXPA98003528A - Sistema de interruptor de circuito de falla a tierra con contactos no comprometidos - Google Patents

Abstract

Se provee un sistema de interruptor de circuito de falla a tierra con contactos no comprometidos que incluye terminales de sistema, fase, neutrales y tierra de lado de línea que se pueden conectar eléctricamente a terminales de fase, neutrales y tierra a una fuente de alimentación de corriente alterna y terminales de sistema, fase, neutrales y tierra de lado de carga que se pueden conectar eléctricamente, respectivamente, a terminales de fase, neutrales y tierra de una carga eléctrica. El sistema incluye un interruptor de circuito de falla a tierra que incluye terminales de fase y neutrales de lado de línea y carga para conexión eléctrica a las terminales de sistema, fase y neutrales de lado de línea para controlar un estado de conducción de corriente alterna entre la fuente y la carga eléctrica de conformidad con la detección de una condición de interrupción. También se incluye un conmutador relevador que tiene una bobina reléy contactos de fase y neutrales de modo que los extremos de línea y carga del contacto de fase se conectan eléctricamente, respectivamente, a terminales de fase de lado de carga del ICFT y el sistema de lado de carga, terminal de fase, extremos de línea y carga del contacto neutral se conectan eléctricamente, respectivamente, a una terminal neutral de lado de carga del ICFT y sistema de lado de carga, terminal neutral;y la bobina relése acopla eléctricamente entre los extremos de carga de los contactos de fase y neutrales para controlar dichos contactos en respuesta a la condición de interrupción.

Description

SISTEMA DE INTERRUPTOR DE CIRCUITO DE FALLA A TIERRA CON CONTACTOS NO COMPROMETIDOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a sistemas de interruptor de circuito de falla a tierra (ICFT) y más en particular a dispositivos de ICFT que incluyen contactos no comprometidos para controlar remotamente un estado de operación de dicho dispositivo de ICFT.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR Los interruptores de circuito de falla a tierra fueron desarrollados para cumplir con una gran necesidad para un dispositivo capaz de detectar la presencia de flujo de corriente anormal dentro de un sistema de circuito hecho de un número de derivaciones. Dicho flujo de corriente anormal puede incluir flujo de corriente de falla entre el conductor de fase y la tierra. AI detectar dicha corriente anormal se necesita interrumpir de inmediato el flujo de corriente a la derivación de falla para proteger a personas de posible electrochoque, fuego y explosión.

Antes del desarrollo de ICFT, los interruptores automáticos diferenciales eran conocidos y usados en ciertos países europeos para proveer protección de falla por tierra a sistemas de circuito. Los interruptores automáticos diferenciales incluyen un transformador diferencial con un núcleo a través del cual los dos conectores que conectan el sistema de circuito a la fase y líneas neutrales de una fuente de alimentación de corriente alterna pasan para controlar los conductores para flujo de corriente anormal. Los dos conductores actúan esencialmente como los devanados primarios en dicho núcleo. El interruptor automático diferencial incluye también elementos seccionadores, que, en caso de un cortocircuito detectado o corriente de fuga anormal puede hacer que se abra para interrumpir el flujo de corriente al cortocircuito. El estado del seccionador, abierto o cerrado puede controlarse mediante un dispositivo que se activa o desactiva por los devanados secundarios del transformador diferencial . Sin embargo, dichos dispositivos son insensibles a detectar corriente y, por lo tanto, ineficaces para asegurar protección completa para vida humana . Los ICFTs surgieron de la tecnología del interruptor automático diferencial. Los ICFTs comprenden esencialmente un sensor de corriente con un interruptor automático conectado entre conductores neutrales y de fase, interpuestos entre una fuente de energía y una carga. Los ICFTs también incluyen un transformador diferencial que rodea los conductores neutrales y de fase. El interruptor automático se acciona cuando el transformador diferencial detecta que fluye más corriente en la carga desde la fuente de alimentación de corriente alterna a través del conductor de fase que fluye de regreso a la fuente de alimentación de corriente alterna a través del conductor neutral, que funciona esencialmente como devanados primarios y secundarios en el transformador diferencial. Un devanado terciario del transformador diferencial está dispuesto próximo al conductor neutral en la vecindad de la carga en donde se induce una corriente en el caso de una conexión a tierra (es decir, un desequilibrio de corriente detectado) . Si la corriente inducida es suficientemente grande, se abren los contactos del interruptor automático. Un sistema de ICFT conocido incluye un transformador diferencia comprendido de un núcleo toroide a través del cual varios conductores de línea pasan para formar devanados primarios de por lo menos una vuelta. Un devanado secundario del transformador diferencial sirve como un devanado de salida conectado también a un circuito de ICFT. U na bobina de viaje de un interruptor automático que tiene una pluralidad de contactos en línea con los conductores de línea se activa con una corriente m ínima. Un generador de pulso de acopla al conductor neutral para producir una corriente de alta frecuencia al conectar a tierra el conductor neutral entre el transformador diferencial y la carga. La corriente de alta frecuencia se produce por el disparo periódico de un diac cuando un voltaje sobre un capacitador conectado al mismo se aplica al devanado de salida. Los pulsos de alta frecuencia inducen pulsos de voltaje en el conductor neutral que pasa a través del núcleo del transformador.

Los pulsos de voltaje inducidos no realizan el equilibrio de corriente en el sistema de distribución en el conductor neutral que no aparece en ninguno de los conductores de línea. Un desequilibrio consecuente se detecta por el medio de detección de falla por tierra y los contactos se abren, interrumpiendo el flujo de corriente en el sistema de distribución. Una variación en un ICFT convencional es un sistema de interruptor de circuito de falla a tierra inteligente (ICFTI) , descrito en la patente de E. U .A. No. 5,600,524, expedida el 4 de febrero de 1997, incorporada a la presenta por referencia.

El sistema de ICFTI incluye un ICFT, un transformador diferencial a través del cual un par de conductores pasa y medio seccionador en línea con los conductores y que responde al ICFT. El medio seccionador define un estado conductor o no conductor de conformidad con el equilibrio de flujo de corriente del sistema. El circuito de detección incluido determina una condición de conexión falsa en el sistema ya sea que el medio seccionador esté en un estado de circuito cerrado o abierto. El sistema incluye también medios de prueba que alertan al usuario a una necesidad para probar el dispositivo y q ue en verdad implementa la prueba requerida. Otra variación del circuito de ICFT convencional incluye un ICFT con habilidad de supresión de onda errante de voltaje transitorio (SOVT). Dicha habilidad se implementa típicamente al colocar un dispositivo de SOVT entre los conductores de fase y los neutrales, es decir, proveer una sola protección de nodo. El dispositivo de SOVT que puede ser un varistor de óxido de metal (VOM), protege el ICFT y circuitos conectados de sobrevoltajes transitorios. Aunque los ICFTs, a pesar de que pueden ofrecer protección de supresión de onda errante o no, ofrecen protección contra falla por tierra en exceso o corriente de fuga al "separar" el flujo de corriente al "apagado" de energía del sistema de cortocircuito en caso que dicha detección de corriente de fuga sea a veces inaceptable y en especial en donde no se da alarma u otra indicación de circuito o sistema apagado. Por ejemplo, una salida del ICFT puede usarse para proveer energía a un aparato o bomba, tal como una bomba médica, la cesación de la cual puede ser desastrosa. Un dispositivo de ICFT, el estado operable o conductor del cual se puede controlar o comunicar, por lo tanto, sería bien recibido. En particular, un dispositivo de ICFT que incluye una terminal o terminales en donde una señal indicativa de su estado operable se controla continuamente desde una ubicación remota proveería seguridad adicional para un dispositivo acoplado a dicho ICFT.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención supera las dificultades señaladas antes con respecto a los dispositivos y sistemas de ICFT de la técnica anterior. Esto se hace al proveer un ICFT con terminales no comprometidas que pueden acoplarse a un monitor remoto desde el cual se puede determinar el estado de operación del ICFT. Un monitor se puede acoplar a las terminales de salida del ICFT para detectar la presencia o ausencia de corriente siendo suministrada a una carga eléctrica desde una fuente de alimentación de corriente alterna. El flujo de corriente que muestra que el sistema funciona propiamente ya sea la ausencia de corriente muestra que el ICFT ha operado para prevenir el flujo de corriente a la carga eléctrica. Un monitor también se puede fijar a la terminal de ICFT para detectar la presencia o ausencia de una falla o corriente de fuga en exceso con base en la presencia o ausencia de una señal de falla a partir del ICFT. Por lo tanto un objeto de la presente invención es proveer un sistema de ICFT que supera las desventajas de los dispositivos de la técnica anterior. Otro objeto de la presente invención es proveer un sistema de ICFT que se pueda controlar remotamente para determinar su estado de operación. Todavía otro objeto de la presente invención es proveer un sistema de ICFT con terminales no comprometidas al cual se puede acoplar un monitor remoto para comunicar información acerca del estado del circuito protegido del ICFT. Otros objetos y características de la invención serán señalados en la siguiente descripción y reivindicaciones e ilustrada en los dibujos anexos, que describen , por medio de ejemplo, los principios de la invención, y el mejor modo que se contempla en el presente para llevarlos a cabo.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL DIBUJO La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de ICFT de conformidad con los conceptos de la presente invención .

DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD PREFERIDA La presente invención provee un sistema de interruptor de circuito de falla a tierra que incluye un interruptor de circuito de falla a tierra (ICFT) para conexión eléctrica entre una fuente de alimentación de corriente alterna y una carga eléctrica. El ICFT controla el estado de conducción de corriente entre dicha fuente y dicha carga de conformidad con la ausencia o presencia de una condición de interrupción. El sistema incluye también terminales no comprometidas del circuito del ICFT que provee acceso para controlar o comunicar el estado de la conducción de corriente a la carga eléctrica protegida, es decir, ya sea que la corriente fluye a la carga eléctrica o no. El ICFT se conecta eléctricamente a terminales de fase y neutrales de la fuente de alimentación de corriente alterna por medio de terminales de fase y neutrales. El ICFT actúa junto con un conmutador relevador que incluye una bobina relé y contactos de línea de fase y neutrales para controlar el estado de los trayectos de corriente entre la fuente de alimentación de corriente alterna y la carga eléctrica. Los extremos de línea y carga del conductor de fase se conectan eléctricamente, respectivamente, a la terminal de fase de lado de línea del ICFT y una terminal de fase de lado de carga del ICFT para conexión a una terminal de fase de una carga. Los extremos de línea y carga del conductor neutral se conectan eléctricamente, respectivamente, a una terminal neutral de lado de línea del ICFT y una terminal neutral de lado de carga del ICFT para conexión a una terminal neutral de la carga. El conmutador relevador controla los contactos en el trayecto entre la terminal de fase de lado de línea del ICFT y la terminal de fase de la carga eléctrica y el trayecto entre la terminal neutral de lado de carga del ICFT y la terminal neutral de la carga eléctrica. La bobina relé responde a una señal de interrupción generada en el ICFT debido a una diferencia detectada en la corriente que fluye a través de los conductores de fase y neutrales y opera los contactos de fase y neutrales para abrir los trayectos de las terminales de fase y neutrales de la carga. Otra serie de contactos, contactos no comprometidos, se conectan también eléctricamente, respectivamente, a las terminales de fase y neutrales de lado de línea del ICFT. Los contactos no comprometidos están de preferencia en un estado cerrado continuamente para permitir el control continuo de la operación del ICFT. Dichos contactos no comprometidos están adecuados de manera ideal para el control remoto del estado del circuito protegido del ICFT para permitir remedio rápido de cualquier problema existente. La figura 1 muestra un sistema de interruptor de circuito de falla a tierra 10 construido de conformidad con los conceptos de la invención. Un interruptor de circuito de falla a tierra (ICFT) 12 se muestra dentro de las líneas punteadas conectado entre una fuente de alimentación de corriente alterna 14 y una carga eléctrica 16. El conductor de fase y conductor neutral de la fuente de alimentación de corriente alterna 14 se conectan a terminales de fase y neutrales del sistema AC-1 y AC-2, respectivamente. La terminal de fase del sistema AC-1 se conecta a la terminal de línea de fase AC-1 IN del ICFT mientras que la terminal neutral del sistema AC-2 se conecta a la terminal de línea neutral AC-2 IN del ICFT 12. Un dispositivo supresor de onda errante de voltaje transitorio (SOVT) o varistor de óxido de metal (VOM) 18 se conecta de preferencia eléctricamente a lo largo de AC-1 y AC-2 para protección de sobrevoltaje ahí. Un primer conductor 20 conecta la terminal de entrada de fase AC-1 I N del ICFT 12 a la terminal de salida de fase AC-I OUT del ICFT 12. La terminal de salida de fase AC-1 OUT se acopla por un conductor 22 al lado de línea 24 de contacto relé movible 26 cuyo lado de carga 28 se acopla a la línea de fase 30 de carga 16. Un tercer conductor 32 conecta la terminal de entrada neutral AC-2 IN del ICFT 12 a la terminal de salida neutral AC-2 OUT del ICFT 12. La terminal de salida neutral AC-2 OUT se acopla por un conductor 34 al lado de línea 36 del contacto relé movible 28 cuyo lado de carga 40 se acopla a la línea neutral 42 de carga 16. Los contactos relé movibles 26, 38 se controlan por la bobina relé 44 como se describirá más adelante. Un par de contactos no comprometidos, contacto de fase 46 y contacto neutral 48, se acoplan a la terminal de salida de fase AC-1 OUT y la terminal de salida neutral AC-2 OUT, respectivamente. Los conductores 20 y 32 se extienden a través de un par de núcleos magnéticos toroides 70, 72 que detectan y generan señales de conformidad con la corriente alterna que fluye en y fuera de la carga. La terminal AC-1 OUT también se acopla por medio del conductor 22 a un primer extremo de la bobina relé 44, el segundo extremo del cual se conecta eléctricamente al ánodo del diodo 50 y el cátodo de un diodo 56, que juntos con los diodos 52, 54 forman una porción de un puente de diodo. Los cátodos de los diodos 50, 52 se conectan eléctricamente al ánodo del rectificador de silicio controlado (RSC) 60. El cátodo del RSC 60 se acopla a un resistor 62 que a su vez se acopla por el conductor 64 a una tierra flotante. El ánodo del diodo 52 y el cátodo del diodo 54 también se conectan eléctricamente al lado de línea 36 del contacto relé movible 38. Los ánodos de los diodos 54 y 56 se acoplan también al conductor 64, mientras que el ánodo del diodo 52 y el cátodo del diodo 54 se conectan al conductor 34. Los conductores 20 y 32 que se extienden a través de los núcleos 70 y 72 actúan como devanados primarios de una vuelta. Un devanado secundario 74 se coloca cerca del núcleo 70 y un devanado secundario 76 se coloca cerca del núcleo 72. La señal inducida en el devanado 74 es proporcional al flujo producido por la corriente que fluye en el conductor 20 desde la fuente de alimentación de corriente alterna 14 a la carga 16. Esta señal se aplica a pasadores 2 y 3 de un dispositivo de circuito integrado (por ejemplo, un LM 1851) 80. El dispositivo de circuito integrado 80 puede detectar diferencias pequeñas en la corriente que fluye a través de las terminales AC-1 y AC-2, identificando fallas de tierra por las mismas. La corriente inducida en el devanado 76 es proporcional al flujo producido por la corriente que fluye en el conductor 32 desde la carga 16 a la fuente de alimentación de corriente alterna 14. Esta señal se aplica a pasadores 4 y 5 del dispositivo de circuito integrado 80. El dispositivo de circuito integrado 80 puede detectar también corrientes de fuga en exceso. El dispositivo de circuito integrado 80 produce una señal de diferencia indicativa de la diferencia en sus terminales 2 y 3 y 4 y 5 y produce una señal de diferencia proporcional a esta diferencia. La señal de diferencia se compara a la señal suministrada por un generador de señal de referencia 66 y es indicativa de la diferencia permisible máxima. Si la señal de diferencia excede la señal de referencia o el dispositivo de circuito integrado 80 detecta una corriente de fuga en exceso, el dispositivo de circuito integrado 80 provee una señal en el pasador 1 . Esta señal se aplica por medio de un resistor 82 a la compuerta del RSC 60 provocando que cambie de su estado no conductor a su estado conductor. La corriente del conductor 22 puede pasar ahora a través de la bobina relé 44, diodo 50, RSC 60 y resistor 62 para flotar tierra por medio del conductor 64. El flujo de corriente a través de la bobina relé 44 ocasiona que los contactos relé movibles 26 y 38 se abran así eliminando la carga 16 de su acoplamiento a la fuente de alimentación de corriente alterna 14. La corriente de línea neutral fluye desde el principio al pasador 4, por medio del diodo 54 al conductor 34, conductor 32 a la terminal AC-2. Los contactos cerrados normalmente 46, 48 permiten que un monitor 78 se fije a las terminales de salida AC-1 OUT y AC-2 OUT del ICFT 12 para controlar el flujo de corriente a través del ICFT 12 a la carga 16. Si la corriente fluye en los conductores 22, 34, entonces el ICFT 12 no ha detectado una condición de falla o corriente de fuga en exceso. Si la corriente no fluye en los conductores 22, 34, entonces el ICFT 12 ha operado y existe una condición que se debe corregir. El monitor 78 puede ser un osciloscopio, una dispositivo medidor de corriente o un detector de nivel de voltaje. Como una alternativa, se puede acoplar un detector adecuado al pasador 1 del dispositivo de circuito integrado 80 para producir una salida cuando se detecta una condición de falla o corriente de fuga en exceso. El monitor 78 o las líneas de los contactos cerrados 46, 48 pueden acoplarse a un dispositivo de alarma 84 que puede producir una señal audible o visual o ambas. Un marcador de teléfono automático 86 para marcar un número telefónico de emergencia puede acoplarse también a dicho monitor 78.

La interrupción del flujo de corriente a o desde una carga puede servir también como una indicación de que algún dispositivo de carga corriente abajo ha dejado de operar y no saca la cantidad esperada de corriente. El sistema de ICFT 10 descrito no sólo controlará dispositivos corriente abajo sino también controlará * salidas que son parte del ICFT en sí. Aunque se han mostrado y descrito y señalado las características novedosas fundamentales de la invención como se aplica a la modalidad preferida, será entendido que varias omisiones y substituciones y cambios de la forma y detalles del dispositivo ilustrado y en su operación pueden hacerse por aquellos que son expertos en la técnica, sin alejarse del espíritu de la invención.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1 .- Un dispositivo de interruptor de circuito de falla a tierra con habilidad de detección remota que comprende: (a) medios de interruptor de circuito de falla a tierra (ICFT) que incluyen terminales de fase y neutrales de lado de línea y carga y un con mutador relevador para controlar el flujo de corriente entre una fuente de corriente alterna y un circuito eléctrico que debe protegerse de conformidad con la detección de una condición de interrupción; (b) dicho conm utador relevador incluye una bobina relé , un contacto de fase selectivamente movible que tiene u n extremo de línea y uno de carga y un contacto neutral selectivamente movible q ue incluye un extremo de l ínea y uno de carga; (c) dichos extremos de l ínea y carga de d ich o contacto de fase selectivamente movible se conectan eléctricamente a dicha terminal de fase de lado de carga de dicho medio de ICFT y a una terminal de fase de dicho circuito eléctrico, respectivamente ; (d) dichos extremos de l ínea y carga de dicho contacto neutral selectivamente movible se conectan eléctricamente entre una term inal neutral de lado de carga de dicho medio de ICFT y una terminal neutral de dicho circuito eléctrico, respectivamente ; (e) dicha bobina relé se acopla eléctricamente entre dichos extremos de línea de dichos contactos de fase selectivamente movibles y neutrales selectivamente movibles para mover dichos contactos en respuesta a la detección de una condición de interrupción; y (f) por lo menos un contacto eléctrico conectado eléctricamente a dicho medio de ICFT de modo que una señal presente en dicho contacto eléctrico se puede controlar para determinar un estado de flujo de corriente a través de uno de dichos contactos de fase y neutrales del medio de ICFT.

2.- El dispositivo de interruptor de circuito de falla a tierra de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicho por lo menos un contacto eléctrico comprende una terminal de lado de línea y una terminal de lado de carga, en donde dicha terminal de lado de línea se conecta eléctricamente a dicha terminal de fase de lado de carga del medio de ICFT y dicha terminal de lado de carga se conecta eléctricamente a un dispositivo de control .

3.- Un sistema de interruptor de circuito de falla a tierra con habilidad de detección remota, que comprende: (a) un interruptor de circuito de falla a tierra con contactos no comprometidos; (b) medios para supervisar conectados eléctricamente a dichos contactos no comprometidos para controlar el estado de operación de circuito definido por dicho interruptor de circuito de falla a tierra; y (c) un dispositivo eléctrico conectado a una fuente de alimentación de corriente alterna a través de dicho interruptor de circuito de falla a tierra.

4.- El sistema de interruptor de circuito de falla a tierra de conformidad con la reivindicación 3, en donde dicho interruptor de circuito de falla a tierra controla una corriente de línea que fluye desde dicha fuente de alimentación de corriente alterna a dicho dispositivo eléctrico y una corriente neutral que fluya desde dicho dispositivo eléctrico a dicha fuente de alimentación de corriente alterna, y genera una señal de interrupción con base en un diferencia detectada entre dichas corrientes de línea y neutrales.

5.- El sistema de interrupción de cortocircuito por tierra de conformidad con la reivindicación 3, en donde dichos medios de control provocan la generación de una señal de alarma sobre la detección de dicha señal de interrupción.

6.- El sistema de interrupción de cortocircuito por tierra de conformidad con la reivindicación 5, en donde dichos medios de control incluyen otros medios para generar una señal de alarma audible.

7.- El sistema de interrupción de cortocircuito por tierra de conformidad con la reivindicación 5, en donde dichos medios de control incluyen otros medios para generar una señal de alarma visible.

8. - El sistema de * interrupción de cortocircuito por tierra de conformidad con la reivindicación 5, en donde dichos medios de control incluyen otros medios para marcar automáticamente un número telefónico de emergencia.

9.- Un método para proteger un dispositivo eléctrico de fallas de tierra utilizando un interruptor de circuito de falla a tierra (ICFT) en donde un estado operable de dicho ICFT se controla continuamente para mantener la integridad operable de dicho dispositivo eléctrico y en donde dicho ICFT se conecta eléctricamente entre una fuente de alimentación de corriente alterna y dicho dispositivo eléctrico que comprende los pasos de: a) detectar una primera cantidad de corriente alterna que fluye de dicha fuente de alimentación de corriente alterna a dicho dispositivo eléctrico utilizando dicho ICFT; b) detectar una segunda cantidad de corriente alterna que fluye de dicho dispositivo eléctrico a dich a fuente de alimentación de corriente alterna utilizando dicho ICFT; c) generar una señal de diferencia indicativa de una diferencia entre dichas primera y segunda cantidades de corriente alterna que fluye; d) comparar dicha señal de diferencia con u na señal de referencia que es proporcional a la diferencia permisible máxima en el flujo de corriente y defin i r una condición de interrupción cuando dicha señal de diferencia excede dicha señal de referencia; e) mantener un par de contactos no comprometidos a una porción de dicho ICFT para controlar un estado de flujo de corriente a través de los mismos; e f) interrumpir dicho flujo de corriente alterna entre dicha fuente de alimentación de corriente alterna y dicho dispositivo eléctrico durante la ocurrencia de dicha condición de interrupción de modo que una señal operable que indica el mismo está presente en dichos contactos no comprometidos. 1 0.- U n método para mantener un flujo de corriente alterna a un dispositivo eléctrico que se conecta a una fuente de alimentación de corriente alterna a través de un interruptor de circuito de falla a tierra (ICFT) , el ICFT que incluye por lo menos un contacto no comprometido, que comprende los pasos de: a) controlar el estado de flujo de corriente alterna a través de dicho ICFT por medio de dicho por lo meno s un contacto no comprometido; b) generar una señal indicativa de dicho estado de flujo de corriente alterna; y c) notificar al personal que la corriente ya no se provee a dicho dispositivo eléctrico cuando d icho I C FT está en un estado no operativo .