MXPA98010753A - Detector de falla de arco con interruptor de circuito - Google Patents

Abstract

Un detector de falla de arco incorporado tanto como un dispositivo independiente como en combinación con un dispositivo interruptor de circuito, tal como un interruptor de circuito por falla de tierra (GFCI), funciona para proporcionar protección de las condiciones potencialmente peligrosas de falla de arco. El dispositivo utiliza bobinas de recogimiento del lado de línea y del lado de carga, para permitir distinguir entre las fallas de arco que se presenten en el lado de línea y el lado de carga del dispositivo. La porción del circuito del interruptor de circuito por falla de arco (AFCI) del dispositivo, comparte componentes de la porción del circuito de GFCI como una parte integral de su funcionalidad. El AFCI utiliza la porción que lleva energía electromecánica del GFCI, incluyendo el circuito de desconexión de la línea de corriente alterna, el suministro de energía, y el alojamiento físico. En adición, el AFCI emplea detección cuantitativa, utilizando un control de ganancia variable en combinación con una indicación de desconexión de carga o de alarma audible/visual. El dispositivo también incluye un circuito de cronómetro, que permite al usuario inhibir temporalmente o deshabilitar la detección de arco, y una filtración de frecuencia selectiva que

Description

DETECTOR DE FALLA DE ARCO CON INTERRUPTOR DE CIRCUITO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un aparato y método para la detección de falla de arco, y más particularmente se refiere a^un aparato y método tanto para un detector de falla de arco independiente, come para un detector de falla de arco combinado con un dispositivo interruptor de circuito.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los interruptores de circuito, los fusibles, y los interruptores de circuito por falla de tierra (GFCIs) , son dispositivos comúnmente utilizados para proteger a la gente y a la propiedad de las peligrosas fallas eléctricas. Sin embargo, todavía se presentan fatalidades y pérdida de propiedad, que son ocasionadas por las fallas eléctricas que pasan sin ser detectadas por estos dispositivos protectores. Uno de estos tipos de falla eléctrica que típicamente pasa sin ser detectada, es la de las fallas de arco. Los arcos son potencialmente peligrosos, debido a las altas temperaturas contenidas adentro de ellos. Por consiguiente, tienen un alto potencial de crear daño, en su mayor parte a través de la iniciación de fuegos. Sin embargo, un arco solamente disparará un interruptor de circuito por falla de tierra si produce suficiente fuga de corriente hacia la tierra. En adición, un arco disparará un interruptor solamente si la corriente, que fluye a través del arco, excede a los parámetros de disparo del mecanismo térmico/magnético del interruptor. Por consiguiente, se necesita un tipo adicional de dispositivo de protección para detectar e interrumpir los arcos que no se ajusten a estos criterios. Un detector de arco, cuya salida se utiliza para disparar un mecanismo interruptor de circuito, es referido como un interruptor de circuito por falla de arco (AFCI) . De acuerdo con la Comisión de Seguridad de Productos del Consumidor (CPSC) en 1992, se estimaba que "había 41,000 incendios que involucraban sistemas del cableaje eléctrico del hogar... que dieron como resultado 320 muertes, 1,600 heridos, y $511 millones en pérdidas de propiedad" . La Comisión de Seguridad de Productos del Consumidor declaró además que "se puede presentar un incendio ocasionado eléctricamente si la energía eléctrica se convierte inintencionalmente en energía térmica, y si el calor así generado es transferido a un material combustible a una velocidad tal, y durante un tiempo tal, que ocasione que el material alcance su temperatura de ignición" . Las dos causas principales de conversión no intencional de energía eléctrica en calor, son la corriente excesiva y la formación de arco. Actualmente están disponible interruptores de circuito y fusibles para mitigar los resultados de la corriente excesiva, pero no existe un sistema comercial para mitigar la formación de arco. Se puede desarrollar una condición peligrosa siempre que exista una formación de arco prologada, independientemente de si involucra líneas de energía industriales, comerciales, o residenciales. Sin embargo, las casas móviles, y especialmente las casas con sistemas de cableaje anticuados, son particularmente vulnerables a los incendios iniciados debido a causas eléctricas. Los estudios Comisión de Seguridad de Productos del Consumidor han demostrado que la frecuencia de incendios por sistemas de cableaje, es desproporcionadamente alta en los hogares de más de 40 años de edad. Las causas de la formación de arco son numerosas, por ejemplo: aislamiento y cableaje viejo o desgastado; tensión mecánica y eléctrica ocasionada por sobreuso, sobrecorrientes, o relámpagos; conexiones flojas; y daño mecánico excesivo al aislamiento y a los alambres. Se presentan dos tipos de arco en los edificios residenciales y comerciales: arco de contacto y arco de línea. El arco de contacto (o de serie) se presentan entre dos contactos en serie con una carga. Por consiguiente, la carga controla la corriente que fluye en el arco. El arco de línea (o paralelo) se presenta entre las líneas o desde una línea hasta la tierra. Por consiguiente, el arco está en paralelo con cualquier carga presente, y la impedancia de la fuente proporciona el único límite a la corriente que fluye en el arco. Es importante que cualquier sistema de detección de arco pueda detectar tanto el arco de contacto como de línea, y actuar apropiadamente, dependiendo de la severidad del arco.

Un ejemplo del arco de contacto se ilustra en la Figura 1. Los conductores 114, 116, que comprenden el cable 110, están separados y rodeados por un aislante 112. Una porción del conductor 114 está rota, creando un hueco en serie 118 en el conductor 114. Bajo ciertas condiciones, el arco se presentará a través de este hueco, produciendo una gran cantidad de calor localizado. El calor generado por el arco podría ser suficiente para romper y carbonizar el aislamiento cerca del arco 119. Si se permite que continúe el arco, se_ generará suficiente calor para iniciar un incendio. En la Figura 2 se muestra un diagrama esquemático que ilustra un ejemplo del arco de línea. El cable 120 comprende los conductores eléctricos 124, 126, cubiertos por el aislamiento externo 122, y separados por el aislamiento interno 128. El deterioro o daño al aislamiento interno en 121 puede ocasionar una formación de arco de falla de línea 123 entre los dos conductores 124, 126. El aislamiento interno podría haberse carbonizado por un relámpago anterior al sistema de cableaje, o podría haber sido cortado mediante acción mecánica, tal como la pata de una silla de metal que cortara en un cable de extensión. Los resultados potencialmente devastadores de la formación de arco son ampliamente conocidos , y se han desarrollado un número de métodos de detección de arcos en la técnica anterior. Un gran porcentaje de la técnica anterior se refiere a la detección de señales de alta frecuencia generadas en la línea de corriente alterna por los arcos. La Figura 3 muestra el ruido de amplio espectro 162 producido sobre la línea de corriente alterna por un arco. Se sobrepone al voltaje de línea de corriente alterna 164. Un análisis de la forma de onda del arco, utilizando un analizador de espectro de frecuencia, muestra que los sobretonos y las armónicas de alta-frecuencia contenidas adentro de la forma de onda, se extienden bien adentro del rango de GHz . En la Figura 4 se muestra una gráfica que ilustra el análisis del espectro de frecuencia de la forma de onda 162 mostrada en la Figura 3. Un problema importante asociado con cualquier tipo de detección de arco, es el disparo falso. El disparo falso se presenta cuando un detector de arco produce una salida de advertencia, o desconecta una sección del cableaje de la fuente de voltaje, cuando realmente no existe una condición peligrosa de formación de arco. Las dos causas principales de un disparo falso, son la formación de arco normal de los aparatos, y las corrientes de entrada creadas por los aparatos inductivos y capacitivos. Estas dos situaciones generan señales de alta frecuencia sobre la línea de energía, que son muy similares a aquellas generadas por la formación de arco peligrosa. Por consiguiente, para ser dispositivos comerciales viables, los detectores de arco deben ser capaces de distinguir las señales de arco de las señales creadas por el uso normal de los aparatos . Existe un amplio rango de técnica anterior en el campo de la detección de arcos. Algo— e la técnica anterior se refiere a los casos especializados de formación de arco. Por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,376,243, expedida a Renn y colaboradores enseña un dispositivo que opera con corriente directa. La Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,658,322 expedida a Rivera, enseña un dispositivo que detecta la formación de arco adentro de una unidad encerrada de equipo eléctrico.- La Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,878,144 expedida a Nebon, enseña un dispositivo que detecta la luz producida por un arco entre los contactos de un interruptor de circuito. En adición, existen varias patentes que se refieren a la detección de arcos en líneas de energía de corriente alterna, que dan a conocer diferentes métodos para detectar señales de arco de alta frecuencia. Por ejemplo, las Patentes de los Estados Unidos de Norteamérica Números 5,185,684 y 5,206,596 ambas expedidas a Beihoff y colaboradores, emplean un elemento de detección complejo que detecta por separado el campo eléctrico y el campo magnético producidos alrededor de un alambre. La Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,590,012, expedida a Dollar, enseña la medición _de la corriente de alta frecuencia en una línea derivada alrededor de un inductor colocado en la línea, que puede ser mecanismo de disparo magnético de un interruptor. En un segundo circuito de detección, propuesto por Dollar, se extrae la señal de voltaje de alta frecuencia de la línea por medio de un filtro de paso alto colocado en paralelo con cualquier carga. Se pueden encontrar diferentes métodos en la técnica anterior para dar autenticidad a la formación de arco, y para diferenciar la formación de arco de otras fuentes de ruido. Mucha de la técnica anterior involucra un complicado procesamiento y análisis de la señal. La Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,280,404, expedida a Ragsdale, enseña la búsqueda de la formación de arco en serie, mediante la conversión de las señales de arco en impulsos y se cuentan los impulsos. En adición, varias patentes detectan la formación de arco tomando el primer derivado o segundo derivado de la señal detectada. Por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,244,006, expedida a MacKenzie y colaboradores, y las Patentes de los Estados Unidos de Norteamérica Números 5,185,684 y 5,206,596, expedidas a Beihoff y colaboradores, dan a conocer este dispositivo. Blades utiliza varios métodos para detectar los arcos, como se da a conocer en las Patentes de los Estados Unidos de Norteamérica Números 5,223,795; 5,432,455, y 5,434,509. El dispositivo de Blades se basa en el hecho de que el ruido de-alta frecuencia detectado, debe incluir huecos en cada cruce cero, es decir, medio ciclo, de la línea de corriente alterna. Para diferenciar la formación de arco de otras fuentes de ruido, el dispositivo de Blades mide la características de aleatoriedad y/o amplitud de banda ancha de la señal de alta frecuencia detectada. El dispositivo enseñado por la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,434,509, utiliza las orillas de rápida elevación de las señales de arco como un criterio de detección, y detecta la ráfagas de alta frecuencia cortas asociadas con los arcos intermitentes . La Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,561,505, expedida a Zuercher y colaboradores, da a conocer un método para detectar la formación de arco mediante la detección de los cambio de ciclo a ciclo en la corriente de la línea decorriente alterna. Luego se procesan las diferencias en las muestras tomadas en el mismo punto del ciclo de corriente alterna, para determinar si se está presentando la formación de arco .

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN El dispositivo de detección de falla de arco de la presente invención puede operar de una manera independiente o en combinación con un dispositivo interruptor de circuito, tal como un interruptor de circuito por falla de tierra (GFCI) . El dispositivo de combinación, conocido como un interruptor de circuito por falla de arco/interruptor de circuito por falla de tierra (AFCI/GFCI) , se hace realidad mediante la adición de un circuito extra a un GFCI estándar. Un dispositivo AFCI/GFCI es una combinación de detector de falla de arco y de falla de tierra, que tiene la capacidad para interrumpir el circuito, y de esta mañera impedir que las condiciones peligrosas de falla de arco y de tierra dañen al personal o a la propiedad. El término "dispositivo interruptor de circuito" se define como cualquier dispositivo eléctrico utilizado para interrumpir el 0 flujo de corriente hacia una carga, e incluye, pero no se limita a, dispositivos tales como Interruptores de Circuito por Falla de Tierra (GFCIs) , Interruptores de Circuitos por Detección de Inmersión (IDCIs) , o interruptores de circuito de fugas de aparatos (ALCIs) . 5 En el circuito AFCI/GFCI de la presente invención, se detecta una señal de arco sobre la línea de corriente alterna, por medio de dos bobinas de recogimiento idénticas : una bobina del lado de línea y una bobina del lado de carga. La señal desde cada bobina de recogimiento se alimenta hacia su propio 0 circuito de procesamiento que comprende un amplificador de control de ganancia automático (AGC) , una red selectiva de frecuencia, un rectificador perfecto, y un detector de pico de demora de tiempo. La salida del detector de pico en- el circuito del lado de línea se retroalimenta a los 5 amplificadores de control de ganancia automático en el circuito >-*"»-del lado de carga, y vice versa. Este planteamiento único mejora la confiabilidad de la detección, de arco. La detección de un arco por el dispositivo de la presente invención, está limitada a detectar un valor absoluto de la amplitud del arco como un resultado del voltaje electromagnético generado o de la corriente sobre la línea de energía. La detección comprende la rectificación ideal de la forma de onda caótica. La señal se extrae de una manera novedosa utilizando un amplificador de control de ganancia variable (transconductancia) con una proporción de compresión de cuando menos 40 dB en la entrada de la línea de procesamiento de señales. Un amplificador adecuado es uno fabricado por Plessey, Inglaterra. Este esquema permite que se detecten inclusive arcos muy grandes sin sobrecargar el circuito de procesamiento. Un aspecto único de la presente invención es que puede distinguir entre fallas de arco sobre los lados de línea y de carga del dispositivo. Dependiendo de la localización de la falla de arco, es decir, el lado de línea o el lado de carga, la energía de corriente alterna se desconecta hacia la carga, o se activa un anunciador audible o visual. Una vez procesada, las amplitudes pico de las dos señales de detección, es decir, las señales de detección del lado de línea y de lado de carga, se comparan mediante dos comparadores. Si la señal generada por el circuito del lado de línea es mayor que la señal generada por el circuito del lado de carga, la salida hace que se genere una indicación audible o visual. Por otra parte, si la señal de arco generada por el circuito del lado de línea es menor que la señal generada por el circuito del lado de carga, se activa el mecanismo interruptor del GFCI, y se desconecta la carga de la línea de corriente alterna. Por consiguiente, los arcos detectados que se presenten en el lado de carga del dispositivo, hacen que el dispositivo desconecte la línea de corriente alterna de la carga. El uso de dos circuitos de detección diferentes que generen señales del lado de línea y de carga separadas, proporciona las siguientes tres ventajas: 1. Si se presenta un arco en el lado de carga del AFCI/GFCI, el dispositivo disparará, y se extinguirá el arco. Sin embargo, el equipo localizado corriente arriba desde el dispositivo, todavía puede funcionar, ya que no se interrumpe la energía de corriente alterna hacia él . 2. La localización de la posición de una falla se simplifica cuando se utilizan varios dispositivos AFCI/GFCI en el mismo circuito ramal, inclusive sin comunicación alguna de la presentación de la falla a una localización central . 3. La indicación de la presencia de arco sobre el lado de línea del AFCI/GFCI, permite la detección de un problema entre el interruptor de circuito o transformador, y el dispositivo, mientras que se impide el disparo falso por las alteraciones en el sistema de distribución del servicio. El detector de arco de la presente invención se puede implementar como un dispositivo independiente, o se puede implementar en combinación con un dispositivo eléctrico existente, tal como un GFCI . Una característica del detector de arco de la presente invención, es que combina un detector de arco, es decir, un interruptor de circuito por falla de arco (AFCI) , con un dispositivo interruptor de circuito, tal como un interruptor de circuito por falla de tierra (GFCI) , para crear un dispositivo AFCI/GFCI para múltiples propósitos. Este dispositivo tiene la capacidad para interrumpir la energía de corriente alterna, y de esta manera impedir que una condición peligrosa de falla de arco o de tierra dañe al personal o a la propiedad. Observe que los GFCIs existentes pueden detectar una falla de arco, si el arco generó una corriente de falla de tierra desde la fase o el neutro hasta tierra. Sin embargo, el circuito dedicado de la AFCI funciona para detectar tanto arcos en serie como arcos en paralelo que no suelen generar una corriente de fuga a tierra. El uso novedoso de los elementos comunes del circuito, proporciona una alta inmunidad al ruido para del detector de arco, y por consiguiente, ayuda a impedir un disparo falso del dispositivo. El circuito de detección de arco se puede colocar a bordo del mismo chip de silicio normalmente utilizado en el GFCI de la actualidad. Realmente, algunos de los picos del circuito integrado del GFCI actualmente utilizado, se pueden convertir para una operación de múltiples funciones. El AFCI se puede energizar desde el mismo suministro de energía que proporciona energía al GFCI . Este planteamiento combinado da como resultado costos de fabricación reducidos . Las partes mecánicas del dispositivo GFCI , tales como el relé de disparo y los mecanismos de cierre de contacto mecánicos, sirven ahora a propósitos dobles. En adición, el agregar el circuito AFCI a un GFCI existente, es una mejora lógica de los GFCIs de la actualidad, ya que un GFCI puede detectar la formación de arco en ciertas situaciones, incluyendo cualquier condición en donde un arco produzca corriente de fuga a tierra. El detector de arco también incorpora un cronómetro de derivación automático que controla la función de desconexión de la línea de corriente alterna, con el objeto de permitir la formación de arco normalmente segura. En lugar de incluir un interruptor fijo de encendido/apagado, que funcionaría parar habilitar o deshabilitar completamente el detector de arco, la presente invención incorpora un interruptor lógico. Este interruptor impulsado por la lógica proporciona a un usuario la opción de deshabilitar el detector de arco durante el tiempo en que el interruptor esté apagado, o de deshabilitar el detector de arco temporalmente mientras que se estén utilizando .aparatos formadores de arco. Esto permite el uso de aparatos que normalmente generan altas cantidades de formación de arco, que de otra manera ocasionarían que se disparara el detector de arco. Cuando se deshabilita temporalmente el detector de arco, regresa automáticamente al estado habilitado después de que se haya desconectado el aparato. Este esquema tiene la ventaja de que el dispositivo no puede ser deshabilitado accidentalmente de una manera permanente por el usuario. Una característica importante de este esquema, es que el aparato de formación de arco se puede activar y desactivar dentro de período de tiempo dado sin que se dispare el detector de arco. Observe que la capacidad de detección de falla de tierra del dispositivo nunca se deshabilita, de modo que el usuario siempre está protegido de las fallas de tierra. Actualmente, las líneas de energía de corriente alterna no solamente se utilizan para suministrar corriente de línea de corriente alterna, sino que también se utilizan como un medio para comunicaciones, como en la línea de dispositivos de portadora de línea de energía CCS de Levitón Manufacturing, los dispositivos compatibles con CEBus, los intercomunicadores basados en portadora de línea de energía, el equipo de transmisión/recepción de señales de televisión, los dispositivos de comunicación telefónica, etcétera. El detector de arco de la presente invención incorpora un circuito de filtro, que tiene una inclinación de corte agudo de aproximadamente 500 KHz, que permite la detección de fallas de arco, mientras que se están presentando comunicaciones sobre. las líneas de energía de corriente alterna. El circuito de filtro funciona para remover las frecuencias menores de 500 KHz., impidiendo de esta manera el disparo falso debido a las diferentes señales de comunicación que están potencialmente presentes en la línea de corriente alterna, mientras que permite que el dispositivo de falla de arco se comunique con otros dispositivo, utilizando las comunicaciones de la portadora de línea de energía. En el otro extremo del espectro de frecuencia, aunque el arco genera frecuencias en la escala de GHz, para mayor simplicidad, eficiencia, y efectividad por el costo, el detector de arco de la presente invención limita la detección de señales de alta frecuencia a aproximadamente 20 MHz. Además, el detector de arco incluye circuitos para transmitir mensajes, que utilizan cualquier elemento de comunicación adecuado que señale la localización de la falla de arco. Por ejemplo, estos elementos de comunicación pueden comprender cualquier tecnología de portadora de línea de energía, radiofrecuencia, par torcido, o de comunicación infrarroja. Un ejemplo de comunicaciones de portadora de línea de energía incluye los sistemas de comunicaciones Lon Works y CEBus. A manera de ejemplo, solamente, la presente invención incorpora un circuito de comunicaciones, que utiliza una señal portadora de línea de energía, tal como la generada por la línea de producto CCS fabricada por Levitón Manufacturing, Little Neck, Nueva York. Utilizando técnicas de portadora de línea de energía bien conocidas, el detector de arco puede comunicarse con otros dispositivos, tales como una estación de monitoreo. Cada detector de arco tendría una dirección única. Luego se establece una relación entre la dirección asignada al detector de arco y su localización. Cuando se detecta una falla de arco, se envía una señal a una estación de monitoreo,. la cual alerta al personal, no solamente de presentación de la falla de arco, sino también de su localización. Esto es útil especialmente si el dispositivo de AFCI/GFCI está instalado en un lugar remoto. Esta característica tiene aplicabilidad en lugares industriales comerciales, en donde se necesita una supervisión central de la falla de arco sobre un sistema de cableaje eléctrico de corriente alterna complejo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se describe en la presente, a manera de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales : La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un ejemplo del arco de contacto en un conductor que lleva corriente. La Figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra un ejemplo del arco de línea entre dos conductores que llevan corriente.

La Figura 3 es una gráfica que ilustra el ruido de amplio espectro debido al voltaje EMF generado por un arco, que se propaga sobre la línea de energía, con el ruido sobrepuesto sobre el voltaje de línea de corriente alterna. La Figura 4 es una gráfica que ilustra el análisis del espectro de frecuencia de la forma de onda mostrada en la Figura 3. La Figura 5 es un diagrama esquemático que ilustra un ejemplo de un dispositivo interruptor de circuito por falla de tierra de la técnica anterior. La Figura 6 es un diagrama de bloques de alto nivel que ilustra el detector de falla de arco con el dispositivo interruptor de circuito por falla de tierra de la presente invención. La Figura 7 es un diagrama esquemático que ilustra la porción del circuito de GFCI/AFCI del dispositivo de detección de falla de arco de la presente invención con mayor detalle.

La Figura 8 es un diagrama esquemático que ilustra la porción del circuito de línea de la presente invención con mayor detalle. La Figura 9 es un diagrama esquemático que ilustra el circuito de carga con mayor detalle. La Figura 10 es una gráfica que ilustra un ejemplo del ruido presente en la línea de corriente alterna. - La Figura 11 es una gráfica que ilustra la salida de la porción de la etapa del rectificador del circuito de carga como una función del tiempo para diferentes niveles de arco. La Figura 12 es un diagrama esquemático que ilustra la porción de detección de arco de la presente invención con mayor detalle . La Figura 13 es un diagrama esquemático que ilustra la porción del circuito del cronómetro del dispositivo de detección de falla de arco de la presente invención con mayor detalle. La Figura 14 es un diagrama esquemático que ilustra la porción del circuito de inhibición local/remota del -dispositivo de detección de falla de arco de la presente invención con mayor detalle.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los interruptores de circuito por falla de tierra (GFCIs) son dispositivos eléctricos bien conocidos en uso común en la actualidad. Se utilizan para ayudar a proteger contra el choque eléctrico debido a falla de tierra. Un GFCI es básicamente un detector de corriente diferencial que opera para disparar un mecanismo de contacto cuando se detectan 5 mA o más de corriente desbalanceada entre el alambre de fase (caliente o f) y el alambre neutro (N) de una línea de energía eléctrica de corriente alterna. Se asume que la corriente desbalanceada detectada, es la que está fluyendo a través de un ser humano que toca accidentalmente el alambre de fase. La corriente fluye a través del ser humano hasta la tierra, en lugar de regresar a través del transformador diferencial por medio del alambre neutro, creando de esta manera el desbalanceo de corriente descrito anteriormente. Se debe observa que, no solamente la corriente a través de un ser humano, sino también de un aparato con fuga inherente hacia tierra de 5 mA o más, también dispararía el GFCI y desconectaría la corriente a la carga . En la Figura 5 se muestra un diagrama esquemático que ilustra un ejemplo de un dispositivo interruptor de circuito por falla de tierra de la técnica anterior. El GFCI de la técnica anterior típico, generalmente referenciado como 12, comprende dos transformadores de corriente que consisten en los núcleos magnéticos, 48, 50 y las bobinas 52, 54, respectivamente, acopladas al circuito integrado 40, que puede comprender el LM1851 fabricado por National Semiconductor. Se coloca una bobina de relé 30 entre la fase y una entrada a un rectificador de puente de onda completa. La energía de corriente alterna desde los conductores de fase 14 y neutro 16, es de onda completa rectificada por medio de un rectificador de onda completa que comprende los diodos 20, 22, 24, 26. Se coloca un varistor de óxido de metal (MOV) 18 a través de la fase y el neutro para la protección. La salida del puente se acopla a través del capacitor 28 y el rectificador controlado por silicio (SCR) 32. La compuerta del SCR se acopla a tierra por medio del capacitor 38, y con el pico 1 del circuito integrado 40. Se coloca un diodo 70 a través de la bobina 52, que se acopla con los picos 2 y 3 por medio del resistor 62 y los capacitores 64, 60. El pico 3 también se acopla a tierra por medio del capacitor 36. La bobina 54 se acopla a los pernos 4 y 5 del circuito integrado 40 por medio de los capacitores 58, 60. El pico 4 también se acopla a tierra. El pico 6 del circuito integrado 40 se acopla al pico 8 por medio del resistor 44, y el pico 7 se acopla a tierra por medio del capacitor 42. El pico 8 también se acopla al capacitor 34 y al resistor 46. El voltaje sobre el pico 8 sirve como el voltaje de suministro de 26 voltios para el circuito del GFCI . Los conductores eléctricos del lado de línea, de fase 4 y neutro 16, pasan a través de los transformadores hasta los conductores de fase y neutro del lado de carga. Un relé, que consiste en los interruptores 66 , 68 , asociados con los conductores de fase y neutro, respectivamente, funciona para abrir el circuito en el caso de que se detecte una falla de tierra. Los interruptores 66, 68 son parte del relé de doble lanzamiento que incluye la bobina 30. La bobina 30 en el relé, se energiza cuando el circuito del GFCI activa el rectificador controlado por silicio (SCR) 32. En adición, el GFCI 12 comprende un circuito de prueba comprendido del interruptor de botón de presión momentáneo 49 conectado en serie con un resistor 15. Cuando se oprime el interruptor 49, se crea una falla de tierra simulada temporal, es decir, una línea de corriente diferencial temporal, desde fase hasta neutro, con el objeto de probar la operación del GFCI 12. En la Figura 6 se muestra un diagrama de bloques de alto nivel que ilustra el dispositivo interruptor de circuito por falla de arco /falla de tierra (AFCI/GFCI) de la presente invención. Para propósitos ilustrativos solamente, la siguiente descripción está dentro del contexto de una combinación de un dispositivo interruptor de circuito por falla de arco/interruptor de circuito por falla de tierra (AFCI/GFCI) . Un experto en la materia podría adaptar otros tipos de dispositivos de interrupción de circuito, tales como IDCIs ó ALCIs para combinarse con el detector de falla de arco de la presente invención. El dispositivo AFCI/GFCI, generalmente referenciado en 180, y referido posteriormente en la presente como el dispositivo, comprende el circuito de AFCI/GFCI 182, el circuito de línea 188, el circuito de carga 200, el circuito de detección de arco 198, el circuito de inhibición local/remota 184, y el circuito de cronómetro 186. El circuito AFCI/GFCI 182 generalmente comprende un dispositivo GFCI estándar en adición a varios componentes que son compartidos entre las porciones de AFCI y de GFCI del dispositivo. El dispositivo es un dispositivo de cuatro terminales que comprende los conductores de fase y neutro del lado de línea, así como los conductores de fase y neutro del lado de carga. Normalmente, el dispositivo se acopla a un sistema de cableaje eléctrico o red, con las terminales de fase y neutra del lado de línea eléctricamente conectadas a una fuente de energía de corriente alterna. Las terminales de fase y neutra del lado de carga se conectan a los dispositivos eléctricos localizados corriente abajo del dispositivo. Cada uno de los componentes del dispositivo 180 se describe con mayor detalle más adelante en la presente, empezando con el circuito AFCI/GFCI, generalmente referenciado en 182. En la Figura 7 se muestra con mayor detalle un diagrama esquemático, que ilustra la porción del circuito GFCI/AFCI del dispositivo de detección de falla de arco. La porción del circuito de detección de falla de tierra del dispositivo se describirá ahora con mayor detalle. En particular, el circuito AFCI/GFCI 182 comprende dos transformadores de corriente que consisten en los núcleos magnéticos 233, 234 y las bobinas 235, 236, respectivamente, acopladas con el circuito integrado 225, que puede comprender el LM1851 fabricado por National Semiconductor, el RA9031 fabricado por Raytheon. La energía de corriente alterna desde los conductores de fase 14 y neutro 16, se mete a un circuito de suministro de energía 19, que funciona para generar energía para la bobina de relé, 26V, y un voltaje Vcc utilizado para suministrar el circuito interno del dispositivo AFCI/GFCI. La bobina de relé 218 se acopla en serie con el SCR 224.

La compuerta del SCR se acopla con la salida de un circuito disparador de SCR 236. La salida del pico 1 del circuito integrado 225 forma una de las entradas al circuito disparador de SCR 236. Se coloca un diodo 245 a través de la bobina 235, que se acopla con los picos 2 y 3 mediante el resistor 347 y los capacitores 239, 249. El pico 3 también se acopla a tierra mediante el capacitor 251. La bobina 236 se acopla a los picos 4 y 5 del circuito integrado 225 mediante los capacitores 237, 238. El pico 4 también se acopla a tierra. El pico 6 del circuito integrado 225 se acopla al pico 8 por medio del resistor de sensibilidad 241, y el pico 7 se acopla a tierra por medio del capacitor de demora de tiempo 243. El pico 8 también se acopla al capacitor 222 y al resistor 221. El voltaje sobre el pico 8 se conecta al voltaje de suministro de 26 voltios. Los conductores eléctricos del lado de línea, de fase 14 y neutro 16, pasan a través de los transformadores hasta los conductores de fase y neutro del lado de carga. Un relé, que consiste en los interruptores 231, 232, asociados con los conductores de fase y neutro, respectivamente, funciona para_ abrir el circuito en el caso de que se detecte una falla de_ tierra. Los interruptores o contactos 231, 232 son parte de un relé_ de doble lanzamiento que incluye la bobina 218. La bobina 218 del relé se energiza cuando el circuito AFCI/GFCI activa el SCR 224. En adición, el circuito comprende un circuito de prueba comprendido del interruptor de botón de presión momentánea 228, conectado en serie con un resistor 230. Cuando se oprime el interruptor 228, se crea una falla de tierra simulada temporal desde la fase de carga hasta el neutro de línea, con el objeto de probar la operación del dispositivo. En la operación, el dispositivo GFCI funciona para detectar una corriente desbalanceada a través del transformador diferencial 233. Si el desbalanceo de corrientes es mayor de un umbral especificado, el circuito integrado (IC) 225 dispara el SCR 224. El SCR 224, a su vez, activa la bobina 218, desconectando de esta manera la fuente de energía eléctrica de la carga. Cuando el circuito de GFCI detecta la existencia de una falla de tierra, se activa la línea de señal TRIG_GFCI. De esta manera, el circuito protege a los usuarios de los choques eléctricos dañinos o letales . El circuito disparador del SCR 236 tiene dos entradas de disparo, TRIG_GFCI, y TRIG_CRONOMETRO . Normalmente, las dos señales de disparo están en un estado inactivo. Sin embargo, cualquiera de las dos entradas de disparo que se hagan activas, harán que el circuito disparador del SCR active el SCR 224. Se proporciona un segundo transformador diferencial 234-adentro del circuito AFCI/GFCI para detectar una condición de baja impedancia entre el alambre neutro y la tierra del lado de carga. Una conexión de neutro/tierra de baja impedancia permite que se fugue la corriente de falla de tierra de regreso desde la tierra hasta el alambre neutro, pasando a través de los transformadores diferenciales. Esto reduce la sensibilidad del GFCI, y permite potencialmente que se presenten fallas de tierra letales sin que se dispare el GFCI . Si la impedancia de la conexión neutra/de tierra llega a ser demasiado baja, el circuito integrado 225 dispara el SCR 224 por medio de la señal TRIG_GFCI, desconectando de esta manera tanto la fase como el neutro de la carga. Es altamente deseable que un detector de falla de arco pueda señalar la localización precisa de una falla de arco adentro de un circuito ramal. Para realizar esto, una característica clave de la presente invención explota las propiedades de los transformadores GFCI , mediante la combinación de los transformadores GFCI con transformadores adicionales y granulos de ferrita, con el objeto de proporcionar al circuito AFCI dos señales separadas: una señal del lado de línea y una señal del lado de carga. La línea de corriente alterna se divide en dos segmentos, diferentes, separados por la porción GFCI del circuito. La línea de corriente alterna se divide solamente para las señales de alta frecuencia, mientras que no es afectada la transmisión normal de energía de 50 ó 60 Hz. La porción del lado de carga comprende todo un ramal o una porción de un ramal de la línea que suministra energía a las diferentes cargas localizadas corriente abajo de, y protegidas por, el dispositivo. En contraste, la porción del lado de línea comprende todas las partes del ramal que conducen desde la fuente, es decir, interruptores de circuito, transformadores, de la calle, etcétera, hasta el dispositivo. Ambas porciones de detección de arco de línea o de carga están separadas por los transformadores GFCI 233, 234, y dos transformadores de ferrita o granulos 213, 214 que funcionan para mejorar la impedancia de la línea de corriente alterna a las señales de alta frecuencia.

Ambos segmentos de línea y de carga tienen circuitos de detección asociados, también conocidos como el recogimiento de lado de línea y el recogimiento del lado de carga, respectivamente. El recogimiento del lado de línea comprende el transformador 211 y la bobina 212, mientras que el recogimiento del lado de carga comprende el transformador 217 y la bobina 229. La señal de arco también puede ser detectada utilizando un acoplamiento capacitivo por medio de capacitores tanto sobre el recogimiento del lado de línea como el recogimiento del lado de carga (no mostrado) . La técnica de utilizar el acoplamiento capacitivo sobre la línea de corriente alterna, es una técnica bien conocida en este campo. Si se presenta un arco sobre el lado de carga del AFCI/GFCI, la señal generada en el recogimiento del lado de carga será mayor que la señal generada en el recogimiento del lado de línea, debido a la atenuación de las altas frecuencias ocasionadas por la impedancia de la separación. Por otra parte, el arco que se presente sobre el lado de línea generará una señal más grande en el recogimiento del lado de línea que en el recogimiento del lado de carga. Los dos transformadores de recogimiento 211, 217 se construyen utilizando técnicas de diseño de ferrita toroidal bien conocidas . El material de ferrita, y la proporción de vueltas, de preferencia se eligen para lograr una resonancia natural de 1.5 MHz. Los granulos de ferrita 213, 214 de preferencia se acoplan con los transformadores de ferrita, para alcanzar la máxima impedancia de línea agregada entre los recogimientos de línea y de carga 211, 217 a estas altas frecuencias . Los resistores 223, 210, en combinación con los capacitores 220, 261, respectivamente, forman redes amortiguadoras de resonancia para el recogimiento de frecuencia de banda amplia. Esto hace posible que el dispositivo^ reaccione a un rango más amplio de fuentes de arco, en lugar de limitar el dispositivo a la detección de fuentes de arco con espectros de frecuencia limitados. Sin embargo, es benéfica alguna resonancia residual en la identificación de arcos que surjan desde cargas de arco específicas, y puede ser útil en la discriminación del arco real a partir de fuentes de ruido que no sean importantes . Sobre la porción de recogimiento del lado de línea, la señal generada por el transformador 211 tiene circuitos de procesamiento separados asociados con la misma. En adición, el capacitor 216 realiza una función de desacoplamiento de corriente directa, mientras que los diodos 219, 215 impiden que entren señales de bajo nivel menores de 0.6 V de pico a pico, al circuito de procesamiento. La señal producida por la porción de recogimiento del lado de línea está rotulada como DETECTAR_LINEA en la Figura 7. Los diodos también ayudan a eliminar el ruido que siempre está presente sobre la línea de corriente alterna, como se muestra en la Figura 8. De una manera similar, sobre la porción de recogimiento del lado de carga, la señal generada por el transformador 21 tiene circuitos de procesamiento separados asociados con la misma. En adición, el capacitor 226 realiza una función de desacoplamiento de corriente directa, mientras que los diodos 259, 227 impiden que entren las señales de bajo nivel menores de 0.6 V de pico a pico al circuito de procesamiento. La señal producida por la porción de recogimiento del lado de carga está rotulada como DETECTAR_CARGA en la Figura 7. Los circuitos GFCI convencionales están en un uso ampliamente extendido en la actualidad, y se han expedido numerosas patentes que describen diferentes métodos de operación del GFCI . Las descripciones detalladas de los circuitos GFCI típicos se pueden encontrar, por ejemplo, en la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,202,662, expedida a Bienwald y colaboradores. Se cree que una característica novedosa de la presente invención es la incorporación del circuito necesario para detectar las fallas de arco en un dispositivo GFCI . El resto de este documento describe el circuito de detección de arco (AFCI) con mayor detalle. Observe que ambos circuitos AFCI y GFCI operan para interrumpir la energía de corriente alterna, abriendo dos conjuntos de contacto 231, 232 mediante el accionamiento de una bobina de relé 218. La bobina de relé es accionada mediante el disparo del SCR 224 por medio del circuito disparador, de SCR 236. Aunque los circuitos AFCI ó GFCI pueden disparar el SCR 224, sus señales de disparo están aisladas una de la otra. El circuito disparador de SCR funciona para proporcionar una operación lógica tipo OR (ó) , para disparar el SCR 224 utilizando técnicas de disparo de tiristor bien conocidas, cuando se activa cualquiera de sus dos señales de disparo de entrada TRIG_GFCI y TRIG_CRONOMETRO . Haciendo referencia a la Figura 6, como se describió anteriormente, las salidas de los circuitos de recogimiento de lado de línea y de lado de carga (Figura 7) se meten a dos circuitos de procesamientos separados. La señal de DETECTAR_LINEA se mete al circuito de línea 188, que comprende un amplificador de control de ganancia automático (AGC) 190, el filtro 192, el rectificador de onda completa 194, y el detector de pico 196. La señal de DETECTAR_CARGA se mete al circuito de carga 200, el cual comprende el amplificador de control de ganancia automático 202, el filtro 204, el rectificador de onda completa 206 y el detector de pico 208. La división de las señales de recogimiento en las señales del lado de línea y del lado de carga, permite que el dispositivo diferencie entre la formación de arco que se presenta sobre el lado de línea, y la formación de arco que se presenta sobre el lado de carga del dispositivo. En la Figura 8 se muestra con mayor detalle un diagrama esquemático que ilustra la porción del circuito de línea de la presente invención. Las primeras cuatro etapas, es 'decir, el amplificador de control de ganancia automático, el filtro, el rectificador, y el detector de picos, con la demora de tiempo integrada, del procesamiento para la señal de DETECTAR_LINEA, están duplicados en la línea de procesamiento de señales para la señal de DETECTAR_CARGA, con solamente diferencias menores.

En la línea de procesamiento de línea, la señal de DETECTAR_LINEA, que es una señal que tiene una amplitud que excede a 0.6 V de pico a pico, se alimenta a un amplificador de control de ganancia automático 190. El amplificador de control" de ganancia automático comprende un divisor resistivo 240, 256, 258 que determina el máximo rango dinámico del amplificador. El control de retroalimentación se proporciona a _través del transistor FET 244, que actúa como una resistencia variable en paralelo con el resistor 256. Una red divisora de resistor adicional 246, 248, proporciona un nivel de voltaje para la compuerta del FET 244. Un aspecto único de este circuito, es que la señal de retroalimentación metida al FET 244 en el circuito de línea, es proporcional al nivel de señal desarrollado en el lado de carga, ya que la señal de retroalimentación LINEA_AGC se mete a la parte superior del divisor del resistor 246, 248. De una manera similar, la señal de retroalimentación CARGA_AGC retroalimentada al amplificador de AGC en la línea de procesamiento de carga (descrita más adelante en la presente en relación con la Figura 9) es proporcional al nivel de señal desarrollado sobre el lado de línea. Esta configuración proporciona una diferenciación extra entre las señales procesadas en el lado de línea y en el lado de carga. La generación de los dos ciclos de retroalimentación se describirá con mayor detalle más adelante.. La etapa del amplificador de AGC 190 comprende un circuito de amplificador operativo (op amp) 250, que tiene una ganancia fija proporcionada por los resistores de precisión 242, 254. El resistor 254 comprende un resistor variable, con el objeto de poder acoplar la ganancia base de la etapa del amplificador de AGC, tanto el circuito de línea como de carga.

La entrada positiva del amplificador operativo 250 se enlaza al potencial de tierra mediante el resistor 252. La entrada negativa al amplificador 250 se conecta a la unión del resistor 240 y el FET 244 controlado por la retroalimentación mediante el resistor 242. Para ilustrar el efecto de la retroalimentación, asuma que los resistores 240, 256, 258 son todos iguales. Sin retroalimentación, el FET 244 es un circuito abierto, y el 67 por ciento de la señal de DETECTAR_LINEA entra al amplificador de -AGC. Con la retroalimentación completa, el transistor FET 244, se satura, y solamente el 50 por ciento de la señal de DETECTAR_LINEA entra al amplificador. Por consiguiente, mediante la alteración de los valores de los resistores 240, 256, 258 y los resistores 246, 248, se puede variar el peso y la responsividad de la retroalimentación. La salida del amplificador de AGC se mete a una red selectiva de frecuencia 192. Para ayudar a ilustrar el principio de operación de la presente invención, el filtro mostrado en la Figura 8 es un filtro activo de paso alto Butterworth de 2° orden bien conocido. Sin embargo, en la práctica, este filtro se puede construir utilizando una red de 4 a 8 polos, con el objeto de obtener una respuesta de corte agudo en frecuencias menores de 500 KHz. Esto se necesita con el objeto de permitir la comunicación de datos sobre la línea de energía de corriente alterna, sin interferir con la detección de arcos . Observe que el contenido de frecuencia de las comunicaciones de la línea de energía puede extenderse tan alto como 400 KHz, por ejemplo, la señalización del espectro de extensión CEBus en los Estados Unidos. La ganancia del filtro se establece como la unidad, para permitir la máxima utilización de las características de alta frecuencia del amplificador operativo. Una ventaja de utilizar filtros activos construidos de amplificadores operativos, es su pequeño tamaño y sus características de baja impedancia de salida. Sin embargo, de una manera alternativa, también se pueden utilizar filtros LC, en donde el espacio no sea un factor crítico. El filtro de paso alto 192 se construye alrededor de un solo circuito de amplificador operativo 288. Los capacitores 260, 262, y los resistores 264, 266, 267, realizan la función de filtración de paso alto. Utilizando estos capacitores y resistores en conjunto con un amplificador operativo 268, se proporciona un desplazamiento mucho más inclinado en el ganancia de frecuencia de bajo de 500 KHz de lo que se lograría con los componentes pasivos solos. Las características internas del amplificador operativo mismo, proporcionan el límite superior a las altas frecuencias pasadas por el filtro. Las características de los filtros en los circuitos de línea y de carga de preferencia se hacen concordar estrechamente . La salida de la sección del filtro 192 se mete a lo que se conoce como un circuito de "rectificador perfecto" 194.. El rectificador 194 puede realizar la rectificación a voltajes de entrada en el rango de milivoltios. La rectificación se requiere para proporcionar voltajes de corriente directa para la retroalimentación a los amplificadores de AGC, y para los comparadores en el circuito de detección de arco. La capacidad para rectificar las señales de bajo nivel se puede aprovechar, ya que se elimina mucho del ruido en la entrada a los amplificadores de AGC por medio de los diodos 219, 215, 259, 227 (Figura 7) . El rectificador 194 se construye alrededor de un solo amplificador operativo 272. La entrada positiva del amplificador operativo 272 se enlaza a tierra. El circuito proporciona un nivel de ganancia variable, dependiendo de si la señal de entrada es positiva o negativa. Para señales de entrada positivas la ganancia es cero. Para señales negativas, la ganancia se determina por la proporción de los resistores 276 a 270. Si la entrada de señal a la entrada negativa, es negativa en relación con la tierra, la salida del amplificador operativo es positiva, y la corriente de retroalimentación fluye a través del diodo 278 y el resistor 276. Si la señal de entrada es positiva, comparándose con la tierra, la salida del amplificador operativo es negativa, la cual lleva a la entrada negativa del amplificador operativo bajando a través del diodo 274, hasta que sea igual a la entrada positiva. Por consiguiente, el amplificador tiene una ganancia de cero. * 35 La salida de señal desde el rectificador 194 está en l forma de un voltaje de corriente directa en impulsos. Est señal de salida se alimenta a un detector de picos 196, qu tiene cierta demora de tiempo. El detector de picos 19 comprende un resistor 288 que funciona para convertir e circuito a una fuente de corriente constante. Debido a l salida de corriente constante derivada del amplificado operativo 282, se obtiene una curva de carga lineal a travé del capacitor 292. La velocidad de carga es proporcional a l cantidad de señales positivas en la entrada al detector d picos 196. El capacitor 292 está descargando continuamente través del resistor 290. En adición, el circuito detector d picos 196 funciona como un integrador, y un circuito de demor de tiempo que ayuda a impedir que el circuito reaccione a la espigas de arco de corta vida creadas cuando se lanza u interruptor, o se enchufa un aparato. El amplificador d corriente constante se construye alrededor de un amplificado operativo sencillo 282, utilizando los resistores 284, 28TD, 288, y el diodo 286. El arco detectado por el circuito de línea y de carga s categoriza en tres tipos: arco alto, bajo, y muy bajo. En l presencia de un arco alto, la salida del detector de picos 19 comprenderá una cantidad sustancial de impulsos. Los impulso cargan el capacitor 292 rápidamente, haciendo que el voltaje través del él alcance el voltaje zener del transistor 291 d una manera relativamente rápida. La salida del zener 291 rotulada como LINEA_SALIDA forma la entrada al circuito d detección de arco descrito con mayor detalle más adelante en l presente . Cuando el arco detectado es bajo, el detector de picos 196 genera impulsos que están más dispersos. Esto hace que el voltaje a través del capacitor 292 se eleve más lentamente, demorando de esta manera la interrupción del zener 291. Cuando el arco detectado es muy bajo, la velocidad de descarga del capacitor 292 por medio del resistor 290 es mayo que, o igual a, la velocidad de carga del capacitor. Por consiguiente, el voltaje a través del capacitor 292 nunca alcanza un nivel suficientemente alto para ocasionar la interrupción del zener 291. En la Figura 11 se muestra una gráfica que ilustra la salida de la porción de la etapa del rectificador del circuito de línea y de carga como una función del tiempo para diferentes niveles de arco. La relación entre el arco alto, bajo, y muy bajo, se muestra en relación con el voltaje zener Vz del zener 291. El voltaje de salida del circuito integrador 196, designado como CARGA_AGC también se retroalimenta al amplificador de AGC en el circuito de carga. De una manera similar, la salida LINEA_AGC del circuito integrador en el circuito de carga 200 (Figura 9) se retroalimenta al amplificador de AGC 190 en el circuito de línea 188. Como s describió anteriormente, el cruce de las señales d retroalimentación, entre los circuitos de línea y de carga, mejora la diferencia en las señales generadas en cada circuito, lo cual ayuda a lograr una mejor segregación entre las señale de línea y de carga . En la Figura 9 se muestra un diagrama esquemático qu ilustra la porción del circuito de carga de la present invención con mayor detalle. En la línea de procesamiento d carga, la señal DETECTAR_CARGA, que es una señal que tiene un amplitud que excede a 0.6 V de pico a pico, se alimenta a u amplificador de AGC 202. El amplificador de AGC comprende u divisor de resistor 303, 310, 306, que determina el máxim rango dinámico del amplificador. El control d retroalimentación se proporciona a través del transistor FE 304, que actúa como una resistencia variable en paralelo con el resistor 310. Una red divisora de resistor adicional 300, 302, proporciona un nivel de voltaje para la compuerta del FET 304. Un aspecto único de este circuito es que la señal d retroalimentación metida al FET 304 en el circuito de carga, es proporcional al nivel de señal desarrollado en el lado d línea, ya que la señal de retroalimentación CARGA_AGC se met a la parte superior del divisor de resistor 300, 302. La etapa del amplificador de AGC 202 comprende u circuito de amplificador operativo 312, que tiene una gananci fija proporcionada por los resistores de precisión 308, 316. La entrada positiva del amplificador operativo 312 se enlaza al potencial de tierra mediante el resistor 314. La entrada negativa al amplificador 312 se conecta a la unión del resistor 303 y al FET 304 controlado por la retroalimentación por medio del resistor 308. Si los resistores 240, 256, 258 son todos iguales, entonces, sin retroalimentación, el FET 312 es un circuito abierto, y el 67 por ciento de la señal de DETECTAR_CARGA entra al amplificador de AGC. Con una retroalimentación completa, el transistor FET 312 se satura, y solamente el 50 por ciento de la señal DETECTAR_CARGA entra al amplificador. Por consiguiente, mediante la alteración de los valores de los resistores 303, 310, 306 y los resistores 300, 302, se pueden variar el peso y la responsividad de la retroalimentación. La salida del amplificador AGC se mete a una red selectiva de frecuencia 204. Para ayudar a ilustra el principio de operación de la presente invención, el filtro mostrado en la Figura 9 es un filtro activo de paso alto Butterworth de 2 ° orden bien conocido. Sin embargó, en la práctica, este filtro se puede construir utilizando una red de 4 a 8 polos, con el objeto de obtener una respuesta de corte agudo en frecuencias menores de 500 KHz. La ganancia del filtro se establece en la unidad, para permitir una máxima utilización de las características de alta frecuencia del amplificador operativo. De una manera alternativa, se pued utilizar un filtro LC, en donde el espacio no sea un facto crítico. El filtro de paso alto 204 se construye alrededor de u solo circuito de amplificador operativo 326. Los capacitores 318, 320 y los resistores 322, 324, 325, realizan la función d filtración en paso alto. Utilizando estos capacitores resistores, en conjunto con un amplificador operativo 326, se proporciona un desplazamiento mucho más inclinado en l ganancia de frecuencia debajo de 500 KHz, de lo que se lograrí con los componentes pasivos solos. Las características internas del amplificador operativo mismo proporcionan el límite superior a las altas frecuencias pasadas por el filtro. Las características del filtro en los circuitos de línea y de carga de preferencia se hacen concordar estrechamente. La salida del circuito de filtro -204 se mete al circuito rectificador 206. El rectificador 206 puede realizar la rectificación a voltajes de entrada en el rango de milivoltios, y se construye alrededor de un solo amplificador operativo 33J0. La entrada positiva del amplificador operativo 330 se enlaza a tierra. El circuito proporciona un nivel de ganancia variable, dependiendo de si la señal de entrada es positiva o negativa. Para las señales de entrada positivas, la ganancia es cero. Para las señales negativas, la ganancia es determinada por l proporción de los resistores 332 a 328. Si la entrada de señal -*^ 40 a la entrada negativa es negativa en relación con la tierra, la salida del amplificador operativo 330 es positiva, y la corriente de retroalimentación fluye a través del diodo 336 y el resistor 332. Si la señal de entrada es positiva comparándose con la tierra, la salida del amplificador operativo 330 es negativa, lo cual jala la entrada negativa del amplificador operativo bajando a través del diodo 334, hasta que sea igual a la entrada positiva. Por consiguiente, el amplificador tiene una ganancia de cero. La salida de señal desde el rectificador 206 está en la forma de un voltaje de corriente directa en impulsos. Esta señal de salida se alimenta al detector de picos 208, que tiene cierta demora de tiempo. El detector de picos 208 comprende un resistor 346, que funciona para convertir el circuito a una fuente de corriente constante. Debido a la salida de corriente constante derivada del amplificador operativo 340, se obtiene una curva de carga lineal a través del capacitor 343. La velocidad de carga es proporcional a la cantidad de señales positivas en la entrada al detector de picos 208. El capacitor 343 se está descargando continuamente a través del resistor 345. En adición, el circuito detector de. picos 208 funciona como un integrador y un circuito de demora de tiempo. Esto ayuda a impedir que el circuito reaccione a las espigas de arco de corta vida creadas cuando se lanza un interruptor o se enchufa un aparato. El amplificador de corriente constante se construye alrededor de un solo amplificador operativo 340, utilizando los resistores 342, 338, 346, y el diodo 344. En la presencia de un arco alto, la salida del detector de picos 208 comprenderá una cantidad de impulsos sustancial. El capacitor de carga de impulsos 343 hace rápidamente que el voltaje a través de él alcance el voltaje zener del transistor 341 de una manera relativamente rápida. La salida del zener 341 rotulada como CARGA_SALIDA, forma la entrada al circuito de detección de arco descrito con mayor detalle más adelante en JLa presente. Cuando el arco detectado es bajo, el detector de picos 208 genera impulsos que están más dispersos. Esto hace que el voltaje a través del capacitor 343 se eleve más lentamente, demorando de esta manera la interrupción del zener 341. Cuando el arco detectado es muy bajo, la velocidad de descarga del capacitor 343 por medio del resistor 345 es mayor que, o igual a, la velocidad de carga del capacitor. Por consiguiente, el voltaje a través del capacitor 343 nunca alcanza un nivel suficientemente alto para ocasionar la interrupción del zener 345. El circuito integrador 208 produce un voltaje de retroalimentación LINEA_AGC, que se retroalimenta al amplificador de AGC en el circuito de carga. Como se describió anteriormente, el cruce de las señales de retroalimentación entre los circuitos de línea y de carga, mejora la diferencia en las señales generadas en cada circuito, lo cual ayuda lograr una mejor segregación entre las señales de línea y d carga . La porción del circuito de detección de arco de l presente invención se describirá ahora con mayor detalle. E la Figura 12 se muestra con mayor detalle un diagram esquemático que ilustra la porción de detección de arco de l presente invención. Una vez que las señales de salid LINEA_SALIDA, CARGA_SALIDA desde los circuitos de línea y d carga, respectivamente, exceden sus voltajes de interrupció del diodo zener relativos, se alimentan simultáneamente a lo comparadores 360, 370. Los dos circuitos comparadores son d una construcción similar. Los resistores 350, 352 proporciona resistencia de entrada al comparador 360. El resistor 35 proporciona una retroalimentación, y los resistores 354, 35 proporcionan una histéresis ajustable para el comparador 360 La salida del comparador 360 se rectifica mediante el diod 362, que forma la señal de salida TRIG_LINEA, que se mete a circuito de cronómetro, descrito con mayor detalle má adelante. De una manera similar al circuito que comprende e comparador 360, los resistores 364, 366 proporciona resistencia de entrada al comparador 370. El resistor 36 proporciona retroalimentación, y los resistores 365, 36 proporcionan una histéresis ajustable para el comparador 370 La salida del comparador 370 se rectifica mediante el diod 367, que forma la señal de salida TRIG_CARGA, que se mete a circuito del cronómetro y al circuito de inhibició local/remota. Observe que las señales de LINEA_SALIDA y CARGA_SALID se meten a ambos comparadores 360, 370. La señal d LINEA_SALIDA se mete a la entrada positiva del comparador 360, y a la entrada negativa del comparador 370. La señal d CARGA_SALIDA se mete a la entrada positiva del comparador 370, y a la entrada negativa del comparador 360. Si la señal de LINEA_SALIDA desde el circuito de líne es más alta que la señal de CARGA_SALIDA desde el circuito d carga, entonces la salida del comparador 360 se va a alta Esto asume que la señal de LINEA_SALIDA es mayor que el voltaj de interrupción del zener 291 (Figura 8) . Si la señal d CARGA_SALIDA es más alta que la señal de LINEA_SALIDA, l salida del comparador 370 es alta. Esto asume que la salida d CARGA_SALIDA es mayor que el voltaje de interrupción del zene 341 (Figura 9) . Observe que los comparadores son previament forzados (no mostrado) , asegurándose de que la salidas de lo comparadores sean bajas en todos los demás tiempos. E adición, se observa que el comparador 360 funciona par disparar un dispositivo de advertencia audible o visua mientras que el comparador 370 funciona para disparar el SCR desconectar la energía de la línea de corriente alterna.

Un problema asociado con los AFCIs de la técnica anterior, es que disparan de una manera molesta cuando se utilizan equipos o aparatos que produzcan señales de tipo de arco pesadas, por ejemplo, soldadoras de arco. La presente invención comprende un circuito de cronómetro 186 (Figura 6) que funciona para deshabilitar temporalmente la detección de fallas de arco durante un período de tiempo tal como de minutos o inclusive horas. La detección de cualquier arco durante el tiempo en que se deshabilita la salida del detector, hace que se extienda el período de deshabilitación por un tiempo igual al tiempo total en que se detecte el arco. Por consiguiente, si se deshabilita la detección del arco durante 1 hora y 10 minutos, y se detecta un arco durante ese tiempo, el detector llega a habilitarse 1 hora y 10 minutos después. De esta manera, la detección de arco puede permanecer deshabilitada durante períodos de tiempo más largo, permitiendo de esta manera el uso ininterrumpido por el usuario del equipo o aparato. En la Figura 13 se muestra con mayor detalle un diagrama esquemático que ilustra la porción del circuito de cronómetro del dispositivo de detección de falla de arco de la presente invención. La función del circuito de cronómetro 186 es generar una señal de INHIBIR activa baja, que entra con las señales de TRIG_CARGA y TRIG_LINEA producidas por el circuito de detección de arco. La señal de INHIBIR es generada por úñ -^ 45 cronómetro 506, y es normalmente alta. La señal de INHIBI entra con la señal de TRIG_CARGA por medio de la compuerta AN (y) 516, para generar la señal de TRIG_CRONOMETRO. Luego s mete la señal de TRIG_CRONOMETRO al circuito disparador de SC 236 (Figura 7) . Ya que la salida del cronómetro est normalmente alta, la señal TRIG_CARGA normalmente se habilita, de tal manera que se pueda disparar el relé. La aplicación d un impulso alto activo a la entrada de RESTABLECER del cronómetro, arranca el trabajo del cronómetro. Cuando se aplica un impulso, a la entrada de restablecimiento, se baja l señal de INHIBIR, hasta que la cuenta del cronómetro alcanza u número especificado de ciclos del reloj . Durante el tiempo e que está baja la señal de INHIBIR, se deshabilita la señal de TRIG_CRONOMETRO . Después de que termina la deshabilitación del cronómetro, la señal de INHIBIR regresa a su estado alto activo. La señal de INHIBIR entra con la señal de TRIG_LINE por medio de la compuerta AND (y) 115, para generar una alarma audible o visual 517. El conductor de fase de 50 ó 60 Hz de la línea de corriente alterna, sirve como la fuente de reloj para el cronómetro 506. El cronómetro comprende un elemento de detección cero, bien conocido en la técnica, para detectar cer cruces . de la onda de corriente alterna que forma la señal de reloj de entrada del cronómetro. Adentro del cronómetro, l onda senoidal de alto voltaje de 50 ó 60 Hz se convierte a un onda cuadrada de bajo voltaje de la misma frecuencia. E cronómetro también comprende un elemento contador, tal como un pluralidad de contadores Johnson. La onda cuadrad internamente generada se utiliza como la entrada de reloj par los contadores . Mediante una selección adecuada del element contador, se puede generar arbitrariamente cualquier período d tiempo mediante el cronómetro. Por ejemplo, con energía d corriente alterna de 60 Hz, y un contador que divide entr 216,000, la salida del cronómetro regresa a un estado alto un hora después de restablecerse. Una compuerta (no mostrada) separa el generador de relo de los contadores adentro del cronómetro. Esta compuerta e controlada por una entrada etiquetada como DESHABILITAR RELOJ que se traba internamente. Cuando la entrada de DESHABILITA RELOJ es alta, se impide que el reloj active los contadores Por consiguiente, se pone el cronómetro "pausa", hasta que s remueve la entrada de DESHABILITAR RELOJ. Cuando se regresa l entrada de DESHABILITAR RELOJ a activa baja, el cronómetr reasume la cuente desde el punto en que hizo pausa. El cronómetro también comprende una entrada d RESTABLECER. Un impulso activo alto en la entrada d RESTABLECER, fuerza la salida del cronómetro, es decir, l señal de INHIBIR, a baja, y establece todos los registros de contador a cero. El cronómetro de preferencia es tip restablecible, es decir, se puede hacer que empiece a conta desde cero en cualquier momento, inclusive durante la cuenta. Un activo alto continuo en la entrada de RESTABLECER, mantendr el contador en cero, y por consiguiente, mantendrá la señal d INHIBIR permanentemente baja. Cuando la señal de INHIBIR está alta, la entrada d DESHABILITAR RELOJ del cronómetro se lleva a alta por medio d la salida de la compuerta OR (ó) 502. Esto impide que _e cronómetro cuente adicionalmente, y traba el cronómetro en u estado de salida alta. Como se describió anteriormente, la detección de un falla de arco extenderá el período de deshabilitación. Asumiendo que la señal de INHIBIR está baja, es decir, el cronómetro está contando, una señal de TRIG_CARGA producirá un señal alta en la entrada de DESHABILITAR RELOJ del cronómetr a través de la compuerta OR (ó) 502. Por consiguiente, e cronómetro hace una pausa durante el período de tiempo en qu la señal de TRIG_CARGA está alta. Esto significa que _ rehabilitación de la señal TRIG_CRONOMETRO se demora por l cantidad de tiempo en que la señal de TRIG_CARGA está alta. Si el cronómetro no está contando, es decir, la señal INHIBIR est alta, entonces la señal de TRIG_CARGA no tiene efecto algun sobre el cronómetro . Este método de demorar el cronómetro, se utiliza par asegurar que siempre se rehabilite la señal TRIG_CRONOMETRO, inclusive cuando el arco empiece mientras que el cronómetr está contando. Inclusive cuando el arco sea intermitente y se inicie mientras que el cronómetro está contando todavía se incrementará durante los huecos entre arcos, y se habilitará la detección de arco en algún momento después de que se inicie el arco. Por consiguiente, el circuito del cronómetro reduce de una manera significativa el disparo debido a un arco normal generado por el equipo y los aparatos, mientras que se asegura que el GFCI/AFCI eventualmente dispare en la presencia de arcos . Mientras que el cronómetro está contando, la señal de INHIBIR está baja, deshabilitando de esta manera la señal de TRIG_CRONOMETRO . Y la alarma audible/visual 517. Se conecta un diodo emisor de luz (LED) 512 a la salida del cronómetro 506, El diodo emisor de luz también se conecta al suministro de energía Vcc por medio de un resistor limitante de corriente 510. Cuando la señal INHIBIR es baja, el diodo emisor de luz se enciende, indicando que se ha deshabilitado temporalmente la detección de arco. Cuando la señal de INHIBIR es alta, se extingue el diodo emisor de luz, indicando que se habilita la detección de arco. Tres señales se combinan para formar la señal de RESTABLECIMIENTO: INH_A, INH_B e INH_C . Estas tres señales entran juntas a través de la compuerta OR (ó) 508, para generar la entrada de la señal de RESTABLECIMIENTO hacia la entrada de RESTABLECIMIENTO del cronómetro 506. Por consiguiente, si INH_A, INH_B, ó INH_C va a alta, se restablecerá el cronómetro. • las tres señales metidas a la compuerta OR (ó) 508 se describirán ahora con mayor detalle. El cronómetro puede ser restablecido por un usuario, oprimiendo el interruptor de botón de presión momentáneo 498. La señal INH_A, que se baja normalmente _a través del resistor 500 enlazado a tierra, se hace activa alta momentáneamente. Una alternativa es agrupar el interruptor 498 con el mecanismo de interruptor que proporciona el impulso de prueba para el circuito GFCI . Luego se deshabilita la detección de arco durante un período de tiempo previamente determinado, cuando se prueba el GFCI . En otras palabras, la prueba del GFCI antes de un aparto como una aspiradora, se utiliza en la casa, para asegurarse que el dispositivo no se disparará cuando se utilice la aspiradora. La detección de arco se habilita automáticamente un período del cronómetro después de que se desconecte el uso del aparato generador de arco. Como se describió anteriormente, la salida del cronómetro está normalmente alta, permitiendo la detección de arco. Una alternativa es que la señal de INHIBIR vaya a alta inmediatamente cuando se aplique primeramente la energía al dispositivo AFCI . Una alternativa es que el cronómetro se restablezca cuando se aplique la energía. Una tercera alternativa preferida, es que la señal de INHIBIR se baje durante unos cuantos ciclos de corriente alterna, por ejemplo, 1 segundo, y luego se permita que se haga activa alta. Esto produce una mayor inmunidad al ruido, ya que el circuito AFCI ignorará las transitorias asociadas con la energía aplicada. Más aun, no se inhibe el AFCI durante un período de tiempo largo innecesariamente. En las situaciones en donde se utiliza maquinaria generadora de arco a través de todo el día, tales como en una fábrica con maquinaria de soldadura de arco, la detección de fallas de arco solamente es práctica en la noche. Por consiguiente, el AFCI se deshabilitaría durante el día y se habilitaría en la noche. Se proporciona una fotocelda de seleniuro de cadmio o sulfuro de cadmio fotoeléctrica 522 para inhibir las fallas de arco para que no disparen el dispositivo. La fotocelda 522 se conecta a Vcc por medio del resistor 520. Durante las horas de luz diurna, la resistencia de la fotocelda cae hasta un valor muy bajo, creando un bajo en la entrada al inversor 518. La salida del inversor INH_C se hace alta, ocasionando la entrada de RESTABLECER del cronómetro para que se vaya a alta. Esto deshabilita la señal TRIG_CARGA, para que no dispare el dispositivo. Inversamente, en la noche o en ausencia del luz, la resistencia de la fotocelda 522 se eleva hasta un valor alto, haciendo que la entrada al inversor 518 se vaya a alta. La salida del inversor se hace baja, removiendo la señal INH_C, habilitando el cronómetro y permitiendo que se dispare el detector de alto. Observe que, en ausencia de luz, la resistencia de una fotocelda de seleniuro de cadmio puede elevarse hasta 100 MO ó más. También se mete una tercera fuente, INH_B, para la entrada de RESTABLECER, a la compuerta OR (ó) 514. Esta señal INH_B es generada por el circuito de inhibición local/remota, que se describirá ahora con mayor detalle . En la Figura 14 se muestra con mayor detalle un diagrama esquemático que ilustra la porción del circuito de inhibición local/remota del dispositivo de detección de falla de arco de la presente invención. El circuito de inhibición local/remota 184 comprende el circuito que también inhibe la señal TRIG_CARG para que no se dispare el dispositivo. El circuito de inhibición local/remota 184 se puede construir como una parte integral del dispositivo AFCI/GFCI, o se puede construir en su propio alojamiento externo, y se puede conectar a la modalidad principal mediante una pluralidad de alambres. El circuito de inhibición local/remota funciona para activar y desactivar el dispositivo por medio del botón de presión momentánea, para activar y desactivar el AFCI por medio de un receptor infrarrojo, para activar y desactivar el AFCI mediante una señal desde cualquier elemento de comunicación adecuado, -y enviar una señal por medio de cualquier elemento de comunicación adecuado, indicando la presentación de una falla de arco, hasta un receptor remotamente localizado. La recepción infrarroja (IR) se logra a través del detector infrarrojo 470, que puede comprender un diod infrarrojo que funcione .para recoger la señal de impulso desd un transmisor infrarrojo 454. El transmisor puede comprende un transmisor fijo, o, en la alternativa, cualquier control remoto de televisión o de estéreo que emita impulsos infrarrojos modulados por una frecuencia en la escala de 30 45 KHz. Un diodo receptor en el detector infrarrojo 470 cambi su impedancia al recibir la energía de impulso infrarroja. El capacitor 472 pasa estos impulsos a través del mismo hasta el resistor 474, mientras que bloquea la corriente directa. _ Est limita la sensibilidad del dispositivo a cualquier nivel de luz constante o lentamente cambiante, por ejemplo, la luz del día. La corriente directa en impulsos a través del recipiente 474, carga el capacitor 478 a través del diodo 476. El nivel d corriente directa resultante se mete a un optoacoplador 482. La corriente que fluye hasta la entrada del optoacoplador hace que su salida se vaya a alta. La salida del optoacoplador se mete a una compuerta OR (ó) 490. Una salida alta del optoacoplador hace que la salida de la compuerta OR (ó) se vay a alta. La salida de la compuerta OR (ó) 490 se mete a u circuito de palanqueo 492. El circuito de palanqueo 492 oper en uno de dos modos alternativos seleccionados por el usuario. En el primer modo, el circuito de palanqueo 492 funciona par pasar su salida desde baja hasta alta, y desde alta hasta baja, sobre cada transición de baja a alta de su entrada. En e segundo modo, el circuito de palanqueo 492 funciona par producir un impulso activo alto sobre cada transición de baj a alta de su entrada. La salida del circuito de palanqueo 492 forma la seña INH_B, que se mete a la compuerta OR (ó) 508 (Figura 13 ) . E el primer modo del interruptor de palanqueo, la señal INH_B s mantiene alta, hasta que se presenta otra entrada al circuit del palanqueo. El detector de arco se deshabilita, hasta qu el circuito de inhibición local/remota libera la señal INH_B . En el segundo modo del interruptor de palanqueo, el impuls INH_B restablece el cronómetro, pero se habilit automáticamente en AFCX después del período de tiempo previamente determinado . El estado de la salida del circuito de inhibició local/remota se indica mediante el diodo emisor de luz 496, el cual se conecta a INH_B por medio del resistor 494. En el primer modo del interruptor de palanqueo, el diodo emisor de luz encendido indica que se está deshabilitando el AFCI por medio de un elemento remoto. En el segundo modo del interruptor de palanqueo, un destello del diodo emisor de luz 496 indica que se ha enviado un impulso de restablecimiento al cronómetro 506 (Figura 13) . En adición, el circuito 184 también comprende u circuito para hacer posible que un usuario restablezca el cronómetro o deshabilite permanentemente el dispositiv • AFCI/GFCI desde un lugar remoto. Un extremo del interrupto del botón de presión momentánea 484 se conecta a tierra, y e otro extremo se conecta a un circuito de des-rebote 488. L entrada al circuito de des-rebote 488 se lleva a alta mediante el resistor 486 ligado a V,ce - La salida del circuito de desrebote se mete a la compuerta OR (ó) 490. El circuito de desrebote funciona para producir una baja mientras que est abierto el interruptor 484. Cuando se cierra el interruptor, la salida del circuito de des-rebote 488 se va a alta, haciend que la salida de la compuerta OR (ó) 490 se vaya a alta, palanqueando la señal INH_B . El circuito de inhibición local/remota 184 tambié comprende la capacidad para recibir un comando de activado/desactivado, por medio de un elemento de comunicación adecuado. Por ejemplo, este elemento de comunicación puede comprender cualquier tecnología de comunicación de portadora de línea de energía, radiofrecuencia, par torcido o infrarroja. Un ejemplo de comunicaciones de portadora de línea de energía incluye los sistemas de comunicaciones Lon Works y CEBus. manera de ejemplo solamente, la presente invención comprende u receptor de portadora de línea de energía 460, tal como el receptor CCS fabricado por Levitón Manufacturing, Little Neck, Nueva York, que funciona para recibir una señal transmitida sobre la línea de energía, descodificar e interpretar el comando recibido, y producir una señal hacia el optoacoplador 464. La señal portadora de la línea de energía CCS se modula mediante una portadora de 121 KHz. Esta señal se extrae de la línea de corriente alterna a través del capacitor 450 y el transformador de acoplamiento 452. El capacitor 456 y el resistor 458 funcionan para filtra en paso alto la entrada al receptor 460. La salida del optoacoplador 464 se mete a la compuerta OR (ó) 490. Por consiguiente, una salida alta del optoacoplador 464 hace que la salida INH_B del circuito de palanqueo 492 cambie de estado. En adición, la presente invención comprende un elemento de comunicación, por ejemplo, un transmisor de portadora de línea de energía 462, para transmitir la información de falla de arco, por ejemplo, la desconexión de la fuente de energía eléctrica de la carga, a un receptor remotamente localizado, señalando la localización de la falla. Se pueden utilizar otros medios de comunicaciones para sustituir a la portadora de línea de energía, sin apartarse del alcance de la invención. Se puede conectar un tablero indicador dedicado para remover el receptor en donde la información de falla de arco sea monitoreada por el personal de construcción. Esta característica es deseable en las instalaciones industriales o comerciales, tales como escuelas, supermercados, etcétera, e donde se supervise centralmente el sistema eléctrico. La señal TRIG CARGA desde el circuito de detección de arco, se mete al amortiguador 468, cuya salida es suavizada por el capacitor 466. La salida del amortiguador 468 se mete al transmisor 462, el cual funciona para generar una señal de salida basada en el estado de TRIG_CARGA. Aunque el arco puede cesar o puede ser intermitente, el capacitor 466 mantiene suficiente carga para mantener al transmisor 462 activado durante suficiente tiempo para transmitir la información requerida a través de la línea de corriente alterna. El transmisor 462 comprende un elemento transistor de energía para transferir la salida del transmisor sobre la línea de corriente alterna por medio de las terminales de fase y neutra del lado de línea. Observe que tanto la conexión de línea de fase como neutra, y el tablero indicador, se localizan corriente arriba del AFCI/GFCI, de tal manera que no se desconectan en el caso de que se dispare el dispositivo. En adición, se observa que, inclusive cuando se haya disparado el cronómetro, inhibiendo temporalmente la señal TRIG_CARGA, no obstante se transmite la presentación de una falla de arco al indicador remoto por medio del transmisor 462. Es deseable tener una indicación de una falla de arco, inclusive cuando sea generada desde el equipo o los aparatos. De una manera alternativa, la señal TRIG_CRONOMETRO se puede meter al transmisor 462, impidiendo de esta manera la notificación de fallas de arco mientras que la señal INHIBIR está baja.

Como se discutió anteriormente, el detector de arco d la presente invención se puede utilizar como un detector de falla de arco independiente, o combinado con otros tipos d dispositivos interruptores de circuito en adición a un GFCI . Cuando se utiliza como un dispositivo independiente, el circuito AFCI/GFCI de la Figura 7 se modifica para inclui solamente el circuito relacionado con la falla de arco. E particular, los dos transformadores relacionados GFCI 233, 234, y sus circuitos relacionados, incluyendo el LM1851 IC 225, se removerían. El circuito disparador de SCR 236 necesitaría solamente dos entradas, es decir, TRIG_ARC y TRIG_CRONOMETRO . Se quedaría el resto del circuito, es decir, MOV, puente de diodo, bobina, suministro de energía, interruptores de relé, etcétera. Aunque la invención se ha descrito con respecto a u número limitado de modalidades, se apreciará que se puede hacer muchas variaciones, modificaciones, y otras aplicaciones de la invención.

Claims (40)

1. REIVINDICACIONES 1. Un dispositivo interruptor de circuito por falla d arco (AFCI) eléctricamente conectado a un sistema de cableaj eléctrico entre una fuente de energía eléctrica que incluy conductores de fase y neutro del lado de línea, y un lado d carga que incluye conductores de fase y neutro, comprendiend este dispositivo: un elemento de circuito de falla de arco par detectar fallas de arco que se presenten el sistema de cableaj eléctrico, siendo el elemento de circuito de falla de arco par distinguir entre las fallas de arco que se presenten sobre el lado de línea y el lado de carga del dispositivo, operando el elemento de circuito de falla de arco para generar una señal d disparo de falla de arco en respuesta a la detección de un falla de arco; un elemento disparador para generar una señal de conmutación al recibir la señal de disparo de falla de arco; un elemento de conmutación eléctricamente conectado en serie entre los conductores de fase y neutro del lado de línea, y los conductores de fase y neutro del lado de carga, siendo el elemento conmutador para desconectar la fuente d energía eléctrica hacia los conductores de fase y neutro del lado de carga, en respuesta a la señal de conmutación. - 2. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende además un elemento interruptor de circuito para interrumpir el flujo de corriente hacia una carga eléctricamente conectada al dispositivo, en respuesta a criterios previamente determinados . 3. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el elemento interruptor de circuito comprende un elemento interruptor de circuito por falla de tierra (GFCI) , para detectar la presentación de una falla de tierra entre el conductor de fase y la tierra, o entre el conductor neutro y la tierra, operando este elemento de circuito por falla de tierra para generar una señal de disparo de falla de tierra, en respuesta a la detección de esta falla de tierra. 4. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el elemento de falla de arco comprende un elemento de recogimiento de línea localizado sobre el lado de línea del dispositivo, siendo el elemento de recogimiento de línea para detectar el arco que se presente el sistema de cableaje eléctrico . 5. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el elemento de recogimiento de línea comprende un transformador de ferrita toroidal. 6. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el elemento de recogimiento de línea comprende una red amortiguadora de resonancia para mejorar el recogimiento de frecuencia de banda amplia. 7. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4 en donde el elemento de recogimiento de línea comprende u elemento de acoplamiento capacitivo para acoplar el lado d línea del dispositivo con el sistema de cableaje eléctrico. 8. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el elemento de falla de arco comprende un elemento d recogimiento de carga localizado sobre el lado de carga de dispositivo, siendo el elemento de recogimiento de carga par detectar la formación de arco que se presente en el sistema d cableaje eléctrico. 9. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8 en donde el elemento de recogimiento de carga comprende u transformador de ferrita toroidal. 10. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8 en donde el elemento de recogimiento de carga comprende una re amortiguadora de resonancia, para mejorar el recogimiento d frecuencia de banda amplia. 11. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8 en donde el elemento de recogimiento de carga comprende u elemento de acoplamiento capacitivo para acoplar el lado d carga del dispositivo con el sistema de cableaje eléctrico. 12. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación i en donde el elemento de falla de arco comprende un elemento d impedancia del lado de línea, para mejorar la impedancia d línea de alta frecuencia sobre el lado de línea de dispositivo. 13. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12 en donde el elemento de impedancia del lado de línea comprend una saliente de ferrita. 1 . El dispositivo de acuerdo con_la reivindicación 1 en donde el elemento de falla de arco comprende un elemento d impedancia del lado de carga, para mejorar la impedancia d línea de alta frecuencia sobre el lado de carga de dispositivo . 15. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 14 en donde el elemento de impedancia del lado de carga comprend una saliente de ferrita. 16. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el elemento de circuito de falla de arco comprende u transformador del lado de línea a través del cual pasa e conductor de fase o neutro del lado de línea, operando e transformador para generar una corriente proporcional a l corriente que fluya a través del conductor de fase o neutro de lado de línea. 17. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7L en donde el elemento de circuito de falla de arco comprende u transformador del lado de carga a través del cual pasa e conductor de fase o neutro del lado de carga, operando est transformador para generar una corriente proporcional a l corriente que fluye a través del conductor de fase o neutro de lado de carga. 18. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende además : un elemento de detección de línea para detectar las señales de alta frecuencia sobre el sistema de cableaje eléctrico en el lado de línea del dispositivo; un elemento de detección de carga para detectar las señales de alta frecuencia sobre el sistema de cableaje eléctrico en el lado de carga del dispositivo; un elemento de circuito de línea para generar una señal de salida de línea de acuerdo con la salida del elementó de detección de línea; un elemento de circuito de carga para generar una señal de salida de carga de acuerdo con la salida del elemento de detección de carga; y un elemento de detección de arco para generar la señal de disparo de falla de arco, cuando la señal de salida de carga es mayor que la señal de salida de línea. 19. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 18, el cual comprende además un elemento de alarma audible para hacer sonar una alarma audible cuando la señal de salida delínea es mayor que la señal de salida de carga. 20. Un dispositivo interruptor de circuito por falla de arco (AFCI) eléctricamente conectado a un sistema de cableaje eléctrico entre una fuente de energía eléctrica que incluye conductores de fase y neutro del lado de línea, y un lado de carga que incluye conductores de fase y neutro, comprendiendo este dispositivo: un elemento, de circuito de falla de arco para detectar fallas de arco que se presenten él sistema de cableaje eléctrico, siendo el elemento de circuito de falla de arco para distinguir entre las fallas de arco que se presenten sobre el lado de línea y el lado de carga del dispositivo, operando el elemento de circuito de falla de arco para generar una señal de disparo de falla de arco en respuesta a la detección de una falla de arco; un elemento disparador para generar una señal de conmutación al recibir la señal de disparo de falla de arco; y un elemento de conmutación eléctricamente conectado en serie entre los conductores de fase y neutro del lado de línea, y los conductores de fase y neutro del lado de carga, siendo el elemento conmutador para desconectar la fuente de energía eléctrica hacia los conductores de fase y neutro del lado de carga, en respuesta a la señal de conmutación; y un elemento de cronómetro para deshabilitar parcialmente la detección de arco durante un período de tiempo finito, proporcionando la deshabilitación de detección de arco a un usuario, la capacidad para utilizar un dispositivo eléctrico que exhiba formación de arco, haciendo posible este elemento de cronómetro la detección de arco después de que se haya descontinuado el uso del dispositivo eléctrico. 21. Un dispositivo interruptor de circuito por falla de arco (AFCI) eléctricamente conectado a un sistema de cableaje eléctrico, entre una fuente de energía eléctrica que incluye conductores de fase y neutro de lado de línea, y un lado de carga que incluye conductores de fase y neutro, comprendiendo este dispositivo: un elemento de detección de línea para detectar las señales de alta frecuencia sobre el sistema de cableaje eléctrico en el lado de línea del dispositivo; un elemento de detección de carga para detectar las señales- de alta frecuencia sobre el sistema de cableaje eléctrico en el lado de carga del dispositivo; un elemento de circuito de línea para generar una señal de salida de línea de acuerdo con la salida del elemento de detección de línea; un elemento de circuito de carga para generar una señal de salida de carga de acuerdo con la salida del elemento de detección de carga; un elemento de detección de arco para generar una señal de disparo de falla de arco, de acuerdo con la señal de salida de carga y la señal de salida de línea. un elemento disparador para generar una señal de conmutación al recibir la señal de disparo de falla de arco; y un elemento de conmutación eléctricamente conectado en serie entre los conductores de fase y neutro del lado de línea, y los conductores de fase y neutro del lado de carga, siendo el elemento de conmutación para desconectar la fuente de energía eléctrica hacia los conductores de fase y neutro del lado de carga, en respuesta a la señal de conmutación. 22. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 20 ó 21, el cual comprende además un elemento interruptor de circuito, para interrumpir el flujo de corriente hacia una carga eléctricamente conectada al dispositivo, en respuesta a criterios previamente determinados. 23. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 22, en donde el elemento interruptor de circuito comprende un elemento interruptor de circuito por falla de tierra (GFCI) , para detectar la presentación de una falla de tierra entre el conductor de fase y la tierra, o entre el conductor neutro y la tierra, operando este elemento de circuito de falla de tierra para generar una señal de disparo de falla de tierra en respuesta a la detección de la falla de tierra. 24. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 21, en donde el elemento de detección de arco genera la señal de disparo de falla de arco, cuando la señal de salida de carga es mayor que la señal de salida de línea. 25. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 21, el cual comprende además un elemento para generar una señal de alarma, cuando la señal de salida de línea es mayor que la señal de salida de carga. 26. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1, 20 ó 21, el cual comprende además un elemento para deshabilitar parcialmente la detección de arco durante un período de tiempo finito, proporcionando la deshabilitación de la detección de arco a un usuario, la capacidad para utilizar un dispositivo eléctrico que exhiba formación de arco, haciendo posible el elemento de cronómetro la detección de arco después de que se haya descontinuado el uso del dispositivo eléctrico. 27. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1, 20 ó 21, el cual comprende además un elemento de comunicación para comunicar la generación de la señal de conmutación . 28. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1, 20 ó 21, el cual comprende además un elemento para recibir un comando de deshabilitación externo, y deshabilitar la detección de arco de conformidad con el mismo. 29. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1, 20 ó 21, el cual comprende además un elemento para que un usuario active y desactive manualmente la detección de arco. 30. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1, 20 ó 21, el cual comprende además un elemento para deshabilitar la detección de arco durante las horas de luz del día, y habilitar la detección de arco durante las horas de la noche. 31. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1, 20 ó 21, el cual comprende además un elemento par deshabilitar y habilitar la detección de arco, de acuerdo co las señales recibidas desde un transmisor infrarrojo (IR) remoto . 32. En un dispositivo interruptor de circuito por fall de arco (AFCI) conectado a un sistema de cableaje eléctrico po medio de conductores de fase y neutro del lado de línea, conductores de fase y neutro del lado de carga, un método par detectar fallas de arco, el cual comprende los pasos de: detectar señales de alta frecuencia sobre el lad de línea del dispositivo, y generar una señal de salida d línea en respuesta a lo mismo; detectar señales de alta frecuencia sobre el lad de carga del dispositivo, y generar una señal de salida d carga en respuesta a lo mismo; desconectar la fuente de energía eléctrica de los conductores de fase y neutro del lado de carga, cuando la señal de salida de carga excede a la señal de salida de línea. 33. En un dispositivo interruptor de circuito por fall de arco (AFCI) conectado a un sistema de cableaje eléctrico po medio de conductores de fase y neutro del lado de línea, conductores de fase y neutro del lado de carga, un método par detectar fallas de arco, y fallas de tierra, el cual comprend los pasos de: detectar señales de alta frecuencia sobre el lad de línea del dispositivo, y generar una señal de salida d línea en respuesta a lo mismo; detectar señales de alta frecuencia sobre el lad de carga del dispositivo, y generar una señal de salida de carga en respuesta a lo mismo; desconectar la fuente de energía eléctrica de los conductores de fase y neutro del lado de carga, cuando la señal de salida de carga excede a la señal de salida de línea, o e respuesta a la señal de disparo de falla de tierra. 34. El método de acuerdo con las reivindicaciones 32 33, el cual comprende además el paso de deshabilita parcialmente la detección de arco durante un período de tiempo finito, proporcionando la deshabilitación de detección de arco a un usuario la capacidad para utilizar un dispositivo eléctrico que exhiba arco, y habilitar la detección de arco después de que se hay descontinuado el uso del dispositivo eléctrico. 35. El método de acuerdo con las reivindicaciones 32 ó 33, el cual comprende además el paso de comunicar l desconexión de la fuente de energía eléctrica de la carga. 36. El método de acuerdo con las reivindicaciones 32 33, el cual comprende además el paso de recibir un comando de deshabilitación, y deshabilitar la detección de carga d conformidad con el mismo. 37. El método de acuerdo con las reivindicaciones 32 ó • 33, el cual comprende además el paso de proporcionar la capacidad para que un usuario active y desactive manualmente la detección de arco. 38. El método de acuerdo con las reivindicaciones 32 ó 33, el cual comprende además el paso de deshabilitar la detección de arco durante las horas de luz del día, y habilitar la detección de arco durante las horas de la noche. 39. El método de acuerdo con las reivindicaciones 32 ó 33, el cual comprende además el paso de deshabilitar y habilitar la detección de arco de acuerdo con las señales recibidas desde un transmisor infrarrojo (IR) remoto. 40. El método de acuerdo con las reivindicaciones 32 ó 33, el cual comprende además el paso de: detectar la presentación de una falla de tierra entre el conductor de fase y la tierra, o entre el conductor neutro y la tierra; y generar una señal de disparo de falla de tierra en respuesta a la detección de la falla de tierra. RESUMEN Un detector de falla de arco incorporado tanto com un dispositivo independiente como en combinación con _u dispositivo interruptor de circuito, tal como un interruptor d circuito por falla de tierra (GFCI) , funciona para proporciona protección de las condiciones potencialmente peligrosas d falla de arco. El dispositivo utiliza bobinas de recogimient del lado de línea y del lado de carga, para permitir distingui entre las fallas de arco que se presenten en el lado de líne y el lado de carga del dispositivo. La porción del circuit del interruptor de circuito por falla de arco (AFCI) de dispositivo, comparte componentes de la porción del circuito d GFCI como una parte integral de su funcionalidad. El AFC utiliza la porción que lleva energía electromecánica del GFCI incluyendo el circuito de desconexión de la línea de corrient alterna, el suministro de energía, y el alojamiento físico. E adición, el AFCI emplea detección cuantitativa, utilizando u control de ganancia variable en combinación con una indicació de desconexión de carga o de alarma audible/visual. E dispositivo también incluye un circuito de cronómetro, qu permite al usuario inhibir temporalmente o deshabilitar l detección de arco, y una filtración de frecuencia selectiva qu permite la detección de arco en la presencia de comunicacione de la portadora de la línea de energía. En adición, e dispositivo incluye un elemento de comunicación para permiti que el dispositivo comunique la presentación y la localizació de una falla de arco, a una estación de monitoreo centralizada.