MXPA99009772A - Sistema de distribucion de energia con disyuntores de circuito capaces de restablecer remotamentemediante señales transmitidas por las lineas deenergia - Google Patents

Abstract

Disyuntores de circuito en un sistema de distribución de energía eléctrica, -Eal como en una residencia o en una instalación comercial ligera, son vueltos a cerrar remotamente usando un sistema de comunicaciones por línea de energía tal como un sistema X10 o CEBus, el cual transmite una señal de re-cierre por los conductores de energía a medios de re-cierre que controlan los contactos separables del disyuntor de circuito en el centro de carga. Una unidad maestra remota que genera la señal de re-cierre estáconectada a un circuito ramal no afectado, de preferencia enchufando en un receptáculo ubicado en una parte conveniente de la casa u oficina remota del centro de carga. Los medios de re-cierre pueden ser direccionados individual o globalmente.

Description

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA CON DISYUNTORES DE CIRCUITO CAPACES DE RESTABLECERSE REMOTAMENTE MEDIANTE SEÑALES TRANSMITIDAS POR LAS LÍNEAS DE ENERGÍA Antecedentes de la Invención Campo de la Invención Esta invención se refiere a sistemas de distribución de energía eléctrica tales como aquéllos encontrados en aplicaciones residenciales o comerciales ligeras en las cuales disyuntores de circuito pueden volverse a cerrar desde un lugar remoto usando las comunicaciones de la linea de energía. Información Antecedente Los disyuntores de circuito son usados comúnmente para proveer protección de circuitos tanto principal como ramales en hogares y aplicaciones comerciales ligeras. Los disyuntores están montados en alojamientos llamados centros de carga que son normalmente colocados en lugares no enclavados tales como sótanos, cocheras, y similares, pues habitualmente no requieren de mantenimiento ni atención. Un disyuntor de circuito es un dispositivo automático que disparará o abrirá de inmediato si ocurre una sobre-corriente (corto circuito o sobrecarga) en el circuito protegido. Tal condición debe ser, y de hecho tiene que ser, corregida antes de que el disyuntor de circuito pueda ser restablecido para re-establecer el circuito. Estos disyuntores de circuito también responden a condiciones de sobre-corriente que pueden ocurrir, por ejemplo, cuando demasiadas cargas, tales como varios aparatos electrodomésticos, son energizadas por el mismo circuito ramal. Tales sobrecargas pueden sobre-calentar de manera peligrosa el cableado del circuito ramal si se les permite continuar, pero el disyuntor de circuito responde a las sobrecargas persistentes disparando su apertura. La condición de sobrecarga puede ser corregida reduciendo la carga en el circuito protegido y entonces es seguro volver a cerrar el disyuntor de circuito. Hay un creciente interés en proveer protección contra las fallas de formación de arco que pueden ocurrir debido a cables/alambres dañados o maltratados. Por ejemplo, cuando un cable de extensión es cortado o se gasta y en otras circunstancias donde los conductores desnudos de polaridad opuesta entran en contacto temporal o permanente u ocurren roturas en el cableado. Los circuitos electrónicos responden a tales fallas y disparan el disyuntor de circuito. De nueva cuenta, el disyuntor de circuito puede ser restablecido después de que el cable defectuoso es desconectado o la condición de formación de arco es terminada de otra manera. Los circuitos electrónicos de disparo también están disponibles para disparar la apertura del disyuntor de circuito en respuesta a fallas de tierra. Una vez que se elimina esta condición, también es seguro volver a cerrar el disyuntor de circuito.

Actualmente es necesario ir al centro de carga para restablecer un disyuntor de circuito disparado. Como se mencionó, el centro de carga puede estar en el sótano o en algún otro lugar aislado dentro de la casa o del edificio. En ocasiones es difícil identificar el disyuntor de circuito que disparó entre los numerosos disyuntores de circuito alojados lado por lado en el centro de carga. Además, la iluminación del centro de carga puede estar en el circuito disparado, lo que hace mas difícil localizar el disyuntor de circuito correcto. La patente de los Estados Unidos No. 5,373,411 divulga un disyuntor de circuito residencial que incorpora un interruptor operado por solenoide en serie con los contactos del disyuntor de circuito. El interruptor permite energizar y desenergizar el circuito ramal en el centro de carga desde un lugar remoto. Sin embargo, el interruptor solo puede usarse para abrir y cerrar a corrientes normales por debajo de la corriente nominal del disyuntor de circuito. El disyuntor de circuito todavía responde a corto circuitos y sobrecargas para interrumpir el flujo de corriente disparando su apertura. El disyuntor de circuito disparado no es susceptible de restablecerse remotamente. Todavía requiere de operación manual en el centro de carga. A mayor abundamiento, se requiere de cableado adicional entre el solenoide del interruptor y el lugar remoto. Existe, por tanto, la necesidad de un sistema mejorado de distribución de energía eléctrica tal como para residencias y aplicaciones comerciales ligeras, en el cual los disyuntores de circuito disparados puedan ser restablecidos remotamente. Existe una necesidad particular de tal sistema, el cual puede ser adaptado a sistemas de distribución de energía actuales de manera fácil y económica. En particular, existe la necesidad de tal sistema de energía mejorado que no requiere de cableado adicional. Compendio de la Invención Estas y otras necesidades son satisfechas mediante la invención, la cual está dirigida a un sistema de distribución de energía eléctrica que incluye una red de conductores que forman una pluralidad de circuitos ramales conectados a un circuito principal y disyuntores de circuito susceptibles de volverse a cerrar, conectados en al menos algunos de los circuitos ramales adyacentes al circuito principal, tal como en el centro de carga. Los disyuntores de circuito susceptibles de volverse a cerrar incluyen contactos separados y medios de operación que incluyen medios de disparo que disparan la apertura de los contactos separables en respuesta a condiciones de corriente predeterminadas en el circuito ramal y medios de re-cierre para volver a cerrar los contactos separables en respuesta a una señal de recierre. Los medios de re-cierre están conectados corriente arriba de los contactos separables del disyuntor de circuito de modo que puedan energizarse cuando se dispara el disyuntor de circuito. Esto también les permite responder a una señal de re-cierre generada remotamente que se transmite por los conductores de energía. Al desenergizarse el circuito ramal protegido por un disyuntor de circuito disparado, los medios remotos para generar la señal de restablecimiento deben conectarse en un circuito ramal en el cual no se dispara el disyuntor de circuito a fin de que la señal de restablecimiento sea transmitida a los medios de re-cierre del disyuntor de circuito disparado. De preferencia, este generador de señal de restablecimiento puede conectarse selectivamente en cualquiera de los circuitos ramales. Esto es mas fácilmente acomodado enchufando el generador de señal remoto en un receptáculo en otro circuito ramal. Cada uno de los disyuntores de circuito susceptibles de volverse a cerrar puede tener una dirección asignada, de modo que una señal de re-cierre pueda ser dirigida únicamente a un disyuntor de circuito específico. De preferencia, los disyuntores de circuito también responden a la dirección global de modo que todos los disyuntores de circuito disparados puedan ser restablecidos cuando no se conoce la dirección. De preferencia, un sistema de comunicación de línea de energía, tal como un sistema de comunicaciones X10 o un sistema de comunicaciones CEBus, es usado para transmitir la señal de restablecimiento por los conductores de energía. Breve Descripción del Dibujo Una comprensión plena de la invención puede lograrse a partir de la siguiente descripción de las formas de realización preferidas, cuando se lee en conjunción con el dibujo acompañante, el cual es un diagrama esquemático de un sistema de distribución de energía eléctrica que incorpora la invención. Descripción de las Formas de Realización Preferidas Haciendo referencia al dibujo, la invención es descrita y aplicada a un sistema de distribución de energía eléctrica 1, el cual incluye una red de conductores de energía 3 incluyendo los conductores de línea 5 y los conductores neutros 7, dispuestos para formar una pluralidad de circuitos ramales 9, todos conectados a un circuito principal 11. Cada uno de los circuitos ramales 9a-9n incluye un disyuntor de circuito en miniatura, susceptible de restablecerse remotamente 13a-13n, conectado en los conductores ramales 5a-5n y 7a-7n. Los disyuntores de circuito 13a-13n están todos montados dentro de un centro de carga 15 que está típicamente montado en un lugar remoto, tal como, en el caso de una residencia, en el sótano o la cochera. Cada uno de los disyuntores de circuito 13 incluye un conjunto de contactos separables 17 conectados en el conductor de línea 5. Un operador 19 para los contactos separables 17 incluye un mecanismo 21 que tiene una manija 23 a través de la cual los contactos separables pueden ser abiertos y cerrados manualmente en el disyuntor de circuito. El disyuntor de circuito 13 también incluye una unidad de disparo 25, la cual puede accionar de manera automática el mecanismo 21 para abrir los contactos separables 17 en respuesta a ciertas condiciones de corriente en el circuito ramal 9. Esta unidad de disparo 25 incluye un dispositivo de disparo termo-magnético 27, convencional. Como es bien sabido, el dispositivo de disparo termo-magnético 27 incluye un bi-metal 29 conectado en el conductor de línea 5. El bi-metal 29 se dobla en respuesta a condiciones de sobre-corriente persistentes para accionar el mecanismo 21 y abrir los contactos 17. El dispositivo de disparo termo-magnético 27 también incluye una armadura 31 que responde a sobre-corrientes sumamente grandes, tales como las ocasionadas por corto circuitos, para proveer una función de disparo instantáneo mediante el accionamiento del mecanismo 21. De preferencia, pero no esencialmente, los disyuntores de circuito 13 también incluyen una unidad electrónica de disparo 33. La unidad electrónica de disparo 33 de preferencia provee tanto protección contra fallas de tierra como protección contra fallas de arco. En la unidad electrónica de disparo 33 ejemplar, se provee protección de tierra por medio del detector de falla de tierra de oscilador durmiente, bien conocido, que utiliza un par de bobinas sensoras 35 y 37, acopladas inductivamente a los conductores 5 y 7 del circuito ramal 9 asociado. Tal detector de falla de tierra genera una señal de disparo de falla de tierra en respuesta a la detección de fuga de corriente a tierra desde ya sea el conductor de línea 5 o el conductor neutro 7. La unidad electrónica de disparo 33, de manera alternativa, o de preferencia adicionalmente, incluye un detector de falla de arco. Están disponibles diversos tipos de detectores de fallad e arco, y el detector de falla de arco ejemplar es del tipo descrito en la patente de los Estados Unidos No. 5,691,869, el cual detecta el cambio escalonado en la corriente ocasionado por el desarrollo de un arco en el circuito ramal y genera una señal de disparo como una función de la amplitud y la frecuencia de ocurrencia de los arcos . Las corrientes de formación de arco son detectadas monitoreando la caída de voltaje a través del bi-metal 29 mediante las terminales 39. La señal de disparo generada por la unidad electrónica de disparo 33, ya sea en respuesta a una falla de tierra o una falla de formación de arco, enciende un interruptor tal como el rectificador controlado por silicio (SCR) 41 para energizar un solenoide de disparo 43 conectado entre el conductor de línea 5 y el conductor neutro 7 del circuito ramal 9. Un resistor 45 limita la corriente consumida por el solenoide de disparo 43. La energización del solenoide de disparo 43 acciona el mecanismo 21 para abrir los contactos 17. El operador 19 también incluye medios de re-cierre 47 que están conectados a través del circuito ramal 9 corriente arriba de los contactos separables 17. Los medios de re-cierre 47 incluyen un accionador de re-cierre en la forma de un solenoide de cerrar 49, el cual vuelve a cerrar los contactos separables 17. Los medios de re-cierre 47 no solo son energizados a través de los conductores de energía 5 y 7, sino que también son controlados por señales portadoras transmitidas por los conductores de energía de red 3. En la forma de realización ejemplar de la invención, un sistema de comunicaciones X10 51 es usado para generar la señal portadora remotamente del disyuntor de circuito 13. El sistema de comunicaciones X10 51 incluye una unidad maestra remota 53. Esta unidad maestra remota 53 puede estar unida de manera permanente a un circuito ramal; sin embargo, como transmite la señal portadora por los conductores de energía, no puede restablecer un disyuntor de circuito disparado en el circuito ramal en el cual está conectado pues los contactos separables abiertos aislan ese circuito ramal de los medios de re-cierre. Por tanto, se prefiere que la unidad remota 53 pueda conectarse selectivamente a los circuitos ramales 9 de modo que un circuito ramal no afectado, por ejemplo el 9n, pueda ser utilizado para transmitir la señal portadora a una unidad esclava 55 en los medios de re-cierre 47 para restablecer el disyuntor de circuito disparado. De manera conveniente, la unidad maestra remota 53 puede ser provista con una clavija eléctrica 57 convencional, la cual puede enchufarse en un receptáculo 59, por ejemplo el 59n, en el circuito ramal no afectado, por ejemplo el 9n. De esta manera, cuando dispara un disyuntor de circuito, tal como el 13a, en el centro de carga 15, la unidad maestra 53 puede ser enchufada en un receptáculo, tal como el 57n, en un circuito ramal 9n que permanece energizado en un lugar conveniente dentro de la residencia, remoto del centro de carga 15, para generar una señal de re-cierre que es transmitida por la red de conductores de energía 3 al dispositivo de re-cierre 47 del disyuntor de circuito disparado. En el sistema de comunicaciones X10 51 ejemplar, al dispositivo de re-cierre 47 en cada uno de los disyuntores de circuito 13 se le asigna una dirección única. La unidad maestra 53 puede dirigir una señal de re-cierre únicamente a un disyuntor de circuito 13 especificado, o puede enviar una señal global de restablecimiento a todos aquellos dispositivos de re-cierre 47 que respondan. Esto último es útil cuando no se conoce la dirección del disyuntor de circuito disparado, o es deseable para restaurar energía al ramal afectado rápidamente, sin tardarse en determinar "la dirección. La unidad maestra 53 tiene un esquema de direccionamiento que consiste en un "código de casa" de cuatro bits, y un "código de dispositivo" de cuatro bits, ambos de los cuales tienen 16 estados. De esta manera, los disyuntores de circuito son organizados en grupos de 16, direccionado por un "código de casa" común, los disyuntores de circuito individuales en el grupo direccionados por el "código de dispositivo". Otros tipos de sistemas de comunicación de línea portadora, tales como el sistema CEBus, pueden utilizarse para controlar de manera remota los disyuntores de circuito 13 usando los conductores de energía del sistema de distribución. Aunque se han descrito en detalle formas de realización específicas de la invención, los técnicos en la materia apreciarán que pueden desarrollarse diversas modificaciones y alternativas a esos detalles a la luz de las enseñanzas globales de la divulgación. En consecuencia, los arreglos particulares descritos tienen sentido ilustrativo únicamente y no limitativo de los alcances de la invención, a los cuales debe darse toda la amplitud de las reivindicaciones anexas y cualesquiera y todos sus equivalentes .

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES 1. Un sistema de distribución de energía eléctrica, que comprende : una red de conductores de energía que forman una pluralidad de circuitos ramales conectados a un circuito principal; medios de disyuntor de circuito que comprenden al menos un disyuntor de circuito susceptible de volverse a cerrar remotamente, que comprende: un conjunto de contactos separables, conectados en conductores de energía de uno de dichos circuitos ramales adyacentes a dicho circuito principal; y medios de operación que comprenden medios de disparo que abren dichos contactos separables para desconectar dicho circuito ramal corriente abajo de dichos contactos separables de dicho circuito principal, y medios de re-cierre conectados para energización a dichos conductores de energía corriente arriba de dichos contactos separables y respondiendo a una señal remota de re-cierre para volver a cerrar dichos contactos separables; y medios remotos conectados a dicha red de conductores de energía corriente arriba de dichos contactos separables de dicho un disyuntor de circuito susceptible de volverse a cerrar para transmitir dicha señal remota de re-cierre a dichos medios de recierre por dicha red de conductores de energía.
2. 2. El sistema de la reivindicación 1, donde dichos medios de disyuntores de circuito comprenden un segundo disyuntor de circuito en un segundo circuito ramal adyacente a dicho circuito principal, dichos medios remotos siendo susceptibles de conectarse a dicho segundo circuito ramal corriente abajo de dicho segundo disyuntor de circuito.
3. 3. El sistema de la reivindicación 2, donde dicho segundo circuito ramal incluye un receptáculo corriente abajo de dicho segundo disyuntor de circuito y donde dichos medios remotos se enchufan en dicho receptáculo.
4. 4. El sistema de la reivindicación 1, donde dichos medios remotos comprende medios de comunicaciones X10.
5. 5. El sistema de la reivindicación 1, donde dichos medios remotos comprenden medios de comunicaciones CEBus .
6. 6. El sistema de la reivindicación 1, donde dichos medios de disyuntor de circuito comprenden disyuntores de circuito susceptibles de volverse a cerrar en una pluralidad de dichos circuitos ramales adyacentes a dicho circuito principal, y donde dichos medios remotos están conectados en un circuito ramal seleccionado corriente abajo del disyuntor de circuito susceptible de volverse a cerrar en el circuito ramal seleccionado.
7. 7. El sistema de la reivindicación 1, donde dichos medios de circuito comprenden disyuntores de circuito susceptibles de volverse a cerrar en una pluralidad de dichos circuitos ramales adyacentes a dicho circuito principal, y donde dichos medios remotos son susceptibles de conectarse selectivamente en varios de dichos circuitos ramales.
8. 8. El sistema de la reivindicación 7, donde dichos circuitos ramales incluyen receptáculos corriente abajo del disyuntor de circuito controlado remoto y donde dichos medios remotos tienen una clavija susceptible de insertarse en cualquiera de dichos receptáculos.
9. 9. El sistema de la reivindicación 7, donde dichos medios de re-cierre de dichos disyuntores de circuito susceptibles de volverse a cerrar comprenden un accionador de re-cierre y medios de comunicación susceptibles de direccionarse teniendo una dirección asignada y respondiendo a una señal remota de recierre que contiene la dirección asignada para accionar dicho accionador de re-cierre, dichos medios remotos transmitiendo dicha señal de re-cierre con la dirección asignada de un disyuntor de circuito susceptible de volverse a cerrar, seleccionado.
10. 10. El sistema de la reivindicación 9, donde dichos medios de comunicación direccionables también responden a una señal de re-cierre con una dirección global, y dichos medios remotos transmiten selectivamente dicha señal de re-cierre con dicha dirección global.
11. 11. El sistema de la reivindicación 10, donde dichos circuitos ramales incluyen receptáculos y dichos medios remotos incluyen una clavija insertable en un receptáculo en un circuito ramal seleccionado.
12. 12. El sistema de la reivindicación 11, donde todos dichos disyuntores de circuito susceptibles de volverse a cerrar están alojados en un centro de carga y donde dichos receptáculos están ubicados en dichos circuitos ramales remotos de dicho centro de carga.
13. 13. El sistema de la reivindicación 6, donde dichos medios de disparo de dichos disyuntores de circuito susceptibles de volverse a cerrar incluyen medios de disparo termo-magnético y medios de disparo electrónico.
14. 14. El sistema de la reivindicación 13, donde dichos medios de disparo electrónico comprenden al menos uno de un detector de falla de arco y un detector de falla de tierra.