MXPA99011257A

MXPA99011257A - Interruptor de circuito por fallo por arco.

Info

Publication number: MXPA99011257A
Application number: MXPA99011257A
Authority: MX
Inventors: F Macbeth Bruce
Original assignee: Pass & Seymour Inc
Priority date: 1998-12-09
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2005-09-27
Also published as: US6373257B1; CA2281452A1

Abstract

Un detector de fallo por arco para detectar lineas de potencia electrica incluye un sensor para detectar la derivada de la corriente en la linea de potencia electrica, un circuito convertidor para convertir la derivada de la corriente de linea en senales primera y segunda, siendo sensible la primera senal a transiciones escalonadas positivas de la corriente de fallo por arco, y siendo sensible la segunda senal a transiciones escalonadas negativas de la corriente de arco, y un detector temporal para senalizar la presencia de un fallo por arco cuando una de las senales primera y segunda sigue a la otra dentro de un tiempo, o intervalo predeterminado, y en el que se produce una secuencia de una de las senales que sigue a la otra senal en un segundo intervalo de tiempo predeterminado.

Description

INTERRUPTOR DE CIRCUITO POR FALLO POR ARCO Antecedentes de la invención Campo de la invención Esta invención se refiere en general a interruptores de circuito por fallo por arco, y más en particular a un interruptor de circuito por fallo por arco que detecta con fiabilidad fallos por arco y rechaza fenómenos eléctricamente similares, tales como el ruido producido por reguladores de lámpara, controladores de motores y otras fuentes de ruido aleatorio. Descripción de la técnica anterior La detección de arco es una mejora de la detección magnética térmica de sobrecarga, que por sí sola no puede detectar y responder a fallos por arco. En el pasado se han utilizado varios dispositivos para detectar fallos por arco y métodos de detección. Estos incluyen el uso de sensores de arco de campo E y B, detectar la amplitud de la velocidad de cambio de señales de corriente cuando se produce un fallo por arco, el uso de filtros de paso de banda sin solapamiento para detectar las características de ruido blanco de los arcos, y detectar la desaparición de señales que indican la presencia de arcos cerca de los cruces de corriente cero. Aunque algunas de estas técnicas son más o menos eficaces, requieren circuitos relativamente sofisticados. Hasta ahora, la mayoría de los circuitos de detección de arco se han incorporado en disyuntores de circuito . La impedancia de los circuitos eléctricos a las señales que indican la presencia de un fallo por arco, puede hacer más difícil detectar fallos por arco en un disyuntor de circuito que más cerca del fallo.

Se necesitan detectores de fallo por arco simples, baratos, que se puedan incluir en dispositivos de cableado, tales como tomas, enchufes o dispositivos en línea, y que ofrezcan la misma protección hacia abajo que un detector de fallo por arco incorporado en un disyuntor de circuito, pero a menor costo. Se necesita un detector de circuito por fallo por arco en dispositivos de cableado que se pueda obtener a un costo reducido en comparación con los disyuntores de circuito de detección de circuito por fallo por arco, que sea comparable a la reducción del costo entre las tomas de interrupción por fallo a tierra y los disyuntores de circuito de interrupción por fallo a tierra.

Los reguladores de luz se usan con mucha frecuencia en residencias donde es probable que se empleen los interruptores de circuito por fallo por arco de esta invención. Dado que los reguladores de luz producen una firma de ruido característica que es similar a la señal producida por algunos fallos por arco, es importante que los interruptores de circuito por fallo por arco puedan distinguir las señales producidas por arcos reales de las señales producidas por los reguladores de luz, para evitar disparos falsos.

Compendio de la invención Un objeto de esta invención es proporcionar un interruptor de circuito por fallo por arco que emplea un circuito eléctrico que sea suficientemente simple, suficientemente barato y suficiente pequeño para ser incluido en dispositivos de cableado. Otro objeto de esta invención es proporcionar un interruptor de circuito por fallo por arco que es sensible a los fallos por arco, pero resistente al disparo falso, debido al ruido creado por reguladores de lámpara y análogos. Otro objeto de esta invención es proporcionar un interruptor de circuito por fallo por arco que sea sensible a fallos por arco en serie de amplitud relativamente baja de al menos 5 amperios de corriente de arco, típicamente en serie con la carga y denominados de ordinario fallos por arco de tipo A. Otro objeto de esta invención es proporcionar un interruptor de circuito por fallo de arco que detecta arcos paralelos o de línea a línea, que producen corrientes de 75 amperios o más, denominados de ordinario fallos por arco de tipo B. Expresado en resumen, y según una realización actualmente preferida de la invención, un detector de fallo por arco para detectar líneas de potencia eléctrica incluye un detector para detectar la derivada de la corriente en la línea de potencia eléctrica, un circuito convertidor para convertir la derivada de la corriente de línea en señales primera y segunda, siendo sensible la primera señal a transiciones escalonadas positivas de la corriente de fallo por arco, y siendo sensible la segunda señal a transiciones escalonadas negativas de la corriente de arco, y un detector temporal para señalizar la presencia de un fallo por arco cuando una de las señales primera y segunda sigue a la otra dentro de un tiempo, o intervalo, predeterminado, y en el que una secuencia de una de las señales que sigue a la otra señal se produce en un segundo intervalo de tiempo predeterminado . Según una realización preferida de la invención, el sensor es un transformador de corriente, siendo protegida la línea de potencia eléctrica como su primario, y teniendo un devanado secundario de toma central que produce voltajes de señal primero y segundo de polaridad opuesta con respecto a la toma central, en el que los voltajes son proporcionales a la velocidad de cambio de la corriente en el devanado primario de la línea de potencia, de manera que un escalón de corriente en el devanado primario en una dirección produzca un impulso de voltaje de una polaridad, con respecto a la toma central, en un extremo del secundario seguido por un escalón de corriente en la otra dirección, que produce un segundo impulso de voltaje de la misma polaridad con respecto a la toma central en el otro extremo del secundario. Según otro aspecto de la invención, el transformador de corriente tiene un núcleo conformado de metal en polvo.

Según otro aspecto de la invención, el circuito para convertir la derivada de la corriente de línea en señales primera y segunda es un circuito inversor. Según otro aspecto de la invención, el primer intervalo de tiempo es menor que la mitad del período de la corriente CA de la línea de potencia. Según otro aspecto de la invención, se incluye un circuito discriminador para ignorar un número predeterminado de secuencias de señal para rechazar eventos de escalón de corriente de carga normales. Breve descripción de los dibujos Los nuevos aspectos de la invención se exponen con detalle en las reivindicaciones anexas. La invención propiamente dicha, junto con sus objetos y ventajas adicionales, se puede entender más fácilmente con referencia a la siguiente descripción detallada de una realización actualmente preferida de la invención tomada en unión con los dibujos acompañantes, en los que: La figura 1 es un diagrama esquemático de un interruptor de circuito por fallo por arco según la invención para detectar arcos en serie y paralelos.

La figura 2 es un diagrama de circuito de un interruptor de circuito por fallo por arco según la invención para detectar arcos en serie y paralelos en presencia de ruido de arco. Las figuras 3 (a-j) forman diagramas de las señales que aparecen en los interruptores de circuito por fallo por arco de las figuras 1 y 2. La figura 4 es un diagrama de forma de onda que ilustra la oscilación transitoria secundaria producida por fallos por arco paralelos de alta corriente. La figura 5 es un diagrama esquemático de un interruptor de circuito por fallo por arco según una realización alternativa de la invención, usando un inductor de toma central como sensor de arco. La figura 6 (a-b) es un diagrama esquemático que representa un esquema de circuito sensor alternativo para el circuito de la figura 1. Y la figura 7 es un diagrama esquemático de un interruptor de circuito por fallo por arco similar al representado en la figura 1, pero incluyendo un circuito de derivación de corriente de fallo paralelo. Descripción detallada de la realización preferida de la invención Con referencia ahora a la figura 1, un interruptor de circuito por fallo por arco según un aspecto de la presente invención se ilustra de forma esquemática. El interruptor de circuito por fallo por arco representado en la figura 1, así como el interruptor de circuito por fallo por arco representado en las figuras restantes, se forman a partir de pequeños componentes baratos que se pueden integrar fácilmente en una caja eléctrica, enchufe o dispositivo en línea. El circuito está diseñado de tal manera que se pueda fabricar de la misma forma que los dispositivos interruptores de circuito por fallo a tierra expuestos en las patentes de Estados Unidos números 5.594.358 y 5.510.760, por ejemplo. El interruptor de circuito por fallo por arco de la figura 1 protege un circuito eléctrico que incluye al menos un conductor neutro 6 y un conductor de línea 7. También puede estar presente una tierra, y el interruptor de circuito por fallo por arco de la figura 1 detectará los arcos que se produzcan entre el conductor de línea y tierra, el conductor neutro y tierra, o los conductores de línea y neutro. Un interruptor de circuito 45 está conectado en serie con la línea, entre la fuente de potencia y la carga 52. Se puede emplear un contactor o dispositivo similar, que incluya un primer conjunto de contactos conectados al conductor neutro 6 y a la carga por medio del conductor 50, y un segundo conjunto de contactos conectados al conductor de línea 7, y a la carga por el conductor 51. Preferiblemente, los contactos primero y segundo son empujados elásticamente por un montaje del tipo de ratonera, controlado por el mecanismo de disparo 44. Cuando se activa el mecanismo de disparo, los contactos empujados por muelle se abren y retienen en posición abierta hasta que se reposicionen manualmente. Un dispositivo de este tipo es conocido en sí mismo y se expone, por ejemplo, en la patente número 5.510.760. Un sensor de fallo por arco 1 incluye un núcleo de metal en polvo preferiblemente de alta frecuencia que tiene un conductor de línea 7 o un conductor neutro 6 (no representado) como su primario. El devanado secundario de toma central 3 está formado preferiblemente por gran número, por ejemplo, 1.000 vueltas de hilo relativamente pequeño, tal como hilo de calibre 40, enrollado sobre el núcleo 2, preferiblemente de forma simétrica alrededor de sustancialmente toda la periferia del núcleo 2. El sensor de fallo por arco 1 se puede hacer con dos devanados separados, enrollados preferiblemente de forma simétrica alrededor del núcleo, y conectados para formar dos devanados conectados en serie, formando la conexión entre los devanados la toma central. Un fallo por arco desde el conductor de línea 7 al conductor neutro 6 o la tierra o desde el conductor de carga 50 al conductor de carga 51 o a tierra producirá una corriente de formación de arco en un conductor de línea 7, que será detectada por el sensor 1. El devanado secundario de toma central 3 está conectado a condensadores 4 y 5 que forman un filtro de supresión EFT . El devanado de toma central está conectado a una red de fijación 54 en forma de un rectificador de puente, incluyendo diodos de fijación 9, 9a, 9b y 9c, dispuestos en configuración de puente, y diodos Zener 10 y 10a conectados en serie con los diodos de fijación 9 y 9a, respectivamente . Cada devanado del secundario de toma central 3 está conectado a la carga de alta impedancia que consta de los filtros de supresión EFT 4 y 5, la red de fijación 54 y las entradas 8 y 15 de los temporizadores 11 y 14, respectivamente. La carga de alta impedancia en el trans ormador de corriente 1 hace que el transformador de corriente 1 produzca un voltaje de salida que es proporcional a la derivada de la señal de corriente en el conductor de línea 7. Esto produce un voltaje de salida grande para cambios rápidos escalonados de tiempo de subida en la señal de corriente. Las señales de salida del transformador de corriente que aparecen en 8a y 15a son sustancialmente iguales, pero de polaridad opuesta. Los diodos de fijación 9b y 9c de la red de fijación 54 fijan los voltajes negativos a tierra más una caída de diodo, mientras que la combinación en serie de los diodos de fijación 9 y 9a con los diodos Zener 10 y 10a fijan los voltajes positivos al voltaje umbral de los diodos Zener, más una caída de diodo, por encima de VI, el carril de suministro positivo. Los temporizadores 11 y 14 incluyen entradas de disparo 8 y 15 que son sensibles a transiciones negativas para poner en marcha los temporizadores. Los temporizadores 11 y 14 son preferiblemente temporizadores de circuito integrado del tipo 555 que se puede obtener de gran número de fuentes. Un voltaje de suministro 130 produce esencialmente un voltaje CC VI con respecto al conductor neutro 6. El voltaje positivo VI está conectado al tercer terminal de entrada 54b de la red de fijación 54 y también está conectado a la toma central 53a del secundario 3 del transformador 1. VI también actúa como el suministro de potencia CC para el resto del circuito. El voltaje VI está conectado a las entradas de disparo 8 y 15 por medio de bobinas 3a y 3b a los temporizadores 11 y 14, y sirve para mantener desactivados los temporizadores. Cuando aparece una transición negativa en el conductor 8a o 15a, se dispara el temporizador respectivo 11 o 14. Cuando se produzca un primer escalón de corriente en el conductor de línea 7 que sea de insuficiente amplitud y tiempo de subida, uno de los temporizadores 11 y 14 se disparará, dependiendo de la polaridad del escalón de corriente. Cuando se produzca un segundo escalón de corriente en la dirección opuesta de suficiente amplitud y tiempo de subida, se disparará el otro temporizador. Uno de los temporizadores 11 o 14 es disparado por escalones de corriente positivos en el conductor de línea 7, mientras que el otro es disparado por escalones de corriente negativos. Los diodos 9b y 9c de la red de fijación 54 limitan la magnitud del voltaje negativo que puede aparecer a través de las entradas de tempori zador 8 y 15. Durante una señal de fallo, las bobinas 3a y 3b producen señales sustancialmente iguales de polaridad opuesta. Los diodos Zener 10 y 10a proporcionan un alto nivel de fijación a través de la bobina que produce voltaje positivo para no cargar el núcleo 2 y afectar negativamente a la señal negativa procedente de la bobina opuesta. Esto se puede apreciar fácilmente en conexión con los diagramas de forma de onda representados en la figura 2, que se explicarán más adelante . El devanado secundario en el transformador del sensor puede estar enrollado sin toma central. Sin la toma central, se requeriría un amplificador operativo de alta velocidad, configurado como un inversor, para crear la segunda señal de disparo del tempori zador . Los amplificadores operativos de alta velocidad son típicamente caros y requieren espacio adicional en la placa de circuito. El diseño del secundario de toma central elimina dicha necesidad. Un sensor alternativo 100 se representa en la figura la. Dicho sensor tiene un filtro de paso alto que se usa para que corrientes sinusoidales de 50 o 60 Hz no afecten al sensor. Aunque el sensor 1 se puede diseñar como se ha descrito anteriormente para que opere sin necesidad de un filtro de paso alto, en algunos diseños de sensor, que pueden ser más sensibles a las corrientes sinusoidales de frecuencia de línea, se puede precisar el filtro de paso alto. Las señales generadas en el sensor 1 por fallos por arco son acopladas por condensadores de bloqueo CC 4a y 5a a la red de fijación 54. Las señales de salida 8 y 15 se conectan a las entradas de disparo de los tempori zadores 11 y 14. Las resistencias 78 y 80 están conectadas entre las entradas a los temporizadores y un voltaje positivo de suministro VI para mantener altas las entradas de temporizador hasta que se generen impulsos. Las resistencias 78 y 80 en unión con los condensadores 4a y 5a también forman un filtro de paso alto para bloquear las señales sinusoidales de potencia de 50 o 60 Hz. Los voltajes generados en las entradas 8a y 15a tienen igual magnitud y polaridad opuesta con respecto a la toma central puesta a tierra 53a del inductor. Un escalón positivo en la corriente en el conductor 7, por ejemplo, producirá un voltaje positivo a través del devanado 3a y un pico positivo en 8a, con un pico negativo correspondiente a través del devanado 3b que aparece en 15a. El pico positivo de voltaje en 8a hace que el voltaje en el terminal de entrada 8 del temporizador 11 suba por encima del voltaje de suministro VI, por acción de la carga del condensador 4a, haciendo que los diodos 10a y 9a conduzcan y fijen la subida de voltaje al nivel del suministro de potencia VI, más la caída de voltaje a través de los diodos. El pico de voltaje negativo en 15a hace que el voltaje en la línea 15 caiga del valor VI hacia cero, cuando se cargue el condensador 5a. Esto dispara el temporizador 14. Los temporizadores 11 y 14 están configurados preferiblemente como temporizadores monoestables . Las salidas de los dos temporizadores están conectadas por cables 16 y 17 a las entradas primera y segunda de la puerta NI 18. Si se produce un escalón de corriente en una dirección en el conductor 7, haciendo que se dispare uno de los temporizadores, y se produce un segundo escalón de corriente en la dirección opuesta antes de que se agote el tiempo del primer temporizador, ambos temporizadores estarán en el estado disparado y la salida 19 de la puerta NI 18 será baja. En la práctica, un impulso de iniciación de arco pondrá en marcha uno de los temporizadores 11 y 14. El escalón de corriente en la otra dirección puede ser el impulso de extinción de arco al final o cerca del final del primer semiciclo de formación de arco, o el inicio del arco siguiente en el semiciclo de polaridad opuesta siguiente. En muchos casos, el arco puede no extinguirse hasta que la corriente esté cerca de cero, y por lo tanto el impulso de extinción del arco puede ser difícil o imposible de detectar. Por consiguiente, los períodos de los temporizadores 11 y 14 deben ser suficientemente largos para que el impulso de iniciación de arco del semiciclo siguiente se produzca dentro del período de los temporizadores, de manera que la puerta NI 18 se dispare y la señal en la salida 19 sea baja, indicando una secuencia de arco. En una realización de la invención para detectar arcos en serie y paralelos, el intervalo de tiempo para los temporizadores 11 y 14 se pone preferiblemente a ligeramente menos que la mitad del período de la línea de potencia CA, 8,33 milisegundos para 60 Hertzios, o 10 milisegundos para 50 Hertzios. Este montaje rechaza las señales de simulación de marca síncronas, tales como las producidas por corrientes de conexión de dispositivos de control de fase tales como reguladores de lámparas. En una realización de la invención adaptada solamente para detectar arcos paralelos, el intervalo de temporización para cada temporizador se fija preferiblemente a un tiempo predeterminado inferior a un ciclo completo, es decir, inferior a 16,66 milisegundos para un circuito de 60 Hertzios, y menos de 20 milisegundos para un circuito de 50 hertzios. Este montaje es susceptible al ruido producido por dispositivos de control de fase, y por lo tanto es adecuado solamente para la detección de fallos por arco paralelos. Antes de explicar el resto de los circuitos representados en la figura 1, se hace referencia ahora a la figura 2, en la que se muestra otra realización de la invención que incluye un detector RF 56, que está conectado a través del secundario de toma central del transformador 1. El detector RF incluye preferiblemente un filtro de paso de banda que tiene una frecuencia central aproximadamente igual a la frecuencia característica de las señales RF producidas por el arco detectado, o por múltiples filtros de paso de banda que rodean el ruido RF de frecuencia de banda ancha del arco, que se combinan en puerta Y para indicar una señal, y un rectificador para producir una señal lógica alta cuando está presente una señal RF que índica la aparición de un arco. Preferiblemente, se incluye un ligero retardo de tiempo en el detector 56, de manera que la señal RF deba estar presente durante un tiempo predeterminado antes de generarse una señal de salida. Esto discrimina algunos tipos de ruido de impulso que no indican con f labilidad la presencia de un arco. La salida del detector RF 56 está conectada a una puerta NI de tres entradas 18b junto con las salidas de los temporizadores 11 y 14. La puerta NI 18b produce una señal de salida solamente cuando las tres entradas son altas, es decir, cuando se han producido dos escalones de corriente en dirección opuesta dentro de un ciclo de línea, 16,66 milisegundos para una línea de 50 hertzios y 20 milisegundos para una línea de 50 hertzios, y también hay ruido de arco. El resto de la circuitería del interruptor de circuito por fallo por arco de las figuras 1 y 2 es idéntico, y se describirá ahora en conexión con la figura 1.

El temporizador de habilitación 19a y el temporizador de bloqueo 30, junto con la puerta NI 23, inhiben la generación de una señal de fallo por arco durante entre 1 y varios ciclos de la línea de potencia para evitar disparos falsos en señales que se asemejan a las señales de arco que son generadas por lámparas que se funden, arcos de conmutación normales y análogos. La salida de la puerta NI 18 está conectada a la entrada de disparo del temporizador de habilitación 19a. Cuando la salida 19 de la puerta NI 18 es baja, indicando posiblemente un fallo por arco, se dispara el temporizador de habilitación 19a. Preferiblemente, el temporizador de habilitación 19a tiene un período de aproximadamente un segundo. Por lo tanto, la salida 24 del temporizador de habilitación 19a es alta durante aproximadamente un segundo. El inversor 25 invierte dicha señal y dispara el temporizador de bloqueo 30, que tiene un período de 1 a varios, preferiblemente menos de 7 ciclos de la frecuencia de la línea de potencia. El condensador diferenciador 26 hace que el temporizador de bloqueo 30 se dispare solamente a la transición negativa de la salida del inversor 25, y por lo tanto sólo a la transición positiva de la salida del temporizador de habilitación 19a. La salida 31 del temporizador de bloqueo 30 está conectada mediante el inversor 32 a una entrada de la puerta NI 23. Por lo tanto, la primera vez que la puerta NI 18 genera una señal de fallo por arco, la entrada 22 de la puerta NI inhabilitante 23 se mantiene baja. La salida de la puerta NI 18 también está conectada mediante el inversor 20 a la otra entrada de la puerta NI 23 y se inhibe que las señales siguientes procedentes de la puerta NI 18 que indicarían la presencia de un arco disparen un fallo por arco hasta el paso de entre 1 y 7 ciclos, en cuyo tiempo la entrada 22 es alta y una salida de la puerta NI 18 produce una salida en la salida 33 de la puerta NI 23. Se puede generar un fallo por arco en cualquier momento hasta que se agote el tiempo del temporizador de habilitación 19a, tiempo en el que ambos temporizadores 19a y 30 se reposicionan , y se repite la secuencia. Cuando la salida de la puerta NI 23 es baja, la salida 35 del inversor 34 es alta, cargando el condensador 39 a través del diodo 36 y la resistencia 37. Cuando el voltaje a través del condensador 39, que está conectado a la puerta 40 del tiristor 41, llega al voltaje excitador, el tiristor 41 conduce y activa el solenoide 43 del mecanismo de disparo 44, que abre los contactos 45 y desconecta la carga 52 de la fuente de alimentación. El integrador formado a partir de la resistencia 37 conectada en serie con el condensador 39 sirve para almacenar un número predeterminado de impulsos de corriente de secuencia de arco del inversor 34 antes de retener el tiristor 41 y abrir el contactor 45. La resistencia 38 descarga y reposiciona el condensador integrador 39. En otra realización de la invención, ilustrada en la figura Ib, el integrador es sustituido por un contador de ondulación 102. Después de haberse producido un número predeterminado de transiciones por fallo por arco en el inversor 34, línea de salida 35, línea que está conectada a la entrada del contador 102, la salida del contador conectada a la línea 40 es alta disparando el tiristor 41. El contador 102 es habilitado y reposicionado conectando el temporizador habilitante 19a, salida 24, al terminal de reposición de contador. De esta forma, se produce un retardo de tiempo cuando el contador se incrementa a la señal que indica fallo por arco. Las figuras 3(a-j) son diagramas de forma de onda que son útiles para entender el funcionamiento de las realizaciones del interruptor de circuito por fallo por arco aquí descritas. Para referencia, el voltaje de línea sinusoidal se representa en la figura 3 j . Todas las figuras tienen la misma escala de tiempo. La figura 3i muestra la forma de onda de corriente en la línea de potencia con un arco presente. Un aumento brusco de la corriente que se produce en 202 en la figura 3i indica la iniciación de un arco. La forma de onda de formación de arco 200 en la figura 3i muestra el ruido RF producido por el arco. La forma de onda de formación de arco 213 en la figura 3h y 221 en la figura 3g muestran el mismo ruido RF . Las señales producidas en las salidas 8a y 15a del trans ormador de corriente se representan en las figuras 3g y 3h, respectivamente. Estas señales son inversas una de otra en torno a un voltaje positivo igual al suministro CC VI. Como se puede ver, la iniciación en rápida subida del arco 202 genera un impulso positivo 218, en la línea 15a, y un impulso negativo 210 en la línea 8a. Aunque estos impulsos se denominan positivo y negativo, esto se refiere solamente a la dirección del cambio de voltaje, no a su magnitud. Los voltajes son positivos a excepción de un pequeño voltaje negativo debido al voltaje umbral de los diodos de fijación 9b y 9c. La transición negativa 201 y la transición positiva siguiente 204 se producen cuando el arco chisporrotea y se extingue temporalmente en 201 y se restablece en 204. Esto produce impulsos 212 y 220 cuando el arco se extingue e impulsos 214 y 222 cuando el arco se restablece. Como se representa en la figura 3i, cuando la forma de onda se aproxima al cruce cero en 206, el arco se extingue, pero no se genera impulso, como se representa en las figuras 3g y 3h, porque la transición es de una magnitud demasiado baj y no suficientemente pronunciada para crear un impulso.

Como se representa en la figura 3i, el arco se restablece después en 208 y después se extingue consecutivamente y restablece en los cuatro semiciclos siguientes, produciendo impulsos positivos y negativos consecutivos 216 y 224, como se representa en las figuras 3g y 3h. Las figuras 3e y 3f muestran las salidas de los tempori zadores 11 y 14, respectivamente. La figura 3d muestra la salida de la puerta NI 18, que es baja solamente cuando las salidas de ambos temporizadores 11 y 14 son al as. La figura 3c muestra la salida 31 del temporizador de bloqueo 30, y la figura 3a muestra la salida 24 del temporizador de habilitación 19a. La figura 3b muestra la salida 35 del inversor 34. Se puede ver que, aunque la puerta NI 18 produce una señal 234, como se representa en la figura 3d, indicando la presencia de un fallo por arco durante los dos primeros ciclos de la forma de onda representada en la figura 3j , el inversor 34 no produce salida como se representa en la figura 3b, a causa de la función de inhibición del primer ciclo. Las siguientes señales de fallo por arco se representan en la figura 3d después de haberse agotado el tiempo del temporizador de bloqueo 30. Después de haberse producido un número predeterminado, por ejemplo 3, de dichas señales, el tiristor 41 se dispara y el mecanismo de disparo 44 dispara los contactos 45 y se desconecta la carga de la línea. La figura 4 ilustra las formas de onda de otra realización del circuito ilustrado en la figura 1. El transformador de corriente 1 puede estar devanado y cargado para producir un voltaje oscilante anular, como se representa en 255 en la figura 4e y 254 en la figura 4f.

Cuando se produce un fallo por arco paralelo como se representa en 250, con un escalón grande de corriente de arco 252, se produce un impulso de voltaje mayor que el típico produciendo una gran corriente de fijación. Esto sirve para disparar los temporizadores 11 y 14 casi simultáneamente, como se representa en la figura 4b y 4c, lo que produce impulsos de detección de arco de duración mucho mayor en la salida de la puerta NI 18 representada en la figura 4a. El pico anular es una función del circuito resonante Q del inductor secundario con la capacitancia del devanado, o con una capacitancia colocada a través del secundario, y la cantidad de la corriente de impulso a través del secundario. Devanar el transformador para baja capacitancia y usar un material de núcleo Q bajo o poner una resistencia amortiguadora a través del secundario reducirá la amplitud del anillo. Cuando un escalón grande en la corriente de línea hace que el voltaje a través de uno de los devanados secundarios active una de las fijaciones de voltaje, pasa un impulso de corriente a través de la mitad del secundario que almacena energía suficiente para poner en marcha el anillo. Usando los métodos de ajuste Q anteriores, el pico del anillo se puede fijar para activar uno de los temporizadores a un nivel de escalón predeterminado de la corriente de arco. Los impulsos de amplia duración en la salida de la puerta NI 18 sirven para cargar el integrador 46 a una velocidad mucho más rápida para interrupciones más rápidas a altas corrientes de fallo. La figura 5 es un diagrama esquemático de otra realización de la invención, bastante similar a la figura 1, pero en la que el sensor es diferente. Con referencia a la figura 5, el sensor 71 es un inductor de toma central preferiblemente en serie con el conductor de línea 7, pero que también podría estar en serie con el conductor neutro 6 (no representado) . Preferiblemente, el inductor tiene un núcleo de aire, o un núcleo de alta frecuencia, tal como un núcleo de hierro en polvo. Los filtros de supresión EFT 4 y 5 están conectados en paralelo con las dos porciones del conductor de toma central y son sustancialmente similares a los componentes de igual número de las figuras 1 y 2. Las señales generadas en los inductores por fallos por arco son acopladas por condensadores de bloqueo CC 74 y 76 a la red de fijación 82, que de nuevo tiene forma de un rectificador de puente. Las señales de salida 8 y 15 están conectadas a las entradas de disparo de los temporizadores 11 y 14, y el resto del circuito es idéntico al de la figura 1. Las resistencias 78 y 80 están conectadas entre las entradas a los temporizadores y un voltaje de suministro positivo VI que sirve para mantener altas las entradas de temporizador hasta que se generen impulsos. Las resistencias 78 y 80 en unión con los condensadores 74 y 76 también forman un filtro de paso alto para bloquear señales de potencia sinusoidales de 50 o 60 Hz. Los voltajes generados en las líneas de entrada de temporizador 8 y 15 son de igual magnitud y polaridad opuesta con respecto a la toma central puesta a tierra 53 del inductor. Un escalón positivo en la corriente en el conductor 7, por ejemplo, producirá un voltaje positivo a través del inductor 70 y un pico positivo en 8a, apareciendo un pico negativo correspondiente a través del inductor 72 en 15a. El pico de voltaje positivo en 8a hace que el condensador 74 se cargue y aumente el voltaje en el terminal de entrada 8 del temporizador 11 por encima del voltaje de suministro conectado a 53a. El aumento de voltaje hace que el diodo 82a conduzca y fije el voltaje al nivel del suministro de potencia, más la caída de voltaje a través del diodo. El pico de voltaje negativo en 15a hace que el voltaje en la línea 15 caiga del valor en 53a hacia cero, cuando el condensador 76 se cargue, y dispara el temporizador 14,. Dicho circuito sensor en serie produce las mismas secuencias de impulso que las producidas por el transformador descrito en conexión con la figura 1. Si los inductores son de inductancia suficientemente baja, no producen voltaje suficiente a partir de los tiempos de aumento lentos creados por reguladores de luz para disparar los tempori zadores 11 y 14, pero responderán a los fallos por arco que tienen típicamente tiempos de subida más rápidos . La figura 6a muestra otra realización de la circuitería de sensor usada en el circuito de la figura 1. El secundario 120 del sensor 122 está devanado como devanado único sin toma. El sensor 122 responde a la derivada de la corriente de línea de la misma forma que en la figura 1. Cuando un escalón de la corriente de arco en una dirección hace que la línea 106 produzca un impulso de voltaje positivo, el diodo Zener 102 conduce activando el inversor 108 y disparando el temporizador 14. Cuando un escalón de la corriente de arco en la otra dirección hace que la línea 106 produzca un impulso de voltaje negativo, el diodo Zener 104 conduce haciendo que el transistor 110 y 112 conduzca activando el temporizador 11. El circuito de la figura 6b opera de la misma manera que el circuito de la figura 6a, a excepción del amplificador 116. El amplificador 116 permite menos vueltas de devanado en el secundario 120. Ambos circuitos demuestran un método para crear señales de disparo del temporizador a partir de un devanado secundario sin toma central. La figura 7 es un diagrama esquemático de otra realización de la invención, bastante similar a la figura 1, pero con un circuito de derivación de corriente de fallo de alto nivel. En esta realización, el retén de voltaje 300 incorpora optoaisladores que sirven para poner en derivación los temporizadores 11 y 14. En esta realización, los parámetros del transformador se varían, junto con el voltaje de ruptura de los diodos Zener 10 y 10a, para producir un flujo de corriente suficiente a través de los optoaisladores 9c y 9d durante grandes eventos de arco para activar cualquiera de los optotransistores asociados. Los colectores de los optoaisladores están conectados a la resistencia 8a en la unión 19. La resistencia 8a tiene un extremo conectado a la unión 19 y el otro extremo conectado a la salida de la puerta NI 18. Cuando un escalón grande de corriente de fallo por arco produce un impulso de voltaje a través del secundario del sensor 1, el impulso produce una acción de fijación por el Zener y uno de los optodiodos. La conducción de los optodiodos produce la conducción del optotransistor, que hace que la línea 19 sea baja, independientemente del voltaje en la salida de la puerta NI 18, que está aislada por la resistencia 8a. Esta acción pone en derivación el intervalo de temporización y hace directamente que el condensador integrador 39 cargue mediante el inversor 20, la puerta NI 23 y el inversor 34, una vez que el tiempo de retención establecido por el temporizador de bloqueo 30 expira como se explica con respecto al circuito de la figura 1. Aunque las realizaciones descritas hasta ahora usan un transformador de corriente simétrico con una de las líneas activa y neutra extendiéndose a través del mismo como devanado primario, es posible usar un transformador asimétrico que tenga ambas líneas activa y neutra extendiéndose a través del mismo como devanados primarios diferenciales. Un devanado secundario asimétrico, tal como un devanado formado solamente en una porción de la circunferencia del núcleo, se puede usar para proporcionar una señal diferencial en su salida que tenga rechazo de modo común bajo, es decir, una señal que es más sensible a la corriente que fluye en uno de los conductores que el otro. Alternativamente, el núcleo toroidal puede hacerse asimétrico, por ejemplo, llenando una ranura o quitando de otro modo una porción del núcleo en una o varias posiciones discretas, para reducir el rechazo de modo común del transformador . Muchas de las características lógicas y de tempori zación antes descritas se pueden incorporar en un microprocesador . Aunque la invención se ha descrito en conexión con varias de sus realizaciones actualmente preferidas, los expertos en la materia reconocerán que se puede hacer muchas modificaciones y cambios en ella sin apartarse del verdadero espíritu y alcance de la invención, que, por consiguiente, se pretende que se defina solamente por las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un dispositivo detector de fallo por arco para proteger líneas de potencia eléctrica, incluyendo dicho dispositivo : un sensor para detectar la derivada de la corriente de la línea de potencia eléctrica; medios de circuito para convertir la derivada de la corriente de línea en señales primera y segunda, la primera señal en respuesta a transiciones escalonadas positivas de la corriente de arco, la segunda señal en respuesta a transiciones escalonadas negativas de la corriente de arco, y generar una señal de fallo cuando una de las señales sigue a la otra en un primer tiempo predeterminado, y una secuencia de una de las señales que sigue a la otra señal se produce en un segundo tiempo predeterminado. 2. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el sensor incluye un transformador de corriente con un primario y un devanado secundario de toma central, en el que el devanado secundario produce voltajes de señal primero y segundo de polaridades opuestas con respecto a la toma central; en el que los voltajes son proporcionales a la velocidad de cambio de la corriente de la línea de potencia a través del devanado primario; y en el que la detección de arco se determina por un escalón de corriente a través del devanado primario de una dirección que produce un impulso de voltaje de una polaridad en un extremo del secundario, con respecto a la toma central, seguido por un escalón de corriente en la otra dirección que produce un segundo impulso de voltaje de la misma polaridad, con respecto a la toma central , en el otro extremo del secundario . 3. El dispositivo de la reivindicación 2, en el que el transformador de corriente incluye un núcleo construido de metal en polvo. 4. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el sensor incluye un transformador de corriente devanado con un devanado primario y secundario; en el que el devanado primario transporta la corriente de la línea de potencia; y en el que el secundario produce una señal proporcional a la derivada de la corriente primaria, en el que los medios de circuito para producir la segunda señal son un circuito inversor . 5. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que e primer tiempo predeterminado es menor que el tiempo durant un semiciclo de la corriente CA de la línea de potencia. 6. El dispositivo de la reivindicación 1, donde el sensor incluye un inductor de toma central en serie con la corriente de la línea de potencia, en el que el inductor produce voltajes de señal primero y segundo de polaridades opuestas con respecto a la toma central; en el que los voltajes son proporcionales a la velocidad de cambio de la corriente de la línea de potencia mediante el devanado primario; y en el que la detección por arco se determina por un escalón de corriente a través del inductor en una dirección que produce un impulso de voltaje de una polaridad en un extremo del inductor, con respecto a la toma central, seguido por un escalón de corriente en la otra dirección que produce un segundo impulso de voltaje de la misma polaridad, con respecto a la toma central, en el otro extremo del inductor. 7. El dispositivo de la reivindicación 1, incluyendo un circuito inhibidor que bloquea un número predeterminado de secuencias de señal al comienzo de las transiciones escalonadas en la corriente de la línea de potencia y en el que el bloqueo hace que el dispositivo rechace eventos normales de escalón de corriente de carga. 8. El dispositivo de la reivindicación 1, incluyendo un detector para detectar corriente que representa un evento de arco superior a una magnitud predeterminada, para generar una tercera señal, y generar una señal de fallo cuando se produce una secuencia de una de las terceras señales que sigue a otra de las terceras señales en un segundo tiempo predeterminado. 9. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el detector para detectar corriente que representa un evento de arco superior a una magnitud predeterminada incluye un conmutador electrónico que opera a la activación de un retén de voltaje conectado al sensor. 10. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el detector para detectar corriente que representa un evento de arco superior a una magnitud predeterminada incluye al menos un optoacoplador acoplado al sensor. 11. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el detector para detectar corriente que representa un evento de arco superior a una magnitud predeterminada incluye optoacopladores primero y segundo conectados al sensor en una configuración de puente de diodos. dispositivo de la reivindicación 1, en el que el sensor incluye un sensor Q alto para producir un voltaje de oscilación transitoria en respuesta a un fallo por arco superior a una magnitud predeterminada, para producir las señales positiva y negativa de forma sustancialmente simultánea, en los semiciclos primero y segundo del voltaje de oscilación transitoria. 13. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que la duración de la señal de fallo es aproximadamente inversamente proporcional al intervalo de tiempo entre la primera señal en respuesta a una transición escalonada positiva de corriente de arco y la segunda señal en respuesta a una transición escalonada negativa de la corriente de arco. 14. El dispositivo de la reivindicación 13, donde la bobina produce oscilación transitoria en respuesta a señales de fallo por arco, produciendo por ello una coincidencia aproximada en las señales primera y segunda y duración máxima de la señal que indica fallo por arco. 15. El dispositivo de la reivindicación 7, incluyendo además un temporizador habilitante que anula el circuito inhibidor durante un intervalo predeterminado después de que haya transcurrido el retardo de tiempo inhibidor predeterminado . 16. El dispositivo de la reivindicación 1 e incluyendo además unos medios de detección de radiofrecuencia para detectar señales de radiofrecuencia procedentes de dicho transformador de corriente y evitar la generación de la señal de fallo si no se ha detectado un umbral predeterminado de radiofrecuencia. 17. El dispositivo de la reivindicación 16, donde los medios de detección de radiofrecuencia contienen un filtro de paso de banda. 18. El dispositivo de la reivindicación 16, donde los medios de detección de radiofrecuencia incluyen una pluralidad de filtros de paso de banda sin solapamiento y un detector que es activado solamente si se produce señal suficiente a partir de cada uno de los filtros de paso de banda . 19. El dispositivo de la reivindicación 1 e incluyendo además un filtro de paso alto conectado al sensor para rechazar componentes de frecuencia de 60 Hz. 20. El dispositivo de la reivindicación 1 e incluyendo además un detector de señal de fallo por arco de alto nivel conectado al devanado secundario del transformador de corriente para poner en derivación primeros medios tempori zadores . 21. Un interruptor ce circuito por fallo por arco incluyendo un transformador de corriente acoplado a un circuito eléctrico, en el que puede haber arcos; un detector conectado al transformador de corriente para detectar un borde de entrada bruscamente ascendente de una señal producida por el transformador cuando se detecta un arco en el circuito eléctrico; un temporizador que tiene una entrada de disparo conectada al detector para disparar el temporizador cada vez que el detector genera una señal de salida, teniendo el temporizador un período igual a menos de la mitad de la señal de potencia eléctrica transportada por el circuito, teniendo el tempori zador una salida; y un controlador conectado a la salida del tempori zador y a la salida del detector para producir una señal de fallo por arco cuando el detector produce un segundo impulso dentro del período del temporizador . 22. El interruptor de circuito por fallo por arco de la reivindicación 21, en el que el controlador incluye un di scriminador para inhibir una generación de una señal de fallo por arco, a no ser que se generen al menos dos señales de fallo consecutivas . 23. Un interruptor de circuito por fallo por arco para detectar fallos por arco de alta corriente en un circuito eléctrico incluyendo un detector sensible a señales positiva y negativa generadas por fallos por arco para producir un impulso de salida en respuesta a la detección de una señal positiva o negativa; un temporizador que tiene un período al menos ligeramente mayor que el período de una señal de potencia transportada por el circuito eléctrico; un circuito lógico conectado al detector y el temporizador para generar una señal de reconocimiento de fallo por arco cuando el detector genera al menos dos señales de fallo por arco dentro de un solo ciclo del temporizador, indicando cada señal la detección de una transición en el circuito de potencia que tiene una magnitud mayor que un nivel predeterminado. 24. El interruptor de circuito por fallo por arco de la reivindicación 23, incluyendo un circuito inhibidor para inhibir la generación de una señal de reconocimiento de fallo por arco hasta que el circuito lógico produce dos señales de fallo por arco consecutivas, y para inhabilitar el discrimmador durante un intervalo predeterminado. 25. Un interruptor de circuito por fallo por arco, incluyendo : un interruptor de circuito conectado entre una fuente de alimentación y una carga; un sensor para producir transiciones de corriente positiva y negativa en un circuito que se protege; un primer temporizador de retardo conectado al sensor, sensible a los impulsos positivos para generar una primera señal de retardo; un segundo temporizador de retardo conectado al sensor y sensible a los impulsos positivos para generar una segunda señal de retardo; un combinador conectado a los temporizadores de retardo primero y segundo para generar una señal de fallo cuando están presentes ambas señales de retardo primera y segunda indicadas, estando conectado el combinador al interruptor de circuito para desconectar la carga de la fuente de alimentación cuando se genere una señal de fallo. 26. El interruptor de circuito por fallo por arco de la reivindicación 25, incluyendo: un discriminador conectado entre el combinador y el interruptor de circuito para impedir que el interruptor de corriente desconecte la carga de la fuente durante un período predeterminado después de generarse una primera señal de fallo. 27. El interruptor de circuito por fallo por arco de la reivindicación 25, incluyendo: un integrador conectado entre el combinador y el interruptor de circuito para disparar el interruptor de circuito solamente después de haberse detectado un número predeterminado de fallos. 28. El interruptor de circuito por fallo por arco de la reivindicación 25, incluyendo: un integrador conectado entre el combinador y el interruptor de circuito para disparar el interruptor de circuito solamente después de haberse producido una señal de detección de arco de duración suficiente. 29. El interruptor de circuito por fallo por arco de la reivindicación 25, incluyendo: un contador conectado entre el combinador y el interruptor de circuito para disparar el interruptor de circuito solamente después de haberse detectado un número predeterminado de señales de fallo. 30. El interruptor de circuito por fallo por arco de la reivindicación 29, incluyendo un temporizador para reposicionar el contador después de un tiempo predeterminado . 31. El dispositivo de la reivindicación 9, en el que el conmutador electrónico para detectar corriente que representa un evento de arco superior a una magnitud predeterminada incluye un optoacoplador. 32. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el sensor incluye un transformador de corriente asimétrico en el que los conductores de línea y neutro forman dos devanados primarios iguales, y en el que una señal de salida es más sensible a las señales en un conductor seleccionado del conductor de línea y neutro que a las señales en el otro conductor. 33. El dispositivo de la reivindicación 32, en el que el ransformador de corriente asimétrico incluye un núcleo que tiene una característica magnética no uniforme. 34. El dispositivo de la reivindicación 32 incluye un núcleo que tiene una ranura formada en el mismo. 35. El dispositivo de la reivindicación 32, en el que el transformador de corriente asimétrico incluye un devanado no simétrico.