Un detector (10) de fallo de arco de chisporroteo, para un sistema con un conductor eléctrico (14) que lleva corriente a una carga,

comprendiendo dicho detector (10) de fallo de arco de chisporroteo: un monitor (64) de corriente acoplado al conductor, para generar una señal variable sensible al comportamiento de dicha corriente en dicho conductor, caracterizado por un detector (58) de nivel, acoplado a dicho monitor (64) de corriente y que genera un primer pulso cuando dicha señal variable excede un primer nivel, un detector (62) de escalón, acoplado a dicho monitor sensible a incrementos escalonados rápidos de dicha señal variable, generando dicho detector de escalón un segundo pulso cuando dicha señal variable excede un segundo nivel, y un verificador (40) de arco acoplado a dicho detector (58) de nivel y a dicho detector (62) de escalón, para combinar dicho primer pulso y dicho segundo pulso, generando dicho verificador (40) de arco una señal de fallo cuando dichos pulsos combinados exceden un tercer nivel

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere, en general, a detectores de fallo de arco y, más en concreto, a detectores de fallo de arco de chisporroteo, que utilizan técnicas de filtrado de paso alto. 5

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existen diversas condiciones que pueden provocar un fallo de arco. El cableado o aislamiento corroído, desgastado o envejecido, los cables de alimentación gastados, las tomas de pared viejas con presión de contacto insuficiente, las tensiones eléctricas de sobrecargas repetidas, etc., pueden provocar un fallo de arco. Estas condiciones pueden dañar el aislamiento del cableado y crear unas temperaturas de calentamiento excesivas. Los 10 fallos de arco pueden tener como resultado un incendio, dependiendo de varias condiciones, tales como si hay materiales combustibles muy próximos.

Existen asimismo diversas condiciones que pueden tener como resultado un falso fallo de arco. Por ejemplo, la incidencia de un fallo de arco en un circuito de bifurcación de un sistema suministro energético puede generar un falso arco en otro circuito de bifurcación. Como resultado, pueden activarse erróneamente los 15 disyuntores en más de un circuito de bifurcación. Otro ejemplo es una carga relativamente ruidosa tal como un taladro eléctrico, que crea una perturbación de alta frecuencia en el circuito, la cual puede aparentar ser un fallo de arco.

Existen dos tipos de fallo de arco que pueden producirse en una vivienda. Un primer tipo es un arco de alta energía que puede estar relacionado con fallos de alta corriente; un segundo tipo es un arco de baja corriente que 20 puede estar relacionado con un contacto momentáneo persistente de conductores eléctricos. El primer tipo puede resultar de una conexión involuntaria entre un conductor de línea y un conductor neutro, o una línea conductora y tierra. El primer tipo puede absorber corriente que está por encima de la capacidad nominal del circuito, formando un arco cuando los contactos están unidos físicamente.

El otro tipo de fallo de arco, el contacto momentáneo de conductores eléctricos, puede considerarse más 25 problemático. Puesto que la corriente en el arco puede limitarse a un valor menor que el valor nominal de activación de un disyuntor asociado, dichos arcos pueden hacerse persistentes sin observación, y pueden tener como resultado ciertas condiciones. Pueden provocarse arcos de contacto mediante los resortes en conmutadores que se gastan lo cual, a su vez, puede reducir las fuerzas que mantienen juntos los contactos eléctricos. Cuando los contactos eléctricos se calientan y se enfrían, los conductores pueden contactar y separarse repetidamente, creando 30 de ese modo posiblemente arcos conocidos como "arcos de chisporroteo".

Los arcos de contacto o arcos de chisporroteo pueden ser observados asimismo en contactos que está fabricados de materiales diferentes. Por ejemplo, el cableado de aluminio en contacto con cableado de cobre puede oxidar los puntos de contacto. En este caso, con el tiempo puede acumularse una capa no conductora entre los puntos de contacto y como resultado generarse un arco. Pueden observarse asimismo arcos de chisporroteo en 35 cables de prolongación con una capacidad insuficiente de transporte de corriente. Cuando el enchufe se calienta mediante el calentamiento de la resistencia, los materiales aislantes en torno a los contactos pueden eventualmente fundirse, y fluir a la zona de contacto, impidiendo que se realice un contacto adecuado. La corriente en los conductores puede producir fuerzas de repulsión que pueden separar los conductores, lo que tiene como resultado un arco. El arco puede extinguirse cuando la corriente pasa por cero. Las fuerzas mecánicas o electrostáticas 40 pueden poner de nuevo en contacto los conductores, y puede repetirse el ciclo.

Se considera que diversos disyuntores no están diseñados específicamente para protegerse contra arcos de chisporroteo. Se han diseñado detectores de uso especial, con el objeto de detectar arcos de chisporroteo y, cuando son detectados, activar los disyuntores. Se considera que algunos detectores dependen de que los arcos de chisporroteo excedan un umbral predeterminado de corriente o de tensión antes de activar el disyuntor; se considera 45 que otros detectores dependen de que los arcos de chisporroteo tengan un patrón de alta frecuencia específico. Se cree que otros detectores dependen de que los arcos de chisporroteo produzcan un ruido de alta frecuencia de banda ancha, en el rango entre 10 kHz y 1 GHz mientras el arco está conduciendo la corriente. Estos detectores pueden requerir que no se produzca ruido mientras el arco no está conduciendo la corriente, es decir, durante los intervalos entre la conducción del arco. Estos detectores utilizan varias técnicas de procesamiento para analizar los 50 patrones repetitivos en el ruido.

Se considera que existe la necesidad de un detector de fallo de arco de chisporroteo, que no dependa del contenido de frecuencias del ruido generado por el arco, o de técnicas de análisis implicadas relativamente, para determinar las características del patrón del arco.

El documento EP 0 748 021 da a conocer un detector de arco de chisporroteo, que tiene un detector que 55 proporciona una salida pulsada dependiente de una corriente de carga. Se utilizan pulsos para determinar un fallo de generación de arco.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La invención está definida por las características de las reivindicaciones independientes, con realizaciones preferidas definidas en las reivindicaciones dependientes.

Se entiende que la descripción general anterior y la descripción detallada siguiente son ejemplares, pero no son limitativas de la invención. 5

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La invención se comprende mejor a partir de la siguiente descripción detallada, cuando sea leída en relación con los dibujos anexos. En los dibujos se incluyen las siguientes figuras:

La figura 1 es un diagrama esquemático de circuito, parcialmente en forma de diagrama de bloques, de un detector de fallo de arco de acuerdo con la invención. 10

La figura 2 es un diagrama esquemático de circuito, de partes del detector de fallo de arco de la figura 1.

Las figuras 3A-3D son diagramas de formas de onda que ilustran las tensiones producidas en diversas partes del detector de fallo de arco en las figuras 1 y 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN 15

En la figura 1 se muestra una realización ejemplar de un detector de fallo 10. Tal como se muestra, el detector de fallo 10 combina un sensor 66 de interruptor de fallo de arco (AFI, arc fault interrupt), con un sensor diferencial 90, para monitorizar la corriente absorbida por una carga eléctrica (no mostrada). El sensor 90 está acoplado con el conductor de línea 12 y con un conductor neutro 14, y el sensor 66 está acoplado con un conductor neutro 14. Tal como se describe a continuación, el monitor 64 de corriente de neutro, el detector 58 del nivel de 20 corriente, el detector 62 de escalones de corriente y el verificador de arco 48, en combinación, están diseñados para proteger contra ciertos fallos de arco de chisporroteo que se producen entre el conductor de línea y el conductor neutro. Tal como se describe asimismo a continuación, el monitor 68 de corriente diferencial y el detector 54 del nivel de fallo a tierra, en combinación, están diseñados para proteger contra ciertas sobre-corrientes absorbidas por la carga y contra ciertos fallos de línea a tierra que se producen en el sistema eléctrico. 25

Aunque no se muestra en la figura 1, se comprenderá que el sistema eléctrico puede tener una fuente de tensión de la compañía de servicio público de alimentación, que suministra 120 voltios entre el conductor de línea y el conductor neutro, todo a 60 Hz, por ejemplo. La invención no se limita a dicho ejemplo, y puede aplicarse a cualquier sistema de AC que funcione a cualquier tensión en cualquier frecuencia incluyendo, por ejemplo, 240 voltios, 480 voltios y 660 voltios, y 50, 60 y 400 Hz. 30

Si se determina la presencia de una condición de arco de chisporroteo, la salida 44 el verificador de arco se pone en el estado alto para conectar el circuito SCR 40. Conectar el circuito SCR 40 proporciona corriente para excitar el solenoide 36, con corriente extraída de los conductores de línea y neutro. El solenoide 36, cuando es accionado, activa el disyuntor para abrir los contactos 16 utilizando el mecanismo 18 de activación. Se apreciará asimismo que... [Seguir leyendo]

1. Un detector (10) de fallo de arco de chisporroteo, para un sistema con un conductor eléctrico (14) que lleva corriente a una carga, comprendiendo dicho detector (10) de fallo de arco de chisporroteo:

un monitor (64) de corriente acoplado al conductor, para generar una señal variable sensible al comportamiento de dicha corriente en dicho conductor, caracterizado por 5

un detector (58) de nivel, acoplado a dicho monitor (64) de corriente y que genera un primer pulso cuando dicha señal variable excede un primer nivel,

un detector (62) de escalón, acoplado a dicho monitor sensible a incrementos escalonados rápidos de dicha señal variable, generando dicho detector de escalón un segundo pulso cuando dicha señal variable excede un segundo nivel, y 10

un verificador (40) de arco acoplado a dicho detector (58) de nivel y a dicho detector (62) de escalón, para combinar dicho primer pulso y dicho segundo pulso, generando dicho verificador (40) de arco una señal de fallo cuando dichos pulsos combinados exceden un tercer nivel.

2. El detector (10) de fallo de arco de chisporroteo de la reivindicación 1, en el que dicho verificador (40) de arco incluye un transistor (152) con terminales primero y segundo que definen un circuito de conducción principal, 15 y un tercer terminal que controla la conducción a través de dicho circuito, estando dicho primer terminal acoplado a dicho detector (58) de nivel, estando acoplado dicho tercer terminal a dicho detector (62) de escalón, y proporcionando dicho segundo terminal una señal de salida que representa una combinación de dichos primer y segundo pulsos,

un condensador (160), acoplado a dicho segundo terminal, cargándose dicho condensador (160) en 20 respuesta a dichos pulsos combinados, y

un comparador (156) acoplado para recibir y comparar dicha carga a dicho tercer nivel,

en el que dicha señal de fallo es generada por dicho comparador (156) cuando dicha carga excede dicho tercer nivel.

3. El detector (10) de fallo de arco de chisporroteo de la reivindicación 2, en el que dicho condensador 25 (160) se carga a una primera velocidad y se descarga a una segunda velocidad que es menor que dicha primera velocidad.

4. El detector (10) de fallo de arco de chisporroteo de la reivindicación 3, en el que dicho comparador (156) incluye un circuito de histéresis, y dicha señal de fallo se mantiene cuando dicha carga excede dicho tercer nivel. 30

5. El detector (10) de fallo de arco de chisporroteo de la reivindicación 4, en el que dicho circuito de histéresis incluye:

una resistencia (166) acoplada a una entrada de dicho comparador para modificar dicho tercer nivel, y

un transistor (170) con terminales cuarto y quinto que define un circuito de conducción principal, y 35 un sexto terminal que controla la conducción a través de dicho circuito, estando acoplados dichos terminales cuarto y quinto a dicha resistencia, estando acoplado dicho sexto terminal a una salida de dicho comparador (156),

en el que dicho tercer nivel se modifica a un nivel de potencial inferior cuando se genera dicha señal de fallo. 40

6. El detector (10) de fallo de arco de chisporroteo de la reivindicación 5, en el que dicho detector (62) de escalón incluye un filtro de paso alto acoplado a dicho monitor de corriente (64), y

un primer comparador de ventana con un lado de entrada acoplado a dicho ciclo del paso alto, y un lado de salida acoplado a dicho verificador de arco, en el que

dicho filtro de paso alto proporciona una señal de borde a dicho lado de entrada, cuando se produce dicho 45 incremento escalonado rápido, y

dicho primer comparador de ventana proporciona dicho segundo pulso cuando dicha señal de borde excede dicho segundo nivel.

7. El detector (10) de fallo de arco de chisporroteo de la reivindicación 6, en el que dicho detector (58) de nivel incluye un segundo comparador de ventana, con un lado de entrada acoplado a dicho monitor (64) de corriente, y un lado de salida acoplado a dicho verificador (40) de arco,

en el que dicho segundo comparador de ventana proporciona dicho primer pulso cuando dicha señal variable excede dicho primer nivel. 5

8. El detector (10) de fallo de arco de chisporroteo de la reivindicación 7, en el que dicho monitor (64) de corriente incluye un transformador de corriente acoplado a dicho conductor,

un nodo que conecta dicho monitor (64) de corriente a dicho detector (58) de nivel y a dicho detector (62) de escalón, y

un tampón entre dicho transformador de corriente y dicho nodo. 10

9. El detector (10) de fallo de arco de chisporroteo de la reivindicación 8, que comprende además

un disyuntor (18) para interrumpir el flujo de corriente a dicha carga,

el circuito SCR (40) acoplado a dicho verificador (48) de arco, y

un solenoide (36) acoplado entre dicho circuito SCR (40) y dicho disyuntor (18),

en el que dicho circuito SCR (40) está condicionado para activar dicho disyuntor (18) cuando se genera 15 dicha señal de fallo.

10. El detector (10) de fallo de arco de chisporroteo de la reivindicación 9, en el que dicho conductor eléctrico incluye un conductor de línea (12) y un conductor neutro (14) acoplados a través de dicha carga, incluyendo además dicho detector (10) de fallo de arco de chisporroteo

un monitor (68) de corriente diferencial, acoplado a dichos conductores de línea y neutro para generar una 20 señal diferencial sensible al comportamiento de dicha corriente en dichos conductores de línea y neutro,

un detector (54) de nivel de fallo, acoplado a dicho monitor (68) de corriente diferencial, que genera una señal de fallo a tierra cuando dicha señal diferencial excede un cuarto nivel, y

otro circuito SCR (42) acoplado entre dicho detector (54) del nivel de fallo y dicho solenoide (36),

en el que dicho otro circuito SCR (42) está condicionado para activar dicho disyuntor (18) cuando dicha 25 señal de fallo a tierra excede dicho cuarto nivel.

Siguen tres hojas de dibujos.