Sistema interruptor de circuito por fallo de arco.

Circuito para determinar si en un circuito eléctrico hay presente una formación de arcos en respuesta a una señal de sensor correspondiente a corriente en dicho circuito eléctrico,

que comprende:

un circuito de filtro (50, 52, 54) para analizar dicha señal de sensor para determinar la presencia de ruido en un rango de frecuencias predeterminado, en el que dicho circuito de filtro (50, 52, 54) incluye por lo menos dos filtros de paso de banda (50, 52, 54) que tienen diferentes pasos de banda, produciendo cada filtro de paso de banda (50, 52, 54) una señal filtrada correspondiente; y

un circuito comparador (60) que incluye un comparador (60) para cada filtro de paso de banda (50, 52, 54), recibiendo cada comparador (60) una tensión umbral de referencia correspondiente, y siendo operable cada comparador (60) para comparar la señal filtrada correspondiente con la tensión de umbral de referencia correspondiente para generar una señal de salida correspondiente;

caracterizado por

un circuito selector de tensión (61) para cada uno de los comparadores (60), recibiendo cada circuito selector de tensión (61) una pluralidad de tensiones umbral de referencia para aplicación a su circuito comparador correspondiente (60), la pluralidad de tensiones umbral incluye una tensión útil para detectar fallos de arco en paralelo en el circuito eléctrico y otra tensión útil para detectar fallos de arco en serie en el circuito eléctrico, y

un controlador (14) adaptado para operar los circuitos selectores de tensión para seleccionar las tensiones umbral de referencia para permitir detectar fallos de arco en paralelo o fallos de arco en serie, o ambos, en base a las señales de salida.

Sistema interruptor de circuito por fallo de arco Campo de la invención La presente invención se refiere a la protección de circuitos eléctricos y, más concretamente, a la detección de fallos eléctricos de tipo conocido como fallos de arco en un circuito eléctrico.

Antecedentes de la invención Los sistemas eléctricos en aplicaciones residenciales, comerciales e industriales en general incluyen un cuadro eléctrico para recibir energía eléctrica de una red eléctrica. La energía se transmite entonces a través de unos dispositivos de protección a unos circuitos de derivación designados que suministran una o más cargas. Estos dispositivos de sobrecorriente normalmente son interruptores de circuito, tales como disyuntores y fusibles, que están diseñados para interrumpir la corriente eléctrica si se superan los límites de los conductores que llevan las cargas.

Los disyuntores son un tipo interruptor de circuito preferido dado que un mecanismo de restablecimiento permite su reutilización. Típicamente, los disyuntores interrumpen un circuito eléctrico debido a una condición de desconexión o de disparo tal como una sobrecarga de corriente o fallo de conexión a tierra. La condición de sobrecarga de corriente se produce cuando la corriente supera el valor nominal continuo del disyuntor para un intervalo de tiempo determinado por la corriente. Una condición de disparo de fallo de conexión a tierra se crea por un desequilibrio de las corrientes que pasan entre un conductor de línea y un conductor neutro que podría producirse por una fuga de corriente o un fallo de arco de conexión a tierra.

Los fallos de arco se definen comúnmente como la corriente que pasa por un gas ionizado entre dos extremos de un conductor roto o en un contacto o conector defectuoso, entre dos conductores que llevan una carga, o entre un conductor y tierra. Sin embargo, los fallos de arco no pueden provocar que un disyuntor convencional se dispare. Los niveles de corriente de fallo de arco pueden reducirse mediante una derivación o impedancia de carga a un nivel por debajo de los ajustes de la curva de disparo del disyuntor. Además, un fallo de arco que no hace contacto con un conductor o persona con conexión a tierra no disparará un protector de fallo de conexión a tierra.

Existen muchos estados que pueden producir un fallo de arco. Por ejemplo, cables, conectores, contactos o aislamiento corroído, gastado o envejecido, conexiones sueltas, cables dañados por clavos o grapas a través del aislamiento y una tensión eléctrica producida por una sobrecarga repetida, impactos de rayos, etc. Estos fallos pueden dañar el aislamiento de los conductores y/o hacer que el conductor alcance una temperatura inaceptable.

Los requisitos del código eléctrico nacional permiten en la actualidad que los interruptores de circuito por fallo de arco (AFCIs) para tomas de corriente que alimentan circuitos de derivación en dormitorios en todas las unidades de una vivienda sean de tipo alimentador de ramales. El alimentador de ramales es capaz de detectar fallos de arco en paralelo (es decir, formación de arcos a través de la línea) iguales o superiores a 75 amperios. Estos dispositivos están diseñados principalmente para proteger el cableado de derivación desde el panel de disyuntores hasta la toma de corriente y hasta cierto punto los dispositivos enchufados en esas tomas de corriente. A partir del 1 de enero de 2008, el Código Eléctrico Nacional requerirá AFCIs de tipo "combinación" que proporcionan un mayor grado de protección para tomas de corriente que suministran circuitos de derivación de un dormitorio. Los AFCIs de combinación son capaces de proporcionar toda la protección que ofrece un AFCI de un alimentador de ramales, pero, además, son capaces de detectar fallos de arco en serie (es decir, un arco en serie con cualquier conductor de línea) tan bajo como 5 amperios. Dicho fallo podría producirse, por ejemplo, en un cable de una lámpara o un aparato para un dispositivo conectado a una toma de corriente.

En conocido en la técnica la detección de fallos de arco en un alimentador de derivación para medir componentes espectrales de alta frecuencia en el espectro de la corriente de una carga de formación de arcos. Si hay presente un contenido espectral suficiente en determinadas bandas de frecuencias, esto puede tenerse en cuenta y utilizarse para detectar el fallo de arco utilizando un algoritmo de detección de procesamiento de señales. Uno de los retos en la detección de fallos de arco en serie en la norma de nivel de detección de amperaje relativamente inferior especificado para un AFCI de tipo combinación es medir correctamente la amplitud de los componentes de alta frecuencia debido a que estos componentes de alta frecuencia son reducidos, en comparación con fallos de arco de alimentadores de ramales, a bajos niveles de corriente de formación de arco de un fallo de arco en serie. Este reto se ve agravado por el hecho de que pueden haber presentes cargas inductivas en serie con el arco, tales como un motor eléctrico, y estas cargas tienden a atenuar la amplitud de la firma de alta frecuencia. Se da un problema adicional por la presencia de ordenadores personales y otros equipos electrónicos que proporcionan un filtrado capacitivo de la línea de alimentación. Estos filtros efectivamente cortocircuitan parte de la señal de alta frecuencia cuando se conecta al mismo circuito que el arco que requiere ser detectado.

Realizaciones de la presente invención abordan una necesidad en la técnica de un AFCI de tipo combinación. Más concretamente, realizaciones de la presente invención responden a una necesidad en la técnica de detectar la presencia de componentes de corriente de alta frecuencia en corrientes de formación de arco en serie de amperaje de bajo nivel.

US 6.504.692 B1 describe un dispositivo que detecta fallos de arco en serie y en paralelo curso arriba y curso abajo.

US 6.128.169 describe un detector de fallos de arco con un interruptor de circuito y detección temprana de fallo de arco.

US 5.341.265 describe un sistema para detectar un fallo de alta impedancia en un conductor de fase que tiene un dispositivo de potencial conectado al conductor de fase.

US 2004/0042137 A1 describe un procedimiento para determinar si la formación de arco está presente en un circuito eléctrico.

US 6.259.996 B1 describe un sistema de detección de fallo de arco para detectar fallos de formación de arco en un sistema de distribución eléctrica.

Descripción de la invención Un objetivo de la presente invención es disponer un circuito y un procedimiento para determinar si la formación de arco está presente en un circuito eléctrico, proporcionando dicho dispositivo y procedimiento una detección mejorada de ruido de banda ancha.

De acuerdo con una realización de la invención, se presenta un circuito para determinar si la formación de arco está presente en un circuito eléctrico en respuesta a una señal de sensor correspondiente a la corriente en dicho circuito eléctrico. El circuito comprende un circuito de filtro para analizar dicha señal de sensor para determinar la presencia de ruido en un rango de frecuencias predeterminado. El circuito de filtro incluye por lo menos dos filtros de paso de banda que tienen diferentes pasos de banda, produciendo cada filtro de paso de banda una señal filtrada correspondiente. El circuito incluye también un circuito comparador, que incluye un comparador para cada filtro de paso de banda, recibiendo cada comparador una tensión umbral de referencia correspondiente, pudiendo funcionar cada comparador para comparar la señal filtrada correspondiente con la tensión umbral de referencia correspondiente para generar una señal de salida correspondiente. El circuito incluye también un circuito selector de tensión para cada uno de los comparadores, recibiendo cada circuito selector de tensión una pluralidad de tensiones umbral y pudiendo funcionar para seleccionar uno de esas tensiones umbral como tensión umbral de referencia para la aplicación a su circuito comparador correspondiente. La pluralidad de tensiones umbral incluye una tensión útil para detectar fallos en arco en paralelo en el circuito eléctrico y otra tensión útil para detectar fallos en arco en serie en el circuito eléctrico. El circuito incluye, además, un controlador adaptado para operar circuitos selectores de tensión para seleccionar las tensiones umbral de referencia para permitir detectar un fallo de arco en paralelo o un fallo de arco en serie, o ambos, en base a las señales de salida.

Breve descripción de los dibujos En los dibujos: las figuras 1a y 1b forman un esquema de circuito de un sistema interruptor de circuito por fallo de arco de acuerdo con... [Seguir leyendo]

1. Circuito para determinar si en un circuito eléctrico hay presente una formación de arcos en respuesta a una señal de sensor correspondiente a corriente en dicho circuito eléctrico, que comprende:

un circuito de filtro (50, 52, 54) para analizar dicha señal de sensor para determinar la presencia de ruido en un rango de frecuencias predeterminado, en el que dicho circuito de filtro (50, 52, 54) incluye por lo menos dos filtros de paso de banda (50, 52, 54) que tienen diferentes pasos de banda, produciendo cada filtro de paso de banda (50, 52, 54) una señal filtrada correspondiente; y

un circuito comparador (60) que incluye un comparador (60) para cada filtro de paso de banda (50, 52, 54) , recibiendo cada comparador (60) una tensión umbral de referencia correspondiente, y siendo operable cada comparador (60) para comparar la señal filtrada correspondiente con la tensión de umbral de referencia correspondiente para generar una señal de salida correspondiente;

caracterizado por

un circuito selector de tensión (61) para cada uno de los comparadores (60) , recibiendo cada circuito selector de tensión (61) una pluralidad de tensiones umbral de referencia para aplicación a su circuito comparador correspondiente (60) , la pluralidad de tensiones umbral incluye una tensión útil para detectar fallos de arco en paralelo en el circuito eléctrico y otra tensión útil para detectar fallos de arco en serie en el circuito eléctrico, y

un controlador (14) adaptado para operar los circuitos selectores de tensión para seleccionar las tensiones umbral de referencia para permitir detectar fallos de arco en paralelo o fallos de arco en serie, o ambos, en base a las señales de salida.

2. Circuito según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el controlador (14) está adaptado para procesar dicha señal de sensor y dichas señales de salida para determinar si está presente un fallo de formación de arco en dicho circuito eléctrico.

3. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicho circuito de filtro (50, 52, 54) para analizar y el citado controlador (14) se encuentran integrados en un único chip de circuito integrado de aplicación específica (ASIC) .

4. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que incluye, además, un contador (64, 66, 68, 70) operable para incrementarse en respuesta a por lo menos una de dichas señales de salida del circuito comparador (60) .

5. Circuito según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el controlador (14) está adaptado para determinar periódicamente si está presente un fallo de formación de arco controlando dicho contador (64, 66, 68, 70) y comparando un recuento de dicho contador (64, 66, 68, 70) con uno o más recuentos preseleccionados indicativos de un fallo de formación de arco.

6. Circuito según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que dicho contador (64, 66, 68, 70) está implementado en software.

7. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dichas tensiones umbral de referencia para cada uno de los comparadores (60) se seleccionan para sean diferentes.

8. Circuito según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que incluye por lo menos un contador (64, 66, 68, 70) para cada comparador (60) , en el que cada contador (64, 66, 68, 70) es operable para incrementarse en respuesta a dicha señal de salida para su comparador (60) .

9. Circuito según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que incluye, además, por lo menos un contador

(64) operable para incrementarse en respuesta a señales de salida simultáneas generadas a partir de por lo menos dos comparadores (64) .

10. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de el controlador comprende un registro umbral (65) y un microprocesador, y en el que el microprocesador está adaptado para cargar el registro umbral con un valor indicativo de la tensión umbral seleccionada de la pluralidad de tensiones umbral, en el que el circuito selector de tensión (61) está adaptado para responder al valor cargado en el registro umbral (65) para realizar la selección.

11. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el controlador

(14) está adaptado para procesar dicha señal de salida para determinar si está presente en dicho circuito eléctrico un fallo de formación de arco de tipo en serie.

12. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la pluralidad de tensiones umbral se genera mediante un circuito divisor de tensión (67) a partir de una tensión de referencia común.