BRPI0502135B1

BRPI0502135B1 - Aparelho para detectar uma falha de arco e disjuntor para interromper corrente em um sistema elétrico

Info

Publication number: BRPI0502135B1
Application number: BRPI0502135-9A
Authority: BR
Inventors: Steven C Schmalz
Original assignee: Eaton Intelligent Power Limited
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2022-04-05
Also published as: EP1598912A3; CA2508102A1; EP1598912B1; BRPI0502135A; US20050259369A1; EP1598912A2; CA2508102C; US7161775B2

Abstract

APARELHO PARA DETECTAR UMA FALHA DE ARCO E DISJUNTOR PARA INTERROMPER CORRENTE EM UM SISTEMA ELÉTRICO. Um aparelho (29) inclui um primeiro circuito (34) detectando quando um valor absoluto de um sinal de corrente (31A) é menor do que um primeiro valor predeterminado e emitindo um sinal (34A) após um primeiro período de tempo. Um comparador (35) compara aquele sinal com um envelope (33A) de um sinal de corrente retificado (32A), para prover uma saída (98) com uma pluralidade de pulsos que persistem por um tempo relativamente mais longo para um valor relativamente pequeno do envelope (33A), e persistem por um tempo relativamente mais curto para um valor relativamente grande do envelope (33A). Um segundo circuito (36) habilita a saída de comparador (98) se o sinal de corrente retificado (32A) exceder um segundo valor predeterminado, e desabilita a saída de comparador após o sinal de corrente retificado (32A) estar abaixo do segundo valor predeterminado por um segundo período de tempo. Um terceiro circuito (37) acumula os pulsos e emite um sinal (26) representativo de uma falha de arco de trilha úmida.

Description

Antecedentes da invenção Campo da invenção

[0001] Esta invenção relaciona-se com interruptores de circuito incluindo mecanismos de desarme por falha de arco e, mais particularmente, unidades de desarme eletrônico para disjuntores, as quais respondem às falhas de arco de faiscação. A invenção também se relaciona com aparelho para detectar falhas de arco.

Informações antecedentes

[0002] Interruptores de circuito incluem, por exemplo, disjuntores, contatores, dispositivos de partida de motor, controladores de motor, outros controladores de carga e receptáculos tendo um mecanismo de desarme. Disjuntores são geralmente antigos e bem conhecidos na técnica. Exemplos de disjuntores são divulgados nas patentes U.S. Nos 5,260,676; e 5,293,522.

[0003] Disjuntores são usados para proteger circuitagem elétrica de danos devido a uma condição de sobrecorrente, tal como uma condição de sobrecarga ou um curto-circuito de nível relativamente alto ou condição de falha. Em disjuntores pequenos, comumente referidos como disjuntores miniatura, usados para aplicações comerciais leves, tal proteção é tipicamente provida por um dispositivo de desarme termo- magnético. Este dispositivo de desarme inclui um bimetal, o qual é aquecido e se curva em resposta a uma condição persistente de sobrecorrente. O bimetal, por sua vez, destrava um mecanismo operacional acionado por mola, o qual abre os contatos separáveis do disjuntor para interromper fluxo de corrente no sistema de energia protegido. Uma armadura, a qual é atraída pelas forças magnéticas dimensionáveis geradas por um curto-circuito ou falha, também destrava, ou desarma, o mecanismo operacional.

[0004] Tem havido considerável interesse em prover proteção contra falhas de arco. Falhas de arco são falhas intermitentes de alta impedância as quais podem ser provocadas, por exemplo, por isolação gasta entre condutores adjacentes, por extremidades expostas entre condutores partidos, ou por conexões falhas, e em outras situações onde elementos condutores estão em vizinhança próxima. Devido a sua natureza intermitente e de alta impedância, falhas de arco não geram correntes de quer magnitude instantânea suficiente ou corrente RMS média suficiente para desarmar o interruptor de circuito convencional. Mesmo assim, os arcos podem provocar danos ou iniciar um incêndio se eles ocorrerem próximos a material combustível. Não é prático simplesmente abaixar as correntes de atuação em disjuntores convencionais, uma vez que existem muitas cargas típicas, as quais extraem correntes similares e poderiam, portanto, provocar desarmes incômodos. Conseqüentemente, circuitos elétricos separados têm sido desenvolvidos para responder às falhas de arco. Veja, por exemplo, as patentes U.S. Nos 5,224,006; 5,691,869; e 5,818,237.

[0005] É acreditado que a maioria dos detectores de falha funcionem mal ou sejam completamente ineficientes ao detectar falhas de arco de via úmida em chicote de fiação compreendido de fio isolado com poliamida (p. ex., Kapton®) porque tais falhas exibem correntes de falha aproximadamente senoidais. É acreditado que detectores de falha de arco conhecidos não respondam, a menos que a corrente de falha de arco exiba uma característica relativamente mais fortemente distorcida.

[0006] Alguns detectores de falha de arco conhecidos da técnica anterior para aplicações aeroespaciais desarmam em correntes senoidais e correntes aproximadamente senoidais, relativamente altas, as quais são provocadas por falhas de arco de via úmida e por correntes de partida de motor, respectivamente. Por exemplo, se a amplitude absoluta de corrente exceder um limite predeterminado (p. ex., cerca de cinco vezes a corrente nominal), então o detector de falha de arco inicia um desarme. Existe uma necessidade de um detector de falha de arco para eliminar desarme incômodo que resulta de uma inabilidade em discernir entre estes dois tipos de correntes.

[0007] Conseqüentemente há espaço para melhoria em disjuntores e aparelho para detectar falhas de arco.

Sumário da invenção

[0008] Estas necessidades e outras são atendidas pela presente invenção, a qual provê um circuito detector de falha de arco que é adaptado para ser não responsivo a corrente em um sistema elétrico sendo, por exemplo, uma corrente senoidal de partida de motor e a ser responsivo a corrente em tal sistema tendo uma marca de arco de via úmida.

[0009] De acordo com um aspecto da invenção, um disjuntor para interromper corrente em um sistema elétrico compreende: contatos separáveis adaptados para interromper corrente no sistema elétrico; um mecanismo de desarme adaptado para desarmar abertos os contatos separáveis em resposta a um sinal de desarme; e um circuito de desarme emitindo o sinal de desarme, o circuito de desarme compreendendo: um circuito adaptado para gerar um sinal de corrente representativo da corrente no sistema elétrico, para retificar o sinal de corrente para prover um sinal de corrente retificado e para rastrear um envelope do sinal de corrente retificado, um primeiro circuito detector de falha de arco incluindo uma primeira saída, um segundo circuito detector de falha de arco compreendendo: um primeiro circuito adaptado para detectar quando um valor absoluto do sinal de corrente é menor que um primeiro valor predeterminado e emitir um sinal após um primeiro período de tempo, um comparador adaptado para comparar o sinal após um primeiro período de tempo com o envelope do sinal de corrente retificado, para prover uma segunda saída com um pulso, o qual persiste por um tempo relativamente mais longo para um valor relativamente pequeno do envelope, e o qual persiste por um tempo relativamente mais curto para um valor relativamente grande do envelope, e um segundo circuito adaptado para habilitar a segunda saída do comparador se o sinal de corrente retificado exceder um segundo valor predeterminado, e para desabilitar a segunda saída do comparador após o sinal de corrente retificado estar abaixo do segundo valor predeterminado por um segundo período de tempo, e um acumulador incluindo uma saída tendo o sinal de desarme, a saída do acumulador sendo responsiva à primeira saída do primeiro circuito detector de falha de arco e à segunda saída do comparador.

[0010] O comparador pode ser um primeiro comparador. O segundo circuito pode incluir um retardador de tempo e um segundo comparador tendo uma entrada negativa para o sinal de corrente retificado, uma entrada positiva para um sinal representativo do segundo valor predeterminado, e uma saída, o retardador de tempo adaptado para retardar a saída do segundo comparador.

[0011] O primeiro circuito pode incluir um primeiro comparador, um segundo comparador e um retardador de tempo, o primeiro e segundo comparadores tendo uma saída comum, o retardador de tempo tendo uma combinação em série de um capacitor e um resistor, que são eletricamente conectados à saída comum, o capacitor é normalmente descarregado pela saída comum quando o valor absoluto do sinal de corrente é maior do que o primeiro valor predeterminado, o capacitor é carregado pelo resistor quando o valor absoluto do sinal de corrente é menor do que o primeiro valor predeterminado, para gerar o sinal após um primeiro período de tempo.

[0012] Como um outro aspecto da invenção, um disjuntor para interromper corrente em um sistema elétrico compreende: contatos separáveis adaptados para interromper a corrente no sistema elétrico; um mecanismo de desarme adaptado para desarmar abertos os contatos separáveis em resposta a um sinal de desarme; e um circuito de desarme emitindo o sinal de desarme, o circuito de desarme compreendendo: um primeiro circuito adaptado para gerar um sinal de corrente representativo da corrente no sistema elétrico, um segundo circuito adaptado para retificar o sinal de corrente e prover um sinal de corrente retificado, um terceiro circuito adaptado para rastrear um envelope do sinal de corrente retificado, um primeiro circuito detector de falha de arco incluindo uma primeira entrada do sinal de corrente retificado, uma segunda entrada do envelope do sinal de corrente retificado e uma primeira saída, um segundo circuito detector de falha de arco compreendendo: um circuito comparador de janelas adaptado para detectar quando um valor absoluto do sinal de corrente é menor do que um primeiro valor predeterminado e emitir um sinal, um primeiro retardador de tempo adaptado para retardar o sinal emitido pelo comparador de janelas e emitir um primeiro sinal retardado, um comparador adaptado para comparar o primeiro sinal retardado do primeiro retardador de tempo com o envelope do sinal de corrente retificado, para prover uma saída com um pulso, o qual persiste por um tempo relativamente mais longo para um valor relativamente pequeno, e o qual persiste por um tempo relativamente mais curto para um valor relativamente grande do envelope, um circuito detector de limite incluindo uma saída com o sinal, o circuito detector de limite adaptado para detectar se o sinal de corrente retificado excede um segundo valor predeterminado, um segundo retardador de tempo adaptado para retardar o sinal da saída do circuito detector de limite após o sinal de corrente retificado estar abaixo do segundo valor predeterminado e emitir um segundo sinal retardado, e um circuito E emitindo uma segunda saída responsiva ao pulso e ao segundo sinal retardado, e um acumulador incluindo uma saída tendo o sinal de desarme, a saída do acumulador sendo responsiva à primeira saída do primeiro circuito detector de falha de arco e à segunda saída do circuito E.

[0013] O segundo circuito detector de falha de arco pode ser adaptado para ser não responsivo à corrente no sistema elétrico ser uma corrente senoidal de partida de motor e para ser responsivo à corrente no sistema elétrico tendo uma marca de arco de via úmida.

[0014] O segundo sinal retardado pode desabilitar a segunda saída do circuito E para o sinal de corrente retificado ser menor que o segundo valor predeterminado após o segundo retardador de tempo, e pode habilitar a segunda saída do segundo circuito detector de falha de arco para o sinal de corrente retificado sendo maior que o segundo valor predeterminado.

[0015] O circuito E pode compreender uma fonte de corrente incluindo uma entrada para o pulso e uma saída, a qual é a segunda saída; e um interruptor incluindo uma entrada para o segundo sinal retardado e uma saída, que desabilita a entrada da fonte de corrente.

[0016] Como um outro aspecto da invenção, um aparelho detecta uma falha de arco de via úmida para uma corrente em um sistema elétrico incluindo um circuito provendo um sinal de corrente a partir da corrente, um circuito provendo um sinal de corrente retificado a partir do sinal de corrente, e um circuito provendo um envelope do sinal de corrente retificado. O aparelho compreende: um primeiro circuito adaptado para detectar quando um valor absoluto do sinal de corrente é menor do que um primeiro valor predeterminado e emitir um sinal após um primeiro período de tempo; um comparador adaptado para comparar o sinal após um primeiro período de tempo com o envelope do sinal de corrente retificado, para prover uma saída com uma pluralidade de pulsos, os pulsos persistindo por um tempo relativamente mais longo para um valor relativamente pequeno do envelope, e persistindo por um tempo relativamente mais curto para um valor relativamente grande do envelope; um segundo circuito adaptado para permitir a saída do comparador se o sinal de corrente retificado exceder um segundo valor predeterminado, e para desabilitar a saída do comparador após o sinal de corrente retificado estar abaixo do segundo valor predeterminado por um segundo período de tempo; e um terceiro circuito adaptado para acumular os pulsos da saída do comparador e emitir um sinal representativo da falha de arco de via úmida.

Descrição resumida dos desenhos

[0017] Uma compreensão completa da invenção pode ser obtida a partir da descrição seguinte das configurações preferidas quando lida em conjunção com os desenhos anexos nos quais:

[0018] A figura 1 é um diagrama de blocos de disjuntor de acordo com a presente invenção.

[0019] As figuras 2A-2B formam um diagrama esquemático de um circuito de detecção de falha de arco de disjuntor de acordo com uma outra configuração da invenção.

[0020] A figura 3 é um diagrama esquemático de um circuito de detecção de falha de arco de disjuntor de acordo com uma outra configuração da invenção.

[0021] A figura 4 é uma plotagem de exemplo do sinal de corrente detectada e do sinal acumulado da figura 1.

[0022] A figura 5 é um diagrama de blocos de um circuito de detecção de falha de arco de disjuntor.

Descrição das configurações preferidas

[0023] A invenção será agora descrita como aplicada a um disjuntor miniatura, tal como aquele descrito na patente U.S. N° 4,081,852, a qual é aqui incorporada por referência. Aquele disjuntor incorpora um dispositivo de desarme termo- magnético compreendendo um bimetal e uma armadura magnética, a qual destrava um mecanismo acionado por mola para abrir contatos separáveis em resposta a uma sobrecorrente persistente e uma corrente de curto-circuito, respectivamente. O disjuntor da patente 4,081,852 inclui um detector de falha de aterramento que pode ser substituído por, ou ser usado em adição a, o detector de falha de arco que forma uma parte da presente invenção.

[0024] Voltando à figura 1, o sistema elétrico 1 protegido pelo disjuntor 3 inclui um condutor de linha 5 e um condutor neutro 7 eletricamente conectados para prover energia para uma carga 9. O disjuntor 3 inclui contatos separáveis 11 os quais podem ser desarmados abertos por um mecanismo de desarme operado por mola 13, para interromper corrente no sistema elétrico 1. O mecanismo de desarme 13 pode ser atuado por um dispositivo de sobrecorrente termo-magnético convencional 15. Este dispositivo de sobrecorrente termo- magnético 15 inclui um bimetal 17 eletricamente conectado em série com o condutor de linha 5. Sobrecorrentes persistentes aquecem o bimetal 17 fazendo-o se curvar e liberar uma trava 19 a qual atua o mecanismo de desarme 13. Correntes de curto- circuito através do bimetal 17 atraem magneticamente uma armadura 21 a qual alternativamente libera a trava 19 para atuar o mecanismo de desarme 13. Embora um mecanismo de desarme de exemplo 13 seja mostrado, uma ampla faixa de mecanismos de desarme podem ser empregados.

[0025] Embora um disjuntor de pólo único 3 seja divulgado, a invenção é aplicável a disjuntores tendo qualquer número de pólos ou fases (p. ex., um disjuntor trifásico).

[0026] Em adição ao dispositivo de sobrecorrente termo- magnético 15, o qual provê proteção convencional, o disjuntor 3 provê um circuito de desarme de detector de falha de arco 22. Este circuito de desarme de detector de falha de arco 22 inclui um par de terminais 23 e 24 eletricamente conectados para detectar voltagem através do bimetal 17. Como a resistência do bimetal 17 é conhecida (p. ex., para o bimetal exemplar, cerca de 0,007 a 0,100 ohms, embora uma ampla faixa de valores seja possível), esta voltagem é uma medida da corrente fluindo através do condutor de linha 5.

[0027] Um atuador de desarme 25 do mecanismo de desarme 13 está adaptado para desarmar abertos os contatos separáveis 11 em resposta a um sinal de desarme 26 emitido pelo circuito de desarme 22. Uma primeira porção 28 do circuito de desarme de detector de falha de arco 22 pode responder a um relacionamento inverso entre a magnitude de aumentos escalonados em corrente produzida pela formação de um arco no sistema elétrico 1, e a taxa na qual tais arcos são formados, ou pode responder à randomicidade em um envelope de magnitudes de pico de tal corrente. De acordo com a presente invenção, uma segunda porção 29 do circuito de desarme de detector de falha de arco 22 responde às falhas de arco de via úmida paralelas no sistema elétrico 1.

[0028] Um circuito 30 está adaptado para gerar um sinal de corrente representativo da corrente no sistema elétrico 1, para retificar o sinal de corrente e para rastrear um envelope do sinal de corrente retificado. O circuito 30 inclui um circuito de memória temporária 31 adaptado para gerar um sinal de corrente 31A representativo da corrente (p. ex., como detectada através do bimetal 17) no sistema elétrico 1, um circuito 32 adaptado para prover um sinal de corrente retificado 32A a partir do sinal de corrente 31A, e um circuito 33 adaptado para rastrear um envelope 33A do sinal de corrente retificado 32A. A primeira porção 28 do circuito de desarme de detector de falha de arco 22 inclui uma primeira entrada 28A do sinal de corrente retificado 32A, uma segunda entrada 28B do envelope 33A do sinal de corrente retificado 32A e uma primeira saída 28C.

[0029] A segunda porção 29 do circuito de desarme de detector de falha de arco 22 inclui um primeiro circuito 34 adaptado para detectar quando um valor absoluto do sinal de corrente 31A é menor do que um primeiro valor predeterminado e emitir um sinal 34A após um primeiro período de tempo. A segunda porção 29 também inclui um comparador 35 adaptado para comparar o sinal 34A com o envelope 33A do sinal de corrente retificado 32A, para prover uma segunda saída 35A com um pulso, o qual persiste por um tempo relativamente mais longo para um valor relativamente pequeno do envelope 33A, e o qual persiste por um tempo relativamente mais curto para um valor relativamente maior do envelope 33A. A segunda porção 29 adicionalmente inclui um segundo circuito 36 adaptado para habilitar a saída 35A do comparador 35 se o sinal de corrente retificado 32A exceder um segundo valor predeterminado (p. ex., sem limitações, cerca de cinco vezes a corrente nominal), e para desabilitar a saída de comparador 35A após o sinal de corrente retificado 32A estar abaixo do segundo valor predeterminado por um segundo período de tempo.

[0030] Um circuito acumulador 37 inclui uma porção integradora 38 responsiva à saída 28C do primeiro circuito de detector de falha de arco 28 e à saída 35A do comparador 35, quando habilitada pelo segundo circuito 36. O circuito acumulador 37 também inclui uma porção de memória temporária 39 tendo uma saída 41 com o sinal de desarme 26. A saída 38A da porção integradora 38 é responsiva à saída 28C e à saída 35A, quando habilitadas pelo segundo circuito 36.

[0031] A saída de memória temporária 41 aplica uma voltagem para ligar a partir do sinal de desarme 26 à porta 43 de um SCR 45. O atuador de desarme 25 inclui a trava de desarme 19, a qual está adaptada para abrir os contatos separáveis 11, uma mola de desarme 47 adaptada para atuar a trava de desarme 19 quando energizada, e um circuito 48 adaptado para energizar a bobina de desarme 47. A ligação do SCR 45 energiza a bobina de desarme 47, a qual libera a trava de desarme 19 no mecanismo de desarme 13 para abrir os contatos 11. O SCR 45 é protegido de surtos de voltagem pelo varistor 49 e sua porta 43 é protegida de ruído por um capacitor 51. A corrente para o circuito de desarme de detector de falha de arco 22 é extraída do condutor neutro 7 através da bobina 47 e através do SCR 45.

[0032] O circuito de desarme de detector de falha de arco 22 vantajosamente inclui o segundo circuito detector de falha de arco 29, para prover discriminação entre falhas de arco de via úmida paralelas e outros eventos de carga (p. ex., sem limitações, resultantes de correntes de partida de motor trifásico). A capacidade do circuito 29 para distinguir entre falhas de arco de via úmida paralelas e, por exemplo, correntes de partida de motor, é baseada no fato que a corrente de partida de um motor é puramente senoidal, enquanto marcas de arco de via úmida exibem notável tempo de espera em cruzamentos de zero da forma de onda da corrente.

[0033] Como mostrado nas figuras 2A-2B, o segundo circuito detector de falha de arco 29 da figura 1 inclui um comparador de janelas 55, um detector de limite 57, dois temporizadores 59, 61, e uma fonte de corrente 63. O primeiro circuito 34 da figura 1 inclui o comparador de janelas 55 e o primeiro temporizador 59. O segundo circuito 36 da figura 1 inclui o detector de limite 57 e o segundo temporizador 61. Dois comparadores 65, 67 formam o comparador de janelas 55, o qual está adaptado para detectar quando um valor absoluto do sinal de corrente de entrada 31A é menor do que um primeiro valor predeterminado (p. ex., está em uma vizinhança próxima adequada de corrente zero). O primeiro comparador 65 inclui uma primeira saída 65A e um primeiro diodo 66. O segundo comparador 67 inclui uma segunda saída 67A e um segundo diodo 68. Os cátodos do primeiro e segundo diodos 66, 68 estão eletricamente conectados a uma saída comum 71, e os ânodos destes diodos estão eletricamente conectados às saídas 65A, 67A dos respectivos comparadores 65, 67.

[0034] Quando o valor absoluto do sinal de corrente 31A é maior do que um nível predeterminado, o capacitor 69 é mantido em um estado descarregado pela saída de comparador de janelas 71. Após aquele valor absoluto cair dentro da janela, o capacitor 69 é permitido a carregar através do resistor 73, gerando assim um retardo de tempo fixo na entrada (+) do comparador 35. O primeiro temporizador 59 está adaptado para retardar o sinal 55A (figura 1) da saída de comparador de janelas 71 e emitir um sinal retardado 83.

[0035] O comparador 35 está adaptado para comparar o sinal retardado 83 com o envelope 33A do sinal de corrente retificado 32A, para prover uma saída 98 com um pulso, o qual persiste por um tempo relativamente mais longo para um valor relativamente pequeno do envelope 33A, e o qual persiste por um tempo relativamente mais curto para um valor relativamente grande de tal envelope. O pulso na saída 98 não ocorrerá ao todo se a corrente de carga 74 não parar próxima de cerca de zero por mais tempo do que o período de tempo variável gerado comparando o sinal 83 e o envelope 33A do sinal de corrente retificado. A entrada (-) daquele comparador 35 é referenciada à saída 33A do detector de pico de declínio de tempo lento 33. A comparação entre estas duas voltagens gera uma função de sincronismo com um período variável controlado pela amplitude de corrente de pico. Isto é, quanto maior a corrente, mais curto o período de tempo. Uma vez que, para uma corrente senoidal, o tempo gasto dentro da janela diminui com a amplitude crescente, este temporizador variável trabalha para maximizar a eficiência do circuito 29 para reconhecer marcas de corrente, que param no cruzamento de zero por mais tempo do que esperado para uma forma de onda de corrente de partida de motor. Se o tempo de parada da corrente de carga 75 for mais longo do que esperado para uma forma de onda senoidal, então a saída 98 do comparador 35 liga a fonte de corrente 63 formada pelos transistores 77, 79 para a duração do tempo de parada excessivo.

[0036] Os dois comparadores de janelas 65, 67 têm a saída comum 71 para o temporizador 59, que é formado pela combinação em série do capacitor 69 e o resistor 73, que estão eletricamente conectados à saída comum 71. O capacitor 69 é normalmente descarregado pela saída comum (alta) 71 quando o valor absoluto do sinal de corrente 31A é maior do que o primeiro valor predeterminado como determinado pelo divisor 81 quando qualquer uma das saídas 65A, 67A dos respectivos comparadores 65, 67 é ligada. O capacitor 69 é carregado pelo resistor 73 quando o valor absoluto do sinal de corrente 31A é menor do que o primeiro valor predeterminado e, portanto, ambas as saídas 65A, 67A dos respectivos comparadores 65, 67 são desligadas, para gerar o sinal retardado 83 após um primeiro período de tempo como definido pelo primeiro temporizador 59.

[0037] O comparador 57 do segundo circuito 36 tem uma entrada negativa (-) para o sinal de corrente retificado 32A, uma entrada positiva (+) para um sinal 85 representativo de um segundo valor predeterminado, e uma saída 87. O comparador 57 provê um circuito detector de limite que está adaptado para detectar se o sinal de corrente retificado 32A excede o segundo valor predeterminado (p. ex., sem limitações, cerca de cinco vezes a corrente nominal como definida pelo sinal 85). O segundo temporizador 61 está adaptado para retardar a saída de comparador 87 após o sinal de corrente retificado 32A estar abaixo do segundo valor predeterminado e emitir um sinal retardado 88. Logo, a fonte de corrente 63 permanece habilitada por um período de tempo (p. ex., como definido pelo valor RC do segundo temporizador 61) após o sinal de corrente retificado 32A cair abaixo do segundo valor predeterminado. O segundo temporizador 61 inclui um diodo 89, um resistor 91, e um capacitor 93 em série com o resistor 91. O resistor 91 e o capacitor 93 são eletricamente conectados com o ânodo do diodo 89. O cátodo do diodo 89 é eletricamente conectado à saída 87 do comparador 57.

[0038] Um circuito E 95 provê uma saída 97 responsiva à saída de pulso 98 do comparador 35 e ao segundo sinal retardado 88 do segundo temporizador 61. O circuito E 95 inclui a fonte de corrente 63 tendo uma entrada 99 para a saída de pulso 98 do comparador 35 e a saída 97. O circuito E 95 também inclui um interruptor, tal como o transistor 77, incluindo uma entrada base para o segundo sinal retardado 88 e uma saída de fonte, que desabilita a entrada de fonte de corrente 99 quando o transistor 117 do segundo temporizador 61 é ligado. O sinal retardado 88 desabilita a saída 97 do segundo circuito detector de falha de arco 29 para o sinal de corrente retificado 32A sendo menor do que o segundo valor predeterminado após o segundo retardador de tempo, e habilita aquela saída 97 para aquele sinal de corrente retificado 32A sendo maior do que o segundo valor predeterminado.

[0039] O circuito acumulador 37 da figura 1 inclui a porção integradora 38 e a porção de memória temporária 39 tendo a saída 41 com o sinal de desarme 26. A saída 41 é responsiva à saída 28C do primeiro circuito detector de falha de arco 28 e à saída 98 do comparador 35, quando habilitadas pelo circuito E 95. A porção integradora 38 inclui um resistor 105 em paralelo com um capacitor 107. O capacitor 107 é carregado por pulsos através de um outro resistor 109 e é descarregado pelo resistor 105.

[0040] Detectores de falha de arco adequados, tais como o circuito AFD 28 são divulgados por exemplo, nas patentes U.S. Nos 5,224,006; 5,691,869; e 5,818,237, as quais são aqui incorporadas por referência.

[0041] O comparador 57 forma um detector de limite análogo a um detector de “retardo curto” convencional. Normalmente, para amplitudes relativamente pequenas do sinal de corrente 31A, o capacitor 93 do segundo temporizador 61 mantém um estado carregado e o transistor 117 é ligado, desabilitando assim a fonte de corrente 63 formada pelos transistores 77, 79. Após a corrente de carga 75 exceder um nível predeterminado (p. ex., sem limitações, cerca de cinco vezes a corrente nominal), o capacitor 93 é descarregado pela saída 87 do comparador 57 e o transistor 117 é desligado, habilitando assim a fonte de corrente 63 para ser ativada pelo comparador de janelas 55 através da saída 98 do comparador 35. Após a corrente de carga 75 novamente cair abaixo do limite crítico, o transistor 117 permanece desligado por uma duração de tempo determinada pela constante de tempo do resistor 91 e capacitor 93. Este retardo de tempo define um período máximo no qual a fonte de corrente 63 pode ser habilitada após cada evento de corrente relativamente alta. Portanto, múltiplos eventos (isto é, meios ciclos) necessitam ocorrer para acumular atividade suficiente para fazer o circuito 29 iniciar o desarme. Se a corrente de carga 75 falhar em exceder o limite crítico, então a fonte de corrente 63 permanece desabilitada e nenhuma atividade é acumulada pelo circuito 38.

[0042] O segundo circuito detector de falha de arco 29 está adaptado para ser não responsivo à corrente de carga 35 sendo, por exemplo, uma corrente de partida de motor senoidal e, reciprocamente, a ser responsivo a tal corrente de carga tendo uma marca de arco de via úmida.

[0043] Um suprimento de energia CA/CC regulado adequado 119 emprega uma voltagem de corrente alternada entre o aterramento 121 e a referência de terra de CA 123 no lado de carga dos contatos separáveis 11, para prover saídas CC adequadas de +14VA 125 e - 14VA 127.

[0044] Embora não requerido, um circuito de monitoramento de suprimento de energia adequado, tal como o circuito 129, pode ser empregado como é divulgado na patente U.S. N° 6,650,515, a qual é desse modo incorporada por referência aqui.

[0045] Como também não é requerido, um circuito comparador, tal como 131, monitora uma ou mais temperaturas de terminal de disjuntor. Por exemplos, dois termistores de coeficiente de temperatura negativo (não mostrados) são montados no terminal de linha de disjuntor 133 e terminal de carga 135 (da figura 1) e iniciam um desarme se aqueles terminais 133, 135 superaquecem. Aqueles termistores são eletricamente conectados em paralelo entre a voltagem +14VA 125 e a entrada 134 do circuito 131. Por exemplo, se a conexão elétrica com um ou ambos dos terminais 133, 135 for relativamente fraca, provocando assim superaquecimento, então este circuito 131 desarma independentemente o disjuntor 3. À medida que a temperatura de terminal sobe, a resistência do termistor diminui, o que faz o circuito 131 gerar um sinal de saída 136 que é alimentado pela porção integradora 38 do circuito acumulador 37 (figura 1). Por sua vez, o circuito 37 ultimamente desarma o disjuntor 3. Um exemplo do circuito 131 também é divulgado na patente 6,650,515 incorporada por referência.

[0046] A figura 3 mostra o segundo circuito de desarme de detector de falha de arco 29.

[0047] Na figura 4, representações exemplares 31A’ e 28A’ do sinal de corrente 31A e da saída de integrador 38A (figura 1), respectivamente, são mostradas. Estas formas de onda são normalizadas em amplitude, para que tempos de desarme possam ser avaliados com base no formato de onda somente. A linha de cursor vertical 137 representa o início de um evento de falha de arco de via úmida e a linha de cursor vertical 139 mostra o tempo de desarme aproximado. O circuito 29 das figuras 1 e 3 é preferivelmente adequadamente calibrado, por exemplo, para operar como um dispositivo AFCI classificado para 2,5 A e as formas de onda estão em escala com valores proporcionais com uma carga paralela resistiva de 2,5 ARMS adicionada (não mostrada).

[0048] A figura 5 mostra um primeiro circuito detector de falha de arco 28’, o qual inclui um circuito 141 adaptado para gerar um sinal de saída 143 na saída 28C indicando uma falha de arco no sistema elétrico 1 (figura 1) em resposta à randomicidade no envelope 33A do sinal de corrente retificado 32A. Neste exemplo, um circuito 145 é adaptado para rastrear o envelope do sinal de corrente retificado 32A. O circuito 145 inclui um primeiro sub-circuito 147 adaptado para rastrear o sinal de corrente retificado 32A com uma primeira constante de tempo 149 para gerar um primeiro sinal de rastreamento 151, e um segundo sub-circuito 153 adaptado para rastrear o sinal de corrente retificado 32A com uma segunda constante de tempo 155, a qual é mais curta do que a primeira constante 149, para gerar um segundo sinal de rastreamento 157. O circuito 141 inclui um sub-circuito 159 adaptado para comparar o primeiro e segundo sinais de rastreamento 151, 157 e gerar o sinal de saída 143 quando o segundo sinal de rastreamento 157 declinar para uma fração predeterminada do primeiro sinal de rastreamento 151.

[0049] Embora circuitos analógicos 22, 29 sejam divulgados, será apreciado que uma combinação de um ou mais de circuitos analógicos, digitais e/ou baseados em processador podem ser empregados.

[0050] Embora configurações específicas da invenção tenham sido descritas em detalhes, será apreciado por aqueles experientes na técnica que várias modificações e alternativas para aqueles detalhes podem ser desenvolvidas à luz dos ensinamentos globais da divulgação. Conseqüentemente, os arranjos particulares da invenção são pretendidos a serem ilustrativos somente e não limitantes quanto ao escopo da invenção para o qual deve ser dada a amplitude total das reivindicações anexas e todo e quaisquer equivalentes das mesmas.

Claims

1. Aparelho para detectar uma falha de arco, de via úmida para uma corrente em um sistema elétrico (1), incluindo um circuito (31) provendo um sinal de corrente (31A) a partir da citada corrente, um circuito (32) provendo um sinal de corrente retificado (32A) a partir do citado sinal de corrente, e um circuito (33) provendo um envelope (33A) do citado sinal de corrente retificado, referido aparelho compreendendo: - um primeiro circuito (34) adaptado para detectar quando um valor absoluto do citado sinal de corrente é menor do que um primeiro valor predeterminado e emitir um sinal (34A) após um primeiro período de tempo; - um comparador (35) adaptado para comparar o citado sinal após um primeiro período de tempo com o envelope (33A) do citado sinal de corrente retificado, para prover uma segunda saída (35A, 98) com um pulso, o citado pulso persistindo por um tempo relativamente mais longo para um valor relativamente pequeno do citado envelope (33A), e persistindo por um tempo relativamente mais curto para um valor relativamente grande do citado envelope (33A); e referido aparelho caracterizado pelo fato de compreender um segundo circuito (36) adaptado para habilitar a segunda saída do citado comparador se o citado sinal de saída retificado (32A) exceder um segundo valor predeterminado, e para desabilitar a segunda saída do citado comparador após o citado sinal de corrente retificado (32A) estar abaixo do citado segundo valor predeterminado por um segundo período de tempo.

2. Disjuntor para interromper corrente em um sistema elétrico, usando o dispositivo da reivindicação 1 e compreendendo: - contatos separáveis (11) adaptados para interromper a citada corrente no citado sistema elétrico (1); - um mecanismo de desarme (13) adaptado para desarmar abertos os citados contatos separáveis (11) em resposta a um sinal de desarme (26); e - um circuito de desarme (22) emitindo o citado sinal de desarme (26), o citado circuito de desarme (22) compreendendo: - um circuito (30) compreendendo o citado circuito (31) adaptado para gerar o sinal de corrente (31A) representativo da citada corrente no citado sistema elétrico (1), o circuito (32) para retificar o citado sinal de corrente para prover o sinal de corrente retificado (32A) e o circuito (33) para rastrear um envelope (33A) do citado sinal de corrente retificado; - um primeiro circuito detector de falha de arco (28) incluindo uma primeira saída (28C), e - um acumulador (37) incluindo uma saída (41) tendo o citado sinal de desarme (26), a saída do citado acumulador sendo responsiva a primeira saída (28C) do citado primeiro circuito detector de falha de arco (28) e a segunda saída (35A) do citado comparador (35), dito circuito de disparo caracterizado pelo fato de o referido circuito de desarme (22) ainda compreender um segundo circuito detector de falha de arco (29) compreendendo o citado aparelho para detectar uma falha de arco de via úmida.

3. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o citado primeiro circuito detector de falha de arco (28) compreender uma primeira entrada (28A) do citado sinal de corrente retificado (32A), uma segunda entrada (28B) do citado envelope (33A) do citado sinal de corrente retificado e meios (141) para gerar um sinal de saída (143) na citada primeira saída (28C) indicando uma falha de arco no citado sistema elétrico (1) em resposta à randomicidade no citado envelope (33A) do citado sinal de corrente retificado.

4. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o citado circuito (30) adaptado para gerar um sinal de corrente representativo da citada corrente no citado sistema elétrico (1), para retificar o citado sinal de corrente para prover um sinal de corrente retificado (32A) e para rastrear um envelope (33A) do citado sinal de corrente retificado compreender: uma memória temporária (31) alimentando o citado sinal de corrente e provendo um sinal de corrente armazenado em memória temporária (31A) representativo da citada corrente no citado sistema elétrico (1), um retificador de onda completa (32) alimentando o citado sinal de corrente armazenado em memória temporária e provendo o citado sinal de corrente retificado (32A), e primeiros meios (147) para rastrear o citado sinal de corrente retificado (32A) com uma primeira constante de tempo (149) para gerar um primeiro sinal de rastreamento (151); e sendo que o citado meio (141) para gerar um sinal de saída compreende segundos meios (153) para rastrear o citado sinal de corrente retificado (32A) com uma segunda constante de tempo (155) a qual é mais curta do que a citada primeira constante de tempo para gerar um segundo sinal de rastreamento (157), e meios (159) para comparar o citado primeiro e segundo sinais de rastreamento e gerar o citado sinal de saída quando o citado segundo sinal de rastreamento declinar para uma fração predeterminada do citado primeiro sinal de rastreamento.

5. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o citado comparador (35) ser um primeiro comparador; e sendo que o citado segundo circuito (36) inclui um retardador de tempo (61) e um segundo comparador (57) tendo uma entrada negativa para o citado sinal de corrente retificado (32A), uma entrada positiva para um sinal (85) representativo do citado segundo valor predeterminado, e uma saída (87), o citado retardador de tempo (61) adaptado para retardar a saída (87) do citado segundo comparador (57).

6. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o citado primeiro circuito (34) incluir um primeiro comparador (65), um segundo comparador (67) e um retardador de tempo (59), o citado primeiro e segundo comparadores tendo uma saída comum (71), o citado retardador de tempo tendo uma combinação em série de um capacitor (69) e um resistor (73), os quais são eletricamente conectados à citada saída comum, o citado capacitor é normalmente descarregado pela citada saída comum quando o valor absoluto do citado sinal de corrente for maior do que o primeiro valor predeterminado, o citado capacitor é carregado através do citado resistor quando o valor absoluto do citado sinal de corrente for menor do que o primeiro valor predeterminado, para gerar o citado sinal após um primeiro período de tempo.

7. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o citado acumulador (37) adicionalmente incluir uma porção integradora (38) responsiva à primeira saída (28C) do citado primeiro circuito detector de falha de arco e à segunda saída (98) do citado comparador, e uma porção de memória temporária (39) incluindo a citada saída (41) tendo o citado sinal de desarme (26).

8. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o citado mecanismo de desarme (13) incluir uma trava de desarme (19) adaptada para desarmar abertos os citados contatos separáveis (11), uma bobina de desarme (47) adaptada para atuar a citada trava de desarme quando energizada, e um circuito (48) adaptado para energizar a citada bobina de desarme (47).

9. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o citado circuito (30) adaptado para gerar o sinal de corrente (31A) compreendendo um primeiro circuito (31) adaptado para gerar o sinal de corrente (31A) representativo da citada corrente no citado sistema elétrico (1), um segundo circuito (32) adaptado para retificar o citado sinal de corrente e prover um sinal de corrente retificado (32A), e um terceiro circuito (33) adaptado para rastrear o envelope (33A) do citado sinal de corrente retificado, sendo que o primeiro circuito detector de falha de arco (28) incluindo adicionalmente uma primeira entrada (28A) do citado sinal de corrente retificado (32A), uma segunda entrada (28B) do citado envelope (33A) do citado sinal de corrente retificado e a primeira saída (28C), sendo que o primeiro circuito (34) adaptado para detectar compreender um circuito comparador de janelas (55) adaptado para detectar quando o valor absoluto do citado sinal de corrente é menor do que o primeiro valor predeterminado e um primeiro retardador de tempo (59) adaptado para retardar o sinal emitido pelo citado comparador de janelas e emitir, conforme o sinal após o primeiro período de tempo, um primeiro sinal retardado (83), sendo que o citado segundo circuito (36) do referido segundo circuito detector de falha de arco compreender um circuito detector de limite (57) incluindo uma saída (87) com um sinal, o citado circuito detector de limite adaptado para detectar se o citado sinal de corrente retificado (32A) excede um segundo valor predeterminado, um segundo retardador de tempo (61) adaptado para retardar o sinal da saída do citado circuito detector de limite após o citado sinal de corrente retificado (32A) estar abaixo do citado segundo valor predeterminado e emitir um segundo sinal retardado (88), e um circuito (95) emitindo uma segunda saída (97) responsivo ao citado pulso e ao citado segundo sinal retardado, e sendo que a saída do citado acumulador sendo responsiva à primeira saída (28C) do citado primeiro circuito detector de falha de arco e à segunda saída (97) do citado circuito E (95).

10. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o citado segundo circuito detector de falha de arco (29) ser adaptado para ser não responsivo à citada corrente no citado sistema elétrico (1) sendo uma corrente de partida senoidal de motor e para ser responsivo à citada corrente no citado sistema elétrico (1) tendo uma marca de arco de via úmida.

11. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o citado primeiro circuito detector de falha de arco (28) compreender meios (141) para gerar um sinal de saída na citada primeira saída (28C) indicando uma falha de arco no citado sistema elétrico (1) em resposta à randomicidade no citado envelope (33A) do citado sinal de corrente retificado.

12. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o citado terceiro circuito (33) compreender primeiros meios (147) para rastrear o citado sinal de corrente com uma primeira constante de tempo (149) para gerar um primeiro sinal de rastreamento (151); e sendo que o citado meio (141) para gerar um sinal de saída compreende segundos meios (153) para rastrear o citado sinal de corrente com uma segunda constante de tempo (155) a qual é mais curta do que a citada primeira constante de tempo para gerar um segundo sinal de rastreamento (157), e meios (159) para comparar o citado primeiro e segundo sinais de rastreamento e gerar o citado sinal de saída quando o citado segundo sinal de rastreamento declinar para uma fração predeterminada do citado primeiro sinal de rastreamento.

13. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o segundo sinal retardado (88) desabilitar a segunda saída (97) do citado circuito E para o citado sinal de corrente retificado (32A) sendo maior do que o citado segundo valor predeterminado após o citado segundo retardador de tempo, e habilitar a segunda saída do citado segundo circuito detector de falha de arco para o citado sinal de corrente retificado (32A) sendo maior do que o citado segundo valor predeterminado.

14. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o citado acumulador (37) compreender um resistor (105) em paralelo com um capacitor (107).

15. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o citado circuito E compreender uma fonte de corrente (63) incluindo uma entrada (99) para o citado pulso e uma saída (97), a qual é a citada segunda saída; e um interruptor (77) incluindo uma entrada para o segundo sinal retardado (88) e uma saída, a qual desabilita a entrada da citada fonte de corrente.

16. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o citado comparador (35) ser um primeiro comparador, sendo que o citado circuito detector de limite (57) compreende um segundo comparador (57) incluindo uma entrada negativa para o citado sinal de corrente retificado (32A), uma entrada positiva para um sinal (85) representativo do citado segundo valor predeterminado, e uma saída (87).

17. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de o citado segundo retardador de tempo (61) compreender um diodo (89) incluindo um ânodo e um cátodo, um resistor (91), e um capacitor (93) em série com o citado resistor, com o citado resistor e o citado capacitor sendo eletricamente conectados ao ânodo do citado diodo, e com o cátodo do citado diodo sendo eletricamente conectado à saída do citado segundo comparador.

18. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o citado comparador de janelas (55) incluir um primeiro comparador (65) e um segundo comparador (67), o citado primeiro e segundo comparadores tendo uma saída comum (71); sendo que o citado primeiro retardador de tempo (59) inclui uma combinação em série de um capacitor (69) e um resistor (73), os quais são eletricamente conectados à citada saída comum; sendo que o citado capacitor é normalmente descarregado pela citada saída comum quando o valor absoluto do citado sinal de corrente é maior do que o primeiro valor predeterminado; e sendo que o citado capacitor é carregado através do citado resistor quando o valor absoluto do citado sinal de corrente é menor do que o primeiro valor predeterminado, para gerar o citado primeiro sinal retardado.

19. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de o citado primeiro comparador (65) incluir uma primeira saída (65A) e um primeiro diodo (66) tendo um ânodo e um cátodo; sendo que o citado comparador (67) inclui uma segunda saída (67A) e um segundo diodo (68) tendo um ânodo e um cátodo; sendo que os cátodos dos citados primeiro e segundo diodos são eletricamente conectados à citada saída comum; e sendo que os ânodos do citado primeiro e segundo diodos são eletricamente conectados à primeira e segunda saídas dos citados primeiro e segundo comparadores, respectivamente.

20. Disjuntor, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o citado comparador (35) incluir uma entrada negativa para o envelope (33A) do citado sinal de corrente retificado, uma entrada positiva para o citado segundo sinal retardado (88), e a citada saída (98) com o citado pulso.