IT202000025432A1 - Dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni - Google Patents
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Description
Descrizione dell?Invenzione Industriale avente per titolo:
?Dispositivo Elettronico per la scarica di sovratensioni?
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni.
Gli scaricatori di sovratensione sono dispositivi che permettono di salvaguardare le apparecchiature dalle sovratensioni e si caratterizzano in quanto il loro utilizzo consente di mettere in sicurezza l?impianto elettrico da criticit? quali sbalzi e picchi di tensione che possono provenire dal gestore, oppure da fenomeni atmosferici come i fulmini causando gravi danni ai dispositivi connessi alle prese, e possono essere inseriti anche in un impianto gi? esistente.
Sono noti nella tecnica molteplici dispositivi per la scarica delle sovratensioni, del tipo a commutazione o innesco, di tipo combinato, non ripristinabili, usa e getta, passivi e privi di intelligenza. Ad esempio il documento DE202018006385 descrive un dispositivo di protezione da sovratensione avente terminali di ingresso, terminali di uscita e almeno due elementi di protezione da sovratensione per formare livelli di protezione a pi? livelli, oppure il documento DE102017218582 che descrive un dispositivo con almeno due elementi di protezione da sovratensione in rami di corrente paralleli, in cui al primo elemento di protezione da sovratensione ? associato un primo accumulatore di forza e al secondo elemento di protezione da sovratensione ? associato un secondo accumulatore di forza in modo che in caso di riscaldamento di un elemento di protezione da sovratensioni oltre il punto di sovratensione venga interrotto il collegamento elettrico, e ancora il documento DE4124321 nel quale si descrive un dispositivo inerente ad un circuito di protezione da sovraccarico con una coppia di varistori paralleli (V1, V2) collegati tra la fase attiva e la terra in parallelo, nel quale se il varistore accoppiato si surriscalda l'interruttore del fusibile lo segnala e avviene una commutazione al secondo varistore per mantenere il percorso conduttivo verso terra, e mediante un indicatore ottico e/o acustico si avvisa l'operatore che ? necessario sostituire il primo varistore.
Lo svantaggio principale degli approcci esistenti e` l?uso di dispositivi non ripristinabili a seguito di un intervento di distacco, non riutilizzabili, nei quali non ? possibile avere un?indicazione dello stato del sistema su display o da remoto, e in alcuni casi provvisti solo di un indicatore ottico e/o acustico per la segnalazione di un?anomalia. Inoltre, la tecnica nota e` focalizzata su modelli di scaricatori di sovratensione non modulari ovvero senza la possibilit? di poter scalare i varistori al fine di adeguarsi alla tensione di livellamento richiesta.
Scopo della presente invenzione ? risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore mediante un dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni innovativo ed intelligente, modulabile in base alle esigenze della linea e riutilizzabile, in grado di fornire un?indicazione dello stato mediante un display integrato, ripristinabile a seguito di un intervento di distacco, e in grado di monitorare lo stato delle principali grandezze elettriche con possibilit? di visualizzazione e gestione da remoto mediante la tecnologia Wi-fi.
Altro scopo della presente invenzione ? la possibilit? di avere una protezione dei sistemi e delle apparecchiature elettriche ed elettroniche contro le sovratensioni continuative, transitorie e impulsive, e anche la gestione dei dati statistici relativi alle sovratensioni con geo-localizzazione delle stesse.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell?invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l?oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.
Risulter? immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalit? equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.
La presente invenzione verr? meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la FIG. 1 mostra lo schema complessivo del dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) composto da blocchi funzionali secondo la presente invenzione;
- la FIG. 2 mostra la struttura interna dello stadio di uscita (2) costituito dal parallelo di alcuni varistori a tensione prestabilita e di diversa tipologia;
- la FIG. 3 mostra la struttura interna dello stadio di ingresso (1) costituito da un partitore resistivo;
- la FIG. 4 mostra una vista di una possibile configurazione che consente la connessione su guida DIN standard e quindi di facile integrabilit? all?interno dei quadri elettrici preesistenti.
Il dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) ? basato su una scheda elettronica di potenza opportunamente progettata e dimensionata e comprende uno stadio elettronico di ingresso (1) progettato per prelevare la tensione di ingresso necessaria per il monitoraggio e alla generazione della tensione necessaria al circuito di raccolta e di monitoraggio delle tensioni e delle correnti di linea (3), uno stadio elettronico di uscita (2) progettato per la protezione del carico da sovratensione e il riassorbimento dell?energia della stessa e per il monitoraggio della tensione di uscita, e un circuito di raccolta e di monitoraggio delle tensioni e delle correnti di linea (3) progettato per monitorare le tensioni in ingresso e in uscita e l?isolamento galvanico rispetto alle tensioni di ingresso/uscita.
Vantaggiosamente, lo stadio elettronico di ingresso (1), connesso al terminale di linea (L), di neutro (N) e di terra (PE), ha le linee di fase (L) e di neutro (N) collegate ad elementi di protezione con fusibili (4) con la funzione di protezione degli apparati ivi connessi da eventuali sovratensioni continuative, transitorie e impulsive. La sovratensione impulsiva tra il terminale di linea (L) e di neutro (N), se di breve durata, transitando lungo le connessioni stabilite dal circuito stampato a doppia faccia e gli elementi di protezione in serie, ? applicata sia sul circuito di uscita (Out) che sugli utilizzatori.
Inoltre, la corrente che transita negli elementi di protezione con fusibili (4) ? dimensionata in base alla portata nominale del dispositivo.
Il dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) ? provvisto di un circuito di raccolta e di monitoraggio delle tensioni e delle correnti di linea (3) che invia i segnali delle tensioni e delle correnti di linea per l?elaborazione delle informazioni e la gestione del dispositivo al microcontrollore / microprocessore (5) al quale ? connesso.
Inoltre, il microcontrollore/microprocessore (5) ? provvisto di un sistema di connessione remota (6) mediante tecnologia Wi-Fi, connesso ad un server (7) per garantire la gestione dei dati dal terminale remoto (8) al fine di visualizzare le grandezze misurate in tempo reale, e detto microcontrollore/microprocessore (5) ? provvisto di un display (9) per garantire una immediata visualizzazione dei parametri da parte dell?utente finale.
In particolare, il microcontrollore / microprocessore (5) ? progettato per monitorare la tensione di linea, la corrente di linea e lo stato del sistema, cio? operativo, fault, fault Fusibile 1, fault Fusibile 2.
Vantaggiosamente, lo stadio elettronico di uscita (2) ? costituito dal parallelo di un insieme di varistori di diversa tipologia, connessi all?uscita tra la linea (L) e il neutro (N) di detti varistori (10), tra la linea (L) e la terra (PE) di detti varistori (11) e tra il neutro (N) e la terra (PE) di detti varistori (12), numericamente dimensionati in base alla portata degli elementi di protezione con fusibili (4). Inoltre, se la tensione ai capi della linea (L) e del neutro (N)) o tra la linea (L) e la terra (PE) o tra il neutro (N) e la terra (PE) dello stadio elettronico di uscita (2) supera la tensione di livellamento imposta dai varistori in parallelo, la tensione in eccesso ? dissipata negli elementi di protezione e dipende dal numero di varistori e dalla tipologia degli stessi.
In particolare, il layout di figura 2 che alloggia i vari varistori consente una efficace richiusura delle correnti di scarica, nonch? un adeguato isolamento galvanico tra la sezione di ingresso e uscita, indispensabile all?interruzione dell?arco nel caso di sovratensione ed intervento del dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni.
Vantaggiosamente, l?elevata sovratensione per picco e/o durata non dissipata dai varistori (10, 11 e 12) dello stadio elettronico di uscita (2) ? dispersa mediante l?apertura di una coppia di interruttori (14) connessi tra lo stato di ingresso (1) e di uscita (2) e in parallelo agli elementi di protezione con fusibili (4), evitando cos? che la sovratensione si propaghi agli utilizzatori. Dopo l?intervento con distacco, per ripristinare l?alimentazione degli utilizzatori si pu? procedere da remoto all?accensione degli interruttori (14). Tale manovra ? da intendersi come provvisoria, poich? il dispositivo necessita della sostituzione dei fusibili.
In particolare, inoltre, lo stadio elettronico di ingresso (1) ? progettato mediante un partitore resistivo costituito da resistenze di alta tensione (13) mediante le quali si attenua la tensione da inviare al circuito di raccolta e di monitoraggio delle tensioni e delle correnti di linea (3) e anche quella necessaria per alimentare il microcontrollore/microprocessore (5).
Il funzionamento dell?invenzione ? ottimizzato dalla presenza del circuito stampato che provvede sia alla canalizzazione delle correnti che all?isolamento galvanico del carico, grazie alla propria geometria sviluppata su doppia faccia.
Le caratteristiche principali dell?invenzione sono sintetizzate nella tabella 1:
Il dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) ? l?installabile all?interno di un contenitore per barra DIN e quindi totalmente integrabile con qualsiasi quadro elettrico, riutilizzabile e in grado di gestire, mediante il microcontrollore/microprocessore, i dati sia funzionalmente (by-pass elettronico, connessione remota, monitoraggio dei dati), che statisticamente (assorbimenti energetici nelle varie fasce orarie, consumi istantanei, giornalieri, medi, ecc.).
L?elaborazione della tensione e della corrente consente il calcolo della potenza attiva e reattiva che transita nel sistema, con possibilit? da parte dell?utente di controllare l?assorbimento energetico ed eventuali sovraccarichi della rete; sono altres? monitorate eventuali mancanze di energia elettrica da parte del fornitore. Nel caso di intervento degli elementi protezione con fusibili (4), l?utente ? tempestivamente avvisato tramite la propria applicazione e pu? provvedere al riaggancio provvisorio da remoto del dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni, abilitando gli interruttori (14) in modo da rifornire alimentazione ai carichi. Tale ripristino ? da intendersi provvisorio, poich? mantenendo il sistema in questa condizione la protezione oggetto dell?invenzione non ? abilitata. Grazie alla presenza di una batteria tampone, il sistema pu? operare diverse ore anche in assenza di alimentazione dalla rete elettrica, garantendo la comunicazione con l?utente remoto.
Un?altra possibile configurazione del dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) ? di tipo portatile mediante la collocazione dello stesso fuori dal quadro elettrico, all?interno di un contenitore con protezione IP65 per l?installazione veloce anche in ambienti con condizioni ambientali sfavorevoli.
Claims (10)
1. Dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) comprendente:
- uno stadio elettronico di ingresso (1) progettato per prelevare la tensione di ingresso necessaria per il monitoraggio e alla generazione della tensione necessaria al circuito di raccolta e di monitoraggio delle tensioni e delle correnti di linea (3).
- uno stadio elettronico di uscita (2) progettato per la protezione da carico di sovratensione e il riassorbimento dell?energia della stessa e per il monitoraggio della tensione di uscita.
- un circuito di raccolta e di monitoraggio delle tensioni e delle correnti di linea (3) progettato per monitorare le tensioni in ingresso e in uscita e l?isolamento galvanico rispetto alle tensioni di ingresso/uscita.
2. Dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che lo stadio elettronico di ingresso (1), connesso al terminale di linea (L), di neutro (N) e di terra (PE), ha linee di fase (L) e di neutro (N) connesse ad elementi di protezione con fusibili (4) con la funzione di protezione degli apparati ivi connessi da eventuali sovratensioni di durata variabile.
3. Dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la corrente che transita negli elementi di protezione con fusibili (4) ? dimensionata in base alla portata nominale del dispositivo.
4. Dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il circuito di raccolta e di monitoraggio delle tensioni e delle correnti di linea (3) invia i segnali delle tensioni e delle correnti di linea per l?elaborazione delle informazioni e la gestione del dispositivo al microcontrollore / microprocessore (5) al quale ? connesso.
5. Dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il microcontrollore/microprocessore (5) ha un sistema di connessione remota (6) mediante tecnologia Wi-Fi, connesso ad un server (7) per garantire la gestione dei dati dal terminale remoto (8) al fine di visualizzare le grandezze misurate in tempo reale, e detto microcontrollore/microprocessore (5) ? provvisto di un display (9) per garantire una immediata visualizzazione dei parametri da parte dell?utente finale.
6. Dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il microcontrollore/microprocessore (5) ? progettato per monitorare la tensione di linea, la corrente di linea e lo stato del sistema, cio? operativo, fault, fault F1, fault F2.
7. Dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che lo stadio elettronico di uscita (2) ? costituito dal parallelo di un insieme di varistori di diversa tipologia, connessi all?uscita tra la linea (L) e il neutro (N) di detti varistori (10), tra la linea (L) e la terra (PE) di detti varistori (11) e tra il neutro (N) e la terra (PE) di detti varistori (12), numericamente dimensionati in base alla portata degli elementi di protezione con fusibili (4).
8. Dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che se la tensione ai capi della linea (L) e del neutro (N)) o tra la linea (L) e la terra (PE) o tra il neutro (N) e la terra (PE) dello stadio elettronico di uscita (2) supera la tensione di livellamento imposta dai varistori in parallelo, la tensione in eccesso ? dissipata negli elementi di protezione e dipende dal numero di varistori e dalla tipologia degli stessi.
9. Dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l?elevata sovratensione per picco e/o durata non dissipata dai varistori (10, 11 e 12) dello stadio elettronico di uscita (2) ? dispersa mediante l?apertura di una coppia di interruttori (14) connessi tra lo stato di ingresso (1) e di uscita (2) e in parallelo agli elementi di protezione con fusibili (4).
10. Dispositivo elettronico per la scarica di sovratensioni (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che lo stadio elettronico di ingresso (1) ? progettato mediante un partitore resistivo costituito da resistenze di alta tensione (13) mediante le quali si attenua la tensione da inviare al circuito di raccolta e di monitoraggio delle tensioni e delle correnti di linea (3) e anche quella necessaria per alimentare il microcontrollore / microprocessore (5).
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