IT202100008117A1 - Fusibili limitatori di corrente a reazione esotermica bi-fasica, ad alta capacità di rottura (hrc) per la protezione di circuiti in corrente continua da sovracorrenti - Google Patents
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Description
L?invenzione riguarda fusibili limitatori di corrente ad alta capacit? di rottura (HRC) per la protezione di circuiti da sovracorrenti in corrente continua e si riferisce al corpo isolante che costituisce parte fondamentale di tali fusibili.
L'interruzione di un circuito elettrico in corrente continua richiede che un dispositivo di protezione porti rapidamente a zero la corrente al verificarsi di un guasto. I guasti elettrici possono causare danni estesi ai componenti dei circuiti.
Per ridurre al minimo i potenziali danni, vengono utilizzati fusibili capaci di interrompere rapidamente il flusso di corrente, in seguito all'insorgenza di condizioni di guasto che comportano un carico di corrente elevato, come un cortocircuito o guasti da sovraccarico.
I fusibili sono generalmente costituiti da due elettrodi in metallo (solitamente rame o ottone), un elemento fusibile (generalmente argento), una cavit? riempita di riempitivo pulverulento (solitamente sabbia silicea), e da un corpo isolante. Il corpo isolante contenente l?elemento fusibile ed il materiale spegniarco deve possedere caratteristiche di isolamento e strutturali adatte a resistere alle elevate tensioni, pressioni e temperature che si sviluppano durante l?intervento.
Quando il fusibile ? soggetto ad una corrente applicata che supera la portata dell'elemento fusibile per una durata predeterminata, il riscaldamento resistivo ne aumenta la temperatura sufficientemente per fonderlo. Quando l'elemento fusibile si scioglie si formano degli spazi e quando la somma delle tensioni ai capi dei singoli spazi archi supera la tensione applicata al fusibile il flusso di corrente viene interrotto.
Se il periodo di tempo ? breve (casi in cui la corrente di guasto ? elevata, es per cortocircuito) gli archi elettrici che si formano negli spazi lasciati vuoti dallo scioglimento dell?elemento fusibile si allargano, gli ioni portatori di arco del metallo fusibile fuso e vaporizzato migrano negli spazi tra i granelli di sabbia in gran parte del fusibile, vi rimangono vincolati condensandovi e non sono pi? disponibili per la conduzione di corrente, producendo un elevato effetto dielettrico.
Se il periodo di tempo ? elevato (casi in cui si interrompe un circuito a livelli di corrente relativamente bassi, ad esempio per guasto dovuto a sovraccarico), la corrente non ? abbastanza alta per bruciare rapidamente l'elemento fusibile e per spostare il metallo fuori dal percorso della corrente nella sabbia spegniarco, producendo temperature elevate nella sabbia ed uno scarso recupero dielettrico. L?elemento fusibile e la sabbia vengono sciolti e fusi insieme in plasma detto fulgurite. L?evoluzione della fulgurite durante il funzionamento del fusibile ? definita da una forte temperatura - circa 20.000 K - un'elevata densit? di elettroni - tra 10<18 >cm<-3 >e 10<19 >cm<-3 >- ed una forte pressione - da 10 a 50 bar circa -.
Ad alta temperatura la fulgurite fornisce percorsi sufficientemente conduttivi da consentire il reinnesco dell'arco e da ritardare o impedire l'interruzione del circuito.
Nonostante l?impiego di vari espedienti per migliorarne il comportamento, es inserimento di barriere in silicone o di composti di resina a base di uretano, melammina e acrilico sull?elemento fusibile, i fusibili limitatori di corrente convenzionali per applicazioni in corrente continua operano generalmente bene con guasti a correnti elevate ma non si comportano sempre altrettanto bene nell'interrompere correnti di sovraccarico di lunga durata.
Vista la sempre maggiore diffusione di sistemi in corrente continua, quali BESS (Battery Energy Storage System), EV (Elettro Vehicle) e PV (PhotoVoltaic), si ? cercato un modo per realizzare fusibili limitatori di corrente con migliorate caratteristiche di interruzione a basse correnti di guasto specificatamente in corrente continua.
La presente invenzione sfrutta le propriet? termiche e meccaniche di uno speciale materiale composito appositamente studiato per realizzare l?involucro del fusibile.
Il principio a base dell?invenzione si basa su di un design di fusibile riempito di materiale riempitivo pulverulento avente un involucro di materiale elettricamente isolante provvisto di due elettrodi agli estremi.
L?involucro del fusibile ? realizzato in uno speciale materiale composito a due strati progettato per attivare una reazione esotermica bi-fasica.
Lo strato interno dell?involucro, a trasmittanza termica elevata, ? costituito da quarzo sintetico in grado di estrarre calore istantaneamente, senza degradarsi meccanicamente ed elettricamente, dal plasma (fulgurite) in modo da favorirne il recupero dielettrico e consentire l?estinzione dell?arco elettrico, trasferendo detto calore allo strato esterno in maniera uniforme.
Lo strato esterno dell?involucro, a resistenza termica elevata, ? costituito da materiale composito a fibre di vetro bidirezionali 0/90? a base di resina melamminica od altra resina a base di uretano, melammina, acrilico o politetrafluoroetilene avente la funzione di sostenere lo strato sottostante nello sforzo di contenimento della pressione del plasma e di assorbirne a sua volta il calore anche per mezzo di evoluzione in gas (cambio di fase).
L?invenzione limita gli aspetti avversi che caratterizzano l'interruzione di basse correnti di guasto nei fusibili convenzionali e consente l?interruzione dell?arco elettrico anche a basse correnti di guasto ed in corrente continua.
Nei disegni sono mostrate alcune forme di realizzazione esemplificative dell'invenzione. Si deve comprendere che l'invenzione non ? limitata alle forme di realizzazione qui divulgate ed ? suscettibile di variazione nell'ambito delle rivendicazioni allegate.
Fusibile con elettrodi a forma di capsule: Fig.1, 2, 3A, 3B, 4, 5
Fusibile con elettrodi a forma di terminali: Fig.6, 7, 8, 9
Legenda:
1) Involucro tubolare interno in quarzo sintetico
2) Involucro tubolare esterno
3) Riempitivo pulverulento
4) Elemento fusibile
5) Capsula esterna
6) Capsula interna
7) Guarnizione permeabile ai gas
8) Terminali
Le Fig.1, 2, 3A, 3B, 4, 5 espongono viste e sezioni di un Fusibile Limitatore di corrente a reazione esotermica bi-fasica, ad alta capacit? di rottura (HRC) per la protezione di circuiti in corrente continua da sovracorrenti con elettrodi a forma di capsula secondo la presente invenzione
Le Fig.6, 7, 8, 9 espongono viste e sezioni di un Fusibile Limitatore di corrente a reazione esotermica bi-fasica, ad alta capacit? di rottura (HRC) per la protezione di circuiti in corrente continua da sovracorrenti con elettrodi a forma di terminale secondo la presente invenzione
Claims (1)
- Rivendicazione 1Fusibile limitatore di corrente a reazione esotermica bi-fasica, ad alta capacit? di rottura (HRC) per la protezione di circuiti in corrente continua da sovracorrenti : facendo riferimento alle Fig.1, 2, 3A, 3B, 4, 5, 6, 7, 8, e 9 la forma di realizzazione preferita include un corpo isolante tubolare costituito da uno strato esterno di materiale isolante, ad esempio resina a base di uretano, melammina e acrilico o resina fenolica o politetrafluoroetilene, rinforzata con fibre di vetro bidirezionali 0/90?, che pu? evolvere in gas al fine di raffreddare lo strato sottostante, uno strato interno in quarzo sintetico avente la funzione di estrarre calore dal plasma e di rilasciarlo uniformemente sullo strato esterno, due elettrodi conduttivi, ad esempio capsule o terminali in rame od ottone fissati in modo opportuno sull'involucro tubolare alle sue estremit? opposte, chiudendo ermeticamente ciascuna delle estremit? opposte grazie al contributo di una coppia di guarnizioni permeabili ai gas, riempitivo pulverulento per l?estinzione dell?arco comprendente sabbia ed eventuali additivi, quali acido borico, idrossido di alluminio. Le capsule / terminali forniscono un mezzo per collegare elettricamente il fusibile in un circuito esterno in corrente continua (non mostrato) per essere protetto da condizioni di sovracorrente. Le capsule/terminali interni conduttivi sono collegati elettricamente alle rispettive capsule/terminali esterni e ad esse sono collegati elettricamente gli elementi fusibili conduttivi, completando il collegamento elettrico finale. Gli elementi fusibili sono caratterizzati da una resistivit? relativamente bassa e sono costituiti un metallo a basso calore specifico, come argento, alluminio, cadmio, rame, stagno, zinco o altro metallo o lega di metalli adatti. L?elemento fusibile pu? comprendere sia un rivestimento ad effetto M disposto su una porzione selezionata dell'elemento fusibile all'interno dell?involucro sia materiali spegniarco quali silicone, composti di resina a base di uretano, melammina e acrilico eventualmente contenenti nitruri inorganici come nitruro di boro, nitruro di alluminio e nitruro di silicio, idrossido di alluminio e acido borico. L'argento ? un materiale preferito per gli elementi fusibili. Gli elementi fusibili hanno una forma del tipo a nastro rettangolare, ma possono anche assumere altre forme come noto nella tecnica, come una forma del tipo a filo cilindrico. Gli elementi fusibili sono collegati elettricamente alle capsule/terminali interni ed elettricamente alle capsule/terminali esterni in un modo adatto noto nella tecnica, come saldatura, puntatura, brasatura, stampaggio, innesto, crimpatura, aggraffaggio.Rivendicazione 2Fusibile limitatore di corrente a reazione esotermica bi-fasica, ad alta capacit? di rottura (HRC) per la protezione di circuiti in corrente continua da sovracorrenti secondo la rivendicazione 1, in cui le guarnizioni possono essere di silicone o polimero o altro materiale isolante.Rivendicazione 3Fusibile limitatore di corrente a reazione esotermica bi-fasica, ad alta capacit? di rottura (HRC) per la protezione di circuiti in corrente continua da sovracorrenti secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui lo strato interno dell?involucro tubolare sia costituito da vetro al quarzo di qualsiasi tipologia, vetro sodico calcico, cristallo al piombo, cristallo, vetro borosilicato, vetro speciale e qualsiasi altro tipo di materiale amorfo a trasmittanza termica maggiore rispetto a quella del materiale costituente lo strato esterno dell?involucro tubolare.Rivendicazione 4Fusibile limitatore di corrente a reazione esotermica bi-fasica, ad alta capacit? di rottura (HRC) per la protezione di circuiti in corrente continua da sovracorrenti secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti con involucro non tubolare cilindrico ma di altra forma, es parallelepipedo.Rivendicazione 5Fusibile limitatore di corrente a reazione esotermica bi-fasica, ad alta capacit? di rottura (HRC) per la protezione di circuiti in corrente continua da sovracorrenti secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti con o senza indicatore di fusione.Rivendicazione 6Fusibile limitatore di corrente a reazione esotermica bi-fasica, ad alta capacit? di rottura (HRC) per la protezione di circuiti in corrente continua da sovracorrenti secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti con tipologia di elettrodi diversa per forma e per numero.Rivendicazione 7Fusibile limitatore di corrente a reazione esotermica bi-fasica, ad alta capacit? di rottura (HRC) per la protezione di circuiti in corrente continua da sovracorrenti secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti con tipi di riempitivo non pulverulento, ad esempio solido o fluido.Rivendicazione 8Fusibile limitatore di corrente a reazione esotermica bi-fasica, ad alta capacit? di rottura (HRC) per la protezione di circuiti in corrente continua da sovracorrenti secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti nel quale l?involucro esterno sia costituito da materiale isolante composito depositato per filament winding o altra tecnologia analoga, es tape laying.
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