IT9020182A1 - Disposizione con due distanze degli elettrodi per la limitazione di sovratensioni - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda una disposizione con due distanze parziali degli elettrodi collegate elettricamente in serie, in particolare per limitare sovratensioni in impianti a bassa tensione, costituita da tre elettrodi ove per formare ogni distanza degli elettrodi due di questi elettrodi sono di volta in volta affacciati con una superficie e sono tenuti a distanza tra loro da uno strato isolante, ove ogni distanza degli elettrodi forma sul suo limite dello strato isolante un punto di scarica, che di preferenza si trova nella zona esterna tra una superficie di un elettrodo ed una superficie dell'altro elettrodo. Queste disposizioni sono note dai brevetti DE-PS 26 27 648, 3016 265 e 3101 354. Gli elettrodi che formano le distanze degli elettrodi possono quindi essere per esempio a forma di disco (brevetti DE-PS 2627 648 e 3016 265). Tuttavia essi potrebbero anche essere concentrici tra loro (brevetto DE-PS 3101 354). Con le due disposizioni menzionate in precedenza si ottiene cioè un'elevata portata di corrente quando si disperdono correnti impulsive ed anche un affidabile spegnimento della corrente susseguente dopo la scarica. Nel collegamento in serie di queste distanze degli elettrodi, le cui capacità sono uguali tra loro, si sommano le tensioni di intervento delle distanze degli elettrodi, per cui la totale tensione di intervento risultante, cioè il livello di protezione, è troppo alta per una serie di casi di impiego. Un livello di protezione relativamente basso sarebbe raggiungibile con le distanze singole degli elettrodi già note, tuttavia in questo caso non si può raggiungere in tutti i casi di impiego lo spegnimento, necessario subito dopo la dispersione della corrente, della corrente residua di rete condizionata dalla tensione di rete applicata.

Il compito dell'invenzione consiste di conseguenza nel realizzare una disposizione di distanze degli elettrodi secondo il preambolo della rivendicazione 1 indicato all'inizio della descrizione in modo da soddisfare globalmente, cioè in combinazione tra loro, le seguenti esigenze:

a) una tensione di intervento la più bassa possibile (all'incirca alla tensione di intervento di una distanza singola degli elettrodi) affinchè il livello di protezione sia abbastanza basso;

b) un'elevata portata di corrente nel caso di dispersione di correnti impulsive;

c) dopo un'accensione mediante sovratensione e con tensione di rete contemporaneamente applicata, spegnimento immediato della corrente residua di rete.

La soluzione di questo compito, partendo dal preambolo della rivendicazione 1, viene vista in primo luogo nel fatto che le capacità delle due distanze parziali degli elettrodi sono scelte diverse tra loro in modo che una delle distanze degli elettrodi assorba sostanzialmente, di preferenza però quasi interamente, la tensione presente sulla disposizione e quindi la tensione di intervento della disposizione corrisponda sostanzialmente alla tensione di intervento di una distanza parziale degli elettrodi. Con una configurazione che determina le capacità di queste due distanze degli elettrodi e con l'ottenimento di capacità corrispondentemente differenti avviene una corrispondente ripartizione tra le distanze parziali degli elettrodi della tensione totale presente sulla disposizione di distanza degli elettrodi prima dell'intervento. In questo caso sulla distanza parziale degli elettrodi di minor capacità è applicata la parte di gran lunga maggiore della tensione complessivamente presente. Pertanto la scarica che si verifica al raggiungimento di una determinata sovratensione avviene dapprima su questa distanza parziale degli elettrodi di minor capacità. Dopodiché sull'altra distanza parziale è applicata quasi l'intera tensione e quindi viene inoltrata la scarica viene avviata anche sulla successiva distanza parziale degli elettrodi di maggior capacità. Mantenendo i vantaggi di un'elevata ca— ricabilità di corrente e di un sicuro spegnimento della corrente residua o susseguente di rete di una distanza degli elettrodi multipla (vedere per esempio brevetti DE-PS 2627 648 e DE-PS 3101 354), la tensione totale di intervento di questa disposizione viene sostanzialmente determinata solo dalla tensione di intervento della distanza degli elettrodi di minor capacità, mentre nelle disposizioni di distanza degli elettrodi note in precedenza, in cui tutte le distanze degli elettrodi parziali hanno la stessa capacità, la tensione totale di intervento della disposizione risultava dalla somma delle tensioni di intervento delle singole distanze parziali degli elettrodi collegate in successione tra loro. Di contro, la disposizione secondo l'invenzione fornisce, grazie alla suddivisione della tensione capacitiva secondo l'invenzione, una tensione di intervento totale relativamente bassa, rispettivamente il livello di protezione per l'apparecchio od il sistema da proteggere, rispettivamente l'utenza collegata. Si risolvono le tre componenti a, b, c dei compiti sopra citati.

L'invenzione può venire realizzata con configurazioni relativamente semplici, che non aumentano o aumentano in maniera non sostanziale i costi di produzione di una siffatta disposizione delle distanze degli elettrodi.

Una suddivisione preferita del rapporto delle capacità delle distanze parziali degli elettrodi è oggetto della rivendicazione 2.

Una forma di realizzazione preferita dell'invenzione costituisce il contenuto della rivendicazione 3. Essa permette corrispondenti variazioni di capacità variando la grandezza delle superfici, che sono determinanti per la capacità di una distanza parziale degli elettrodi formata da queste.

Le rivendicazioni 4 e 5 contengono realizzazioni della variazione delle superfici effettive, determinanti per la capacità, dei corrispondenti elettrodi.

Rientra però nell'ambito dell'invenzione ottenere scostamenti nelle capacità delle distanze parziali degli elettrodi collegate in successione secondo la rivendicazione 6 anche utilizzando materiali isolanti di differenti costanti dielettriche. Un'altra possibilità di variare la capacità consiste nel fatto di scegliere differentemente lo spessore degli strati isolanti delle distanze parziali degli elettrodi di una disposizione, (vedere rivendicazione 7).

Una forma di realizzazione preferita dell'invenzione consiste nel— l'ottenere, secondo la rivendicazione 8, le diverse capacità solo differenziando le superfici che determinano queste capacità, mentre vengono mantenuti lo spessore ed anche la costante dielettrica degli strati isolanti delle distanze parziali degli elettrodi di una disposizione secondo l'invenzione. Questo è vantaggioso, poiché le tensioni di intervento delle distanze parziali degli elettrodi sono circa uguali ed una variazione della capacita mediante variazione dello spessore degli strati isolanti incontra limiti tecnici, in quanto spessori piccoli, in presenza di dispersione della corrente, causano incollaggi degli elettrodi.

In linea di principio sono possibili anche le disposizioni secondo le rivendicazioni 9 e 10.

Altri vantaggi e caratteristiche dell'invenzione si possono desumere dalla seguente descrizione e dal relativo disegno, nel quale:

la figura 1 mostra schematicamente un primo esempio di realizzazione nella sezione longitudinale,

la figura la mostra una vista dall'alto di figura 1,

la figura 2 mostra un altro esempio di realizzazione nella sezione longitudinale ,

la figura 3 mostra lo schema elettrico equivalente di disposizioni di distanze degli elettrodi (direttamente prima dell'intervento della disposizione) secondo le figure 1 e 2.

La figura 1 mostra una distanza degli elettrodi doppia o duplice, costituita da tre elettrodi 1, 2 e 3, tra i quali sono previsti strati 4 e 5 di materiale isolante. La vista dall'alto secondo la figura la mostra che in quest'esempio di realizzazione i suddetti elettrodi e strati isolanti sono eseguiti circolari.

Gli elettrodi 1, 2 sono posti con le loro superfici frontali 1', 2* affacciate tra loro, la distanza a tra queste superfici frontali essendo riempita da materiale isolante 4. Questo forma la prima distanza parziale F1 degli elettrodi. L'altra superficie frontale 2" dell'elettrodo 2 forma con la superficie frontale 3' dell'elettrodo 3 e con strato isolante 5 con distanza a un'ulteriore distanza parziale F22 degli elettrodi. Gli attacchi elettrici 6 e 7 vengono formati dalle ulteriori superfici frontali 1", rispettivamente 3" di detta disposizione, o sono posti su questa. In questo modo le distanze parziali F1 e F2 degli elettrodi sono elettricamente in serie e costruttivamente sono sovrapposti in una serie con detti elettrodi e strati isolanti all'incirca a forma di disco.

Le superfici frontali 1', 2' ed il relativo strato isolante 4 formano sporgenze 8 e 9 ed i relativi incavi 10, 11. Questo ha per conseguenza che le superfici 1' e 2' che determinano la grandezza della capacità della distanza parziale F1 degli elettrodi sono maggiori delle superfici frontali 2" e 3' nonché delle relative controsuperfici dello strato isolante 5, che determinano la capacità della distanza parziale F2 degli elettrodi. La capacità della distanza parziale F1 degli elettrodi è quindi maggiore di quella della distanza parziale F2 degli elettrodi. Questo è rappresentato nello schema equivalente della figura 3. Al superamento della tensione di intervento Ua dell'intera disposizione delle distanze degli elettrodi, che è collegata agli attacchi elettrici 6 e 7, deve avvenire un intervento di questa disposizione di distanze degli elettrodi, ove Ua deve essere all'incirca alla tensione di intervento UF di una delle distanze parziali degli elettrodi. Questo si ottiene in questo esempio per il fatto che la capacità C1 della distanza parziale F1 degli elettrodi è scelta in modo che su questa distanza parziale degli elettrodi con la tensione di intervento UF sia presente circa il 10% della totale tensione U presente sulla disposizione della distanza degli elettrodi, mentre alla distanza parziale F2 degli elettrodi (pure con la stessa tensione di intervento UF) e alla capacità C2 spetta circa il 90% della tensione totale U. In questo modo, al raggiungimento della tensione Ua sui contatti 6, 7 si genera l'effetto che la distanza parziale F2 degli elettrodi scarica già a quindi la tensione totale U=Ua è applicata praticamente alla distanza parziale F1 degli elettrodi, e quindi avviene spontaneamente anche una scarica sulla distanza parziale F1 degli elettrodi. La tensione di intervento Ua della disposizione delle distanze degli elettrodi ammonta in questo caso a circa 1,1 · UF , cioè essa è circa uguale a quella di una distanza parziale degli elettrodi .

La variazione della capacità delle due distanze parziali F1 e F2 degli elettrodi che si trovano in serie mediante dimensionamento corrispondente delle superfici che codeterminano le capacità è anche possibile in altro modo, come mostra l'esempio schematico di figura 2. In questo caso i tre elettrodi 1, 2 e 3 sono costituiti da piccoli dischi cilindrici, ove il diametro dell'elettrodo inferiore 3 è minore del diametro degli altri due elettrodi 1 e 2. In questo modo le superfici 1', 2' sono molto maggiori dell'effettiva superficie 2" e della controsuperficie 3', appoggiata a questa, della distanza parziale F2 degli elettrodi. Anche in questo modo si ottiene che la capacità C1 della distanza parziale F1 degli elettrodi sia maggiore della capacità C2 della distanza parziale F2 degli elettrodi.

Per la suddetta distribuzione capacitiva della tensione è previsto di preferenza un rapporto delle capacità di C1:C2 nell'intervallo tra 5:1 e 10:1.

Negli esempi di realizzazione rappresentati nelle figure 1, 2 e descritti in precedenza avviene una scarica tra le superfici mantellari di contorno 12, 13 e 13, 14 nell'esempio della figura 1, nonché 15, 16 e tra la superficie frontale 2 dell'elettrodo 2 e la superficie mantellare 17 dell'elettrodo 3 nell'esempio della figura 2. L, L' e L" rappresentano archi voltaici.

In linea di principio la variazione della capacità delle distanze degli elettrodi di una tale disposizione potrebbe anche avvenire modificando lo spessore a degli strati isolanti e/o il materiale degli strati isolanti e quindi le loro costanti dielettriche. Tuttavia la variazione dello spessore a incontra dei limiti in quanto non si può realizzare sottile a piacere lo strato di isolante. Altrimenti le dispersioni di corrente provocherebbero una saldatura degli elettrodi tra loro affacciati e quindi un percorso costante di corto circuito. Inoltre variando lo spessore a si varia anche la tensione di intervento della distanza parziale degli elettrodi. Pertanto la variazione di capacità descritta in questi esempi di realizzazione mediante variazione delle superfici di volta in volta efficaci delle distanze parziali degli elettrodi è la forma di realizzazione preferita dell'invenzione. Ma questo non esclude che, come spiegato, ciò venga attuato anche mediante variazione delle misure a e/o della costante dielettrica del materiale isolante 4, 5.

Alla scarica di una disposizione costituita da due distanze parziali degli elettrodi si ha una duplice caduta di tensione anodi-catodi. Ciò favorisce lo spegnimento della corrente residua di rete.

La caricabilità con corrente di questa disposizione di distanze degli elettrodi dev'essere sufficientemente elevata. Questo vale in particolare quando, secondo l'esempio di realizzazione, la scarica dell'arco tra le superfici descritte 12 — 17 e 2"' avviene come scarica superficiale esterna. Queste superfici mantellari di contorno 12, 13, 14, 15 e 16 sono superfici grandi per gli archi voltaici L disegnati in figura 1. Nel caso di figura 2, l'arco tra gli elettrodi 2, 3 è indicato con L". Da ciò risulta che la superficie mantellare 3 è piccola e quindi la capacità di corrente della disposizione del percorso degli elettrodi secondo la figura 2 è minore di quella della disposizione secondo la figura 1.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Disposizione con due distanze parziali degli elettrodi collegate elettricamente in serie, in particolare per limitare sovratensioni in impianti a bassa tensione, costituita da tre elettrodi, ove per realizzare ogni distanza degli elettrodi due di questi elettrodi sono di volta in volta affacciati con una superficie e sono tenuti a distanza tra loro da uno strato isolante, ove ogni distanza parziale degli elettrodi forma sul suo limite dello strato isolante un punto di scarica, che di preferenza si trova nella zona esterna tra una superficie di un elettrodo ed una superficie dell'altro elettrodo, caratterizzata dal fatto che le capacità {C1, C2) delle due distanze parziali degli elettrodi (F1, F2) sono scelte diverse tra loro in modo che una delle distanze degli elettrodi assorba sostanzialmente, di preferenza quasi completamente, la tensione totale (U) presente sulla disposizione e quindi la tensione di intervento della disposizione corrisponda sostanzialmente alla tensione di intervento (UF ) di una distanza parziale degli elettrodi.
2. 2. Disposizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il rapporto delle capacità (C1:C2) è nell'intervallo tra 10:1 e 5:1.
3. 3. Disposizione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che le differenze delle capacità (C1, C2) delle singole distanze degli elettrodi (F1, F2) tra loro vengono ottenute mediante differenze della grandezza delle superfici affacciate (Ι', 2', 2", 3'), che determinano le relative capacità, degli elettrodi (1, 2 e 2, 3) appartenenti alla relativa distanza parziale degli elettrodi.
4. 4. Disposizione secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che le superfici affacciate (1', 2') degli elettrodi (1, 2) di una distanza parziale (F1) degli elettrodi presentano uno o più incavi (10, 11) e sporgenze (8, 9) adattati tra loro e anche nella zona di questo incavo, o incavi e sporgenza o sporgenze hanno tra loro una distanza (a) uguale o minore come nella restante zona di queste superfici, e che lo strato isolante (4) ha una forma adattata alla forma di queste superfici (1', 2')·
5. 5. Disposizione secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzata dal fatto che almeno una (3') delle superfici affacciate (2", 3') degli elettrodi (2, 3) di una distanza parziale degli elettrodi di questa disposizione minore delle superfici affacciate tra loro degli elettrodi dell'altra distanza parziale degli elettrodi.
6. 6. Disposizione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che gli strati isolanti (4, 5) presentano di volta in volta costanti dielettriche differenti.
7. 7. Disposizione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che gli spessori (a) degli strati isolanti (4, 5) della disposizione delle distanze degli elettrodi sono differenti.
8. 8. Disposizione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzata dal fatto che con uguale spessore (a) ed uguale costante dielettrica degli strati isolanti (4, 5) le superfici degli elettrodi, le quali condizionano la capacità della distanza parziale degli elettrodi, sono diverse.
9. 9. Disposizione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzata dal fatto che le superfici che condizionano le capacità (C1, C2) delle distanze parziali {F1, F2) degli elettrodi sono uguali, invece gli spessori (a) degli strati isolanti e/o le costanti dielettriche degli strati isolanti sono disuguali.
10. 10. Disposizione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzata dal fatto che le superfici che condizionano le capacità (C1, C2) delle distanze parziali (F1, F2) degli elettrodi e lo spessore (a) dello strato isolante e la costante dielettrica degli strati isolanti (4, 5) sono rispettivamente disuguali.