ITAN20130073U1 - Collegamento del circuito di accensione della protezione da sovratensioni - Google Patents
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Description
COLLEGAMENTO DEL CIRCUITO DI ACCENSIONE DELLA PROTEZIONE DA SOVRATENSIONI
DESCRIZIONE
Settore tecnico
La soluzione tecnica illustrata in avanti concerne il collegamento del circuito di accensione della protezione da sovratensioni che rientra nel settore dei collegamenti elettrici di protezione destinati alla limitazione di sovratensioni nella rete di distribuzione protetta. La protezione da sovratensioni è composta dello spinterometro di protezione da sovratensioni dotato del primo morsetto d’entrata, del secondo morsetto d’entrata e del collegamento, tramite tre poli, al circuito di accensione della protezione da sovratensioni.
Conoscenze tecniche attuali
Le soluzioni tecniche conosciute e concernenti i collegamenti dei circuiti di accensione della protezione da sovratensioni sono basate sul sollecito dell’avvolgimento primario del trasformatore direttamente tramite l’attivazione dello scaricatore di sovratensioni con l’impulso di sovratensione. Questo collegamento è semplice però il suo funzionamento corretto dipende dalla ripidità dell’impulso di sovratensione perciò a condizioni sfavorevoli quando la ripidità dell’impulso è debole, i.e. quando è piccola la proporzione tra la derivata della tensione rispetto alla derivata del tempo, l’elettrodo ausiliario dello spinterometro non viene attivato e la scintilla non scocca tra il primo elettrodo principale ed il secondo elettrodo principale dello spinterometro, di conseguenza la protezione da sovratensioni realizzata in questo modo non funziona.
Questo svantaggio è stato risolto parzialmente con l’integrazione di altri circuiti di accensione della protezione da sovratensioni utilizzando il partitore di tensione e lo scaricatore di sovratensione a gas. L’esempio di un collegamento più sofisticato con il partitore di tensione è descritto nel documento GB 1076679 “ Improvements in Triggered Spark Gap Type Surge Arrestors for D.C. Circuits', un collegamento semplificato è descritto nel documento US6111740 “Overvoltage protection System and overvoltage protection element for an overvoltage protection System’ ’. Lo svantaggio di questi collegamenti è il carattere oscillante della corrente elettrica nei circuiti di accensione della protezione da sovratensioni. Al momento in cui la corrente elettrica oscillante passa lo zero nell’awolgimento secondario del trasformatore la scintilla si può spegnere tra il primo elettrodo principale o il secondo elettrodo principale e l’elettrodo ausiliario dello spinterometro, in tal caso non avviene l’attivazione della scintilla tra il primo elettrodo principale ed il secondo elettrodo principale dello spinterometro con la conseguenza del fallimento della funzione protettiva da sovratensioni. Al posto del partitore di tensione viene utilizzato il partitore con elementi semiconduttori che limitano la tensione, si veda ad es. il documento US4683514 “ Surge voltage protective circuit arrangements” .
Altri collegamenti conosciuti dei circuiti di accensione della protezione da sovratensioni descritti nel documento FR2902579 “ Electrical installation protection device i.e. surge suppressor, has triggering unit passing spark gaps from blocking state, in which gaps oppose current circulation, to passing state, in which gaps permit fault current to flow in hranches”, o nel documento US2003/0007303 “ Pressure- resistant encapsulated air-gap arrangement for the draining off of damaging perturbances due to overvoltages” risolvono mancanze riportate sopra utilizzando il partitore combinato con un varistore e con un condensatore. Questo collegamento del circuito di accensione della protezione da sovratensioni elimina fino ad un certo punto gli svantaggi dei collegamenti precedenti, comunque, continua a rimanere conservato il carattere oscillante della corrente elettrica nei circuiti di accensione della protezione da sovratensioni, quindi, permane il problema con un eventuale spegnimento della scintilla tra il primo elettrodo principale ed il secondo elettrodo principale dello spinterometro con la conseguenza del fallimento della funzione protettiva da sovratensioni.
Principio della soluzione tecnica
I suddetti svantaggi vengono eliminati fino ad un certo punto dal circuito di accensione della protezione da sovratensioni collegato, tramite tre poli, allo spinterometro di protezione da sovratensioni dotato del primo morsetto d’entrata e del secondo morsetto d’entrata il cui funzionamento consiste nel fatto che l’elettrodo ausiliario dello spinterometro è collegato in serie al primo varistore e ad un’estremità dell’ avvolgimento secondario del trasformatore la cui seconda estremità è collegata al secondo elettrodo principale dello spinterometro ed al secondo morsetto d’entrata; si precisa che un’estremità dell’ avvolgimento primario del trasformatore è collegata in serie allo scaricatore di sovratensione a gas, al secondo varistore, al resistore ed al condensatore collegato alla seconda estremità dell’ avvolgimento primario del trasformatore collegata a sua volta al secondo morsetto d’entrata. Il nodo che collega il secondo varistore al resistore è collegato al nodo che collega il primo elettrodo principale dello spinterometro al primo morsetto d’entrata.
La protezione da sovratensioni è costituita dello spinterometro dotato del primo elettrodo principale, del secondo elettrodo principale e dell’elettrodo ausiliario per facilitare il passaggio tra il primo elettrodo principale ed il secondo elettrodo principale che servono appunto per creare il circuito di accensione della protezione da sovratensioni.
Il vantaggio di questo collegamento del circuito di accensione della protezione da sovratensioni consiste nella capacità di accensione migliorata come conseguenza della funzione di quella parte del collegamento del circuito di accensione della protezione da sovratensioni che si trova sul lato primario del trasformatore.
Per la funzione sicura del collegamento del circuito di accensione della protezione da sovratensioni è utile affinché l’interruttore termico collegato termicamente al secondo varistore venga collegato in serie al secondo varistore, venga inserito tra il nodo che collega il secondo varistore al resistore ed il nodo che collega il primo morsetto d’entrata al primo elettrodo principale dello spinterometro o venga inserito tra il primo avvolgimento del trasformatore e lo scaricatore di sovratensione a gas.
Il descritto vantaggio di questo tipo del circuito di accensione della protezione da sovratensioni integrato con l’interruttore termico consiste nello scollegamento del circuito di accensione della protezione da sovratensioni dalla rete di distribuzione protetta nel caso di un sovraccarico termico, riscaldamento inammissibile o surriscaldamento del secondo varistore ostacolando quindi il suo danneggiamento, eventualmente l’insorgenza di altri problemi generatisi dal danneggiamento di tutto il sistema di protezione da sovratensioni.
Panoramica delle figure nei disegni
La soluzione tecnica sarà illustrata più dettagliatamente con alcuni disegni nei quali la figura 1 presenta lo schema a blocchi del collegamento dello spinterometro di protezione da sovratensioni dotato del primo morsetto d’entrata, del secondo morsetto d’entrata e del collegamento, tramite tre poli, al circuito di accensione.
La figura 2 presenta lo schema principale del collegamento dello spinterometro di protezione da sovratensioni ed il circuito di accensione.
La figura 3 presenta lo schema principale del collegamento dello spinterometro di protezione da sovratensioni ed il circuito di accensione dotato dell’ interruttore termico collegato termicamente al secondo varistore ed inserito tra il secondo varistore ed il nodo che collega il primo morsetto d’entrata al resistore.
La figura 4 presenta lo schema principale del collegamento dello spinterometro di protezione da sovratensioni ed il circuito di accensione dotato dell’ interruttore termico collegato termicamente al secondo varistore ed inserito tra il secondo varistore e lo scaricatore di sovratensione a gas.
La figura 5 presenta lo schema principale del collegamento dello spinterometro di protezione da sovratensioni ed il circuito di accensione dotato dell’ interruttore termico collegato termicamente al secondo varistore ed inserito tra il nodo che collega il secondo varistore al resistore ed il nodo che collega il primo morsetto d’entrata al primo elettrodo principale dello spinterometro.
La figura 6 presenta lo schema principale del collegamento dello spinterometro di protezione da sovratensioni ed il circuito di accensione dotato dell’ interruttore termico collegato termicamente al secondo varistore ed inserito tra il primo avvolgimento del trasformatore e lo scaricatore di sovratensione a gas.
Esempi dei varianti della soluzione tecnica
La protezione da sovratensioni secondo la figura 1 è composta dello spinterometro 4 di protezione da sovratensioni dotato del primo morsetto d’entrata 2, del secondo morsetto d’entrata 3, e collegato, tramite tre poli, al circuito di accensione 1 della protezione da sovratensioni.
Il collegamento principale del circuito di accensione 1 della protezione da sovratensioni secondo la fig. 2 consiste nel fatto che l’elettrodo ausiliario 7 dello spinterometro 4 è collegato in serie al primo varistore 8 e ad un’estremità dell’ avvolgimento secondario 14 del trasformatore 13 la cui seconda estremità è collegata al secondo elettrodo principale 6 dello spinterometro 4 ed al secondo morsetto d’entrata 3; si precisa che un’estremità dell’ avvolgimento primario 15 del trasformatore 13 è collegata in serie allo scaricatore di sovratensione a gas 10, al secondo varistore 9, al resistore 11 ed al condensatore 12 collegato alla seconda estremità dell’awolgimento primario 15 del trasformatore 13 collegata a sua volta al secondo morsetto d’entrata 3. Il nodo che collega il secondo varistore 9 al resistore 11 è collegato al nodo che collega il primo elettrodo principale 5 dello spinterometro 4 al primo morsetto d’entrata 2.
Il valore della resistenza del resistore 11 corrisponde almeno al doppio della radice quadrata della frazione composta dell’induzione dell’avvolgimento primario 15 del trasformatore 13 e della capacità del condensatore 12.
Il collegamento vantaggioso del circuito di accensione 1 della protezione da sovratensioni è dotato dell’interruttore termico 17 collegato termicamente 16 al secondo varistore 9. Nella soluzione semplificata l’interruttore termico 17 può essere realizzato con un fusibile termico.
Il collegamento vantaggioso del circuito di accensione 1 della protezione da sovratensioni secondo la figura 3 è dotato dell’interruttore termico 17 collegato termicamente 16 al secondo varistore 9 ed inserito tra il secondo varistore 9 ed il nodo che collega il morsetto d’entrata 2 al resistore 11.
Il collegamento vantaggioso del circuito di accensione 1 della protezione da sovratensioni secondo la figura 4 è dotato dell’interruttore termico 17 collegato termicamente 16 al secondo varistore 9 ed inserito tra il secondo varistore 9 e lo scaricatore di sovratensione a gas 10.
Il collegamento vantaggioso del circuito di accensione 1 della protezione da sovratensioni secondo la figura 5 è dotato dell’interruttore termico 17 collegato termicamente 16 al secondo varistore 9 ed inserito tra il nodo che collega il secondo varistore 9 al resistore 11 ed il nodo che collega il primo morsetto 2 al primo elettrodo principale 5 dello spinterometro 4.
Il collegamento vantaggioso del circuito di accensione 1 della protezione da sovratensioni secondo la figura 6 è dotato dell’interruttore termico 17 collegato termicamente 16 al secondo varistore 9 ed inserito tra il primo avvolgimento 15 del trasformatore 13 e lo scaricatore di sovratensione a gas 10.
Il vantaggio del collegamento principale del circuito di accensione 1 della protezione da sovratensioni secondo la figura 2 consiste nel fatto che nella situazione senza sovratensioni tra il primo morsetto d’entrata 2 ed il secondo morsetto d’entrata 3 esiste una tensione d’esercizio della rete di distribuzione protetta che non è sufficiente per accendere lo scaricatore di sovratensione a gas 10 collegato al primo morsetto d’entrata 2 tramite il secondo varistore 9 ed all’altro morsetto d’entrata tramite l’avvolgimento primario 15 del trasformatore 13. Qualora tra il primo morsetto d’entrata 2 ed il secondo morsetto d’entrata 3 si presenti una sovratensione d’impulso, si attiva lo scaricatore di sovratensione a gas 10; si precisa che il secondo varistore 9 riduce immediatamente la sua resistenza e l’impulso della corrente che ha attraversato il primo avvolgimento 15 del trasformatore 13 inducendo nel suo secondo avvolgimento 14 un’alta tensione che passa attraverso il primo varistore 8 fino all’elettrodo ausiliario 7 con il conseguente scocco della scintilla tra l’elettrodo ausiliario 7 ed il primo elettrodo principale 5 o il secondo elettrodo principale 6 dello spinterometro. Il primo varistore 8 contribuisce al mantenimento di questa scintilla riducendo bruscamente la sua tensione. Dopodiché, a causa della ionizzazione dello spazio tra il primo elettrodo principale 5 ed il secondo elettrodo principale 6 dello spinterometro 4 la scintilla scocca tra il primo elettrodo principale 5 ed il secondo elettrodo principale 6 dello spinterometro 4. In conseguenza del calo della tensione tra il primo elettrodo principale 5 ed il secondo elettrodo principale 6 dello spinterometro 4 diminuisce la corrente elettrica che attraversa l’elettrodo ausiliario 7 ed il primo varistore 8 aumenta bruscamente la sua resistenza ritornando allo stato precedente. La corrente elettrica scaricata dal condensatore caricato 12 contribuisce all’aumento della ripidità iniziale dell’impulso della corrente elettrica che attraversa l’avvolgimento primario 15 del trasformatore 13, quindi, all’aumento della tensione indotta nell’avvolgimento secondario 14 del trasformatore 13 migliorando l’affidabilità dell’effetto attivante ovvero ionizzante dell’elettrodo ausiliario 7. Il condensatore 12 caricato attraverso il resistore 11 integra, grazie alla sua capacità, gli impulsi di sovratensione di breve durata tra il primo morsetto d’entrata 2 ed il secondo morsetto d’entrata 3 che non sarebbero stati sufficienti per accendere lo scaricatore di sovratensione a gas 10 e conseguentemente per far scoccare la scintilla tra il primo elettrodo principale 5 ed il secondo elettrodo principale 6 dello spinterometro 4; questo condensatore garantisce il mantenimento dell’efficacia protettiva anche nel caso di una serie di impulsi di sovratensione più brevi. Il resistore 11 attenua il carattere oscillante della corrente elettrica nel circuito di accensione 1 della protezione da sovratensioni per il motivo dell’esistenza di un circuito risonante formato dall’induzione del avvolgimento primario 15 del trasformatore 13 e della capacità del condensatore 12. Il vantaggio dei collegamenti dei circuiti di accensione 1 della protezione da sovratensioni secondo le figg. 3-6, integrati con l’interruttore termico 17, consiste nello scollegamento del circuito di accensione 1 della protezione da sovratensioni dalla rete di distribuzione protetta nel caso di un sovraccarico termico, riscaldamento inammissibile o surriscaldamento del secondo varistore 9.
Il funzionamento simile al collegamento del circuito di accensione 1 della protezione da sovratensioni avviene anche nel caso del collegamento in serie degli elementi di circuito (il secondo varistore 9 e lo scaricatore di sovratensione a gas 10 e/o il resistore 11 ed il condensatore 12) nell’ordine capovolto rispetto a quello visualizzato sulle figg. 2-6.
Utilizzo industriale
Il collegamento del circuito di accensione della protezione da sovratensioni secondo questa soluzione tecnica è utilizzabile per ogni rete di distribuzione minacciata da sovratensioni. Rispetto ai collegamenti conosciuti dimostra una capacità di accensione migliorata e se dotato dell’interruttore termico, evita problemi generatisi dal danneggiamento di tutto il sistema di protezione da sovratensioni.
Lista dei simboli
1 circuito di accensione
2 primo morsetto d’entrata
3 secondo morsetto d’entrata
4 spinterometro
5 primo elettrodo principale
6 secondo elettrodo principale
7 elettrodo ausiliario
8 primo varistore
9 secondo varistore
10 scaricatore di sovratensione a gas
11 resistore
12 condensatore
13 trasformatore
14 avvolgimento secondario
15 avvolgimento primario
16 collegamento termico
17 interruttore termico
Claims (2)
- RIVENDICAZIONI 1. Il collegamento del circuito di accensione (1) della protezione da sovratensioni collegato, tramite tre poli, allo spinterometro (4) della protezione da sovratensioni dotato del primo morsetto d’entrata (2) e del secondo morsetto d’entrata (3) consiste nel fatto che l’elettrodo ausiliario (7) dello spinterometro (4) è collegato in serie al primo varistore (8) e ad un’estremità dell’avvolgimento secondario (14) del trasformatore (13) la cui seconda estremità è collegata al secondo elettrodo principale (6) dello spinterometro (4) ed al secondo morsetto d’entrata (3); si precisa che un’estremità dell’avvolgimento primario (15) del trasformatore (13) è collegata in serie allo scaricatore di sovratensione a gas (10), al secondo varistore (9), al resistore (11) ed al condensatore (12) collegato alla seconda estremità dell’ avvolgimento primario (15) del trasformatore (13) collegata a sua volta al secondo morsetto d’entrata (3). Il nodo che collega il secondo varistore (9) al resistore (11) è collegato al nodo che collega il primo elettrodo principale (5) dello spinterometro (4) al primo morsetto d’entrata (2).
- 2. Il collegamento del circuito di accensione (1) della protezione da sovratensioni secondo l’esigenza (1) consiste nel fatto che l’interruttore termico (17) collegato termicamente (16) al secondo varistore (9) o è collegato in serie al secondo varistore (9) o è inserito tra il nodo che collega il secondo varistore (9) al resistore (11) ed il nodo che collega il primo morsetto d’entrata (2) al primo elettrodo principale (5) dello spinterometro (4) oppure rinterruttore termico (17) è inserito tra il primo avvolgimento (15) del trasformatore (13) e lo scaricatore di sovratensione a gas (10).
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