ITBS20010004A1

ITBS20010004A1 - Sistema di distribuzione statico di corrente in impianti elettrici atensione continua

Info

Publication number: ITBS20010004A1
Application number: IT2001BS000004A
Authority: IT
Inventors: Massimo Grisoni
Original assignee: Massimo Grisoni
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2002-07-22
Also published as: EP1246515A2; US7015601B2; US20020109951A1; EP1246515A3

Description

D E S C R I Z I O N E

del BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo :

“SISTEMA DI DISTRIBUZIONE STATICO DI CORRENTE IN

IMPIANTI ELETTRICI A TENSIONE CONTINUA”

Campo dell invenzione

Il presente trovato riguarda un sistema di distribuzione e controllo della corrente in impianti elettrici a tensione continua, di seguito denominato anche sistema DSC brevemente.

Stato dell’ Arte

Generalmente, le correnti che vengono distribuite in un impianto elettrico sono controllate da dispositivi elettromeccanici che svolgono le funzioni di interruzione del circuito, protezione dei carichi e delle linee, e che danno indicazioni di funzionamento. Tali dispositivi elettromeccanici consistono in fusibili, relais, teleruttori con protezione termica e/o magnetica, contattori, voltmetri, amperometri, ecc. Questi dispositivi presentano però ingombri notevoli, generano disturbi elettromagnetici all’apertura/chiusura dei contatti elettrici, devono essere ripristinati manualmente quando sono intervenuti e soffrono di problemi legati all’ossidazione dei contatti elettrici.

Scopi e Sommario deirinvenzione

Uno scopo del presente trovato è di fornire un distributore statico di corrente - DSC - per impianti elettrici a tensione continua in grado di svolgere le funzioni dei dispositivi elettromeccanici sopraelencati, sostituendoli vantaggiosamente.

Un altro scopo del trovato è di fornire un sistema DSC per un controllo e una misura continuativi dei parametri del circuito elettrico, che sia immune dalle scariche elettrostatiche, che non generi disturbi elettromagnetici, oltre ad essere protetto da sovratensioni e da correnti di cortocircuito o anomale.

Un altro scopo ancora del trovato è di fornire un distributore di corrente modulare, cioè con una portata di corrente selezionabile in funzione dell’applicazione, di ingombri ridotti, resistente ai fattori ambientali e ripristinabile anche a distanza senza l’intervento di un operatore.

Gli scopi sono conseguiti con un sistema di distribuzione statico della corrente - DSC - costituito unicamente da dispositivi elettronici comandati e controllati da un circuito elettronico, eventualmente interfacciabile ad un computer.

In particolare, con il sistema DSC secondo l’invenzione, inserito in una linea elettrica a bassa tensione, è possibile:

- misurare l’intensità di corrente che scorre nel carico, la tensione applicata al carico e la temperatura di esercizio del sistema;

- controllare se il carico è collegato o sconnesso, se il sistema DSC è funzionante o no in base al livello di tensione ed al valore di temperatura raggiunto; e

- comandare l’ attivazione ed il ripristino del contatto di chiusura del circuito a distanza senza l’intervento di un operatore.

Rispetto alle apparecchiature tradizionali, il sistema DSC qui proposto presenta i seguenti vantaggi:

- controllo della corrente;

- possibilità di controllo della temperatura;

- assenza dell’ arco negli istanti di apertura e chiusura dei contatti elettrici;

- mancanza di contatti ossidabili e di usuali morsettiere:

tempi di intervento rapidi;

- assenza di disturbi elettromagnetici;

- resistenza ai fattori ambientali;

- ridotte dimensioni ed ingombri, e inoltre

- minor costo di produzione su scala industriale rispetto ai dispositivi elettromeccanici;

- minor costo di installazione, di assistenza e manutenzione dell’ impianto, in quanto collegabile ad un computer su cui compaiono tutte le informazioni relative all’ impianto; e

- aumento della sicurezza dell’impianto elettrico e delle condizioni di lavoro degli operatori.

Vantaggiosamente ancora, il sistema DSC comprende un elemento di commutazione di potenza, ovvero almeno un interruttore elettronico, collegabile ad un sistema elettronico, quale un computer, affinché ogni parametro fisico quale corrente, tensione, temperatura, stato del circuito, stato del carico, possa essere memorizzato ottenendo in tal modo uno storico delle funzioni e anche delle anomalie dell’impianto, nonché un immediato monitoraggio degli allarmi.

Il sistema DSC può essere inoltre inserito in ogni quadro elettrico attuale in luogo delle parti elettromeccaniche. Collegando il sistema DSC in prossimità di un generatore di tensione continua, cosa possibile per la natura stessa del sistema DSC che è controllabile a distanza e può essere installato anche in luoghi angusti, esso stesso funge da mezzo di sicurezza e può sostituire un tradizionale dispositivo elettromeccanico chiamato “staccabatteria” .

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori dettagli del trovato risulteranno comunque più evidenti dal seguito della descrizione fatta con riferimento agli allegati disegni, indicativi e non limitativi, nei quali: la Fig. l mostra uno schema a blocchi di un modulo di dispositivo DSC; e

la Fig.2 mostra il modulo della Fig. l visto di lato.

Descrizione deH’Invenzione

Il sistema di distribuzione della corrente proposto è progettato per essere modulare, cioè composto da uno o più elementi base o moduli 10, collegabili in parallelo tra loro. Ogni modulo può inoltre essere previsto per portate di corrente diverse, in particolare può condurre correnti da 10 A a 100 A. Per correnti maggiori si attua la connessione in parallelo di più moduli.

Ogni modulo è realizzabile in due distinte versioni.

In una prima realizzazione, il modulo comprende un dispositivo di commutazione ovvero un interruttore controllato da una particolare elettronica, eventualmente interfacciabile con un computer, ma funzionante comunque in modo analogo a quello di un attuale fusibile ripristinabile manualmente. Il modulo è facilmente installabile al posto dei fusibili attuali in quanto ha le stesse caratteristiche meccaniche previste per l’installazione in un quadro elettrico, ed è ripristinabile manualmente con la pressione di un tasto con la possibilità di visualizzare lo stato di funzionamento del circuito. Il modulo è dotato di un selettore che permette di impostare i limiti massimi di corrente oltre i quali il sistema DSC protegge il carico. Un secondo selettore permette di impostare un tempo di ritardo, necessario quando l’applicazione prevede il controllo di carichi induttivi.

In una seconda versione del modulo, il dispositivo di commutazione è controllato da un microcontrollore nel quale sono memorizzati tutti i parametri di funzionamento del modulo tramite un apposito software. Ad esempio, si possono impostare:

- la corrente nominale del carico;

- la tolleranza in percentuale sul valore di corrente massima ammissibile;

- il tempo di ritardo per l’attivazione del contatto o dell’allarme;

- le tensioni massima e minima.

Descrizione dettagliata dell’ Invenzione

Un esempio di realizzazione di un modulo 10 è rappresentato nei disegni. Esso comprende essenzialmente due supporti in rame 1 1 , 12, un interruttore elettronico 13, una scheda a circuito stampato 14 ed un eventuale dissipatore di calore 15. I supporti in rame 11, 12 hanno ciascuno un attacco 11 ’, 12’ per un loro fissaggio ad una barra di tensione di ingresso 16 e a conduttori di uscita -non rappresentati - rispettivamente.

L’interruttore elettronico 13, di per sé noto, è saldato direttamente sul supporto in rame 1 1 collegabile alla barra della tensione di ingresso 16. Questo supporto in rame 1 1 può essere a contatto con l ’eventuale dissipatore di calore 15 ed è associato con la scheda a circuito stampato 14 dove è alloggiata l’elettronica di comando. L’interruttore ha terminali di uscita 17 saldati a rispettivi conduttori 18 di opportuno diametro e materiale, piegati ad U. Questa forma è adottata per assorbire ogni sforzo dovuto a sollecitazioni meccaniche, vibrazioni, ecc. agenti sull’interruttore elettronico.

I conduttori a U 18 sono saldati all’altro supporto in rame 12 da collegare ai conduttori di uscita. Per il fissaggio del supporto 1 1 alla barra 16 si possono usare dadi, rondelle elastiche e bulloni in rame od ottone. Eventualmente è possibile saldare i bulloni ai supporti in rame utilizzando appropriate leghe adatte alla saldatura per facilitare le operazioni di fissaggio in opera del modulo con l’uso di un solo utensile. Il circuito elettronico è protetto da un isolante a base di cere.

Il modulo può inoltre essere provvisto di un connettore 19, saldato al circuito stampato 14, per l’eventuale connessione ad un computer.

In luogo del dissipatore 1 S, possono essere impiegati supporti in rame 11 , 12 e barra della tensione di ingresso 16 opportunamente sagomati per svolgere anche la funzione di dissipatori di calore.

Il funzionamento del sistema SDC è controllato da un microcontrollore oppure, nella versione manuale, da un circuito elettronico. Quando si attiva il livello del segnale di chiusura, il dispositivo commuta e chiude il circuito; un segnale di ritorno viene analizzato per sapere se la commutazione è stata eseguita ed un altro segnale analogico, proporzionale alla corrente che scorre nel carico, viene analizzato per misurare la corrente stessa. La combinazione dei segnali permette di identificare lo stato di funzionamento del dispositivo e di distinguere le condizioni di funzionamento corretto, limitazione di corrente, corto circuito, blocco per aumento anomalo della temperatura, carico non collegato, blocco per tensione inferiore al valore minimo di lavoro, blocco per tensione superiore al valore massimo ammissibile, corrente maggiore di quella programmata.

Esempio di applicazione

I moduli della prima versione sono indipendenti, non potendo essere combinati tra loro, e si possono montare in un quadro elettrico analogamente ai tradizionali dispositivi elettromeccanici. I moduli della seconda versione, invece, possono essere combinati tra loro in base all’applicazione richiesta.

Ad esempio, in una particolare applicazione appositamente sviluppata per il settore navale, è previsto un sistema DSC composto al massimo da 32 moduli con portata 10 A ciascuno, e al massimo da 8 moduli con portata 100 A ciascuno. Questa soluzione è applicabile ad impianti elettrici di bordo di piccole e medie navi, in cui la suddivisione dei carichi ed il sezionamento delle linee elettriche, essendo fondamentale la sicurezza di bordo, è ottenibile con il sistema DSC anche per gli ingombri ridotti e per il risparmio di cablaggi che è possibile raggiungere in un’ architettura di un impianto basata su dispositivi elettronici. I sistemi DSC cosi realizzati possono inoltre essere facilmente sostituiti per manutenzione senza intervenire sui conduttori.

II sistema DSC è progettato per applicazioni specifiche nel campo navale. Infatti esso è resistente agli agenti ambientali, in particolare alle vibrazioni e alle ossidazioni. A tal fine, il sistema è progettato per essere racchiuso in un contenitore a norme IP6X, per cui il suo raffreddamento è ottenuto con una particolare struttura meccanica in cui le barre di alimentazione hanno anche la funzione di dissipare il calore.

Nei moduli con correnti maggiori di 50 A può essere montata una ventola attivabile in funzione della temperatura.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Sistema di distribuzione statico della corrente in impianti elettrici a tensione continua caratterizzato dal comprendere un interruttore elettronico (13) per la commutazione della corrente da un conduttore di tensione di ingesso ( 16) alimentato da un generatore di tensione ad un circuito di uscita verso un carico, un primo supporto di rame ( 11 ) associato all’interruttore elettronico e collegabile al conduttore di tensione di ingresso , una scheda elettronica a circuito stampato ( 14) di controllo e comando dell’interruttore elettronico, e un secondo supporto in rame ( 12) collegabile al circuito di uscita, l’interruttore elettronico avendo dei terminali di uscita (17) collegati al secondo supporto di rame.
2. Sistema di distribuzione statico della corrente secondo la rivendicazione 1, in cui l’interruttore elettronico è saldato sul rispettivo supporto in rame.
3. Sistema di distribuzione statico della corrente secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i terminali di uscita (17) dell’interruttore elettronico sono saldati al secondo supporto di rame attraverso conduttori piegati ad U (18).
4. Sistema di distribuzione statico della corrente secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui la scheda a circuito stampato (14) contiene un circuito elettronico provvisto di un selettore dei limiti massimi di corrente erogabile, di un altro selettore di ritardi temporali per il controllo di carichi induttivi, e di un mezzo per un ripristino manuale del sistema di distribuzione.
5. Sistema di distribuzione statico della corrente secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui la scheda a circuito stampato ( 14) contiene un microcontrollore per la gestione del sistema di distribuzione e la memorizzazione dei suoi parametri di funzionamento.
6. Sistema di distribuzione statico della corrente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dall’ essere configurato sottoforma di modulo autonomo.
7. Sistema di distribuzione statico della corrente secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dall’ essere configurato sottoforma di modulo collegabile in parallelo con uno o più moduli analoghi.
8. Sistema di distribuzione statico della corrente secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui il modulo è selezionabile tra moduli di diverse portate di corrente.
9. Sistema di distribuzione statico della corrente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la scheda elettronica a circuito stampato è provvista di un connettore ( 19) di interfacciamento con un computer per un controllo a distanza del sistema di distribuzione.
10. Sistema di distribuzione statico della corrente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente un dissipatore di calore ( 15) in associazione all’interruttore elettronico.
11. Sistema di distribuzione statico della corrente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui il conduttore della tensione di ingresso ( 16) e le barre di supporto di rame(l l, 12) sono sagomati per una dissipazione del calore.
12 Sistema di distribuzione statico della corrente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, per l’uso in impianti elettrici per impieghi navali o industriali.
13. Sistema di distribuzione statico di corrente in impianti elettrici a tensione continua, come sostanzialmente sopra descritto, illustrato e rivendicato per gli scopi specificati.